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       學(xué)習(xí)這件事不在乎有沒有人教你，最重要的是在于自己有沒有覺悟和恒心。     —法拉第（M.Faraday）

一、光調(diào)制——讓光攜帶聲音和數(shù)字信號(hào)

       在無(wú)線電廣播和通信系統(tǒng)中，調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變電載波的幅度、頻率或相位的過(guò)程。改變載波的幅度調(diào)制叫非相干調(diào)制，而改變載波的頻率或相位調(diào)制叫相干調(diào)制。調(diào)幅收音機(jī)是非相干調(diào)制，而調(diào)頻收音機(jī)是相干調(diào)制。

       與無(wú)線電通信類似，在光通信系統(tǒng)中，也有非相干調(diào)制和相干調(diào)制。非相干調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種，前者是信息信號(hào)直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)，后者是信息信號(hào)通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光的幅度或相位或偏振進(jìn)行調(diào)制，如圖6.4.1所示。

圖6.4.1 直接強(qiáng)度光調(diào)制（IM/DD）和外調(diào)制的比較

a）直接調(diào)制b）副載波調(diào)制（SCM）c）外調(diào)制

       激光器發(fā)出的光波是一種平面電磁波，式（2.1.2）描述沿z方向傳輸?shù)碾妶?chǎng)，也可以寫成

        如圖6.4.2b所示，這里E0(t)是以光頻f(t)振蕩的光波電場(chǎng)振幅包絡(luò)，φ(t)是它的相位。從原理上講，不論改變這3個(gè)參數(shù)中的哪一個(gè)，都可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制。改變E0(t)的調(diào)制是幅度調(diào)制，如圖6.4.2c所示；改變f(t)的調(diào)制是頻率調(diào)制，如圖6.4.2f所示；改變φ(t)的調(diào)制是相位調(diào)制，如圖6.4.2g所示。另外還有一種調(diào)制，那就是改變光的偏振方向，如圖6.4.2e所示。圖6.4.2a表示用快速上下移動(dòng)快門，使光波間斷通過(guò)遮光板的孔洞，從而實(shí)現(xiàn)光的脈沖調(diào)制，其調(diào)制圖形如圖6.4.2d所示。

        早期，所有實(shí)用化的光纖通信系統(tǒng)都是采用非相干的強(qiáng)度調(diào)制——直接檢測(cè)（IM/DD）方式，這類系統(tǒng)成熟、簡(jiǎn)單、成本低、性能優(yōu)良，已經(jīng)在電信網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用。然而，這種IM/DD方式?jīng)]有利用光載波的相位和頻率信息，從而限制了其性能的進(jìn)一步改進(jìn)和提高。近來(lái)，調(diào)制信號(hào)相位的正交相移鍵控（QPSK），以及在QPSK的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行偏振復(fù)用的差分正交相移鍵控（PM-QPSK），技術(shù)已經(jīng)成熟，在高速光纖通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

圖6.4.2光的各種調(diào)制方式

a）脈沖調(diào)制b）光波的振蕩波形c）幅度調(diào)制d）脈沖調(diào)制

e）偏振調(diào)制f）頻率調(diào)制g）相位調(diào)制

二、先進(jìn)光調(diào)制技術(shù)——QPSK調(diào)制和QAM調(diào)制

1.正交技術(shù)產(chǎn)生通用光發(fā)送機(jī)

        第1代和第2代光纖通信系統(tǒng)，采用直接調(diào)制LD，即電信號(hào)直接用開關(guān)鍵控（OOK）方式調(diào)制激光器的強(qiáng)度。但在非相干接收的波分復(fù)用系統(tǒng)和高速相干檢測(cè)系統(tǒng)中，直接調(diào)制激光器可能出現(xiàn)的線性調(diào)頻，使輸出線寬增大，色散引入脈沖展寬，使信道能量損失，并產(chǎn)生對(duì)鄰近信道的串?dāng)_，從而成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要限制。所以必須采用把激光產(chǎn)生和調(diào)制過(guò)程分開的外調(diào)制，以避免這些有害影響。外調(diào)制是電信號(hào)通過(guò)由電光晶體制成的MZ調(diào)制器對(duì)LD發(fā)射的連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制，如圖6.4.1c所示。

任何帶通信號(hào)均可以表示為

式中，ωc=2πfc，是載波角頻率。Re表示函數(shù)的實(shí)部，g（t）是υ（t）的復(fù)包絡(luò)。

        將復(fù)包絡(luò)表示成直角坐標(biāo)系中的兩個(gè)實(shí)數(shù)，得到

式中，x（t）=Re{g（t）}，稱為υ（t）的同向（I）分量；y（t）=Im[g（t）]，稱為υ（t）的正交（Q）分量。

       在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，帶通信號(hào)通常被分開送入兩個(gè)信道。一個(gè)傳送x（t）信號(hào)，稱為同向（I）信道；一個(gè)傳送y（t）信號(hào)，稱為正交（Q）信道。如果采用復(fù)包絡(luò)g（t）代替帶通信號(hào)υ（t），則采樣率最小，因?yàn)間（t）是帶通信號(hào)的等效基帶信號(hào)。

        在通信發(fā)送機(jī)中，輸入信號(hào)s（t）調(diào)制載波頻率為fc的載波信號(hào)，產(chǎn)生式（6.4.2）表示的已調(diào)信號(hào)υ（t）。由此可以得到一個(gè)通用發(fā)送機(jī)模型，如圖6.4.3a所示。