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摘要：新时期，原有光传输系统已无法满足人们对信息速率具有的需求，研发全新光传输系统迫在眉睫。文章便以此为背景，以光传输系统为研究对象，围绕如何实现高速光传输目标展开了讨论，首先介绍了常见的编码调制格式，包括RZ、NRZ和CRZ等，其次以高速光传输的特点和需求为落脚点，对高速系统的设计方案、设计要点进行了介绍，最后结合模拟运行情况，证实了系统的有效性，以供参考。

关键词：高速光传输系统；编码调制；功能模块；模拟运行

前言：

传统的光纤系统传输方案无法满足大容量、长距离、极速化传输要求，使得光信号在传输中发生较为严重的损伤，不利于实现传输稳定性与安全性。鉴于此，有关人员提出将基于编码调制的高速光传输系统应用在光信号传输实践中的建议。新传输方案具有较强的适应能力，并且能够解决光纤在传输中出现的损失，在实际应用环节，高速光传输系统发挥了关键作用，能够增加系统传输容量，使得传输距离进一步延长。目前，经过编码调制的传输系统使用范围极为广泛，不仅降低了传输成本，而且也为后期系统升级创造了便利条件，因此，有必要对传输系统展开深入研究。

1研究背景

在通信技术飞速发展的背景下，社会各界对信息速率所提出要求较以往变得更加严格，鉴于此，国内外学者纷纷将目光聚焦于高度的光传输系统，希望能够尽快开发出全新系统，为信息高速传输提供支持[1]。然而，实践经验表明，高速传输信息会影响系统性能，导致系统误码率提高，要想彻底解决该问题，关键是要对编码调制技术加以运用，由此保证系统所受到性能损伤得到改善。上文所提到编码调制技术的本质为传输方案，强调在不改变带宽的前提下，对调制技术、信道编码相关技术加以结合，确保编码增益达到预期水平。结合TCM技术所具有特点展开分析不难发现，将该技术和光通信相结合的方式较多，其中，最具有代表性的便是对编码、调制加以结合，该方法既能够保证结合效果，又可以使通信系统变得更加简单[2]。考虑到TCM通常以部分编码技术为依托，这也决定了其既能够确保系统具备良好的有效性，又能够避免编码增益受到影响，与此同时，系统所搭载硬件的性能、处理数据的速度均会得到不同程度的改善。需要注意的是，TCM所采取编译码方式以卷积码为主，而卷积码性能难以支持其对高速通信系统进行及时纠错，要想解决该问题，最有效的方式便是引入LDPC码，作为码率极高的纠错编码，LDPC的纠错机理如下：以信息序列为载体，通过酌情引入冗余序的方式，达到纠错的目的，同时确保接收端OSNR得到控制。新时期，对TCM、LDPC做级联处理成为大势所趋，将二者用于本文所讨论的光通信系统，一方面可以使系统整体复杂程度得到明显降低，另一方面可以使系统误码率得到改善，这对日后高速光通信及相关行业的发展具有重大意义。

2编码调制格式

2.1RZ码型

RZ脉冲序列需要将过渡区的电场振幅做归零处理，保证1码电场振幅均有时间包络对应。考虑到RZ码型各编码位的状态并不固定，因此，对RZ码型加以运用，通常能够获得符合接收器需求的光信号，使解读光信号的难度大幅降低。该码型具有以下优点：一是光功率平均值偏低；二是对光纤所产生非线性效应具备一定的抵抗能力；三是PMD能力突出；四是可以为时钟恢复提供支持[3]。

2.2NRZ码型

在该码型发送1的过程中，光信号对应脉冲拥有完整且有效的比特时间，由此可见，NRZ码具有频率效率理想、光谱偏窄等特点，另外，该码型还具有实现难度小和成本低的优点，通常只需要借助外部调制器，便能够实现稳定运行。当然，该码型也存在明显的不足，例如，对传输损伤过于敏感，再例如，码元在过渡区无法自行归零等，这也决定了其并不适合对光信号进行长距离或是超高速的传输。

