新型APol－CSRZ－FSK调制格式的研究

凌 毓，李 勇，何 舟

（武汉邮电科学研究院光纤通信技术和网络国家重点实验室，湖北武汉 430074）

新型APol－CSRZ－FSK调制格式的研究

凌 毓，李 勇，何 舟

（武汉邮电科学研究院光纤通信技术和网络国家重点实验室，湖北武汉 430074）

结合了偏振调制、载波抑制归零码和频移键控的优点，提出了一种交替偏振频移键控载波抑制归零码（APol－CSRZFSK）调制技术，它可运用于40 Gbit/s光传输系统。利用APol－CSRZ－FSK调制技术实现了40 Gbit/s的长距离光传输的仿真，结果证明APol－CSRZ－FSK具有良好的传输性能，并且是未来WDM－PON或光标记交换网络的候选码型之一。

交替偏振频移键控载波抑制归零码;频率间隔;色散补偿;波分复用无源光网络

【本文献信息】凌毓，李勇，何舟.新型APol－CSRZ－FSK调制格式的研究［J］.电视技术，2013，37（13）.

从业务发展的角度来看，近10年来自于HDTV、IPTV、视频点播和移动宽带服务等多种不同的业务类型使得通信网不得不面临大量的信息处理、交换和传输，这种趋势推动了光传输网络向大容量、高速率和智能化的方向发展。目前我国通信网的现状是单通道最高传输速率已达100 Gbit/s，同时10 Gbit/s和40 Gbit/s网络大规模并存，而400 Gbit/s和1 Tbit/s超高速光传输网络正是下一步发展方向，国内外已不断有超高速率和超大容量系统的记录产生［1］。

目前40 Gbit/s系统有多种候选的调制码型，每种码型都各有其不同的应用场景。而本文提出的APol－CSRZFSK结合了偏振调制、载波抑制归零与频率调制的优点，APol－CSRZ－FSK可与ASK（幅移键控）共同构建光标记交换网络，同时还是未来波分复用无源光网络（WDM－PON）系统的候选码型之一［2］。

1 APol－CSRZ－FSK 的产生原理

图1所示为本文提出的40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK信号传输系统的结构原理图。图中①～⑥这6个点分别表示APol－CSRZ－FSK信号产生过程中的光谱图。

图1 40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK信号传输系统结构原理图

首先，FSK信号调制需要有两个不同频率的载波来承载业务信号。由于FSK信号与差分相移键控（DPSK）具有类似的恒功率，所以FSK信号可以通过解调DPSK信号来获取。如图1所示，两个激光器CW1和CW2输出两路强度相同、不同频率的光信号送入耦合器进行50∶50的耦合，其信号光谱如图2所示。

图2 图1中①处光谱图

然后，耦合信号通过第一个马赫曾德尔调制器（MZM1）（或者使用一个相位调制器PM）对两个不同频率的光脉冲信号进行DPSK调制，其信号光谱如图3所示。为了进一步得到载波抑制归零的DPSK信号，必须调制DPSK信号以改变其占空比，这时MZM2的功能是对来自MZM1的DPSK信号进行脉冲切割，即MZM2工作于其调制曲线的谷底，输入MZM2的偏置电压设置为Vπ，电时钟信号频率为20 GHz（B/2），幅度为Vπ，此处B为数据频率，两时钟相位差为π。这时MZM2输出端信号就是占空比为67%的CSRZ－DPSK脉冲信号［3］，其信号光谱如图4所示。

图3 图1中②处光谱图

接着，信号被送入1 bit延时的马赫曾德尔延时干涉仪（MZDI）中进行解调，MZDI会将中心频率分别在f1和f2上的CSRZ－DPSK信号解调为ASK信号。当f1和f2分别被调制到MZDI传输特性曲线的峰值和谷值上时，2个频率的信号在同一干涉臂上波形反相，且存在π的相位差，彼此之间就产生相消和相长的干涉，从而使不同频率的CSRZ－DPSK信号在“0”、“1”光脉冲上被解调成强度调制CSRZ－FSK信号［2］，其信号光谱如图5所示。

图4 图1中③处光谱图

图5 图1中④处光谱图

最后，从MZDI中输出的CSRZ－FSK信号被送入到偏振交替装置中进行交替偏振调制，让信号的“1”码和“0”码的偏振态正交，这样输出的信号就是相邻比特偏振态正交的信号，即APol－CSRZ－FSK信号。最后采用非相干的单端检测方式实现信号的鉴频，图6和图7显示的就是APol－CSRZ－FSK信号经过滤波后的两个不同频率的光谱图，接收端只需滤出其中任何一个频率即可。

