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QPSK调制解调器的工作原理QPSK调制解调器是一种用于数字通信系统的调制解调器，它广泛应用于无线通信系统中。
QPSK代表了四相移键控调制（Quadrature Phase Shift Keying），是一种常用的调制技术，利用相位移变化来传输数字信号。
工作原理：1.调制原理：在QPSK调制中，输入的数字信号首先被分成两个并行的比特流，每个比特流称为一个子载波。
每个子载波对应于QPSK星座图中的一个点。
QPSK星座图是由四个点构成的正方形，每个点代表一种不同的相位。
2.平衡混频器：3.滤波器：调制后的信号通过滤波器进行频率选择，滤除无用的频率分量，只保留所需的频率分量。
4.播放载波：为了可以传输到远程设备，调制信号需要与特定频率的载波信号相乘。
这可以通过一个单频振荡器来实现。
载波信号的频率通常设定为接收设备的接收频率。
5.发射：调制并与载波合成的信号经过功率放大器来增强信号的强度，然后通过天线发送出去。
6.接收端：接收端将信号由天线接收到，并进行逆操作来解调信号。
7.前置放大器：接收到的信号经过前置放大器来增强信号的弱强度，以便后续处理。
8.低通滤波器：解调器通过低通滤波器来滤除高频噪声和无用频率分量，只保留要接收的频率分量。
9.相移解调：低通滤波后的信号传递给相移解调器。
相移解调器接收到解调信号，并将其与一个正弦信号进行乘积运算，以恢复原始的数字信号。
10.解码器：解调器将解调后的信号输入到解码器中，将其转换为原始的数字信号。
11.输出：最后，通过解码器获得的原始数字信号可以被发送到目标设备进行后续处理或显示。
总结：QPSK调制解调器通过将数字信号转换为不同的相位进行传输，并通过解调将其恢复成原始的数字信号。
它的工作原理包括信号调制、滤波、载波合成、信号放大和传输等环节。
通过QPSK调制解调器，数字信号可以在无线通信系统中进行高效、可靠的传输。
100G系统PM-QPSK的波特率是比特率的四分之一，说明它用的频带宽度小啊。
如B=Rb/2*2=Rb调制以后的带宽。
现在100G的带宽是25Ghz。
带宽利用率高了。
现在100G实际应用的OSNR的测试方法就是用积分法，断了业务进行测试。
100G的放大器也是EDFA。
C波段1530—1565nm。
EDFA是网络中的最主要的噪声源。
100G无需进行CD和PMD色散补偿。
CFP模块，特大。
外形封装可插拔。
也是有一发一收两个口。
发送速率是100G。
40G/100G 将64B/66B编码(这是说的100GE编码方式，GE是8B/10B)变换为1024B/1027B 编码。
100G的灵敏度也是-14dBm.最小边摸抑制比35dB.10G的最小边摸抑制比也是35dB.100G总抖动容限0.28UI。
相邻通道隔离度》22dB.在1通道输入光和在2通道接收的光功率的比值。
N×100Gbit/s WDM系统支持光放大器的动态增益均衡(DGE) 功能，可由内置于光放大器的均衡滤波器、VOA或其他方式来实现。
当同时增加多个通路时，系统也应不受影响。
在极限情况下，对于N路WDM系统，如同时失去N一1多个通路，剩余通路在10ms内恢复正常无误码工作.烽火单根光纤C波段满配9.6Tb/s无电中继传输距离经现网测试超过2600km10G系统的传输码型是HDB3码2012年9月的日内瓦IEEE全会上，在包括华为在内的整个产业链的联合推动下，IEEE成员单位达成共识：选择400GE作为100GE之后的下一代以太网速率，从而正式开启400GE的标准化进程。
对10G客户侧发的光就是1310nm，也不是标准中心波长。
长距离80km。
120km是1550nm 的。
对100G和10G类似，线路侧用的也是串行光模块ODU4。
100G速率串行传输。
经过一个OTU后变为80波的标准波长。
接收端先相干检测，再电色散补偿，PMD补偿等。
对客户侧时由并行光模块10*10G(1550nm)或4*25G(1310nm)组成的。
qpsk调制解调QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 是一种常用的数字调制和解调技术，用于在数字通信系统中传输数字信息。
它是一种相位调制方式，其中两个相位（0度和90度）分别代表两个比特的二进制0和1。
QPSK是一种高效的调制技术，能够有效地在有限的频谱资源中实现高达2倍的数据传输速率。
接下来，我们将详细介绍QPSK调制解调的原理、应用和一些相关的注意事项。
