摘自：深圳逍遥科技，陈昇祐
引言
全球数据流量正在迅速增长，对应用于数据中心（DCs）的光收发器的需求也在相应增加。目前，相干光通信技术的应用已经从骨干网转移到城域网，然后再转移到DC。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，通过PIC Studio工具链中的 pSim光电芯片仿真工具进行链路级的仿真包含加上光纤之后的传输质量分析。
链路搭建说明
链路理论﹑工作原理和各器件参数设置请详见逍遥科技的教程课件：”SiPh IC Design with pSim”或是中文版：”硅基光电子芯片设计-使用 pSim”。如图所示，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。依照图中利用 pLogic原理图编辑工具轻松托放pSim丰富的器件库以及量测仪器，可基于foundry PDK 以及量测数据来建立器件库，设置相干发射机（Tx）侧以及相干接收机（Rx）侧。
链路实践与仿真，简单三步骤
步骤1：依照逍遥科技的教程课件：”SiPh IC Design with pSim”或是中文版：”硅基光电子芯片设计-使用 pSim”，设置仿真参数，例如温度为300K、波长为1.552524 um等。
步骤2：在原理图编辑器中选择并拖动器件，并根据课件中的表配置参数，如PRBS_1的sample_rate为3.2THz，NRZ_1的振幅为-2等。
步骤3：连接各器件后执行仿真，单击EYE_1图标，然后单击鼠标右键打开查看器。如pSim仿真结果图所示，经由光纤传输距离5km后，垂直睁眼约265 uW，水平睁眼约23 ps。
总结
在不断发展的光通信领域中，随着全球数据流的增加，增加了相干光收发器的重要性。正如相干光纤通信的历史所示，尽管20世纪末WDM系统的快速发展暂时重新定向了技术势头，但数字相干接收器的出现重新点燃了这一领域的广泛兴趣。
本文的亮点是引入和应用PIC Studio工具链，尤其强调了其两个强大的工具：pLogic和pSim。pLogic光电链路原理图编辑器在提供直观和用户友好的界面的同时，使得复杂的光通信系统的高效设计和布局成为可能。此编辑器提供了视觉上的简单性，同时保持了复杂光通信设计所需的深度。用户可以轻松地放置、集成和修改光电器件，增强了整体的设计体验并优化了相干收发器系统。
pSim光电芯片链路仿真工具在验证和优化阶段是不可或缺的。不仅准确地复制了这些相干系统的真实世界条件，而且还显着加快了分析的周转时间。参阅逍遥科技的课件，光纤链路集成后的传输分析阐明了仿真工具的精确性和能力。
pLogic和pSim在PIC Studio工具包中的无缝集成增强了相干光通信设计过程。随着研究人员和工程师努力满足全球数据传输的不断增长的需求，像pLogic和pSim这样的工具无疑将位于最前沿，帮助进行下一代光通信系统的快速原型设计、测试和实施。PIC Studio工具链的好处不仅仅是增量的，而是具有变革性的，为光通信研究和开发打开了新的探索之窗。
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文章转载自微信公众号：北京光博会订阅号