以下文章來源于鮮棗課堂?，作者小棗君

今天這篇文章，首先要感謝是德科技和小棗君，然后才是給袁老師點(diǎn)贊。

相干光通信，英文全稱叫做Coherent Optical Communication，是光纖通信領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的非相干光通信，相干光通信具有傳輸距離更遠(yuǎn)、傳輸容量更大的技術(shù)優(yōu)勢，因此廣受行業(yè)各界的關(guān)注，研究熱度不斷攀升。

什么是相干光

在介紹相干光通信之前，我們先簡單了解一下什么是相干光。我們口頭上經(jīng)常說的“相干”，大家都理解，就是“互相關(guān)聯(lián)或牽涉”的意思。光的相干（coherence），是指兩個光波在傳輸?shù)倪^程中，同時(shí)滿足以下3個條件：

1、頻率（波長）相同；

2、振動方向相同；

3、相位差恒定。

相干光

這樣的兩束光，在傳輸時(shí)，相互之間能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉（interference）。這種干涉，既可以是相長干涉（加強(qiáng)），也可以是相消干涉（抵消）。如下圖所示：

很顯然，相長干涉可以讓光波（信號）變得更強(qiáng)。

大家可以回憶一下著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

什么是相干光通信

好了，接下來我們進(jìn)入正題，說說什么是相干光通信。

很多人可能會認(rèn)為，相干光通信，就是利用相干激光器進(jìn)行傳輸通信。其實(shí)，這個說法是不對的。相干光通信和非相干光通信，所使用的激光器，沒有本質(zhì)的區(qū)別。

相干光通信之所以叫“相干光通信”，并不是取決于傳輸過程中用的光，而是取決于在發(fā)送端使用了相干調(diào)制，在接收端使用了相干技術(shù)進(jìn)行檢測。

上圖：非相干光通信，下圖：相干光通信（此圖并不準(zhǔn)確，只是簡單示意一下）。區(qū)別在兩端，不在傳輸路徑上接收端的技術(shù)，是整個相干光通信的核心，也是它牛X的主要原因。

我們可以先說結(jié)論：在相同條件下，相對于傳統(tǒng)非相干光通信，相干光通信的接收機(jī)可以提升靈敏度20db。

20db是什么概念？100倍！

這個提升非常驚人了，接近散粒噪聲極限。在這個20db的幫助下，相干光通信的通信距離可以提升n倍，達(dá)到千公里級別（非相干光大約只有幾十公里）。你說香不香？

相干光通信的發(fā)展背景

相干光通信技術(shù)這么厲害，它是一個新技術(shù)嗎？并不是。

早在上世紀(jì)80年代，光通信剛剛興起的時(shí)候，美國、英國和日本等發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)進(jìn)行了相干光通信的理論研究和實(shí)驗(yàn)，并取得了不錯的成果。

例如，美國AT&T及Bell公司，于1989和1990年在賓州的羅靈克里克地面站與森伯里樞紐站間，先后進(jìn)行了1.3μm和1.55μm波長的1.7Gbps FSK現(xiàn)場無中繼相干傳輸實(shí)驗(yàn)，傳輸距離達(dá)到35公里。

后來，進(jìn)入90年代，專家們發(fā)現(xiàn)，日益成熟的EDFA（摻鉺光纖放大器）和WDM（波分復(fù)用）技術(shù)，可以更簡單、更有效地解決了光通信的中繼傳輸和擴(kuò)容問題。

于是，相干光通信的技術(shù)研究，就被冷落了。

到了2008年左右，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)，通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量迅猛增長，骨干網(wǎng)面臨的壓力陡增。

此時(shí)，EDFA和WDM技術(shù)的潛力已經(jīng)越來越小。光通信廠商們，迫切需要找到新的技術(shù)突破點(diǎn)，提升光通信的傳輸能力，滿足用戶需求，緩解壓力。

廠商們漸漸發(fā)現(xiàn)，隨著數(shù)字信號處理（DSP）、光器件制造等技術(shù)的成熟，基于這些技術(shù)的相干光通信，剛好適合打破長距離大帶寬光纖通信的技術(shù)瓶頸。

