复杂光调制可以带来什么好处？

全球范围内正在兴起数据中心的建设热潮，同时当今的CPU和内存可以确保非常低的时延，能在几分之一秒内掌握大量数据在多台服务器上的分布信息。

其他基础设施能否跟上这个步伐显得尤为重要。数据量的飞速增长已经变成了一个巨大的挑战。为了避免很快出现瓶颈，在数据传输的每个阶段都需要提高比特率效率。

光数据传输最初就像电子数据传输一样，采用了最简单、因此成本也最低的数字编码方案：归零(RZ)或非归零(NRZ)开关键控(OOK)。信号是理想的1（通电）和0（断电）矩形序列。

但是当传输速率达到40 Gbps时，这一概念就会遇到限制。

由于40和100 Gbps的高时钟速率，OOK信号所占用的带宽变得比50 GHz ITU信道的带宽还大。如上图所示，频谱扩大的信道开始与临近信道重叠，信号经过波长滤波器整形，结果会产生串扰和调制信息质量下降。

出于这个原因，高速传输需要从OOK转向更复杂的调制方案，例如差分正交相移键控(DQPSK)。取决于符号时钟速率，复合调制可以减少需要的带宽，支持在50 GHz ITU信道规划中实现更高的数据传输速率。

这些新概念还支持通过数字信号处理配合相干检测，对色散(CD)和偏振模色散(PMD)进行补偿。色散是由于光波以不同速度进行传输（取决于光波频率和偏振状态）而产生的一种效应，它将会导致脉冲变宽，如果不进行补偿可能会降低信号质量。

在长光纤中色散问题尤为严重。复合调制方案使用光波的所有参数（幅度和频率或相位）进行信息编码，可以有效改善频谱效率。无线工程师多年来一直得益于这种方法，现在光通信工程师也能使用这种方法。光传输是选择高等级的调制还是更高的波特率？

使用相干检测意味着，复合光调制不需要采用PMD补偿器或色散补偿光纤，也不会遇到这些元件所增加的损耗和时延。

除了相干检测之外，复合调制方案还能与其他传输方法结合使用，通过光纤链路更高效地传送数据信号。例如，在偏振多路复用(PDM)中，第二个光波信号与第一个光波信号正交偏振，可承载独立的信息，并通过同一条光纤进行传输（见下图）。这就像增加了另一个信道一样，无需使用第二条光纤便可将传输速度增加一倍。

下图显示了这些不同技术的组合是如何改善频谱效率的。底部是最简单的方案：OOK。使用正交相移键控(QPSK)的话，符号速率与OOK相同，而传输速率可以增加一倍，这是因为在QPSK中，一个符号可以编码2个比特。

通过PDM还可以使传输速率再增加一倍。QPSK加上PDM，可在相同时间内（即在相同时钟速率下）传送2 × 2 = 4倍数量的比特。

最后，使用脉冲成形滤波器可以进一步缩小所占用的频谱，在50GHz信道中可达到100Gbps的传输速率。

审核编辑 ：李倩