对复杂调制信号执行质量测量, 以实现标准化

是否为复杂调制信号提供新的质量参数?在传统的 OOK 中，我们仅使用一维将信息编入载波信号，由光振幅表示。进行复杂调制时，我们通常会在幅度上方添加另一个维 — 光相位。正交相移键控 (QPSK) 调制机制属于特例，信息仅在载波信号的相位中进行编码，但是信号仍能在二维图中显示。(由于双线偏振更像是额外的传输通道，而非第三个调制参数，所以不必将其看作是第三维。) 二维编码已经对前面问题的答案作了暗示:“是否为复杂调制信号提供新的质量参数?”

在下一步分析之前，我们首先要了解 OOK 信号的指定和分析方法，以及将这种方法应用到复杂调制信号的制约因素。

图 1 显示了从开关键控信号的眼图中导出的典型参数。在大多数情况下，通过信号“1”和“0”幅度分段的噪声分布可以推导出比特误码率(BER) 的估算值。假定高斯噪声分布，可在统计规律的基础上推导出 Q 因数，并与 BER 预期值直接有关。此外，模板命中率通常被视为一个描述信号或系统质量的参数。性能标准规定了模板命中率的限制范围。该模板已在标准中定义，测量接收机特性的相关影响因素也合乎标准，例如在测试仪器的输入端使用具有定义带宽的 Bessel-Thomson 滤波器。

通过了解复杂调制信号的眼图细节，我们就能立即看出这些测试概念不完全具有可比性。我们首先使用 100 Gb/s 传输系统中的 QPSK 信号。图 2 显示了 QPSK 信号的眼图。眼图是信号在实轴或正交轴上的投影，因而复杂信号拥有两个眼图。

在星座图中我们可以看到，I 眼图出现一个从低到高的过渡，但我们无法区分它是从“01”过渡到“11”、从“01”到“10”、从“00”到“11”，还是从“00”过渡到“10”。Q 眼图中同样存在这种模糊性，导致用户对于眼图能否帮助表征复杂调制信号产生了怀疑。I (同相或实部)

对于 OOK，一般通过逐步更改判定电平并计算每次更改后的 Q 因数或 BER，从而得出最佳判定电平。最低 BER 意味着最佳判定电平。因为相干接收机是在不同时间对星座图的最近符号进行二维搜索，而不是基于幅度阈值来确定判定电平，所以眼图在信号质量测量中的作用便被削弱。

另一个难题 — 区分 I 和 Q 眼图投影 — 要求提供测试分配的清晰文档。

最后，图 3 显示了特定 16-QAM 星座图的结果 (参考 1)。QAM 信号在星座图中的点呈现非矩形分布，从而增强了抵抗光纤链路失真的坚韧性。通过查看信号的投影轴，可立即找出可能失败的 (基于眼图分析的) 信号质量测量。

总而言之，我们在应用 OOK 中的测试理念时必须要考虑几点限制因素。这是因为:

– 与开关键控相比, 复杂信号具有额外的调制维度

– 在 I 轴和 Q 轴投影上存在眼图模糊度

– QAM 信号的电平增加会导致测量结果与眼图测量参数之间的关系变得非常棘手

只有一个调制参数的 QPSK 属于特例，市场上还有几种测量方法可将开关键控的测量理念应用到复杂调制。这些方法暂时有效，但它们存在的限制因素早已初露端倪。

射频行业推进了误差矢量幅度 (EVM) 概念，这一概念在 WLAN 等标准中是很常见的。它基于一个非常简单的理念:“接收信号与理想信号之间的偏差是什么? ”这就是误差矢量幅度测量。

由于这一概念能够克服先前描述的限制因素，因而在射频行业得到了广泛应用。

我们可在任意幅度和相位电平上比较测量信号与理想信号，并比较我们定义的任意星座图点位置。由于每个测得的星座图点都与最近的理想信号有关联，这种方法避免了眼图模糊性。错误关联意味着在真正的传输接收机中存在符号错误。

这个概念还意味着测量接收机只需测量与真正接收机时间相同的信号，以确定接收的符号种类。有关过渡的任何信息都不属于本概念的范畴。它可用于测量过渡中的误差矢量，在测量结果与标准化过渡结果一致时尤为有用。

如前所述，OOK 的关键测试条件要求是遵循参考接收机的 Bessel-Thomson 特征。对于复杂的传输接收机，还要考虑其它影响参数:

– 接收机带宽– 接收机传输特征

– 接收机损坏, 例如偏斜

– 噪声

– ADC 的有效位数

– 接收机失真

– 信号处理算法

其中一个主要参数是在 PIN 二极管和 ADC 路径中的电带宽 (包括 ADC 本身)。

EVM 在光通信行业中众所周知。然而，它尚未作为复杂调制信号质量的“标准”参数，也未在 BER 评测中推广。