于是乎，順理成章地，相干光通信從幕后走向了臺前，迎來了自己的“第二春”。

為什么在骨干網(wǎng)長距傳輸上選擇了相干光通信？

01

首先采用復(fù)雜調(diào)制的相干光通信節(jié)省了光帶寬資源，提升了光纖傳輸效率，是進(jìn)一步提高傳輸帶寬的絕佳選擇。傳統(tǒng)概念上光纖的帶寬是不受限制的，然而隨著速率的提升和波分復(fù)用技術(shù)的實(shí)施，我們還是遇到了瓶頸。

左圖 可以看到隨著信號速率的提高，光信號的頻譜也在變寬。當(dāng)符號率提升至40 GBaud甚至100 GBaud時(shí)，OOK（把一個幅度取為0，另一個幅度為非0，就是OOK，On-Off Keying，該調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)簡單），信號占用的帶寬變得大于50-GHz ITU信道的帶寬。從圖中可以看出，頻譜加寬的信道開始與它們的相鄰信道重疊，導(dǎo)致串?dāng)_的出現(xiàn)。

右圖 給出了使用多種不同技術(shù)的組合如何提高頻譜效率的想法。舉例來說，與NRZ-OOK調(diào)制格式相比，使用QPSK可以將符號利用率提升兩倍。這樣我們就使用一半的符號率傳輸同樣速率的數(shù)據(jù)，占用的光譜帶寬也減少了一半。然后通過上面我們說過的偏振復(fù)用PDM可以在同一個波長傳遞兩個并行偏振通道，相當(dāng)于提升兩倍頻譜效率。通過QPSK高階調(diào)制和PDM偏振復(fù)用技術(shù)，我們將單波長通道的光信號頻譜占用減小到了原來的四分之一。最后再利用脈沖整形濾波器進(jìn)一步縮小占用頻譜之后，可以在50GHz帶寬的信道中傳輸112Gbps的數(shù)據(jù)。

02

光相干接收機(jī)的另一個優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字信號處理功能。數(shù)字相干接收機(jī)的解調(diào)過程是完全線性的；所有傳輸光信號的復(fù)雜幅度信息包括偏振態(tài)在檢測后被保存分析，因此可以進(jìn)行各種信號補(bǔ)償處理，比如做色度色散補(bǔ)償和偏振模式色散補(bǔ)償。這就使得長距離傳輸?shù)逆溌吩O(shè)計(jì)變得更加簡單，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的非相干光通信是要通過光路補(bǔ)償器件來進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)裙ぷ鞯?。（傳統(tǒng)傳輸鏈路的色散問題，即光信號各個組成成分在光纖中傳輸時(shí)，抵達(dá)時(shí)間不一樣。）

03

相干接收機(jī)比普通的接收機(jī)靈敏度高大約20dB，因此在傳輸系統(tǒng)中無中繼的距離就會越長。得益于接收機(jī)的高靈敏度，我們可以減少在長距離傳輸光路上進(jìn)行放大的次數(shù)。

基于以上原因，相干光通信可以減少長距離傳輸?shù)墓饫w架設(shè)成本，簡化光路放大和補(bǔ)償設(shè)計(jì)，因此在長距離傳輸網(wǎng)上成為了主要的應(yīng)用技術(shù)。

相干光通信的技術(shù)原理

接下來進(jìn)入硬核階段，我們詳細(xì)解析一下相干光通信的技術(shù)原理。

前面和大家說了，相干光通信主要利用了兩個關(guān)鍵技術(shù)，分別是相干調(diào)制和外差檢測。

我們先看看光發(fā)送機(jī)這邊的相干調(diào)制。

在此前的文章《漫話光模塊（3）》（點(diǎn)擊標(biāo)題可查看原文）中介紹過光載波調(diào)制的內(nèi)容。我們說過，在落后的IM-DD（強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測）系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度（幅度）調(diào)制的方式，通過電流改變激光強(qiáng)度，產(chǎn)生0和1，以此實(shí)現(xiàn)對光波進(jìn)行調(diào)制。

