学通信的都知道,光波不仅仅由振幅来定义,还可以通过下面具有Ex和Ey两个偏振分量的电磁波电场的经典数学公式描述。
另外,我们可以知道有很多光波特征参数都可以用来对信息进行编码呢,比如:
在偏振复用中,这些正交分量可以作为两个不同的通道传递独立信号;
在波分复用中应用不同的频率ω可以在不同渠道独立数据传输这些频率/波长;
这样是不是感觉调制方案有了很多种可能性?事实上,这也的确是高阶复杂调制的理论根据。
I/Q调制
信号的调制方案是通过振幅E, 相位Ф等参数共同调制--这就是基本的I/Q调制
I/Q调制可以用下图的极座标描述,这里,I为in-phase同相或实部,Q为quadrature正交相位或虚部,如图中所示蓝色矢量端点的位置对应一个点 (也称为“星座点”)在这个图中(这被称为“星座图”),这个点其实就是振幅E和相位Ф的一对组合。
I/Q调制听起来是一个蛮高大上的名字,那它是不是就比前面讲过的OOK调制Niubility呢?先让下面哥仨挨个来个自我介绍:
由此可知,调制幅度和/或相位并不意味着相对OOK调制具有更高的传输效率。
而相干传输技术于传统上用的NRZ,RZ和OOK信号相比,要提高传输效率,就要使用多个符号表示多个位数,那么用一个MZM调制器只能实现BPSK调制,那么要实现QPSK,则要有两个正交的MZM调制器。
这意味着在Q路有 90° 的相移, 表现在时域上的波形为如下图所示,一共有4个符号,每一个时钟周期传输2比特:
* A 代表 00--- → a sin(ωt+45)
* B 代表 01---- → a sin(ωt+225)
* C 代表 11---- → asin(ωt+315)
* D 代表 10---- → a sin(ωt+135)
还要说明的是在复杂编码情况下,现在实际上有两种不同的速度需要被澄清:
首先 是以每秒比特数测量的比特率,也称为“传输速率”。
其次,符号率S量化以波特为单位测量的每秒传输的符号数。因此,它通常被称为“波特率”。利用比特/符号的编码效率e, 符号率计算如下:
下图是以QPSK为例进一步解释这个公式。对于100-Gbps QPSK信号,这意味着它的传输速率是100Gbps,而它的符号率S =(100Gbps)/(2比特/符号)= 50Gbaud,此信号占用的光通信带宽约为25GHz。
什么是星座图?
要说星座图,就必须先聊一聊QAM。
QAM是Quadrature AmplitudeModulation的缩写,也叫“正交振幅调制”,其幅度和相位同时变化。它的优点是每个符号包含的比特个数更多,从而可获得更高的系统效率。对于给定的系统,所需要的符号数为2n,这里n就是每个符号的比特数。
☞ 对于16QAM,n=4,因此有16个符号,每个符号4bit:0000,0001,0010等
☞ 对于64QAM,n=6,因此有64个符号,每个符号6bit:000000,000001,000010等
而由这些符号组成的在极座标中的位置集合就是星座图。
对于相位调制,可以通过星座图来直观的感受信号质量的好坏:
下图显示了QPSK中四个符号的星座点,可以把它看作是4QAM,其中四个符号中每个符号由两比特编码而成。星座点都位于一个半径为E的圆上,这意味着这四个符号只有不同的相位 (即总是相邻点之间的π/ 2).
传统的OOK也可以用星座图表示,由于信息仅在振幅中,所以位值1可以在半径为(=振幅)E的圆上的任何位置。
先到这了,感谢您的阅读!