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       學習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、光調制——讓光攜帶聲音和數(shù)字信號

       在無線電廣播和通信系統(tǒng)中，調制是用數(shù)字或模擬信號改變電載波的幅度、頻率或相位的過程。改變載波的幅度調制叫非相干調制，而改變載波的頻率或相位調制叫相干調制。調幅收音機是非相干調制，而調頻收音機是相干調制。

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

圖6.4.1 直接強度光調制（IM/DD）和外調制的比較

a）直接調制b）副載波調制（SCM）c）外調制

       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?，也可以寫?/p>

        如圖6.4.2b所示，這里E0(t)是以光頻f(t)振蕩的光波電場振幅包絡，φ(t)是它的相位。從原理上講，不論改變這3個參數(shù)中的哪一個，都可以實現(xiàn)調制。改變E0(t)的調制是幅度調制，如圖6.4.2c所示；改變f(t)的調制是頻率調制，如圖6.4.2f所示；改變φ(t)的調制是相位調制，如圖6.4.2g所示。另外還有一種調制，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快門，使光波間斷通過遮光板的孔洞，從而實現(xiàn)光的脈沖調制，其調制圖形如圖6.4.2d所示。

        早期，所有實用化的光纖通信系統(tǒng)都是采用非相干的強度調制——直接檢測（IM/DD）方式，這類系統(tǒng)成熟、簡單、成本低、性能優(yōu)良，已經(jīng)在電信網(wǎng)中獲得廣泛的應用。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一步改進和提高。近來，調制信號相位的正交相移鍵控（QPSK），以及在QPSK的基礎上，又進行偏振復用的差分正交相移鍵控（PM-QPSK），技術已經(jīng)成熟，在高速光纖通信系統(tǒng)中得到了廣泛應用。

圖6.4.2光的各種調制方式

a）脈沖調制b）光波的振蕩波形c）幅度調制d）脈沖調制

e）偏振調制f）頻率調制g）相位調制

二、先進光調制技術——QPSK調制和QAM調制

1.正交技術產(chǎn)生通用光發(fā)送機

        第1代和第2代光纖通信系統(tǒng)，采用直接調制LD，即電信號直接用開關鍵控（OOK）方式調制激光器的強度。但在非相干接收的波分復用系統(tǒng)和高速相干檢測系統(tǒng)中，直接調制激光器可能出現(xiàn)的線性調頻，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)生對鄰近信道的串擾，從而成為系統(tǒng)設計的主要限制。所以必須采用把激光產(chǎn)生和調制過程分開的外調制，以避免這些有害影響。外調制是電信號通過由電光晶體制成的MZ調制器對LD發(fā)射的連續(xù)光進行調制，如圖6.4.1c所示。

任何帶通信號均可以表示為

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

        將復包絡表示成直角坐標系中的兩個實數(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，帶通信號通常被分開送入兩個信道。一個傳送x（t）信號，稱為同向（I）信道；一個傳送y（t）信號，稱為正交（Q）信道。如果采用復包絡g（t）代替帶通信號υ（t），則采樣率最小，因為g（t）是帶通信號的等效基帶信號。

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