直接調(diào)制，非常簡單，但是能力弱，問題多。而在相干光通信系統(tǒng)中，除了可以對光進(jìn)行幅度調(diào)制之外，還可以采用外調(diào)制的方式，進(jìn)行頻率調(diào)制或相位調(diào)制，例如PSK、QPSK、QAM等。

更多的調(diào)制方式，不僅增加了信息攜帶能力（單個符號可以表示更多的比特），也適合工程上的靈活應(yīng)用。下面這張圖，就是一個外調(diào)制的示意圖：

相干光通信的光發(fā)送機(jī)（偏振QAM）

如圖所示，在發(fā)送端，采用外調(diào)制方式，使用基于馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）的IQ調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制格式，將信號調(diào)制到光載波上，發(fā)送出去。（具體原理，回顧前文）

到了接收端，正如前文所說，進(jìn)入關(guān)鍵環(huán)節(jié)了。

首先，利用一束本機(jī)振蕩產(chǎn)生的激光信號（本振光），與輸入信號光在光混頻器中進(jìn)行混頻，得到與信號光的頻率、相位和振幅按相同規(guī)律變化的中頻信號。

這其實(shí)是一個“放大”的過程。在相干光通信系統(tǒng)中，經(jīng)相干混合后的輸出光電流的大小，與信號光功率和本振光功率的乘積成正比。由于本振光的功率遠(yuǎn)大于信號光的功率，所以，輸出光電流大幅增加，檢測靈敏度也就隨之提升了。

換句話說，非相干光通信，是在傳輸過程中，使用很多的放大器，不斷中繼和放大信號。而相干光通信，直接在接收端，對微弱的到達(dá)信號進(jìn)行混頻放大。這就是相干光通信技術(shù)的本質(zhì)。

混頻之后，用平衡接收機(jī)進(jìn)行檢測。根據(jù)信號光和本振光的頻率值的差異，相干檢測分為零差檢測、外差檢測以及內(nèi)差相干檢測。無論是零差檢測、外差檢測還是內(nèi)差檢測，其檢測根據(jù)都來源于接收光信號與本振光信號之間的干涉。

外差檢測相干光通信，經(jīng)光電檢波器獲得的是中頻信號。還需要進(jìn)行二次解調(diào)，才能被轉(zhuǎn)換成基帶信號。零差和內(nèi)差檢測兩種方式帶來的噪聲較小，減小了后續(xù)數(shù)字信號處理的功率開銷和對相關(guān)器件的要求，所以最為常用。零差檢測相干光通信，光信號經(jīng)光電檢波器后被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號，不需要進(jìn)行二次解調(diào)、信噪比最高。但它要求本振光頻率與信號光頻率要求嚴(yán)格匹配，并且要求本振光與信號光的相位鎖定。

接下來，是同樣非常重要的數(shù)字信號處理（DSP）環(huán)節(jié)了。

光信號在光纖鏈路中傳輸時(shí)，會產(chǎn)生失真，也就是不利的變化。數(shù)字信號處理技術(shù)，說白了，就是利用數(shù)字信號比較容易處理的特點(diǎn)，去對抗和補(bǔ)償失真，降低失真對系統(tǒng)誤碼率的影響。它開創(chuàng)了光通信系統(tǒng)的數(shù)字時(shí)代，是相干光通信技術(shù)的重要支撐。數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)，不僅用于接收機(jī)，也用于發(fā)送機(jī)。如下圖所示：

再來一張圖，幫助理解：

數(shù)字轉(zhuǎn)模擬，模擬轉(zhuǎn)數(shù)字

從上面的圖可以看出，DSP技術(shù)進(jìn)行了各種信號補(bǔ)償處理，比如色度色散補(bǔ)償和偏振模式色散補(bǔ)償（PMD）等。

DSP的各種補(bǔ)償和估算

DSP各模塊的作用

傳統(tǒng)的非相干光通信，是要通過光路補(bǔ)償器件，進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)裙ぷ鞯?。它的補(bǔ)償效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如DSP。

DSP技術(shù)的引入，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，節(jié)約了成本，省去了系統(tǒng)中原有的色散補(bǔ)償模塊（DCM）或色散補(bǔ)償光纖等，使得長距離傳輸?shù)逆溌吩O(shè)計(jì)變得更加簡單。

