40G/100G相干光通信原理与关键技术 引言 随着40Gb/s的大规模部署的开始，业界又涌现出多种新型的100G/s调制编码格式。面对众多特征各异的传输码型，在综合考虑其他系统设计参数的基础上，业界主要从传输距离、通路间隔、与40Gb/s和10Gb/s系统的兼容性、模块成本与传输性能的平衡等方面进行综合选择。 随着高速数字信号处理技术（DSP）和模数转换技术（ADC）的进步，相干光通信成为研究的热点。相干检测与DSP技术相结合，可以在电域进行载波相位同步和偏振跟踪，清除了传统相干接收的两大障碍。基于DSP的相干接收机结构简单，具有硬件透明性；可在电域补偿各种传输损伤，简化传输链路，降低传输成本；支持多进制调制格式和偏振复用，实现高频谱效率的传输。通过业界一两年来对于100Gb/s模块的研究和开发，100G/s 的偏振复用四相相移键控相干模块（Coherent PM-QPSK）正在变成业界的主要选择。 相干光通信的基本原理 相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。相干光通信技术具有接收灵敏度高的优点，采用相干检测技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。 图1为发射机采用偏振复用，作为载体的激光信号通过PBS（偏振分光器）分为X/Y两路，每路信号在通过2个MZ调制器组成的I/Q调制器（I路和Q路相位差90）分别将10.7/27.5Gb/s的信号调制到载波，然后再通过偏振复用器把X轴和Y轴光信号按偏振复用合并在一起通过光纤发送出去，从而实现了40/100Gb/s 在单光纤上的传输。 在接收端，与强度调制一一直接检测系统不同，相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源（LO），该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。稍微改变本振激光器的光频，就可改变所选择的信道，因此对本振激光器的线宽要求很高。混频后输出的信号光波场强和本振光波
浅论相干光通信 一、研究背景 尽管波分复用（WDM）技术和掺铒光纤放大器（EDFA）的应用已经极大的提高了光通信系统的带宽和传输距离，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。光通信系统采用强度调制/直接检测(IM/DD)，即发送端调制光载波强度，接收机对光载波进行包络检测。尽管这种结构具有简单、容易集成等优点，但是由于只能采用ASK调制格式，其单路信道带宽很有限。因此这种传统光通信技术势必会被更先进的技术所代替。 然而在通信泡沫破灭的今天，新的光通信技术的应用不可避免的会带来对新型通信设备的需求，面对居高不下的光器件价格，大规模通信设备更换所需要的高额成本，是运营商所不能接受的，因此对设备制造商而言，光纤通信新技术的研发也面临着很大的风险。 如何在现有的设备基础上提高光通信系统的性能成为了切实的问题。在这样的背景下，二十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技术，再一次被放到了桌面上。 相干光通信的理论和实验始于80年代。由于相干光通信系统被公认为具有灵敏度高的优势，各国在相干光传输技术上做了大量研究工作。经过十年的研究，相干光通信进入实用阶段。英美日等国相继进行了一系列相干光通信实验。直到20世纪80年代末，EDFA和WDM技术的发展，使得相干光通信技术的发展缓慢下来。在这段时期，灵敏度和每个通道的信息容量已经不再备受关注。然而，直接检测的WDM系统经过二十年的发展和广泛应用后，新的征兆开始出现，标志着相干光传输技术的应用将再次受到重视。 在数字通信方面，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重要的考虑因素。在模拟通信方面，灵敏度和动态范围成为系统的关键参数，而他们都能通过相关光通信技术得到很大改善。 二、相干光通信系统的组成及基本原理 强度调制-直接检波系统，虽然可以通过高码速来实现大容量传输，而且具有调制、解调较容易的优点，但是，从理论上来讲，这种调制系统所采用的光源不是理论上单一频率的相干光源，而有相当的频宽、对这种由一个频带组成的光源进行强度调制（调整个信号的光强），显然，已调信号就具有相当宽的带宽（当然，相对于光纤本身的传输带宽来讲，仍然是个窄频带）。另外，在强度调制中，仅仅利用了光的振幅参量，相当于早期无线电通信中采用火花发射机那样，是一种噪声通信系统。它的传输容量和中断距离都受到限制。 相干光通信系统则采用单一频率的相干光做光源（载波），沿用无线电技术中早已实现的相干通信方式，再配合幅移键控（ASK）,频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等调制方式，实现一种新型的光纤通信方式----这就是理论上具有先进性的外差光纤通信系统。 相干光通信系统的基本结构如图1所示。图中的光载波经调制器受数字信号调制后形成已调信号光波。调制方式有很多种，将光信号通过调幅、调频或调相的方式被调制（设调制频率为ωs）到光载波上的，当该信号传输到接收端时，首先与频率为ωL本振光信号进行相干混合，然后由光电检测器进行检测，这样获得了中频频率为ωIF=ωs-ωL的输出电信号，因为ωIF≠0，故称该检测为外差检测，那么当输出信号的频率ωIF=0（即ωs=ωL）时，则称之为零差检测，此时在接收端可以直接产生基带信号。
Vol.32,No.6Journal of Semiconductors June2011 An energy detection receiver for non-coherent IR-UWB Cai Li(蔡力),Huang Lu(黄鲁) ,Fu Zhongqian(傅忠谦),Yang Jinger(杨静儿), and Wang Weidong(王卫东) Department of Electronic Science and Technology,University of Science and Technology of China,Hefei230027,China Abstract:A non-coherent receiver for impulse radio ultra-wide band(IR-UWB)is presented.The proposed re- ceiver front-end consists of a high gain LNA,a high frequency detector and an intermediate frequency(IF)amplifier to amplify the recovered signal and drive an external test instrument.To meet the requirements of high gain and a low noise figure(NF)under moderate power consumption for the LNA,capacitor cross coupled(CCC)and current reuse techniques were