电子说
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
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