隨著DSP的更迭發(fā)展，更多的算法和功能在不斷的加入，如非線性補(bǔ)償技術(shù)、多編碼調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

常用的補(bǔ)償算法

DSP處理之后，就輸出了最終的電信號。

接下來，我們通過一個100G相干傳輸?shù)陌咐?，回顧一下整個過程。

在這個案例中，發(fā)送端采用了ePDM-QPSK高階調(diào)制，接收端采用了相干檢測接收技術(shù)。

具體過程如下：

1、經(jīng)過數(shù)字信號處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換后的112Gbps信號碼流，進(jìn)入光發(fā)送端后，經(jīng)過“串行-并行”轉(zhuǎn)換，變成4路28Gbps的信號；

2、激光器發(fā)射的信號，通過偏振分束器，變成x、y兩個垂直方向偏振的光信號；

3、通過MZM調(diào)制器組成的高階調(diào)制器，對x、y偏振方向的光信號進(jìn)行QPSK高階調(diào)制；

4、調(diào)制好的偏振光信號，通過偏振合波器，合路到一根光纖上，進(jìn)行傳輸；

5、接收端收到信號后，將信號分離到X、Y兩個垂直的偏振方向上；

6、通過相干檢測接收，X、Y兩個垂直方面偏振的信號，變成電流/電壓信號；

7、通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電流電壓信號變成0101...這樣的數(shù)字碼流；

8、通過數(shù)字信號處理，去除色散、噪聲、非線性等干擾因素，還原出112Gbps的電信號碼流，結(jié)束。

相干光通信的其它支撐技術(shù)

相干光通信的性能強(qiáng)大，但是系統(tǒng)復(fù)雜度高，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大。

非相干光 VS 相干光

想要實(shí)現(xiàn)相干光通信的實(shí)際應(yīng)用，還要依賴以下幾項(xiàng)技術(shù)：

偏振保持技術(shù)

在相干光通信中，相干檢測要求信號光與本振光的偏振方向相同，即兩者的電矢量方向必須相同，才能獲得相干接收所能提供的高靈敏度。因?yàn)?，在這種情況下，只有信號光電矢量在本振光電矢量方向上的投影，才能真正對混頻產(chǎn)生的中頻信號電流有貢獻(xiàn)。為了保證高靈敏度，必須采取光波偏振穩(wěn)定措施。

目前主要有兩種方法：

一，采用“保偏光纖”，使光波在傳輸過程中保持光波的偏振態(tài)不變。（普通的單模光纖，會由于光纖的機(jī)械振動或溫度變化等因素，使光波的偏振態(tài)發(fā)生變化。）

二，使用普通的單模光纖，但是在接收端采用偏振分集技術(shù)。

頻率穩(wěn)定技術(shù)

在相干光通信中，半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定性非常重要。而激光器的頻率，對工作溫度與電流變化非常敏感。如果激光器的頻率隨工作條件的不同而發(fā)生漂移，就會影響中頻電流，進(jìn)而提升誤碼率。

頻譜壓縮技術(shù)

在相干光通信中，光源的頻譜寬度也非常重要。只有保證光波的窄線寬，才能克服半導(dǎo)體激光器量子調(diào)幅和調(diào)頻噪聲對接收機(jī)靈敏度的影響。而且，其線寬越窄，由相位漂移而產(chǎn)生的相位噪聲越小。為了滿足相干光通信對光源譜寬的要求，通常會采取譜寬壓縮技術(shù)。

相干光通信的應(yīng)用

看到這里，大家對相干光通信技術(shù)的特點(diǎn)應(yīng)該是非常了解了。簡而言之，它是一種先進(jìn)且復(fù)雜的光傳輸系統(tǒng)，適用于更長距離、更大容量的信息傳輸。而且，相干光通信改造，可以直接利舊現(xiàn)有的光纖光纜，成本可控。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，相干光通信可以用于現(xiàn)有骨干網(wǎng)WDM波分復(fù)用系統(tǒng)的升級，也可以用于5G的中回傳場景。甚至城域FTTx光纖接入，都開始研究相干光通信的引入。

