100G相干光通信系统仿真研究

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。

100G相干光通讯的关键技术和系统升级洪进博士, Opnext Inc.产品管理副总裁美国加利福利亚州jhong@opnext摘要本文综合分析了100G相干光通讯的最新发展趋势, 尤其是其独特的非常适合于对现有长距离传输系统进行平滑无缝升级的一些主要和优越的性能, 以及其在密集波分系统（DWDM）向100G升级过程中和在组建全新100G网络中的广泛而重要的应用。

关键词-光通信;相干通信I.导言40Gb/s 密集波分系统已经在世界各地运营商开始了相当规模的应用。

40Gb/s 波分通道能够纳入现有的10Gb / s的 DWDM传输系统中的一个关键是先进的调制技术的引进。

调制格式如光双二进制（ODB），差分相移键控（DPSK），差分正交相移键控（DQPSK）和偏振复用正交相移键控（PM-QPSK）已都在运营商网络中得到了相当的部署。

这些调制格式的共同特性是支持50GHz间隔的DWDM 通道。

最早期的 40Gb / s的调制格式，无法支持50GHz的通道间距是它不能得到有效部署的主要原因。

运营商部署高线路速率的主要动机是提高频谱效率，从而能最大限度地发挥现有的DWDM系统的容量。

新一代的100Gb/s技术，可再提高频谱效率，以满足互联网和IPTV带宽的增长，预计将再次成为一个最重要的动力之一对于50GHz的通道间距的支持，是100Gb/s传输的一个关键要求。

为便于网络规划，传输光信号透传过许多个可重构光分/插复用器（ROADM）节点的技术也是至关重要的，因为高速通道的传输，往往要通过这些大量的ROADM 节点。

其他主要的要求是色散（CD）和偏振模色散（PMD）容限的加强。

为使长途传输系统能无缝升级到100Gb/s，以下是几个主要的要求：(1) 传输距离大于1,500公里, (2) 支持 50GHz的通道间距, (3) 色散（CD）容限±700ps/nm,(4) 偏振模色散（PMD）容限10ps (DGD平均值), (5) 信号透传能力大于10 个50GHz间距ROADM 节点, (6) 信号透传能力大于24 个100GHz间距ROADM 节点, (7) 不改变现有的 DWDM通用设备及系统, (8) 不影响业务的系统升级, (9) 不对现有的DWDM通道信号产生重大串扰代价, (10) 每通道功率小于+2dBm, (11) 全波段可调谐的ITU标准50GHz 间距。

摘要：随着100Gbps光纤传输系统商用部署的启动，超100Gbps光纤传输技术逐渐成为了光通信领域新的研究热点。

简要分析超100Gbps光纤传输所涉及的关键技术，并介绍目前较有代表性的超100Gbps系统试验成果。

英文摘要:关键词: 超100Gbps光纤传输，光正交频分复用，正交幅度调制英文关键词：Beyond 100Gbps，OFDM，QAM概述随着固定接入宽带用户的持续普及和未来LTE移动网络的部署以及各种宽带应用的大量涌现，骨干传送网带宽需求将持续快速增长。

据光互连论坛（OIF）公布的数据，商用网络运营商长期年均流量增长将超过50%，即不到2年流量就翻一倍；而来自中国电信的数据是每年传输容量增加接近100%，5年带宽增长10-20倍。

在带宽需求不断快速增长的驱动下，N×100Gbps DWDM开始走向规模商用，同时下一代DWDM技术即单信道超100Gbps技术的研究已经启动。

所谓“超100Gbps DWDM系统”一般指单波长信道速率400Gbps或1Tbps、而频谱效率大于目前主流的N×100Gbps DWDM的2bit/s/Hz的大容量波分复用系统。

超100Gbps系统单信道和客户侧接口速率主要有2种：100Gbps或1Tbps，按IP界速率演进规律1Tbps是一种选择，但综合技术实现难度等，400Gbps也是另外一种可能的选择。

近2、3年国际领先的研究机构和知名的光通讯设备商在超100Gbps技术上都积极开展了较为深入的研究，完成了若干对未来超100Gbps技术走向有影响力的系统试验。

本文将简要分析超100Gbps光纤传输系统所涉及的关键技术，并介绍具有代表性的超100Gbps系统试验成果。

超100Gbps系统关键技术分析偏振复用正交相位调制（PDM-QPSK）、相干光接收、电均衡补偿是目前业界共识的100Gbps系统实现方式，也应是未来超100Gbps系统的技术基础。