2.3CRZ码型

该码型可通过三级调制的方式获得，与上文所提到RZ码型相比，该码型具有调制难度大的不足，但可以按照比特速率对光信号相位进行调制，其特点主要体现在以下方面：一是边带展宽大，边带大小、数量由相位调制深度决定，考虑到色散斜率的存在，有较大概率造成残留色散积累的问题，进而影响系统性能，因此，如果条件允许，有关人员可借助CRZ码型对系统性能加以改善[4]。简单来说，就是通过对各信道当前相位深度加以优化的方式，有效解决色彩补偿适配、残留色彩大量积累等问题，使系统性能达到预期水平。二是对既有编码调制进行分析可知，CRZ具有较其他编码调制格式更宽的光谱，使得其对残余色散不具备应有的容忍度，此外，CRZ对信道间隔所提出要求极为严格，难以保证其和50GHz的间隔完美兼容，这点也应当有所了解。

2.4DPSK码型

该码型具有以下特点：对发射端做相位调制、差分编码处理，对接收端做相干检测处理，依托光脉冲所发生相位变化，对业务比特进行承载。其频谱宽度在RZ、NRZ之间，通常高于RZ，正常传输距离略长于RZ码，具有对PMD容限、非线性容限加以改进的作用。另外，与NRZ码相比，该码型对应OSNR的改进范围多处于3dB～6dB之间，这也决定了其能够充分满足高速、长距离传输的需求。

2.5CS-RZ码型

CS-RZ码以传统RZ码作为参照，将π的相位差插入到相邻符号之间，且不区分0和1，在编码过程中，载波相位差被当作是负值信号处理，而其他相位差则保持不变，因此，在CS-RZ码中，信号有正值和负值的区分，并且正负值符号的均值为0[6]。通过上述分析可知，频谱0频率对应的点与函数尖峰重合，而加入载波乘数后，则相应位置的尖峰发生改变。在CS-RZ编码中，相邻源码的电场振幅的符号相反，因此，可降低光谱的宽度值，使得光谱在较高的频率中，具有足够大的色散容限，并且能够抵抗SPM和FWM等非光纤产生的线性效应。综上，CS-RZ码的频谱宽度明确，其具体值介于RZ码与NRZ码宽度之中，在使用过程中能够增加频率，并保持足够的容限性能，可满足大容量、长距离系统传输要求，例如，在DWDM系统中的应用。然而，在具体业务功能的实现中，有关人员需要关注其使用成本。

3高速光传输系统研究

3.1设计方案

设计人员针对该系统发送端所制定设计方案如下：第一步，根据实际情况确定LDPC码的码率，利用所选择LDPC码对信道进行编码，确保编码所获得信号能够被同步给对应的TCM模块。第二步，该模块经由64QAM调制算法，对所掌握输入信号做卷积编码处理，随后，由光调制器负责对编码模块所输出电平信号进行处理，将电平信号准确加载到光载波对应振幅以及相位上，至此，64QAM调制告一段落。第三步，将经过调光的信号发送到光纤链路，经由光纤链路完成接下来的传输。

系统接收端可以拆分成译码器和解调器两部分，其中，译码器又分为LDPC译码器还有TCM译码器，在对LDPC译码器进行选型时，需要综合考虑系统需求、算法复杂程度，本项目中，设计人员所选用译码器具有以下几个特点：首先是与光通信系统所表现出高速率特性相符，可以使信息速率得到大幅提升。其次是通过相干解调的方式，使系统在接收灵敏度方面的表现最大程度接近预期。最后是对TCM、LDPC进行了级联处理，真正做到以编码冗余为依托，对误码率性能加以改善，使传输过程更加安全、可靠。系统所搭载TCM译码器内置算法为ViTerbi，该算法可以充分满足光纤信道的要求。

3.2功能模块

3.2.1译码模块

TCM接收端依托软判决算法，完成最大似然译码操作。译码流程如下：第一步，对子集进行译码；第二步，根据译码所获得输出序列，对软判决译码加以确定。第一步的作用主要是降低后续操作的难度，简单来说，就是以固有子集为基础，根据既有接收信号，对标准信号点加以确定，尽量使标准信号点与接收信号重合，该环节结束后，技术人员便无需对平行路径可能造成的问题加以考虑。另外，该环节所得到矩阵可以直接用于后续环节，通过减少计算量的方式，将译码算法对存储空间大小所具有需求量降至最低。序列等概率情况下，计算所得到结果即为差错概率最小的译码。