目前，對相干光通信最熱門的討論，集中在“數(shù)據(jù)中心互聯(lián)”場景，也就是我們現(xiàn)在常說的DCI（Data Center Interconnect）。

數(shù)據(jù)中心

DCI互聯(lián)對長距離相干光模塊的需求非常強(qiáng)烈。尤其是今年國家大力推動“東數(shù)西算”，對相干光通信市場有不小的刺激作用。

另外值得一提的是，相干光通信在星間自由空間光鏈路通信領(lǐng)域（也就是衛(wèi)星通信），也是研究熱門。光載波的傳送帶寬大、質(zhì)量體積小、功耗低、抗干擾和抗截獲性能強(qiáng)，非常適合用于衛(wèi)星通信。相干光通信技術(shù)，已經(jīng)成為衛(wèi)星通信領(lǐng)域的“潛力股”。

相干光模塊的指標(biāo)

我們在前一篇《漫話光模塊（4）》（點(diǎn)擊標(biāo)題可查看原文）中，并沒有談到相干光模塊的指標(biāo)定義，主要是目前還沒有哪個標(biāo)準(zhǔn)對這些指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的說明，下面我們就來看看是德科技對相干通信的指標(biāo)都有哪些建議吧。

先來看看傳統(tǒng)的質(zhì)量參數(shù)。

從OOK中可知質(zhì)量衡量標(biāo)準(zhǔn)為在假設(shè)高斯噪聲分布的情況下，從眼圖中估計(jì)出的誤碼率(BER)和Q因子。QPSK調(diào)制是在100 Gbps傳輸系統(tǒng)中廣泛使用的一種復(fù)雜調(diào)制格式，使用兩個眼圖將其中I-和Q映射到兩個獨(dú)立的眼圖上，用眼圖也可以推導(dǎo)出上述質(zhì)量參數(shù)。

在下圖中，在Q 眼圖中有一個從'0'到'1'的過渡，用紫色表示，而對于I，用紅色表示從'1'到'0'的過渡。由于I和Q分量是decoupled的，因此不能將此信息無歧義地投射到IQ-diagram中的符號轉(zhuǎn)換。左邊的示例可能是從'01'或'00'到'11'或'10'的轉(zhuǎn)換，因此可以考慮四種可能的轉(zhuǎn)換。同樣的當(dāng)映射Q分量時(shí)，是類似的。

QPSK—信號I、Q分量(單偏振)眼圖中，IQ圖中符號轉(zhuǎn)換的映射總是模棱兩可的，I和Q路徑之間的時(shí)間偏差只在IQ圖中可見

這種模棱兩可可能并不一定會造成問題。然而，如果IQ圖發(fā)生扭曲或是失真，并不會反映在兩個單獨(dú)的I和Q眼圖上。比如說在上圖中，兩個IQ圖中的彎曲對角線轉(zhuǎn)換指向I和Q路徑之間的時(shí)間偏差，并且很顯然I是在Q之前，這在兩個眼圖中卻是看不到的。對于更高階的格式，事情會變得更加復(fù)雜。查看下圖，使用特殊的16-QAM格式。如何將其映射到眼圖?

特殊16-QAM調(diào)制實(shí)測星座圖

該圖還提醒我們，在復(fù)雜調(diào)制中，在IQ平面圖中判斷信號質(zhì)量更有意義，因?yàn)橐恍┦д嬖诖藞D中看得更加明顯。

好了，下面我們來看有哪些指標(biāo)是需要關(guān)注的：

• 誤差矢量幅度

其實(shí)，這個問題在很多年前在RF領(lǐng)域就已經(jīng)用直觀的方法解決了，即取一個測量點(diǎn)到最近的理想星座點(diǎn)的距離。這個概念適用于任何可以在星座圖中顯示的調(diào)制格式。

誤差向量的定義和誤差向量的大小

上圖說明了，誤差矢量EVM[n]是測試點(diǎn)與理想?yún)⒖键c(diǎn)之間的矢量距離。

其中n為符號index，Ierr = IMeas - IRef, Qerr = QMeas - QRef。

標(biāo)準(zhǔn)化均方根平均EVM定義為：

其中N為計(jì)算EVM均方根時(shí)考慮的測試點(diǎn)個數(shù)。除以峰值參考向量的大小可以進(jìn)行歸一化。在圖25所示的QPSK信號示例中，四個星座點(diǎn)周圍的實(shí)測紅點(diǎn)誤差矢量大小為5%。