光通信系统的建模与仿真研究随着现代通信技术的不断发展，光通信逐渐成为人们越来越重要的一种通信方式。

光通信具有传输速度快、带宽高、抗干扰能力强等优点，因而被广泛应用于大规模数据传输、视频传输等领域。

由此可见，光通信在未来的应用市场中将会有着不可替代的地位。

然而，在实际应用中，光通信系统面临着很多问题，比如光信号的传输损耗、干扰等。

为了解决这些问题，把光通信系统建模，进行相关的仿真研究是非常必要的。

首先，对于光通信系统建模，最重要的一步是确定其结构。

光通信系统由很多部分组成，例如光源，光导纤维，波分复用器等。

在建模时需要对这些部分进行详细的分析，明确各部分的作用和相互之间的关系。

只有根据实际情况建立准确的模型结构，才能保证研究得到的数据具有可靠性和可重复性。

其次，需要考虑的是光通信系统中所需要的数据表现。

在实际应用中，我们需要知道的不仅是系统的传输速率等基本信息，还需要了解它的传输距离、花费等。

对于这些数据指标，可以建立相应的数据库来进行记录和管理。

在模拟分析时，可以通过数据的读取和统计来分析系统的整体性能。

然后，需要考虑的是仿真软件的选择。

光通信系统的建模和仿真是一项复杂的工作，因此需要使用合适的仿真软件来进行模拟。

目前，有很多仿真软件可供选择，例如MATLAB等。

这些软件可以帮助我们更好地模拟光通信系统的各个方面，并模拟系统在不同条件下的性能表现。

最后，需要进行光通信系统实际场景中的仿真测试。

在实际应用中，光通信系统既要考虑到实验室环境下的仿真，还要考虑到实际场景中的测试。

为此，需要建立真实的场景测试平台，并在此基础上进行数据分析，以验证仿真分析结果的可靠性。

总结起来，光通信系统是一个重要的通信方式，光通信系统的建模和仿真是提高光通信系统性能和可靠性的必要手段。

通过对系统结构的详细分析和对相关数据的准确表现，选择合适的仿真软件，并在实际场景中进行测试验证，光通信系统的建模和仿真研究将有助于更好地应用和发展光通信技术。

100G/200G相干光模块在城域网、核心网的应用在光通信领域，更大的带宽、更长的传输距离、更高的接收灵敏度，永远都是科研者的追求目标。

伴随着视频会议等通信技术的应用和互联网的普及产生的信息爆炸式增长，对作为整个通信系统基础的物理层提出了更高的传输性能要求。

在强大的需求驱动下，大规模铺设的DWDM系统正逐渐耗尽其波长资源，通过压缩光脉冲提升时分复用（TDM）系统的效率也有很大的技术瓶颈。

在这样的背景之下，似乎被遗忘了的相干系统又再一次引起了人们的注意。

相干光通信的理论和实验始于80年代，相干光通信系统被公认为具有灵敏度高的优势，各国在相干光传输上做了大量研究；由于EDFA和WDM技术的发展，相干光通信的研究一度发展缓慢。

然而随着时间的推移，很多问题的出现使得其再次受到广泛关注。

在数字通信方面，如何扩大C波段放大器的容量，克服光纤色散效应的恶化，以及增加自由空间传输的容量和范围已成为科研工作者们的重要考虑因素；在模拟通信方面，灵敏度和动态范围是系统的关键参数；而这些都能通过相干光通信技术得到改善。

与此同时，过去的三十年中，科研工作者在光器件方面取得了很大的进步，比如，激光器的输出功率，线宽，稳定性和噪声，以及光电探测器的带宽，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波电子器件的性能也大幅提高。

这些进步使得相干光通信系统商用化变为可能。

在新的历史机遇下，易飞扬锐意进取，在相干光通信的研究领域中，自主研发了single Lambda CFP-DCO100G相干光模块，使用DP-D/QPSK调制技术，满足全C波段ITU-T可调（50/100GHz），标准100GE接口（可定制OUT-4）,符合CFP-MSA 协议，方便用户直接接入现有设备；为数据中心互联（DCI），城域网应用定制研发，传输距离（~100Km），支持P2P和DWDM传输。

