3 Pokročilé aspekty optických modulací pro dosažení vysoké přenosové rychlosti a odolnost vůči degradaci signálu
3.1 Polarizační multiplex u QPSK modulace pro přenosové rychlosti v řádu terabitů

Myšlenka multiplexování modulačních stavů polarizace

Polarizační multiplex, Polarization Division Multiplexing (PDM), je známý v anglické literatuře také jako duální polarizace „dual polarization“ nebo ortogonální polarizace „orthogonal polarization“. Ortogonální polarizační složky lze chápat jako nezávislé, vzájemně se neovlivňující složky polarizace, v ideálním případě složky, které jsou na sebe kolmé. PDM-QPSK je modulační formát navržený primárně pro vysokorychlostní systémy s rychlostí 100 Gbit/s na kanál.

PDM-QPSK je často používán v kombinaci s koherentní detekcí (způsob dekódování). Koherentní demodulace se používá pro demodulaci fáze a frekvence, synchronně s nosnou. U nekoherentní detekce se problém této synchronizace neřeší. Koherentní světlo je světlo, jehož fázi lze předvídat a jehož fázový průběh lze udržovat v každé periodě elektromagnetické vlny. Lze také hovořit o korelaci fáze daného zdroje vůči referenčnímu koherentnímu zdroji záření. V opačném případě se fáze začíná měnit náhodně.

Výhody

Výhody:

  • Vysoká spektrální účinnost s ohledem na zpomalení symbolové rychlosti vůči bitové rychlosti
  • PDM-QPSK je hlavním kandidátem pro transpondéry 100 Gbit/s, z důvodu vysoké tolerance zkreslení signálu
  • PDM-QPSK je lepší než DPQSK z pohledu ceny implementace
  • Tato modulace je velice výkonná u systému 100 Gbit/s na kanál, s kanálovou roztečí 50 GHz, u kterých je možný přenos na vzdálenost stovek kilometrů, za předpokladu použití vhodné kompenzační techniky pro management disperze a dále za předpokladu použití linkových zesilovačů.

Nevýhody

Nevýhody a nejpodstatnější omezení:

  • Finanční náklady na praktickou implementaci, složité transceivery
  • Vysoká spotřeba elektrické energie
  • Požadavek na rychlejší signálové procesory
  • Nutné A/D konvertory

Transceivery

Konstrukce transceiveru:

  • Vysílač PDM-QPSK se musí vypořádat se čtyřmi složkami signálu: fáze, kvadraturní složka, obě pro dva polarizační stavy.
  • Pro konverzi binárního signálu na elektrický je nutno použít dolní propust – Besselův filtr. Besselův filtr je filtr, ve kterém je fázový posun je úměrný frekvenci.
  • Čtyři elektrické signály vstupují do dvou modulátorů QPSK (dva do každého modulátoru).
  • Modulovaný signál PDM-QPSK je vytvářen tak, že výstupní signál z jednoho modulátoru projde polarizátorem a následně je sečten se signálem z druhého modulátoru QPSK.
  • Přijímač PDM-QPSK obsahuje mnoho prvků, např. 90° hybridní oscilátor, čtyři fotodiody PIN pro koherentní detekci, transimpedanční zesilovač (konvertor proudu na napětí pracující jako operační zesilovač), elektrické filtry, elektronický kompenzátor disperze a rozdělovač fázové a kvadraturní složky a dále polarizačních složek.
image
Přenos 40 Gbit/s v jednovidovém optickém vlákně s kanálovou roztečí 100 GHz na vzdálenost 12 km. Nejlepších výsledků je dosaženo pro formát PDM-QPSK [2].
image
Přenos 40 Gbit/s v jednovidovém optickém vlákně s kanálovou roztečí 50 GHz na vzdálenost 12 km. Nejlepších výsledků je dosaženo opět pro formát PDM-QPSK [2].