QPSK调制：QPSK调制使用正交信号分量来表示数字信息，其中两个正交分量分别称为I (In-phase) 和Q (Quadrature)。
正交分量的相位差为90度。
整个调制过程可以分为三个主要步骤：编码、映射和载波调制。
首先，将输入的数字信息进行编码，将每一个数字比特映射为一个复数符号。
通常使用二进制比特来表示数字信息，每两个比特对应一个符号。
例如，00表示符号0，01表示符号1，10表示符号2，11表示符号3。
接下来，使用映射表将编码后的符号映射到相应的相位值。
在QPSK调制中，我们有四个离散的相位值来表示不同的符号：0度、90度、180度和270度。
映射表将二进制比特对应到这四个相位值中的一个。
例如，00映射到0度相位，01映射到90度相位，以此类推。
最后，将映射后的符号与两个相位调制载波相乘。
通常，I分量与余弦载波相乘，Q分量与正弦载波相乘。
这样可以生成一个叠加了两个不同相位的调制信号。
QPSK解调：解调过程与调制过程相反。
首先，接收到的调制信号会经过信道传输，并且会受到一定的噪声干扰。
然后，解调器会对接收到的信号进行解调，以恢复原始的数字信息。
解调过程也可以分为三个主要步骤：载波同步、解调和解码。
首先，解调器需要进行载波同步，以找到接收信号中的两个正交相位信号。
这通常通过使用差分解调器和相位锁定环路等技术来实现。
通过比较接收信号中的两个正交分量的相位差，可以准确地恢复出原始信号的相位信息。
接下来，将解调后的信号映射回原始的二进制比特。
QPSK调制与解调原理QPSK，即四相移键调制（Quadrature Phase Shift Keying），是一种数字通信调制方案。
它使用4个相位状态来表示每个数据符号，每个相位状态代表两个比特的信息。
QPSK调制和解调是无线通信系统中常用的一种数字调制和解调技术。
1. 数据编码：将输入的数字信号转化为二进制码流，通常采用差分编码（Differential Encoding）或格雷码（Gray Coding）编码方式。
2.符号映射：将二进制码流分组成符号序列，并将每个符号映射到一个特定的相位状态。
QPSK调制使用4个相位状态，通常为0°、90°、180°和270°，每个相位状态代表两个比特。
3.符号调制：将每个符号的相位状态转化为实际的连续信号。
在QPSK调制中，每个符号的相位状态转化为两个正交的正弦波分量，分别称为正交载波。
4.输出连续信号：将两个正交载波相加得到输出连续信号，其频谱包含两个正交载波频谱的叠加。
QPSK解调原理如下：1.信号接收：接收到被噪声和干扰影响的QPSK信号。
2.信号分解：将接收到的信号分解为两个正交载波的信号分量。
3. 相位检测：使用相干解调器对分解后的信号进行相位检测。
相位检测方法有多种，常用的方法包括差分相移键控解调（Differential PSK Demodulation）和最大似然相位估计（Maximum Likelihood Phase Estimation）。
4.解调器输出：解调器输出检测到的相位状态对应的二进制码流。
根据调制时的映射方式，每个相位状态可以恢复为两个比特的信息。
1.高效利用频谱：QPSK调制方式可以有效地利用频谱，每个符号携带两个比特的信息，相对于BPSK调制方式能提供更高的数据传输速率。
2.抗噪性能较好：QPSK调制相对于BPSK调制，分配相同的频带宽度，可以提供更好的抗噪声干扰性能。
因为接收端可以将噪声和干扰误差均衡地分配到四个相位状态上。
浅谈100G波分的关键技术及应用前言目前，我国网络带宽的需求随着IPTV、视频点播及3G业务等宽带业务的快速发展急剧增长，互联网骨干带宽以每年75-125%的速度增长，现有的40G传输已不能满足未来几年几何式增长的带宽需求。
随着100G技术的逐渐成熟及规模商用，为了应对大容量网络的带宽要求，在核心网络与业务汇聚层部署100G 已成为网络运营商、大型互连网业务提供商的迫切需要。
一、100G波分的关键技术1.码型调制技术从长距离传输开始，码型调制技术就成为波分技术的研究重点。
波特率越高，色散容限降低，非线性效应增强。
2.FEC技术FEC技术的主要功能是降低光信噪比值要求。
随着100G技术以及40G系统的发展和应用，为实现更远距离更高速率的传呼，FEC技术也在不断进步。
第二代FEC技术的净编码增益高达8-9dB，BER 容限降低至1×10-3～4×10-3。
3.相干接收和DSP技术在解决长距离传输产生的物理效应危害问题上，采用PDM-QPSK技术可以解决OSNR要求提高问题，但是不能解决色散容限降问题和PMD容限过小问题。
