相干光通信技术在电信领域带来了革命性的进步，在灵敏度和频谱效率方面表现出色。本文将简介相干光检测的原理以及相干光收发器的设计。通过 pLogic 的GUI来设计并且调用 pSim Plus 完成仿真。使用的pSim Plus光电融合仿真工具，具备光链路和器件仿真接口，进行光电融合仿真，使用户能够使用单一仿真器完成复杂的光电系统设计和分析。相干光检测是先进的信号检测方法，利用相干光源。与传统的强度检测方法相比，这种技术在灵敏度和频谱效率方面具有显著优势。图1：相干光收发器设计，展示了发射器（Tx）和接收器（Rx）组件。相干光检测是先进的信号检测方法，利用相干光源。与传统的强度检测方法相比，这种技术在灵敏度和频谱效率方面具有显著优势。相干检测可以在较低的信噪比下检测信号，显著提高系统灵敏度和传输距离。相干检测保留了信号的相位信息，允许通过DSP进行各种补偿和处理，进一步增强传输性能。相干光收发器主要由两个部分组成：发射器（Tx）和接收器（Rx）。让我们详细研究每个部分。![]()
图2：发射器（Tx）设计，展示了电信号生成、光信号生成和信号调制组件。相干光系统中的发射器负责生成和调制光信号。主要包括三个阶段：- PRBS（伪随机比特序列）生成器：产生随机比特序列。
- NRZ（非归零）转换器：将PRBS信号转换为NRZ格式。
- CW（连续波）激光器：为光信号调制提供稳定的光源。
- Y分路器：将光路分成两个分支，供给两个MZM（马赫-曾德调制器）。
电信号生成阶段创建NRZ调制的电信号，作为MZM的调制源。光信号生成阶段提供稳定的光源，然后分成两条路径。在信号调制阶段，MZM调制光强度，而光相移器调制相位。最后，Y合路器将两个调制信号合并为单一输出。![]()
图3：接收器（Rx）设计，展示了信号传输、参考光信号生成和信号分析组件。相干光系统中的接收器负责检测和分析传输的信号。主要包括三个阶段：- 分路器：将信号分成两条路径，每条路径连接到单独的定向耦合器（DC）。
在信号传输阶段，入射信号经过滤波和分路成两条路径。参考光信号生成阶段使用CW激光器创建参考信号，然后分路并进行相位调制，再发送到定向耦合器。在信号分析阶段，光电探测器将光信号转换为电信号，然后进行处理以去除干扰和噪声。最后，使用眼图评估接收信号的质量。
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图4：眼图1和2，展示了信号质量和失真分析。
眼图是评估光通信系统性能的重要工具。提供了信号质量的可视化表示，有助于识别各种类型的信号失真。图中可以看到两个眼图。这些图是通过将接收信号的多个比特叠加在一起而创建的。结果的图案类似于眼睛，因此得名。1.眼图开口：图中中央的清晰区域。较大的开口表示信号更干净，噪声和失真较少。
2.抖动：由眼图交叉点处线条的粗细表示。抖动越小，线条越细，表示时序稳定性更好。
3.上升和下降时间：由转换的斜率表示。斜率越陡，表示上升和下降时间越快，通常这是理想的。
4.幅度变化：由眼图上下电平的粗细表示。电平越细，表示幅度噪声越小。
通过比较图中的两个眼图，我们可以评估不同系统配置的相对性能或识别信号传输中的潜在问题。相干光检测和收发器设计代表了光通信技术的重大进步。通过利用相干光混合和先进的信号处理技术，这些系统与传统方法相比，提供了更高的灵敏度和频谱效率。我们探讨的相干光收发器设计展示了发射器和接收器中电子和光学组件之间复杂的相互作用。从电信号的生成到光载波的调制，从这些信号的接收到分析，每个阶段在确保高质量数据传输中都发挥关键作用。随着我们对通信网络中更高数据速率和更长传输距离的需求不断增加，相干光系统将发挥越来越重要的作用。通过理解本文讨论的原理和设计，工程师和研究人员可以继续推动光通信可能性的边界，为未来更先进、更高效的系统奠定基础。
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