我們知道，光通信系統(tǒng)由于具有較大的帶寬并支持遠(yuǎn)距離傳輸，因此應(yīng)用非常廣泛。其帶寬可以通過速率與距離乘積或BL積來量化，BL是量化光纖鏈路質(zhì)量和不同技術(shù)代能力的最合適指標(biāo)。

如下圖所示是不同時期光纖通信技術(shù)下的BL曲線圖：

第 I 代光通信系統(tǒng)使用AlGaAs發(fā)光二極管（LED）和0.8μm激光器，在漸變折射率多模光纖（MMF）中工作。受模態(tài)色散的限制，這些系統(tǒng)的BL值達(dá)到了數(shù)百Mb/s?km。

上個世紀(jì)80年代初單模光纖(SMF)的發(fā)展克服了模態(tài)色散問題，開創(chuàng)了第 II 代光纖通信系統(tǒng)。此外，新的InGaAsP光源的開發(fā)使工作狀態(tài)轉(zhuǎn)向所謂的長波長，在接近1.3μm的窗口中，光纖衰減較低。80年代中期的第 III 代光纖通信系統(tǒng)將工作波長的窗口從1.3μm 移至1.5μm，從而進(jìn)一步降低了光纖通道的衰減。第 III 代系統(tǒng)的傳輸模型為發(fā)射器和接收器通過單根光纖傳輸?shù)膯蝹€光信號互連。如下圖所示。

從上面的BL曲線中可以看出，光通信在第IV代實現(xiàn)了一個質(zhì)的飛躍，即WDM，C+L，Raman等技術(shù)的出現(xiàn)，即通過在光纖中使用頻分復(fù)用的方式（WDM技術(shù)），通過MUX（多路復(fù)用器)將工作在不同波長的多個收發(fā)器的輸出光學(xué)多路復(fù)用到一根光纖中，然后在接收端，使用Demux（解復(fù)用器）將多路波長信號解復(fù)用。真正開啟了低成本數(shù)據(jù)傳輸?shù)男聲r代。

不過，在這個階段，為了實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳輸，通常會在合適的位置放置電中繼站（RGE），從而當(dāng)光纖衰減信號時，信號可以在電子域中周期性地再生，以便能夠恢復(fù)傳輸?shù)谋忍亍?/p>

但這種方案比較費錢，每個波長都需要配置對應(yīng)的中繼單板，想一想，如果是80波，那每個中繼站就需要80塊中繼單板，假如10個中繼站呢，成本是非常可怕的。為此，光放大器出現(xiàn)了，得益于摻鉺光纖放大器EDFA的發(fā)明，它可以使得設(shè)備能夠放大光域中的所有波長，單方向只需要一塊EDFA放大器而無需任何光電光轉(zhuǎn)換，從而大大降低成本。

后面技術(shù)持續(xù)革新，前向糾錯FEC技術(shù)、C+L 波段傳輸以及混合EDFA/Ramam拉曼放大。再往后就是我們當(dāng)前的數(shù)字相干傳輸系統(tǒng)，即具有相干檢測和數(shù)字信號處理功能的數(shù)字光通信系統(tǒng)。

其實相干檢測可以追溯到上個世紀(jì)80年代，當(dāng)時就被用于提高光譜效率和靈敏度。實際上，構(gòu)成當(dāng)前相干光學(xué)系統(tǒng)基礎(chǔ)的大多數(shù)技術(shù)在老早已經(jīng)存在了。

另外當(dāng)10Gb/s 轉(zhuǎn)發(fā)器商用部署時，40Gb/s系統(tǒng)是下一代速率的一個趨勢，但是，由于偏振模色散 （PMD） 和殘余色散 （CD）的影響，要在原有10Gb/s系統(tǒng)上繼續(xù)跑40Gb/s是有較大困難的，。

備注：如果比特速率增加4倍，則隨著信號帶寬的增加，脈沖擴(kuò)展也會增加4倍。由于脈沖持續(xù)時間也減小了4倍，因此對CD的容差就減小了16 倍，與符號速率的平方成反比。同時，PMD的容限也與比特率的增加成反比，就更難接受了，因為相比10Gb/s，40Gb/s的色散補償要求更高更難。

當(dāng)然，后來CD/PMD這些影響通過相干系統(tǒng)中的接收機，經(jīng)過數(shù)字信號處理（DSP）算法處理以及自適應(yīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行補償，也就不需要DCM等模塊了。不僅減少了插損，也提高了對非線性效應(yīng)的容忍度。

下面簡單看一下相干接收機的結(jié)構(gòu)，典型的數(shù)字相干系統(tǒng)的光接收機由兩個主要子系統(tǒng)組成：

其中：

第1個子系統(tǒng)用灰色表示，是其接收器前端，主要由光前端、跨阻放大器（TIA）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）組成。

第2個子系統(tǒng)用藍(lán)色表示，由一系列數(shù)字信號處理（DSP）算法組成。第1個DSP模塊是糾偏模塊（Deskew），負(fù)責(zé)補償4個接收組件對齊過程中可能出現(xiàn)的時間不匹配。下一個模塊是正交化模塊(orthogonalization)，它補償接收器前端與時間錯位無關(guān)的失配，例如輕微不平衡的光電探測器或功率分配器。然后，就是2個靜態(tài)濾光片執(zhí)行色散補償（CD）。接著還有時鐘恢復(fù)模塊、自適應(yīng)均衡器、頻率恢復(fù)/相位恢復(fù)等。

各個模塊的具體功能就不在此詳細(xì)討論了。