3、高速光通信系统基础概念及系统级规范解析

高速光通信系统基础概念及系统级规范解析

1. 基础概念

在高速光通信系统中，有诸多关键概念和因素影响着系统的性能。

1.1 通带与基线漂移

为避免基线漂移，通常需要至少四个数量级的通带。而采用 8b/10b 编码时，这一要求可降低至略超三个数量级。

1.2 时钟恢复基础

随机数据流只有在提供时间参考进行同步时才有唯一的解释。通信协议会规定数据速率（有一定容差），这是开发同步方案的起点。然而，由于数据速率的容差和链路中抖动的增加，瞬时频率并不完全已知，因此需要从输入数据流中恢复时钟信息。数据频谱在数据速率处没有能量，为了恢复时钟信息，需要在时钟和数据恢复（CDR）模块的输入处进行非线性操作，如边缘检测。边缘检测是微分和整流的组合。已经开发了几种用于处理随机数据流的锁相环（PLL）的相位检测器电路拓扑，这些结构在 PLL 的输入处进行隐式边缘检测。需要注意的是，由上升时钟沿（在某些设计中为下降时钟沿）确定的采样时刻被视为测量抖动和误码率的时间参考点。

1.3 误码率

如果在采样时刻，由于抖动或幅度噪声，接收到的数据信号具有错误的逻辑电平，同步数据将包含误码。误码率（BER）定义为误码数与接收的总比特数之比：
[BER = \frac{# \text{ bit errors}}{# \text{ bits received}}]
误码率与电路性能（如幅度、噪声和抖动）通过概率密度函数相关。引入一个新参数 (Q_{BER}) 可以简化接收器系统性能的表示，它与 BER 的关系为：
[BER = \frac{1}{2} \cdot \text{erfc}(\frac{Q