在QPSK信號上測量的EVM

• 信噪比

由EVM，還可以推導(dǎo)出信噪比(SNR)。它也稱為調(diào)制誤碼率(MER)，定義為傳輸信號的平均符號功率與噪聲功率之比。這包括任何導(dǎo)致符號偏離其理想狀態(tài)的因素：

• BER誤碼率估計(jì)

對于只有高斯噪聲的情況，可以直接從EVM中預(yù)測誤碼率。如果EVM還受到來自其他失真的影響，那么預(yù)測就會變得更加復(fù)雜。如果使用簡單的模型，測量的誤碼率沒有預(yù)測的那么高，因此預(yù)測的誤碼率提供了一個上限。

• 從EVM獲得更多信息

通過查看IQ圖中的轉(zhuǎn)換，并繪制EVM與時(shí)間或頻率的關(guān)系圖，可以幫助找到失真的根本原因。

在下圖中有兩個例子。在左邊，將被測信號與“無限”帶寬的參考信號進(jìn)行比較；在右側(cè)，將相同的測量結(jié)果與使用升余弦濾波器創(chuàng)建的參考信號進(jìn)行比較。兩者在符號時(shí)間都顯示相同的EVM值。

相同的EVM值，但是EVM與時(shí)間的關(guān)系揭示了“無限”帶寬的問題（左邊），而不是升余弦濾波器的問題（右邊）

但從EVM隨時(shí)間的演化來看，測量到的信號與“無限”帶寬參考信號的偏差是由高EVM值反映的。如果發(fā)射機(jī)中使用的升余弦濾波器具有與參考信號相同的特性，則在符號(右側(cè))之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間EVM也較低。這種分析可以有助于你發(fā)現(xiàn)信號在跳變及過渡過程中產(chǎn)生的那些錯誤信息。

除了EVM外，IQ圖還可以推導(dǎo)出其他誤差參數(shù)，幫助我們找到光通信系統(tǒng)問題的根源。

• 增益不平衡

增益不平衡即將I信號的振幅與Q信號的振幅進(jìn)行比較，用dB表示。

下圖給出了一個增益不平衡約為2dB的示例，說明存在一個問題。I和Q的大小相差1.26倍。

增益不平衡，在IQ層面，I的大小大于Q的大小

增益不平衡可能是由于發(fā)射機(jī)側(cè)馬赫-曾德爾調(diào)制器的射頻驅(qū)動幅值不平衡造成的。

• IQ Offset

IQ Offset描述星座圖從原始點(diǎn)的偏移量（即中心頻率的功率與平均信號功率的比值）。

IQ偏移量，IQ圖從原始位置偏移

該數(shù)據(jù)結(jié)果表明了載波饋通信號的大小。當(dāng)沒有載波通過時(shí)，IQ偏移量為零（-無窮大dB）。為信號與偏移量之比：

IQ偏移通常是由調(diào)制器的I或Q路徑上的直流偏移或較小的RF驅(qū)動振幅和錯誤的偏置點(diǎn)引起的。

• 正交誤差

正交誤差量化了I和Q正交相位間的差值。理想情況下，I和Q應(yīng)該正交(90度)。在下圖中，IQ的正交誤差接近10度，這意味著I和Q相距80度。

正交誤差?I、Q兩相不正交

正交誤差通常指向發(fā)射機(jī)一側(cè)的問題，其中IQ 90°移相器可能有錯誤的偏置點(diǎn)。在這種情況下，眼圖也是變形的。

• 頻率誤差

頻率誤差顯示了載波相對于本振的頻率誤差。這個誤差數(shù)據(jù)以赫茲表示，它是必須在數(shù)字域中添加的頻率偏移量，以實(shí)現(xiàn)載波鎖定?？梢匝a(bǔ)償?shù)淖畲箢l率誤差取決于所使用的調(diào)制格式（比較圖30）。