adopted.The detector consists of a squarer and an integrator.The overall circuit con- sumes41.2mA current with a supply voltage of1.8V at a400MHz pulse rate.The resulting energy efficiency is 0.19nJ/pulse.A chip prototype is implemented in0.18- m CMOS.The die area is2.1 1.4mm2and the active area is1.7 0.98mm2. Key words:receiver;IR-UWB;non-coherent;LNA;detector DOI:10.1088/1674-4926/32/6/065006EEACC:2570 1.Introduction Since the Federal Communications Commission(FCC) opened the unlicensed3.1–10.6GHz frequency spectrum in 2002,the capability of high rate transmission in this open spectrum has attracted a lot of attention.Without reaching an agreement in the standard between different organiza-tions，UWB systems tend to fall into two broad categories: multi-band-orthogonal-frequency-division-multiplexing(MB-OFDM)and IR-UWB.One of the competing proposals to IR-UWB,which makes use of extremely short pulses to trans-mit information,has gained much attention for its potential to achieve high performance with low complexity,low cost and low power consumption. Two main data demodulation schemes exist in the IR-UWB system,including coherent and non-coherent schemes, which show much difference in the architectures’complexity. Many works have been conducted in both schemes?1 5 .The author in Ref.[1]proposes a distributed pulse correlation re-ceiver achieving a250Mbps data rate.References[2,3]real-ize energy detection or demodulation with a squarer but Refer-ences[4,5]with a passive self-mixer.In Ref.[6],an ON/OFF keying(OOK)receiver is presented and the data rate can reach 500Mbps.However,the communication distance is restricted to30cm.With the characteristic of less complexity and no syn-chronization requirements,the non-coherent scheme shows a huge advantage over its counterpart.But to meet the demand of wireless high-definition video transmission,the performances of the front-end circuit should be ensured to make the receiver capable of working at data rates up to several hundred of mega-hertz.This makes the high-data-rate design of a non-coherent receiver a challenge because of its sensitivity to environmental noise and interference. Figure1(a)shows a proposed low complexity receiver with an energy detector and an open-loop comparator.This re-ceiver was aimed at accommodating a communication system with a multi-megahertz data rate and a short range. In this paper,a high performance OOK modulation re-ceiver front-end(Fig.1(b))based on an energy doctor(ED) is proposed.The received pulse is firstly amplified by a high performance LNA,which exhibits over46dB gain,over2GHz bandwidth and NF of2.5dB,and is then detected by an ED to recover the transmitted data.To make sure that the recovered signal is detected properly by an open-loop comparator,a low frequency buffer amplifier is added to make the output signal reach the comparator’s threshold voltage.The LNA consists of an LNA with input matching,a high frequency amplifier and a high frequency buffer amplifier,which use capacitor cross cou-ple(CCC)and current reuse techniques to reduce the noise fig-ure and power consumption.The detector consists of a squarer and a flipped-voltage follower current sensor(FVF-CS).The complete structure is shown in Fig.1(b).The prototype is im-plemented in a0.18- m CMOS process. 