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相干光通信目前是传输距离40km以上光传输网络中主要通信方式，该技术主要应用于DWDM传输网络（密集波分复用）。今天我们以DWDM系统中的相干光收发模块为例，简单介绍一些相干光通信的测试系统。 什么是相干光收发模块 图1显示了OTN中的DWDM基本网络框架以及其中的相干光收发模块的主要结构。 图1说明了DWDM系统发展的一个趋势——更大容量，更高速率。根据OIF的一些材料，当前已知的实现方式是：拓展通信波段（从C波段发展到L波段）以及缩小波长间隔（由原来的50GHz的grid缩小至25GHz)；利用该方案可由当前的96单载波DWDM系统发展至192单载波DWDM系统。 另外，相干光收发模块的在器件带宽有限的情况下，如要获得更高的传输速率，提高光谱效率是一种选择——利用奈奎斯特滤波实现多载波传输；或采用高阶调制技术（QPSK进一步演化为16QAM，64QAM等）。 图1 图1显示，相干光收发模块主要包括三个部分：相干光发射机，相干光接收机以及DSP芯片（ADC/DAC）。光主要作为载波传输信号，而串行信号主要通过电域进行处理与恢复。尽管国内已经自主开发出100G甚至更高速率的相干光收发模块，但涉及的高速率的电域芯片仍主要依赖进口。 图2显示了电域处理中所需要的核心芯片与相关技术：Driver与TIA分别用于提高调制器的输入摆幅以及探测器的输出增益；设计时除了考虑阻抗匹配外，有时需要引入其他效应来提高器件带宽；ADC与DAC芯片分别连接TIA与Driver；通过一些引入算法实现信号的发送与恢复。 图2 什么是相干光发射机 相干光发射机又称IQ光发射机，因为主要结构是一对IQ调制器（TE偏振与TM偏振）。图3显示了IQ光发射机的主要单元器件与工作状态：一般由ITLA经偏振控制器输出TE偏振光，TE偏振光通过分光器分别进入两路IQ调制器中（即4个调制器）；然后，其中一路IQ调制器输出的TE偏振光经偏振旋转后变成TM偏振（另外一路IQ调制器输出偏振保持不变）；最后，再与另外一路输出的TE偏振进行偏振合束输出包含双偏振的信号光。 IQ调制器属于相位调制，一般调制器需工作在null点；同时I与Q两个调制器输出光的相位需要保证90度偏差。这需要利用MPD实时监控光电流变化形成闭环反馈电路（即ABC）实现自动偏压锁定。 图3 如何测量相干光发射机 说到相干光发射机测量，不得不提相干接收机（ICR）。相干接收机首先将发射机输入的双偏振信号光进行偏振分束后形成两路，再将分束后的TM偏振转换为TE偏振（另外一路保持TE偏振不变）；然后两路信号光与同样分束后的两路本振光（本振光与相干光发射机输入光一般是同源，否则容易引入频偏）分别进入两个90°混频器，最后，经混频器输出后进入平衡探测器再经4路TIA输出电信号。 TIA输出的模拟信号经ADC后变成数字信号，首先我们会观察高速示波器捕捉实时信号通道差异，利用校准或者修正方法补偿通道之间或IQ之间的幅度与时延的差异；然后，通过DSP对信号处理并恢复——这其中有前处理与后处理：前处理主要通过数字滤波器与色散补偿等手段对信号过滤与补偿，规避通道串扰与信号失真，后处理利用偏振解复用，载流子恢复以及自适应均衡等算法恢复信号；最后，我们会在示波器上呈现信号恢复后的星座图与眼图，并测量EVM，IQbias等参数。 图4 基于以上内容，我们可以获得一个相对完整的相干光发射机的测试系统框架。如图5所示。需说明的是，AWG较PPG增加了DAC芯片：不仅可以输入任意波形，也可以利用奈奎斯特滤波提高频谱效率。除此之外，一般AWG可以直接输出两路QPSK的信号；而PPG输出的两路信号需要通过增加时延去除两路相关性。 图5 最后，我们整理了目前市场上已知的高速率（200G以上）的相干光发射机测试产品，图6呈现了这三家公司的主要产品以及对应的性能指标。 图6 |
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