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相干光纤通信在20世纪80年代被广泛研究，主要是因为相干接收机的高灵敏度可以提高不重复的传输距离。然而，自1990年以来，相关的研究和开发被大容量的波分复用（WDM）系统的快速发展所打断，这些系统采用传统的强度调制和直接检测（IM-DD）方案以及新开发的掺铒光纤放大器（EDFA）来补偿链路的跨度损失。2005年，相干接收机中数字载波相位估计的演示，使人们对相干光通信重新产生了广泛的兴趣。其原因是数字相干接收机使我们能够采用各种频谱效率高的调制格式，如M-ary移相键控和正交振幅调制（QAM）等多种频谱效率高的调制格式。

依靠数字域中稳定的载波相位估计。此外由于检测后保留了相位信息，我们可以通过数字信号处理（DSP）来平衡线性传输损伤，如传输光纤的群速度色散（GVD）和偏振模色散（PMD）。重生相干接收器的这些优势为革新现有的光通信系统提供了相当大的潜力。最近，100-Gb/s的传输系统，采用了正交相移键控（QPSK）调制、偏振分复用和相位分集同调检测，并辅以高速DSP 使符号率为25GBd，已被开发并引入商业网络中。本文演示相干光收发器的概念设计，仿真包含背靠背(Back-to-Back)以及加上光纤之后的传输质量分析。

在本文中，利用pLogic搭建链路并通过 pSim进行链路仿真，演示了CWDM硅基光电子收发器的设计和仿真案例。它由以所有4个波长通道为中心的激光器、微环调制器 (MRM )和波分复用器（MUX）以及解复用器(DEMUX)组成，可以仿真背靠背(Back-to-Back)以及加上短距离光纤之后的传输质量。pLogic以及pSim均为国产EDA软件 PIC Studio光电融合设计全流程的模块。

图1：国产EDA软件 PIC Studio光电融合设计全流程

链路功能说明

利用pLogic搭建链路如下图所示， 伪随机比特序列（PRBS_1）连接到FORK_1，以将电信号从一个端口分离到两个端口。然后，这两个端口连接到两个不归零码发生器（NRZ_1，NRZ_ 2）以产生随机通断键控（OOK）信号。这两个端口被发射到马赫-曾德尔调制器（MZM_1）中。在相同的结构中，PRBS_2连接到FORK_2，以将电信号从一个端口分离到两个端口。然后，这两个端口连接到两个不归零码发生器（NRZ_3、NRZ_ 4）以产生OOK信号。这两个端口被发射到MZM_2。连续激光（CWL_3）被用作光源发射到Y分离器（YSPLT_1）中，以将光信号从一个端口分离到两个端口。这两个端口分别发射到MZM_1和MZM_2的op_0端口。在MZM_2之后，使用光相移（PHS_1）保持π/2的相位差。然后，使用Y组合器（YCOMB_1），将这两个端口组合成一个端口。上述设置称为相干发射机（Tx）侧。在通过光纤（FIBER_1）后，分离器（SPLT_3）用于将光信号从一个端口分离到两个端口。另一方面，使用连续激光（CWL_4）作为光源发射到分光器（SPLT_4），将光信号从一个端口分离到两个端口。SPLT_3的op_2端口发送到定向耦合器（C_1）的op_ 3端口，SPLT_ 2的op_1端口发送到C_2的op_3端口。SPLT_4的op_2端口发送给C_4的op_0端口，SPLT_4中的op_1端口发送给C_2中的op_0端口。C_3之后，两个端口发送到PIN光电检测器（PIN_5）和PIN_6以检测信号。在O-E转换之后，电减法器（SUB_1）用于减去两个信号。然后，使用低通 RC 滤波器滤除高频信号。最后，利用眼图分析传输信号通过整个系统后的质量。从CWL_4到分析仪，这种设置称为相干接收机（Rx）侧。

图2：利用 pLogic搭建好的相干光收发器链路

工作原理说明

在 pLogic中连接每个器件的导线后执行仿真，模拟结果将显示如图所示。传输距离为5km后，结果表明眼图是开放和清晰的。垂直睁眼约265 uW，水平睁眼约23 ps。

图3：通过pSim仿真得到相干收发器的仿真结果

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