在100G波分系统中，使用色散补偿模块，在接收端设置可调节色散补偿模块，解决色散容限降问题，但是这种解决措施往往会对网络规划产生一定的不良影响。
而光相干检测可以探测到光场的偏振、幅度以及相位信息，进行数字信号处理，可以解决色散问题以及PMD问题。
目前，PDM-QPSK技术、相干接收和DSP技术的配合使用已经成为100G波分系统主流技术方案。
二、100G波分技术的优势100G波分技术在城域网中的应用应采取PM-QPSK+相干光接收方案。
其调制解调标准明确且单一，有利于节约选择设备的时间，利于厂家迅速生产出合适的设备。
相干接收能使得骨干层在远距离传输高速率传输中不需要设置专门的色散补偿模块，简化骨干层结构，节约规划建设时间。
100G波分能兼容当前城域网中使用的10G系统，可以消除100G路由器的部署障碍。
PM-QPSK相干系统中改进的OSNR监测方法王芳;张霞【摘要】针对100 Gbit/s及以上PM-QPSK(偏振复用正交相移键控)相干光通信系统,提出了一种改进的基于统计矩的带内OSNR(光信噪比)监测方案,并在搭建的100 Gbit/s PM-QPSK相干接收系统中对该方案进行了数值仿真。
结果表明,在5~25 dB的OSNR范围内,该改进方案对不同占空比的RZ(归零)码调制信号的监测误差均小于0.5 dB；根据商用相干接收机对接收端 OSNR的要求,取其参考值为14 dB,则在0.5 dB的监测范围内,对 CD(色散)的容忍度为2400 ps/nm,对一阶PMD (偏振模色散)即DGD(差分群时延)的容忍度为62 ps。
%For 100 Gbit/s (or above)Polarization Multiplexed-Quadrature Phase Shift Keying (PM-QPSK)optical coherent transmission systems,we propose an improved statistical moment-based intraband Optical-Signal-Noise-Ratio (OSNR)moni-toring method and carry out its numerical simulation in such an established system.The results show that when this method is used,all the monitoring errors of RZ code modulated signals with different duty cycles are smaller than 0.5 dB in the OSNR range of 5~25 dB and in line with the requirement of the commercially available coherent receivers for the OSNR at the receiver end,taking the reference value of 14 dB,the system Chromatic Dispersion (CD)tolerance is 2400 ps/nm and that for the 1st-order Polarization Mode Dispersion (PMD),i.e.Differential Group Delay (DGD),is 62 ps/nm in the monitoring range of 0.5 dB.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P24-27)【关键词】光纤通信系统;光信噪比监测;偏振复用正交相移键控;色散;偏振模色散【作者】王芳;张霞【作者单位】聊城大学网络信息中心，山东聊城 252059;北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876; 聊城大学山东省光通信科学与技术重点实验室，山东聊城 252000【正文语种】中文【中图分类】TN9140 引言随着全球宽带业务流量的增长，光网络迅速发展起来。
qpsk解调原理
QPSK是一种常见的调制技术，用于在数字通信系统中传输数字信号。
QPSK解调的原理是将经过QPSK调制的信号恢复为原始的数字信号。
在QPSK调制中，每个数字比特被映射为一个复数符号。
具体来说，每两个比特被映射为一个复数符号，其幅度恒定，但相位可以取四个可能的值(0°, 90°, 180°, 270°)。