2.Receiver system consideration The structure of the proposed non-coherent IR-UWB re-ceiver is illustrated in Fig.1(a)and the front-end structure is shown in Fig.1(b).This receiver front end system features large gain and low NF LNA,wide bandwidth IF blocks.The larger gain of the LNA makes less noise contribution from the next stage,making a lower NF receiver for higher sensitivity and data rate,which are priority demands of the system.Wide-band IF blocks consisting of a squarer and an amplifier are de-signed to accommodate high data rate communication.A1bit ADC,i.e.a comparator,is implemented by a high gain open loop amplifier with less complexity compared to an ADC with clocks,reducing the system’s power consumption.Moreover, the system’s requirement on linearity of the front-end is also re-duced.To drive the open-loop comparator,the input full scale *Project supported by the Ministry of Industry and Information Technology of China(No.2009ZX03006-009). Corresponding author.Email:luhuang@https://www.doczj.com/doc/a416802889.html, Received16November2010,revised manuscript received17January2011c 2011Chinese Institute of Electronics
相干光通信技术 徐飞20114487 【摘要】：随着各种新型通信技术的发展以及互联网带来的信息爆炸式增长，科学研究工作者们提出了相干光通信这一解决办法。本文简要介绍了相干光通信的基本原理、相干光通信相对其他通信方式的优点和它所涉及的主要技术，以及在超长波长光纤通信系统中的应用等问题。 【关键词】：相干调制、外差检波、稳频、超长波长光纤 引言：在光纤通信领域，更大的带宽、更长的传输距离、更高的接受灵敏度，是科学研究者们永远的追求。虽然波分复用（WDM）技术和掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）的应用已经使光纤通信系统的带宽和传输距离得到了极大地提升但随着视频会议等一系列新的通信技术的不断发展应用和互联网普及带来的信息爆炸式增长，相干光通信技术的研究与应用显得越发的重要。 1.相干光通信的基本原理： 在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术,所谓相干调制,就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅,这就需要光信号有确定的频率和相位,即应是相干光。激光就是一种相干光。所谓外差检测,就是利用一束本机振荡产生的激光与输人的信号光在光混频器中进行混频,得到与信号光的频率、相位和振幅按相同规律变化的中频信号[1]。在光发射端用外光调制方式将信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经过光匹配器送入光纤中进行传输，当信号光传输到光接收端时，先用一束本振光信号与之进行相干混合，然后用探测器检测。 相干光通信根据本振光信号频率与接收到的信号光频率是否相等，可分为外差检测相干光通信和零差检测相干光通信。外差检测相干光通信经光电检波器获得的是中频信号，还需要进行二次解调才能被转换成基带信号。外差检测相干光通信又可根据中频信号的解调方式分为同步解调和包络解调。零差检测相干光通信的光信号经光电检波器后被直接转换成系带信号，不需要进行二次解调，但本振光频率与信号光频率要求严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。 2.相干光通信的优点： 相干光通信技术充分利用了它的混频增益、信道选择性及可调性出色以及充分利用光纤通信的带宽等特点，逐步适应当前通信的巨大需求，与传统的通信系统相比，具有以下突出的优点。 2.1灵敏度高，中继距离长
ε 第十章 双线性函数与辛空间 1、 设 V 是数域 P 上的一个三维线性空间， ε 1 ， ε 2 ， ε 3 是它的一组基，f 是 V 上的 一个线性函数，已知 f ( ε 1+ ε 3 )=1,f ( ε 2 -2 ε 3 )=-1,f ( ε 1+ ε 2 )=-3 求 f (X 1 ε 1+X 2 ε 2 +X 3 ε 3 ). 解 因为 f 是 V 上线性函数，所以有 f ( ε 1)＋ f ( ε 3 )=1 f ( ε 2 )-2 f ( ε 3 )=-1 f ( ε 1 )+f ( ε 2 )=-3 解此方程组可得 f ( ε 1)＝4，f ( ε 2 )＝－7，f ( ε 3 )＝－3 于是 f (X 1 ε 1+X 2 ε 2 +X 3 ε 3 ).＝X 1 f ( ε 1)＋X 2 f ( ε 2 )＋X 3 f ( ε 3 ) 2、 设 V 及 ε 1， ε 2 ， ε ＝4 X －7 X －3 X 1 2 3 3 同上题，试找出一个线性函数 f ,使 f ( ε 1+ ε 3 )＝f ( ε 2 -2 ε )=0, f ( ε 3 2 )=1 解 设 f 为所求 V 上的线性函数，则由题设有 f ( ε 1)＋ f ( ε 3 )=0 f ( ε 2 )-2 f ( ε 3 )=0 f ( ε 1 )+f ( ε 2 )=1 解此方程组可得 f ( ε 1)＝－1，f ( ε 2 )＝2，f ( ε 于是 ? a ∈ V,当 a 在 V 的给定基 ε 3 )＝1 1， ε 2 ， ε 3 下的坐标表示为 a= X 1 ε 1+X 2 ε 2 +X 3 ε 3 时，就有 f (a)=f (X 1 ε