图6 图1中⑤处光谱图

2 APol－CSRZ－FSK 的传输性能分析

图7 图1中⑥处光谱图

图8 不同频率间隔下，40Gbit/s APol－CSRZ－FSK信号发送光功率和BER的关系

由图8可知，当频率间隔为30 GHz时，系统完全达不到BER低于10－9的基本要求，而且其眼图上下眼皮间隔十分不清晰，无法看到一个标准的眼形。当频率间隔为70 GHz时，系统虽然能够满足入网要求，但是其眼图张开度（EOP）仍然不够好。频率间隔为100 GHz时的眼图和BER展现出比30 GHz和70 GHz更好的性能，而且在100 GHz和120 GHz这两种频率间隔下的信号眼图区别并不是十分明显。

实验证明，在APol－CSRZ－FSK信号频率间隔的选择上并没有一个固定的值，频率间隔越大信号接收端灵敏度就能得到越大的改善，但同时又会使信号的谱宽变宽，从而降低信号的频谱利用率。鉴于上述仿真结果及理论分析，在频率间隔的选择问题上虽然存在系统和需求的矛盾，但是当频率间隔增加到100 GHz时接收机灵敏度并无明显的改善，并且100 GHz的频率间隔符合载波包络半波长的奇数倍原则，所以CW1和CW2的频率间隔被选为100 GHz。图9显示的是频率间隔为100 GHz时，前置、后置和混合3种不同的色散补偿方式下的系统发送功率和接收端BER的关系图。

图9 100 GHz的频率间隔下，3种方式下40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK信号发送光功率和BER的关系

由图9可知，3种不同的色散补偿方式下的APol－CSRZFSK信号发送光功率和BER的关系曲线几乎类似。表1列出了3种色散补偿方式的系统接收性能的具体数值。

表1 三种色散补偿方式下的40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK系统接收性能比较

由表1可知，相比于后置和混合色散补偿方式，前置色散补偿方式的BER容限最大且能容忍的发送功率相对较高。因此，频率间隔为100 GHz且采用前置色散补偿方式的40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK系统能够获得最优的传输特性。

研究表明，40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK 调制格式传输下行信号，2.5 Gbit/s ASK传输上行信号的正交调制方案可用于WDM－PON 系统中［2］。APol－CSRZ－FSK 作为一种光标记信号，其优点在于发射端依靠载波的频率而不是强度来产生标记信号，且APol－CSRZ－FSK比DQPSK和ASK具有更强的非线性抗性。因此，APol－CSRZ－FSK可作为下一代无源光网络和光分组交换网络的候选码型。

3 结束语

本文结合了交替偏振、载波抑制归零和频移键控的优点提出了一种新型APol－CSRZ－FSK调制码型，介绍了它的产生原理，并搭建了APol－CSRZ－FSK的仿真模型，仿真证明40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK具有良好的传输性能。最后结合相关研究说明了APol－CSRZ－FSK在未来WDM－PON或光标记交换网络中的实际应用。

:

［1］冯勇华，许国军，范丽琴，等.超100Gbit/s光传输技术分析［J］.电信技术，2011（9）:11－13.

［2］何舟.高速光通信系统中先进调制格式研究［D］.武汉:华中科技大学，2011.

［3］顾畹仪.WDM超长距离光传输技术［M］.北京:北京邮电大学出版社，2006.

Research on Novel Modulation Format of Alternate Polarization Carrier－suppressed Return－to－zero Frequency Shift Keying

LING Yu，LI Yong，HE Zhou

（Wuhan National Laboratory for Optical Fiber Communication Technology and Network，Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430074，China）

A modulation format“APol－CSRZ－FSK”integrating alternating advantages of polarization modulation，carrier suppression return－to－zero and frequency shift keying，which can be used in 40 Gbit/s optical transmission system is proposed in this paper.Appling APol－CSRZ－FSK modulation format to carry out the simulation of 40 Gbit/s long－haul optical transmission proves its excellent transmission performance.APol－CSRZ－FSK modulation format will be a candidate of the future WDM－PON or optical label switching systems.

APol－CSRZ－FSK;frequency interval;dispersion compensation;WDM－PON

TN915

A

责任编辑:薛 京

2012－11－16