这四个相位对应于QPSK调制中的四个符号点。
在接收端，QPSK解调器的任务是将接收到的QPSK信号映射回原始的数字数据。
为了实现这个过程，解调器需要知道每个符号点对应的相位。
QPSK解调的过程可以分为以下几个步骤：
1. 接收并采样信号：接收天线将信号转化为电信号，并对信号进行采样，以获取离散的样本。
2. 信号分离：将接收到的信号分为实部分量和虚部分量。
3. 时钟恢复：通过接收信号中的时钟信息，恢复传输中使用的时钟信号。
4. 匹配滤波：通过匹配滤波器，滤除噪声和多径衰落等干扰，以提高信号质量。
5. 相位误差估计：使用已知的相位参考信号或符号同步技术，估计接收信号相位与发送信号相位之间的差距。
6. 相位补偿：根据相位误差估计值，对接收信号进行相位修正，以恢复原始的相位。
7. 映射：将修正后的相位值映射回原始的数字比特。
8. 解符号：将映射后的符号转化为对应的数字比特。
通过以上步骤，QPSK调制的信号可以被恢复为原始的数字信号。
这个过程中，关键的步骤是相位误差估计和相位补偿，因为准确的相位估计和校正能够降低误码率，提高通信系统的性能。
100G系统中PM-QPSK光解调器的研究
摘要：PM-QPSK技术具有高的频谱效率，将传输符号的波特率降低为二进制调制的四分之一,并能使光信噪比极大改善，可以用强大的DSP来处理极化模复用信号。
文章分析了PM-QPSK 技术调制和解调的基本原理，对100G系统中接收机前端解调器光解调器进行详细分析。
关键词：偏振复用正交相移键控；解调器；平面光波导回路
引言
PM-QPSK(Polarization-multiplexed Quadrature Phase Shift Keying,偏振复用正交相移键控)的信号在接收侧采用相干检测技术可以实现高性能的信号解调，和直接解调、差分解调方式相比，相干检测所使用的本地激光器的功率要远大于输入光信号的光功率，所以光信噪比可以极大地改善[1]。
特别是相干检测技术充分利用强大的DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)技术来处理极化模复用信号，可以通过后续的数字信号处理补偿并进行信号重构，可以还原被传输的信号的特性（极化模、幅度、相位），大幅度消除光纤带来的传输损伤，如PMD（Polarization Mode Dispersion，偏振模色散）容忍度达30ps,无需线路色散补偿就可以容忍几万ps/nm,相比与其他的100G传输方案，如非相干PM-DQPSK或OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)，PM-QPSK结合相干检测提供了最优化的解决方案,这被大多数的系统供应商选择为100G传输方案。
PM-QPSK调制原理
四进制移相键控(QPSK)是一种多元(4元)数字频带调制方式，其信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，第n个时隙的QPSK信号可以表达为： (1)
其中，A是信号的振幅，为常数；θn为受调制的相位，其取值有四种可能，具体值由该时隙所传的符号值决定；fc是载波频率；Ts为四进制符号间隔。
QPSK常用的四种相位值有两套，分别称为A方式和B方式，若，则为0、π/2、π、3π/2，此初始相位为0的QPSK信号的矢量图如下图1中A方式；若，则为π/4、3π/4、5π/4、7π/4，此初始相位为π/4的QPSK信号的矢量图如下图1中B方式。
QPSK调制是响应进入的码对(00、01、10、11)，对光载波作相移，表1给出了四元符号对应的两个比特和A、B两套相位值[2]。
单个100Gbps被分为两个极化模式-TE(横电模)与TM(横磁模)的两个50Gbps流，这一步骤产生出相同频率的两个载波，然后每个载波做QPSK调制，由于QPSK调制将2个比特封装在一个符号内，两个极化的模式可以分别得到两个25G符号/秒的流，总计为100Gbps。
由于QPSK 信号是以两个极化面且以复用的极化模形式传输，因此它可以叫做DP-QPSK(双极化QPSK)，或叫PM-QPSK(极化模式QPSK)。
图1 QPSK A和B 两种方式矢量图
表1 QPSK的两套相位值
相干接收PM-QPSK调制解调过程
PM-QPSK在偏振态、相位和波形多个维度进行调制，具有较大的自由度且每个维度复杂度较低，发射机工作过程如下：连续激光器发出的光信号等分后作为两个QPSK调制器的载波光源，数据经QPSK编码、驱动放大和低通滤波驱动后驱动QPSK调制器；两路经QPSK调制后输出的光信号在偏振态正交化后由偏振合束器汇聚为一路光波信号进入线路。
