谈谈Avanex的40G双二进制调制器

9/10/2004，随着传输距离的增长和速率的提高，OSNR容限、色散、光纤非线性效应等在近距离和低速率传送中一些可以忽略的因素逐渐凸显出来，需要寻求更好更有效的传输方式，以满足下一代光网络的要求。一些厂家为此针对光纤传送中的码型调制技术进行了改进，推出了一些新的解决方案。Avanex 公司和德国SHF通信技术公司最近宣布合作发展40G 双二进制（duobinary）调制器驱动组件。该产品包括了SHF公司优化的825F 驱动放大器和Avanex PowerBit 40G光强度调制器，其传输距离至少是传统NRZ强度调制器产品的5倍，而无需色散补偿。除了性能的改善，由于无需匹配电路的调试，该组件还将简化40G 板卡的制造。下面就讨论该产品采用的双二进制调制技术的基本原理。
1双二进制调制器原理
光通信系统广泛采用NRZ（非归零）调制技术，NRZ适合在使用负色散光纤进行补偿的单模光纤长距离通信系统，而对于没有色散补偿的单膜光纤不是最好的选择。相比之下，双二进制调制是一个比较好的选择，她具有很好的抗色散性能和实现技术简单等优点。
双二进制调制采用的方案是使用低于R/2 Hz的带宽传送R bit/s速率的信号。由奈奎斯特抽样准则可知，为了无码间干扰（ISI）地传送R bit/s的信号，传输脉冲所需的最小的带宽是R/2 Hz。这意味着双二进制调制存在码间干扰，实际上这个干扰是在可控制之下引入的，在接收端可以去掉这个干扰，恢复原始信号。
双二进制编码允许一定的ISI，因此其频域的频谱变窄，信道的畸变效应减小。这也是为什么双二进制调制具有抗色散能力的原因。
双二进制调制信号的产生方法之一是采用有限脉冲响应（FIR）滤波器和低通滤波器对数据比特进行低通滤波。这两个滤波器也可以合成一个低通滤波器。FIR的输入是两个数（1和-1），可能的输出结果有-1、0和1。因此双二进制信号也是一个三电平信号。这里FIR滤波器输出特性之一是输出信号是相关的，不是所有可能的三个电平构成的结果都会产生。FIR输出结果不可能是{1 –1}或{-1 1}，1和-1之间总要有一个0，但也不会出现{1 0 1}和{-1 0 –1}这种情况，只能输出{1 0 –1}或{-1 0 1}，即在一个0两边的电平是相反的。这也是双二进制调制技术抗色散的原因之一。编码举例如下：
数字序列： 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1
双二进制码： 0 1 1 0-1 0 1 0 0 0 0 1 0-10 1 1 1 0-1
2双二进制编码抗色散性能分析
双二进制编码和电场之间的影射可以进一步减少光纤色散的影响。由于光纤色散，光脉冲在光纤中传输将会展宽。在NRZ编码中，数字序列{1 0 1}对应光域{ +E 0 +E}，在双二进制编码中，数字序列{1 0 1}不可能发生，只能是{1 0 –1}，影射到光域是{+E 0 –E}。对于NRZ编码，因为一个0的两边都是1，这样受色散的影响，NRZ脉冲展宽，使0对应的低电平也变成高电平，中间的0难以恢复，产生ISI。而对于双二进制编码，即使由于色散的影响，中见的检测到，但只要检测到一个1后面跟着一个-1，知道这不是不可能发生的，所以中间就自动加入一个0。所以受色散影响的双二进制脉冲，可以无ISI恢复数字序列。这就是为什么双二进制编码受色散的影响比NRZ编码要小。
3光通信系统中的双二进制调制
双二进制调制最后一步是用双二进制信号的三个电平去调制光信号，得到三种光信号，这可以通过MZ调制器来实现。MZ调制器输入和输出对应关系为：{1 0 –1}分别对应{+E 0 –E}。但+E和-E电平对应相同的光功率E2，在接收端都被检测为1。
整个双二进制调制过程：1、数字序列先经过一个反相器，这个反相器也可以加在接收端，因为恢复出来的信号是反相的，所以要经过一个反相器。2、对反相器输出数字序列，进行差分编码，然后影射的相应的电平（1对应+E；0对应0；-1对应-E）。3、通过一个双二进制编码的低通滤波器，就得到双二进制码。4、双二进制码通过一个2Vπ电平驱动，把数字序列影射到响应的电平。5、经过MZ调制器，把双二进制码调制的光信号送入传送光纤中。6、在接收端恢复原始数字序列。
   双二进制调制和NRZ调制相比，在抗色散方面有很好的优越性，是一种比较好的提高传输速率和传输距离的方案。Avanex 和SHF合作发展40G 双二进制（duobinary）调制器驱动组件就是双二进制调制的一个成功应用的例子。(桂林电子工业学院 于胜云)