采用复数光调制技术提高光纤数据传输速率

图3提出如何结合运用这些不同技术来增进光谱效率的构想。最下方是简易的OOK，如果改用正交相移键控(QPSK)，则可将OOK符码率的传输速率提高一倍，因为QPSK可编码二位符号。藉由使用极化复用(PDM)技术，传输速率还可再提高一倍。QPSK加PDM可让使用者在相同时钟速率下，获得2×2=4倍的数据传输速率。最后，利用脉冲整形滤波器进一步缩小占用带宽后，用户可以100Gb/s的速率，透过50GHz信道传输数据。

图3　藉由结合使用不同的调制技术，光谱效率可迅速倍增。

强化带宽/信噪比效能 光谱传输加速升级

上面的方法看起来好像万无一失，只要不再遇到其他问题就好了。但是，事情当然不会这么简单。

早在1940年代，美国数学家和电子工程师，同时也是信息论之父Claude Shannon发现，传输信道最大的无误差数据传输速度，取决于噪声和带宽。他把此速率称为“信道容量”，即众所周知的“Shannon极限值”。

Shannon–Hartley定理：

信道容量：

Shannon–Hartley定理

其中，B是带宽(Hz)、S是平均接收信号功率(W)，而N是平均噪声功率(W)。藉由增加带宽，或是将信噪比(SNR=S/N)优化，用户可增加信道容量;事实上，Shannon–Hartley定理仅提供理论上的最大值，却未指出那一种信号传输法可让用户最接近此极限值。

实作时，SNR是最根本的限制因素。因此，从现在到未来，业界都须持断改进这个问题，以达成Shannon极限值。当数据传输速率超过100Gb/s，就需更出色的SNR性能，以便在给定带宽下进行长距离传输。

Ellis、Zhao和Cotter利用这些范例参数，来仿真相关传输和检测类型的信息光谱密度C/B(图4)。进行非线性传输时，信息光谱密度不会随着发射功率光谱密度而无限增加。由于光纤本身具有功率放大器的饱和效应和非线性效应，因此其信息光谱密度有最高上限。不过如果是进行纯线性传输，就不会遇到这种问题。

图4　图中使用A. Ellis、J. Zhao和D. Cotter论文《接近非线性Shannon极限值》JLT 28(4), 423-433中提出的每极化预期信息频光谱密度限制的范例。

在图4中，使用者可清楚看出，就信息光谱密度而言，OOK的直接检测法(仅萃取振幅信息)，完全无法与复数调制信号之相干检测法相抗衡。毫无疑问的，不同类型的复数调制法，对于光传输方案开发人员能够多接近Shannon光谱效率极限，有关键性影响。