可在连续激光器和分光器之间引入脉冲发生器，通过改变光脉冲形状进一步抑制和补偿光传输损伤。
其过程。
数字相干接收机将传输通道设计的复杂度转移到了接收机。
数字相干接收机通过相位分集和
偏振态分集将光信号的所有光学属性映射到电域，利用成熟的数字信号处理技术在电域实现偏振解复用和通道线性损伤（CD、PMD）补偿，简化传输通道光学色散补偿和偏振解复用设计，减少和消除对光色散补偿器和低PMD光纤的依赖。
图2 PM-QPSK调制解调过程
数字相干接收机工作过程如下：本振激光器发出的光信号等分后作为两个90°混频器的相干光源；线路输入光信号经偏振分束器分为两路偏振态相互正交的光信号分别进入两个90°混频器与本振光信号产生干涉；混频器输出光信号经平衡接收光电二极管转换为模拟电信号，经高速模数转换器采样量化后转换为数字信号；数字信号在数字信号处理器中完成数据恢复[3]。
PM-QPSK光解调器
PM-QPSK光学解调器部分较为复杂，采用偏振分集内差检测，将光学属性映射到电域以解析光调制格式的信息。
内差检测与零差检测结构相似，利用90°光混频器与本征混频同时提取信号的同相分量和正交分量，通过电信号处理消除相位噪声，从而实现信号调制相位的检测和解调，放宽了对本振激光器与发射机激光器的频率相位一致性要求，兼具零差检测和外差检测的优点。
在本文所介绍的100G传输系统中，接收机前端光学解调器结构示意图。
图3 PM-QPSK光解调器结构示意图
其中本地振荡源的光信号和从光纤中接收到的信号光分别经过2个PBS结构，将两路光信号分别分为2个正交的极化模式，四路光信号可以表示为：
（2）
其中Esx,Esy,ELO.x,ELO.y分别表示信号光和本地振荡源的TE、TM模式的光信号，α表示信号光TE模所占比例，δ表示初始相位，ws表示信号光角频率，As表示信号光的振幅。
信号光和本地振荡源的TE、TM模光信号，分别进入对应的90°混频器，所得到的检测信号分别为：
(3)
再经过平衡光电探测器，最后所得到的差分电流可以表示为：
(4)
这样就将光学属性转移到电域中，通过对电信号的后期数字处理，就可以解调出所需的信息。
根据这种结构，可以用自由空间集成光学和平面光波导回路(PLC)这两种技术来实现这种光学解调器模块，但是传统的自由空间集成光学技术设计出的PM-QPSK光解调器，体积较大，而且对大范围温度变化敏感，而用PLC技术制作的PM-QPSK光解调器不仅可以实现全部的光学功能，而且能将保偏光波导(PBS)与90°混频器单片集成，大幅度降低了器件的尺寸，且稳定性好，易于集成。
这种用PLC技术设计的单片集成解调器芯片结构有以下两种方案，第一种方案，首先输入信号通过一个基于MZI(马赫曾德干涉)结构的PBS，将输入信号分为TE和TM两个偏振态(此为第一级偏振分束),并沿上下两个支路传播，这两路偏振信号再分别经过2个PBS结构，使得TE模和TM模进一步分开(此为第二级偏振分束)，通过这两级偏振分束可以大幅度改善偏振消光比。
上支路传播的TE模信号光，经过一个与主轴成45°的半波片，转化为TM模信号，另一方面，我们将从本地振荡源输入的光控制为TM模式，这个输入的光信号经过一个3dB耦合器，分为上下两路光信号，并与上支路转化的TM模信号光和下支路的TM模信号光一起分别导入上下两个90°混频器，并解调输出8路光信号。
在OFC2010上,Furukawa
公司按这种方案设计制作出的芯片尺寸可以达到25×21mm,最小偏振消光比33.2dB[4]。
第二种方案，这种设计方案采取相对折射率为Δ=1.8%的硅基二氧化硅波导材料，因为随着Δ的增加，在波导的强折射率限制下，波导的弯曲半径可以变小，当Δ=1.8%时，可使波导弯曲程度最大，且弯曲损耗最理想，此时弯曲半径为1200um，为传统的结构弯曲半径的一半，这样可以大幅度降低芯片尺寸，并且只用一级偏振分束，就能将TE与TM模信号较好的分离。
NTT公司在EOCO2010会议,按这种方案设计制作出的超小型芯片尺寸可以达到12×12mm,符合了OIF对光学解调器尺寸的要求[5]。
图4 两种方案波导结构图
总结
100G技术已经成熟，市场已经初步形成，用PLC技术制作成的光前端数字相干接收机，是实现100G高速信号解调必不可少的器件，具有极大地研究价值。
本文介绍了PM-QPSK的原理，及数字相干发射机和接收机的工作原理，并详细分析了接收机前端光PM-QPSK解调器的原理，并介绍两种基于PLC技术的解调器芯片的设计方案。