3.2.2编码模块

本项目中，设计人员决定利用卷积码，对TCM编码、TCM调制进行结合，编码模块内部结构如图1所示：

卷积码对应码率用n/（n+1）表示，向编码器内送入¯n比特后，编码器会输出相应的比特（通常为¯n+1），其他比特不需要编码。考虑到编码期间，卷积码将出现平行支路，因此，为避免接收端无法快速区分各支路，设计人员提出以下建议：通过映射的方式，将平行支路与末级子集一一对应。

3.3模拟运行

本项目所设计系统结构如图2所示：

该系统中，编码模块主要负责编码调制信息，将调制所得到电平信号同步给AWG。AWG负责对所接收信号进行转化，并且将转化所得到模拟信号传送至对应调制器，通过变更多级电平的方式，确保信息能够被准确加载到光载波对应相位、振幅上。上述环节结束后，对已调信号做π/2相移处理，保证不同路信号能够先正交，再经由耦合的方式接入相同链路，进而形成符合要求的信号，在此基础上，依托光纤链路被传送至对应接收端。由信号接收端所搭载光混频器负责接收信号，根据所接收信号，对分属不同路的正交光信号进行输出，通过PIN对光电信号进行实时转换，按照①时域采样②量化处理的顺序，将数字信号传送到解码模块，由此达到高速传输光信号的目的。编码模块配有LDPC外码、TCM内码，可以通过内、外码级联的方式，使外码在纠错方面的优势、内码在功率利用以及频带方面的优势得到充分结合，输入序列可经由LDPC编码处理，变更为对应的外码比特流，并在网格编码器的协助下，顺利成为外码冗余比特的一部分，经由子集分割、星座映射处理，最终成为位置相关性明确的复值码元。该码元正交分量、同相分量先后和某正交光载频相乘，通过64QAM调制的方式，使内、外码级联调制效果达到预期。经过调制的码元，在信道传输、解调等环节将受到不同程度的干扰，进而生成畸变码元，对畸变码元做子集译码还有软判决译码处理，能够获得具有实际意义的内码输出，待迭代译码环节告一段落，便可以实现经由比特输出对信源输入进行还原的目标。

现将模拟运行结果总结如下：首先，对比模拟运行结果能够发现，本项目所提出编码调制方法，能够在一定程度上改善系统所具有的误码性能，只需将输入信噪比控制在4.5dB，便可以保证系统误码率在10-6以下，可以充分满足用户针对低误码率所提出要求。其次，对比级联处理前后，同一系统所展示出的误码性能可知，级联具有控制接收端容限的效果，如果输入信噪比取值是2.35dB，则误码率能够被控制在10-6以下，系统性能因此而得到显著改善。最后，对比传输速率不同情况下，不同系统所表现出误码性能不难发现，系统误码率与传输速率之间的关系为正相关，其中，未经过级联处理的系统，其误码率增速明显快速级联编码系统，由此可证，级联编码系统具有较其他系统更符合要求的可靠性及抗误码性，可以大范围推广。

结束语：

综上，本文以网格编码调制所适用构造方案、编解码方法为基础，围绕如何获得传播速度更快的光通信系统展开了讨论，指出引入编码调制，既能够使系统固有OSNR容限、结构复杂程度得到控制，又能够赋予系统更加理想的可靠性，可以大范围推广。

参考文献：

[1]许伟，董恒，宋荣方，等.基于群体串行干扰删除的混合预编码毫米波大规模MIMO-NOMA传输系统[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2022，42（05）：21-28.

[2]毋桐，田凤，杨雷静.基于概率成形和交织编码的少模光纤传输系统[J].光学学报，2022，42（07）：74-81.

[3]张雷，崔雪峰.基于Gstreamer的视频采集编码与传输系统的设计[J].电脑与信息技术，2021，29（02）：34-39.

[4]赵迺智.高速光传输系统中的FEC技术及系统设计中的OSNR预算[J].信息通信，2020（01）：213-215.

[5]高强.基于DRA音频编码技术同步音频传输系统的实现与验证[J].西部广播电视，2019（14）：236-237+247.

作者简介：周品臣（1997年）男，广西桂林人，汉族。助理工程师。本科，研究方向：通信系统集成。

（作者单位：中国电子科技集团公司第三十四研究所）