主流的光調制技術及其比較
本文不僅講述主流光調制器技術如QPSK, DQPSK, DPSK, OOK的概念和差異, 也清晰的比較了不同調制技術的優劣利弊.
縮略語：
CP-QPSK －基于相干檢測的偏振復用四相相移鍵控調制技術 Coherent Polarization Multiplex – Quadrature Phase Shift Keying
DQPSK －基于直接檢測的四相差分相移鍵控調制技術 Differential Quadrature Phase Shift Keying
DPSK －基于直接檢測的差分相移鍵控技術 Differential Phase Shift Keying
OOK － 開關鍵控調制技術 On-Off Keying
摘要：
CP-QPSK作為OIF選定的100G的波分調制技術，應用到40G調制的時候，提供了最佳的40G波分傳輸性能，并在向100G波分在線升級的時候，100%的保留了系統平臺的性能，并且，使用相干檢測技術后，可以完成剔除波分系統中的色散補償和偏振模補償，避開了以前老舊光纖不能傳輸40G波分的問題，使得該技術無論從理論上還是實際工程上都是40G波分系統的最佳傳輸技術。
一、主流調制技術之間的比較
OOK、DPSK、DQPSK和CP-QPSK調制技術
OOK（如NRZ、ODB、CS-RZ等）一直是10G及以下速率光信號傳輸的標準調制方式，但是因為信噪比和色散容限問題，不適合更高速的傳輸，如40G，需要其它的替代方案。
DPSK技術就是為了解決OOK的問題，將信號承載的符號一分為二，使得符號間的距離增大了一倍，從而天然的有了3dB的光信噪比（OSNR）的優勢。成為了40G波分市場的主流技術。此時，其實際傳輸速率（符號率）和比特率相同，都是40Gb/s。
為了增大DPSK偏振模容限，出現了DQPSK技術，將符號分為4個，實際傳輸的符號率是比特率的一半，為20Gb/s。理論上，相比DPSK，OSNR有所改善（符號率為DPSK一半，3dB優勢），但是其符號間的距離是DPSK的0.7左右，導致OSNR劣化1.5dB；再加上差拍噪聲和相位噪聲的影響，使得DQPSK和DPSK的OSNR差不多。
CP-QPSK是在DQPSK的基礎上，增加一個偏振維度，使得符號率降為實際速率的1/4（實際符號率10Gb/s），并采用了相干檢測技術。在相干檢測模式下，輸入的光信號首先分成任意混合偏振的兩部分，每個部分都和一個本地激光光源發出的光信號進行90度混合。該方式把兩路偏振光信號進行同相、異相隔離；最后光信號通過光電二極管轉化為電信號，輸入到電域的后處理過程。
圖 CP-QPSK接收機結構
這里面，本地激光光源起到了光信號載體作用，本質上還是各自信號自身之間的干涉而解析出各自的偏振態、相位等信息。
相干檢測，可以直接得到相位和偏振態信息，這是其最大的優勢。所有對各類損傷的載波恢復都在電域進行（色散補償、PMD損傷），因此相干檢測對于系統性能優化而言更加的靈活，是一種性價比很高的方案。具備如下優點：
- 光濾波效應好，實際為10G符號率
- 和50GHz通道間隔兼容
- 傳輸距離： > 2000 km
- 電域偏振解復用(相比光域低成本)
- 接收機光學結構簡化 (無需延時線干涉儀或平衡檢測)
- 相干檢測解調，CD和PMD容限大: 后處理, 無需色散補償，無需偏振模色散補償
- 比DPSK和RZ-DQPSK更遠的傳輸距離
表1是對實際工程中所使用的P-DPSK、RZ-DQPSK和CP-QPSK性能的全面比較?？梢奀P-QPSK可以傳輸18個25dB的跨段。
表1：P-DPSK、RZ-DQPSK、CP-QPSK性能的全面比較
| 背靠背最小OSNR | 色散容限 (1dB) | PMD容限(1dB) | 放大器噪聲系數NF | 升級到100G性能劣化百分比 | Nx25dB跨段數（N） | 是否需要DCM | |
| P-DPSK | 11.5~12dB | 2000 ps/nm | 7.5ps | 7dB | 劣化40% | 14 | 是 |
| RZ-DQPSK | 11.4~12dB | 2000 ps/nm | 18ps | 7dB | 劣化40% | 14 | 是 |
| CP-QPSK | 9~10dB | 34000 ps/nm【1】 | 75ps(1) | 5dB(2) | 無劣化 | 18 | 否 |
注1：理論上容量無限，實際上，按2000km普通單模光纖設計就足夠滿足需求；
注2：放大器噪聲的降低是因為里面去掉了色散補償模塊，直接降低了將近10dB的插損，大大降低了放大器成本，并提升了放大器性能。
表2：某大型跨國設備商40G CP-QPSK的設備主要指標
| 線路速率 | 45.8Gb/s |
| 實際線路符號率 | 11.45Gbaud |
| 背靠背最小OSNR | <10 dB (post-FEC BER of 1e-15). |
| 色度色散容限（1dB OSNR代價） | 34,000ps/nm，相當于無需色散補償模塊DCM，在G.652單模光纖上傳輸2000km |
| 偏振模色散容限 | 0.5dB OSNR代價下為： 35ps (平均值，等同于DGD為100ps，以及二階偏振模SOPMD為 4000 ps2)，相當于平均PMD為0.7ps/km1/2的光纖中傳2000km |
小結：
- 1. 40G的CP-QPSK調制比DPSK和RZ-DQPSK傳的更遠，在通信運營商要求的25dB跨段下，可以傳輸超過18個跨段；
- 2. 在40G波分技術上，使用CP-QPSK調制，可以是整個波分的放大器平臺成本降低50%（可去掉DCM模塊），并且性能提升60%（去掉DCM模塊后，降低了插損，使得放大器噪聲系數大大減少）；
- 3. 在40G向100G升級時，100%保留了整個波分平臺的能力，也就是說原本2000km的傳輸，到100G波分時，還是2000km傳輸，無需更換任何線路設備。