采用硅光技术集成优化解决方案，满足低功耗应用（~22W）充分保证性能，可以根据应用场景提供可定制的系统解决方案。

光通信系统的设计及仿真研究光通信是一种基于光信号进行信息传输的通信技术，相对于传统的电信技术来说，有着更高的传输速度和传输距离。

因此，光通信技术在现代通信领域中扮演着越来越大的角色。

本文将基于光通信技术，探讨光通信系统的设计及仿真研究。

一、光通信系统的基本原理光通信系统主要由三部分组成：发送机、接收机和传输介质。

其中传输介质就是光纤，作为光信号的传输通道。

发送机将信息转换成光信号，通过光纤将光信号传输到接收机，接收机然后将光信号再转换成电信号。

整个过程中，需要的技术包括：光模、光电转换和调制等。

光模是指光信号在光纤中的传输模式，通常有多模和单模两种模式。

多模光纤在传输过程中会受到多径干扰，导致光信号失真；而单模光纤则可以有效避免这种问题，从而在长距离传输中有着更高的性能。

光电转换是指将光信号转换成电信号的过程。

早期的光电转换器件主要是光敏二极管（PIN PIN。

):PIN。

用于低速、短距离的通信；而光电倍增管（APD APD。

): ）则适用于高速和远距离通信。

随着技术的不断进步，光电转换器件也不断更新，目前已经出现了更为高效的器件，如：MOS光电晶体管、VCSEL等。

调制则是指对光信号的调制过程，通常采用的是调制器件。

调制技术的发展经历了振幅调制（AM AM。

: ）、频率调制（FM FM。

: ）、脉冲调制（PM PM。

: ）等多个阶段。

现代通信系统中主要采用的是相干调制技术，该技术有着较高的调制速度和调制深度，可以适用于高速、远距离传输。

二、光通信系统的设计光通信系统的设计需要考虑多方面因素。

下面从以下几个方面对光通信系统的设计做一个介绍。

1、光纤和连接器的选择光纤和连接器的选择直接影响到光信号的传输质量。

因此，在进行光通信系统设计时，需要选择优质的光纤和连接器，同时按照正确的方式进行连接，以避免光信号传输中的信号失真和损耗。

2、光源和光电转换器件的选择光源和光电转换器件是光通信系统中的核心部分，需要选择合适的器件以保证系统的传输性能。

研制开发的相干光纤通信系统仿真研究姜波波（安徽长安专用汽车制造有限公司，安徽相干光纤通信系统因其具有灵敏度高、中继距离长、通信容量大以及可以采用多种调制方式等特点，成采用相干光纤通信是目前光纤通信发展的主要趋势。

光信号的幅度、频率以及相位都可以被调制，从而可以大幅提高系统的传输效率，因此多适用于宽带视频、多媒体相干光纤通信；振幅；频率；相位Simulation Research of Coherent Optical Fiber Communication System Based on OptiSystemJIANG BoboAnhui Changan Special-Purpose Vehicle Manufacturing Co.communication system has thevarious modulation modes.Coherentbecome the focus in the high数字信号发生器CW激光器CW激光器极化波幅度调制器随机脉冲发生器光纤耦合器误码率分析仪光接收器眼图分析仪图1 振幅调制光路图改变光纤通信参数，选出振幅调制中的最优传输方案。

光纤通信中使用的有3个低损耗波长分别为850 nm、1310 nm和1550 nm。

本次仿真中分别对这个参数进行比较，眼图仿真结果如图2所示。

图2的横坐标表示周期，纵坐标表示幅度，从图中可以看出，波长为1550 nm的系统的传输性能明显比850 nm和1330 nm的性能好，故在本次设计中波长采用1550 nm。

在波长为1550 nm的基础上，变光纤参数中的色散值，设计了3 ps/nm·km、 ps/nm·km以及7 ps/nm·km共3个色散值，眼图仿真结果如图3所示。

可以看出，色散为5 ps/nm·km的系统的性能比振幅/m时间/位周期0.0030.0020.0010.5100.510.51时间/位周期时间/位周期21.71.41.10.80.50.0020.00170.00140.00110.00080.00050.5100.5100.510.51振幅/m时间/位周期21.71.41.10.80.50.5100.51振幅/m322171400.5100.5100.51时间/位周期0.0030.00200.51时间/位周期 2020年9月25日第37卷第18期Telecom Power TechnologyＳｅｐ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　１８　姜波波：基于OptiSystem 的 相干光纤通信系统仿真研究结果看，设计的光电路振幅调制所展现的眼图的仿真效果比另两种调制方式更理想。

