光栅格编码调制oTCM

2019-11-03 18:26:12

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供稿：网友

阿尔卡特

　　摘要：在新的传输模式中，10Gb/s前向纠错卷积编码的输出直接映射到光10G波特差分正交相移键控（DQPSK）信号。相对10Gb/s DPSK，不需增加带宽就能实现4.5dB OSNR的增益。

　　关键词：oTCM、oDQPSK

　　1.引入

　　信道速率在10Gb/s以上的高比特率光传输系统通过潜在技术比如前向差错检测（FEC）和tailored调制模式，如CSRZ或DPSK。FEC方案一般在传输数据流上增加光传输冗余以获得附加的OSNR富余值，也就是说，纠错比特差错率为10-13时OSNR为5.8dB，因此带宽通过率为7％，从9.95到10.7Gb/s。

　　下面提到的是新的传输模式“光栅格码调制（oTCM）”，为了在不扩展光带宽（比特率）情况下获得高OSNR富余值（净编码增益），oTCM还结合了增强型前向纠错（FEC）和光差分正交相移键控（oDQPSK）调制。新的传输模式被视为电栅格调制向光域的扩展。oTCM结合了目前光传输领域的先进技术：（1）光m进制调制，如oDQPSK；（2）10Gb/s模－数转化（ADC）激活的高有效软输入FEC；（3）10Gb/s维特比译码器或维特比均衡器的处理方案，这是第一个可能实现的原型。下面的段落将重点介绍oTCM方案，根据OSNR增益可估计性能。

　　2.oTCM建立

　　对于有带宽限制的电传输信道如电话信道，或移动通信栅格调制的无线信道，当在更高码元速率和比特速率中插入冗余比特时可避免损耗。在栅格调制中，冗余信息在信号层编码，扩展信号星座图应用QAM或PSK调制模式而不是在源数据内，因此可保持最初的带宽。即使扩大型星座图两点间的最短距离可通过源星座图缩短，应用FEC增益可补偿这一损耗。当FEC高有效卷积编码和译码通过最大似然规则软判决时，可增大了整个传输信号序列间的几何距离。

　　图1 10Gb/s光栅格调制的发射机。卷积编码器的2 x 10Gb/s输出信号转化为10波特光DQPSK信号，如上图所示星座图。

　　为了在光传输中应用这种方案，10Gb/s数据信号D通过卷积编码器生成100％冗余码，因此提供两个10Gb/s输出数据流A和B，如图1所示。两个并列的10Gb/s信号输入到光DQPSK发射机，在DQPSK预编码器将两股输入数据流A和B转化为两股数据流I和Q，通过激光二极管提供独立相位调制，相移分别为0和π相位，两股数据流在3dB的混合耦合输出提供光DQPSK信号（Q调制有π/2延时）如图1星座图所示。

　　oTCM信号的对应接收机如图2所示。首先，接收信号被注入到oDQPSK接收机，包括两个马赫-曾德干涉计相位鉴别器和两对有不同微分排列的影像二极管。

　　图2 10Gb/s光栅格调制接收机。光10G波特DQPSK信号被检测到并转化为电QPSK信号。通过两个模数转化器进行数字化后，接收信号r被译码，并通过软输入维特比译码器进行差错检测。

　　两股信号的分支都通过时钟取样（图上未显示）并进行模数转化（ADC）。

　　假定典型的ADCs有3比特或4比特的分辨率。模式信号抽样a和b可表示为电QPSK抽样，在星座图中显示为复数点r= a+jb，如图3所示。在图3的星座图中，DQPSK编码器传输数据A和B的预编码输入可通过四个可能的传输星座点t = A+jB表示。

　　由于光放大和ADCs的量化误差产生了光噪声，接收到的QPSK点从传输点t偏移到r。如图3所示，偏移振幅为 △= |r-t|。根据编码器的编码规则，维特比译码器选择星座点序列ti= Ai+jBi，具有最低的成本，也就是说对接收星座序列ri有最低的累积差分。由于检测QPSK信号的标记和空间有相同的噪声振幅，因此没有固定的噪声。图3所示卷积编码器的当前星座图t = A+jB取决于当前比特di和历史比特di-1和di-2，需要维特比编码器的四种状态。由于约束长度为3，编码器中的栅格码在16比特后被删除。

　　图3左：两个键移寄存器（S1/S2）和100%冗余的二进制卷积码编码器（2，1，2）。右：输出A和B在4个QPSK星座点t的映射。

　　3.性能

　　发射机和接收机在模拟工具中实现，可计算出10Gb/s比特速率下Monte-Carlo模拟差分光噪声功率电平的BER值。接收机前面插入了光20GHz带通滤波器，在影像二极管输出处附加有6GHz电数据低通道。图4所示点的计算BER值大约为10-13。

　　利用10Gb/s DPSK调制模式，图4显示了从2到4（oDQPSK盒）的双倍调制电平，保持了10G波特的码元速率，因此带宽保持不变时，“调制损耗”或OSNR损耗大约为4.5dB。此时可传送20Gb/s的数据流。利用二进制卷积编码器的输出填充信道，10Gb/s数据信道的增益大约为9dB，如oTCM曲线所示。相对于oDPSK传输系统，净增益约改善了4.5dB。3或4比特的进一步调查显示了低附加损耗分别为0.5和0.2dB，BER为10-6。我们预计利用扩展内存的卷积编码器，即3或4比特键移寄存器，净增益可得到进一步改善。但这也意味着由于采用8或16种状态代替4种状态，维特比译码器更好的性能。

　　图4 BER与相应OSNR在光栅格编码调制、光DPSK和光DQPSK中的对比

　　4.总结和讨论

　　这是我们首次介绍光栅格码，oTCM作为新的传输模式显示了FEC应用增益，有严密的带宽限制，从而更高速率比特不能输入到FEC编码器冗余中。另外，冗余可输入到附加光调制电平。我们提议FEC卷积编码器和高冗余结合方案，DQPSK模式传输可视为光多电平信号，在模－数转化（ADC）后的软维特比编码器实现差错检测。简单的10Gb/s二进制卷积编码器的分析和100％开销驱动光DQPSK发射机，4状态维特比编码器检测有9dB的高增益。

　　利用更复杂的卷积码，oTCM性能可得到进一步改善，相对10Gb/s oDPSK的OSNR净增益为4.5dB。利用4比特ADC方案（0.2dB损耗），最初的模拟增益保持在4.5dB。

　　参考文献

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摘自　光纤新闻网

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