復(fù)雜光調(diào)制可以帶來什么好處？

全球范圍內(nèi)正在興起數(shù)據(jù)中心的建設(shè)熱潮，同時當今的CPU和內(nèi)存可以確保非常低的時延，能在幾分之一秒內(nèi)掌握大量數(shù)據(jù)在多臺服務(wù)器上的分布信息。

其他基礎(chǔ)設(shè)施能否跟上這個步伐顯得尤為重要。數(shù)據(jù)量的飛速增長已經(jīng)變成了一個巨大的挑戰(zhàn)。為了避免很快出現(xiàn)瓶頸，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€階段都需要提高比特率效率。

光數(shù)據(jù)傳輸最初就像電子數(shù)據(jù)傳輸一樣，采用了最簡單、因此成本也最低的數(shù)字編碼方案：歸零(RZ)或非歸零(NRZ)開關(guān)鍵控(OOK)。信號是理想的1（通電）和0（斷電）矩形序列。

但是當傳輸速率達到40 Gbps時，這一概念就會遇到限制。

由于40和100 Gbps的高時鐘速率，OOK信號所占用的帶寬變得比50 GHz ITU信道的帶寬還大。如上圖所示，頻譜擴大的信道開始與臨近信道重疊，信號經(jīng)過波長濾波器整形，結(jié)果會產(chǎn)生串擾和調(diào)制信息質(zhì)量下降。

出于這個原因，高速傳輸需要從OOK轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的調(diào)制方案，例如差分正交相移鍵控(DQPSK)。取決于符號時鐘速率，復(fù)合調(diào)制可以減少需要的帶寬，支持在50 GHz ITU信道規(guī)劃中實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

這些新概念還支持通過數(shù)字信號處理配合相干檢測，對色散(CD)和偏振模色散(PMD)進行補償。色散是由于光波以不同速度進行傳輸（取決于光波頻率和偏振狀態(tài)）而產(chǎn)生的一種效應(yīng)，它將會導(dǎo)致脈沖變寬，如果不進行補償可能會降低信號質(zhì)量。

在長光纖中色散問題尤為嚴重。復(fù)合調(diào)制方案使用光波的所有參數(shù)（幅度和頻率或相位）進行信息編碼，可以有效改善頻譜效率。無線工程師多年來一直得益于這種方法，現(xiàn)在光通信工程師也能使用這種方法。光傳輸是選擇高等級的調(diào)制還是更高的波特率？

使用相干檢測意味著，復(fù)合光調(diào)制不需要采用PMD補償器或色散補償光纖，也不會遇到這些元件所增加的損耗和時延。

除了相干檢測之外，復(fù)合調(diào)制方案還能與其他傳輸方法結(jié)合使用，通過光纖鏈路更高效地傳送數(shù)據(jù)信號。例如，在偏振多路復(fù)用(PDM)中，第二個光波信號與第一個光波信號正交偏振，可承載獨立的信息，并通過同一條光纖進行傳輸（見下圖）。這就像增加了另一個信道一樣，無需使用第二條光纖便可將傳輸速度增加一倍。

下圖顯示了這些不同技術(shù)的組合是如何改善頻譜效率的。底部是最簡單的方案：OOK。使用正交相移鍵控(QPSK)的話，符號速率與OOK相同，而傳輸速率可以增加一倍，這是因為在QPSK中，一個符號可以編碼2個比特。

通過PDM還可以使傳輸速率再增加一倍。QPSK加上PDM，可在相同時間內(nèi)（即在相同時鐘速率下）傳送2 × 2 = 4倍數(shù)量的比特。

最后，使用脈沖成形濾波器可以進一步縮小所占用的頻譜，在50GHz信道中可達到100Gbps的傳輸速率。

審核編輯 ：李倩