2.3.1 系统带宽受限问题

在发射机中采用光调制器通过直接调制或外部调制实现光调制，并在接收机中进行光到电信号转换。调制器和光电检测器由于带宽有限，会引起ISI和系统性能下降，这决定了系统可以达到的最大速率。DCI和PON中的带宽关键器件通常是发射机的电子驱动器电路和调制器以及接收机中的 PD 和 TIA。此外，在实验室搭建的系统中通常会使用任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator,AWG）或DAC用离线DSP控制产生基带信号，AWG或DAC带宽通常也会受到限制，在接收端使用实时采样示波器ADC采集离线数据，ADC带宽同样会受限。DCI和PON 已经部署、商用了大量器件，如果继续使用已经部署的器件实现更高速率的传输，会极大地降低部署成本。用低带宽商用器件结合高效DSP实现传输速率的升级，这也是当前在DCI和PON中比较热门的研究，涌现出了很多新型DSP技术和传输纪录。

信息中的符号以波特率按顺序传输，其中，一个波特等于每秒一个符号。如果信道带宽受到限制，就像施加了低通滤波器一样，则符号脉冲会随时间扩展或分散。经过带宽受限的器件，低通滤波效应后的接收信号可以表示为[22]

其中，xk和yk分别是在第k个采样点的输入和输出信号，第一项Rk表示接收到的理想信息符号，第二项表示ISI，第三项vk是在第k个采样点的AWGN。必须确保信号脉冲之间的最小间隔，以避免连续脉冲之间的ISI。根据Nyquist准则，只要信道的带宽超过1/(2T)，以R=1/T的调制速率传送信息符号就可以不引起ISI，其中，T是符号周期。优化的滤波器可用于确保在没有ISI的情况下以 Nyquist 速率传输脉冲，但是对于接入系统而言成本过高。在实际的 NRZ 系统中，限制ISI所需的最佳接收器带宽为2/3传输波特率，或者等于在不受热噪声限制情况下系统的波特率。

在光收发机中，带宽限制是发射机的调制带宽和接收机的频率响应引起的。用于发射机的高带宽MZM、DML或EML，以及用于接收机的高带宽PIN或APD，成本更高、功耗更大，需要开发稳健的制造工艺确保足够的产量。同样，电驱动器和TIA电路需要设计足够的带宽，以便满足高比特率要求。因此，在低成本的低带宽系统中，高频谱效率的先进调制格式可以用来传输更高的速率。