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                                             ——愛(ài)迪生（T.A.Edison）

一、奈奎斯特脈沖整形概念——使信號(hào)頻譜局限在最小頻譜帶寬內(nèi)

       奈奎斯特脈沖整形使信號(hào)頻譜局限在一個(gè)最小可能的頻譜帶寬內(nèi)，從而避免信道間的干擾，減少使用專(zhuān)門(mén)信號(hào)處理技術(shù)的需要，允許信道間距接近符號(hào)率。它是光纖通信系統(tǒng)提高頻譜效率的有效工具，用于構(gòu)成最密集的WDM系統(tǒng)。

       所謂奈奎斯特脈沖整形，就是把時(shí)域脈沖形狀整形為辛格函數(shù)［sinc（x）］形狀。辛格函數(shù)用sinc（x）=sin（x）/x（x≠0）表示，在數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和信息論中，通常定義歸一化辛格函數(shù)為

當(dāng)x=0時(shí)，sinc=1。

       在介紹辛格函數(shù)頻譜特性前，先來(lái)回顧一下矩形脈沖的特性。矩形脈沖是最重要和最常用的脈沖信號(hào)之一，因?yàn)樗梢苑奖愕乇硎径M(jìn)制數(shù)據(jù)“1”和“0”。對(duì)表示單個(gè)矩形脈沖函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，就得到矩形脈沖的頻譜為辛格函數(shù)形狀。圖10.5.1a表示矩形脈沖的時(shí)域圖和對(duì)應(yīng)的頻域圖，由圖可見(jiàn)，脈沖寬度T與頻譜圖中的第1個(gè)零點(diǎn)位置1/T是反比關(guān)系。

       利用傅里葉變換的對(duì)稱(chēng)定理，很容易得知，具有sin(x)/x形狀的辛格脈沖信號(hào)的頻譜為矩形頻譜，如圖10.5.1b所示。

圖10.5.1矩形脈沖和辛格脈沖及其頻譜（傅里葉變換對(duì)應(yīng)的時(shí)域和頻域信號(hào)）

a）矩形脈沖（不整形）b）辛格脈沖（整形后的奈奎斯特脈沖）

        由此可見(jiàn)，在時(shí)域，奈奎斯特脈沖形狀是辛格函數(shù)形狀；在頻域，它是方波形狀。

二、奈奎斯特發(fā)送機(jī)/接收機(jī)及其系統(tǒng)

       奈奎斯特發(fā)送機(jī)和接收機(jī)與傳統(tǒng)的不同，它不僅要對(duì)數(shù)據(jù)包絡(luò)編碼到光載波fv上，而且要對(duì)脈沖形狀編碼。因此，需要對(duì)發(fā)送機(jī)輸出脈沖整形。

       在光脈沖整形和復(fù)用發(fā)送機(jī)中，首先，用I/Q調(diào)制器把電信號(hào)編碼到光載波上，然后，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行脈沖整形，形成發(fā)送機(jī)信號(hào)脈沖響應(yīng)函數(shù)hs(t)脈沖，進(jìn)一步波長(zhǎng)復(fù)用，產(chǎn)生Tbit/s超級(jí)信道信號(hào)。當(dāng)然，也可以在電域進(jìn)行奈奎斯特整形。

       圖10.5.2表示一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室使用的奈奎斯特光發(fā)送機(jī)，該實(shí)驗(yàn)使用FPGA構(gòu)成64抽頭系數(shù)的有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器，對(duì)輸入的偽隨機(jī)碼在電域?qū)崟r(shí)進(jìn)行奈奎斯特脈沖整形，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）平滑后，對(duì)MZ調(diào)制器進(jìn)行I/Q調(diào)制，發(fā)送機(jī)輸出信號(hào)的時(shí)域圖/頻域圖幾乎為辛格狀/方形脈沖。接收端為相干接收機(jī)，以80GSa/s取樣，同時(shí)處理兩個(gè)偏振輸入信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）、載波相位恢復(fù)和時(shí)鐘估算恢復(fù)、增益均衡、色散補(bǔ)償和BER測(cè)量。

圖10.5.2 奈奎斯特脈沖整形傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光發(fā)送機(jī)構(gòu)成圖

       奈奎斯特脈沖整形允許有效地進(jìn)行波長(zhǎng)復(fù)用，無(wú)須保護(hù)間隔，在這方面類(lèi)似于正交頻分復(fù)用，即方形的時(shí)域脈沖和辛格狀的頻域脈沖，如圖10.5.1所示。