相干光通信中的数字信号处理算法的仿真与研究的开题报告1. 研究背景随着通信技术的发展和数字化程度的提高，数字信号处理成为了光通信系统发展中不可或缺的一环。

在相干光通信中，数字信号处理算法是实现信号采集、传输、接收等关键技术之一。

在此背景下，本文拟开展相干光通信中数字信号处理算法的仿真与研究，通过数值仿真和实验验证，探究数字信号处理算法在光通信系统中的性能优化和改进技术，为光通信系统的发展提供理论和实践基础。

2. 研究目的本研究旨在：1. 研究相干光通信中常用的数字信号处理算法，包括调制解调、信道均衡、时钟恢复等关键技术；2. 设计相应的数值仿真模型和实验平台，对数字信号处理算法进行性能评估和比较，验证其实际应用效果；3. 探索数字信号处理算法在光通信系统中的优化和改进方法，提高系统传输速率、抗干扰能力和误码率等性能指标。

3. 研究内容本研究的主要内容包括：1. 数字信号处理算法的理论研究。

对相干光通信中的数字信号处理算法进行理论分析，包括调制解调技术、信道均衡技术、时钟恢复技术等，探究其原理、特点和应用场景；2. 数值仿真模型的建立。

搭建相应的数值仿真模型，利用MATLAB等软件工具进行仿真实验，对不同数字信号处理算法进行性能比较和分析，探究其优缺点和适用范围；3. 实验平台的搭建。

建立实验平台，对不同数字信号处理算法进行实际测试，验证其在实际应用中的性能表现和可行性；4. 数字信号处理算法的优化和改进。

针对数字信号处理算法在实际应用中存在的问题和不足，提出相应的优化和改进方法，如基于神经网络的均衡算法、自适应系数的算法等。

4. 研究意义本研究旨在深入探究数字信号处理算法在相干光通信中的应用，为光通信系统的发展提供理论和实践基础。

具体意义如下：1. 探究数字信号处理算法在相干光通信系统中的应用特点和性能表现，为系统的优化和改进提供理论基础；2. 设计相应的数值仿真模型和实验平台，验证数字信号处理算法在实际应用中的可行性和实用性；3. 提出数字信号处理算法的优化和改进方法，促进数字信号处理的发展和创新；4. 推动光通信技术的发展，并为今后相关研究提供参考和借鉴。

超越100G速率的相干光传输技术探讨由于FTTH（光纤到户）的普及、智能手机日益增长的使用、第5代移动通信系统的高速发展促使光通信网络的进一步升级。

当前国内100G DWDM系统波长资源即将耗尽，400G迫在眉睫，人们期待着频谱效率更高的DWDM系统。

图1、当前国内骨干网示意图（来自张成良《光网络&光器件新技术发展与应用》）近年来数字相干光传输系统被广泛关注，易飞扬（Gigalight）于去年深圳光博会上首次展出了100G CFP DCO相干光模块，象征着公司在该领域的领先地位。

当前400G以太网传输的标准化正在进行中——这为每通道超过100G的光传输技术提供了商业开发潜力。

用于数字相干光传输的数字信号处理技术发展趋势主要如图2所示。

图2（来自国外网站）相干光模块使用相干检测技术提高了接收灵敏度和频谱效率，另外使用DSP（数字信号处理）的技术实现了由长距离光纤传输过程中累积的波长失真的补偿。

改进现有的100G传输技术有两种可能的方向：增强性能和降低功耗。

高性能数字信号处理器（DSP）增加了传输容量和距离，但是却在传输设备中消耗了大量功率——为了开发超过100G的相干光传输系统，除却高质量的激光器、光电探测器等，还需要实现高的频谱利用率以及低功耗、高性能的数字信号处理功能。

1、数字相干光传输调制技术数字相干光传输技术的原理如图3所示。

传统光传输系统中最常用的调制方法是OOK，其中所用光信号中的0、1由开关状态（强度调制）表示，并且光强度的变化需要用光电探测器来探测。

当OOK以100Gbit/s的速率应用于传输的时候，在光纤传输过程中的各种波形失真导致了信号传输质量下降十分显著，结果就是传输距离仅限于几公里。

图3（来自国外网站）当前应用于100Gbit/s相干的主要调制方案是双极化正交相移键控（DP-QPSK）。

DP-QPSK 调制具有四个不同相位的光信号，并且还使用X偏振波和Y偏振波来承载不同的信号。