不同調(diào)制格式的頻率誤差和最大頻率誤差示例（注：頻率誤差不影響EVM的測量?。?/strong>

• IQ magnitude error

IQ幅值誤差是被測信號與理想?yún)⒖夹盘柗档牟钪担?/p>

幅值誤差的例子

例如低頻強(qiáng)噪聲從發(fā)射激光中產(chǎn)生，可以引起幅值誤差。

• IQ相位誤差和激光線寬

相位誤差是理想IQ參考信號與符號時(shí)間內(nèi)測量的IQ測量信號的相位差。

相位誤差的例子

相位誤差可由載波或本振激光器的相位噪聲引起。它也會導(dǎo)致時(shí)變頻率誤差。激光的相位噪聲一般使用激光線寬進(jìn)行量化。可以用下面的步驟估計(jì)激光線寬，使用卡爾曼濾波相位跟蹤算法（見卡爾曼基于濾波器的復(fù)雜信號估計(jì)和解調(diào)），相位誤差可以通過傅里葉變換，對相位誤差頻譜進(jìn)行隨時(shí)間的估計(jì)獲得。

通過將模型擬合到相位誤差譜（見窄線寬相干傳輸系統(tǒng)連續(xù)波激光相位噪聲的表征方法）在實(shí)際應(yīng)用中，激光線寬可作為自由擬合參數(shù)之一。

激光線寬估計(jì)值(左)與載波相位譜匹配(右)

• IQ Skew

IQ Skew測量的是發(fā)射器上每個偏振態(tài)的I-和Q -信號之間的時(shí)間偏差。這是通過測量符號時(shí)鐘的相位差使用下面的方程：

IQ Skew將導(dǎo)致失真的IQ曲線和EVM值的增加。當(dāng)把獨(dú)立的I眼圖和Q眼圖重疊時(shí)，可以看到它們相對于彼此的位移。在非常干凈的星座情況下，也可以觀察到，在不同的路徑之上向上和向下的45度跳變。

IQ?Skew的例子

• X-Y 偏振 skew & imbalance

在X和Y偏振之間也可能存在時(shí)間偏差。它的計(jì)算公式與IQ偏差相同。X-Y偏振Skew不是影響信號質(zhì)量測量的一個關(guān)鍵參數(shù)，但是實(shí)際的接收機(jī)只能容忍一定的X-Y偏差。注意，Keysight OMA軟件只報(bào)告X-Y Skew的數(shù)值。由于應(yīng)用了時(shí)間校正，相應(yīng)的眼圖不會顯示出Skew的影響。

Imbalance?Skew的例子

X-Y偏振不平衡是由于X-和Y-的功率水平不同造成的，根據(jù)光功率水平Px和Py計(jì)算最大功率變化值ΔPpol如下：

結(jié)語

總而言之，相干光通信技術(shù)的回歸和普及，有利于進(jìn)一步挖掘光通信的性能潛力，提升極限帶寬，降低部署成本。

相干傳輸技術(shù)，無論是檢測還是相干光接收一直都是光通信領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。它的頻譜效率比任何直接傳輸格式都要高，尤其是在長距離和高數(shù)據(jù)速率的情況下，它既能保持優(yōu)異的傳送性能又能克服信號高速傳輸而產(chǎn)生的嚴(yán)重?fù)p耗。

然而，即使在較短的距離，如已經(jīng)使用的城域數(shù)據(jù)中心互連(DCI)，以及在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，傳統(tǒng)的直接傳輸方式也有可能慢慢被拋棄，以進(jìn)行相干調(diào)制。而未來將會告訴我們，相干傳輸和直接探測方式誰會因?yàn)槠湓趦r(jià)格、大小和功耗方面的優(yōu)勢而占上風(fēng)。

最后，我們以兩張表格來看看各通信設(shè)備大廠最新的相關(guān)光模塊情況（注：第一張表主要比較最大速率，有不少光模塊廠家也已經(jīng)發(fā)布了400G-ZR/400G-ZR+/800G-ZR的模塊，表中沒有一一列舉，第二張表主要比較下一代波分800G相干光模塊的最遠(yuǎn)傳輸距離）

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