所谓光通信，就是利用光信号携带信息，在光纤中进行数据传输的技术。
光波是电磁波的一种，所以，光信号也符合电磁波的物理特性。
想要提升光通信的信息传输量，基本上分为以下三种思路：
第一个思路：提升信号的波特率。
波特率（Baud），准确来说就叫波特，叫波特率只是口语习惯。它的定义是：单位时间内传送的码元符号（Symbol）的个数。
波特率很容易理解，我每秒传输的符号越多，当然信息量就越大。
目前，随着芯片处理技术从16nm提高到7nm和5nm，光学器件和光电转换器件的波特率也从30+Gbaud提高到64+Gbaud、90+Gbaud，甚至120+Gbaud。
然而，波特率并不是无限大的。越往上，技术实现难度越高。高波特率器件，会带来一系列系统性能损伤问题，需要更先进的算法和硬件进行补偿。
大家需要注意，波特率并不是比特率（传输速率）。

对于二进制信号，0和1，1个符号就是1比特（bit）。那么，每秒的符号数（波特率）就等于每秒的比特数（比特率，bit/s）。对于四进制信号，1个符号可以表达2比特，每秒的符号数×2=每秒的比特数。

四进制，相同的波特率，比特率翻倍（信息量翻倍）
所以说，为了提升每秒的比特数（信息传输速率），我们需要一个符号能尽量表达更多的比特。怎么做到呢？我们待会再说。
第二个思路：采用更多的光纤数或通道数。
用更多的光纤，这个思路很容易粗暴。光纤数量越多，相当于单车道变双车道、四车道、八车道，当然传输信息量会翻倍。
但是，这种方式涉及到投资成本。而且，光纤数太多，安装也会很麻烦。
在一根光纤里，建立多个信道，这是个更好的办法。
信道数可以是空间信道，也可以是频率信道。
空间信道包括模式（单模/多模）、纤芯（多纤芯的光纤）、偏振（待会会讲）。
频率信道的话，这就要提到WDM（波分复用技术）。它把不同的业务数据，放在不同波长的光载波信号中，在一根光纤中传送。

WDM波分复用
波长×频率=光速（恒定值），所以波分复用其实就是频分复用
WDM同样也不是无限波数的。每个波长都必须在指定的波长范围内，而且相互之间还要有保护间隔，不然容易“撞车”。
目前行业正在努力将光通信的频段拓展到“C+L”频段（详情：链接），可以实现192个波长，频谱带宽接近96THz。如果单波400G，那就是192×400G=768Tbps的传输速率。
第三个思路，也是我们今天要重点介绍的思路——高阶调制。
也就是说，采用更高级的调制技术，提升单个符号所能代表的比特（对应第一个思路），进而提升比特率。
对于调制，大家一定不会陌生。我们经常听说的PAM4、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，都是调制技术。
以前我给大家讲电通信和移动通信的时候，提到过：想让电磁波符号表达不同的信息，无非就是对电磁波的几个物理维度进行调整。
大家比较熟悉的物理维度，是幅度、频率、相位。

光波也是电磁波，所以，对光波进行调制，思路基本是一样的。
光纤通信系统，主要有6个物理维度可供复用，即：频率（波长）、幅度、相位、时间（OTDM）、空间（空分复用）、偏振（PDM）。
█ 幅度调制
频率复用其实就是WDM波分复用，刚才已经介绍过了。接下来，我们看看幅度调制。
在早期的光通信系统里，我们采用的是直接调制（DML，Direct Modulation Laser）。它就属于强度（幅度）调制。
在直接调制中，电信号直接用开关键控（OOK，On-Off Keying）方式，调制激光器的强度（幅度）。


这个和我们的航海信号灯有点像。亮的时候是1，暗的时候是0，一个符号一个比特，简单明了。

直接调制的优点是采用单一器件，成本低廉，附件损耗小。但是，它的缺点也很多。它的调制频率受限（与激光器驰豫振荡有关），会产生强的频率啁啾，限制传输距离。直接调制激光器可能出现的线性调频，使输出线宽增大，色散引入脉冲展宽，使信道能量损失，并产生对邻近信道的串扰（看不懂就跳过吧）。
所以，后来出现了外调制（EML，External Modulation Laser）。
在外调制中，调制器作用于激光器外的调制器上，借助电光、热光或声光等物理效应，使激光器发射的激光束的光参量发生变化，从而实现调制。
如下图所示：

外调制常用的方式有两种。

一种是EA电吸收调制。将调制器与激光器集成到一起，激光器恒定光强的光，送到EA调制器，EA调制器等同于一个门，门开的大小由电压控制。通过改变电场的大小，可以调整对光信号的吸收率，进而实现调制。

还有一种，是MZ调制器，也就是Mach-Zehnder马赫-曾德尔调制器。
在MZ调制器中，输入的激光被分成两路。通过改变施加在MZ调制器上的偏置电压，两路光之间的相位差发生变化，再在调制器输出端叠加在一起。

电压是如何产生相位差的呢？
基于电光效应——某些晶体(如铌酸锂)的折射率n，会随着局部电场强度变化而变化。
如下图所示，双臂就是双路径，一个是Modulated path（调制路径），一个是Unmodulated path（非调制路径）。
当作用在调制路径上的电压变化时，这个臂上的折射率n发生了变化。光在介质中的传播速率v=c/n（光在真空中的速率除以折射率），所以，光传播的速率v发生变化。
两条路径长度是一样的，有人先到，有人后到，所以，就出现了相位的差异。

如果两路光的相位差是0度，那么相加以后，振幅就是1+1=2。
如果两路光的相位差是90度，那么相加以后，振幅就是2的平方根。
如果两路光的相位差是180度，那么相加以后，振幅就是1-1=0。

大家应该也想到了，其实MZ调制器就是基于双缝干涉实验，和水波干涉原理一样的。

峰峰叠加，峰谷抵消
█ 光相位调制
接下来，我们讲讲光相位调制。（敲黑板，这部分可是重点！）
其实刚才我们已经讲到了相位，不过那个是借助相位差产生幅度差，依旧属于幅度调制。
首先，我们回忆一下高中（初中？）的数学知识——虚数和三角函数。
在数学中，虚数就是形如a+bi的数。实部a可对应平面上的横轴，虚部b与对应平面上的纵轴，这样虚数a+bi可与平面内的点(a,b)对应。

大家应该还记得，坐标轴其实是可以和波形相对应的，如下：

波形，其实又可以用三角函数来表示，例如：

多么优美，多么妖娆~
X = A sin（ωt+φ）= A sinθ
Y = A cos（ωt+φ）= A cosθ
ω是角速度，ω=2πf，f是频率。
φ是初相位，上图为0°。
还记得不？把A看出幅度，把θ看成相位，就是电磁波的波形。
θ=0°，sinθ=0
θ=90°，sinθ=1
θ=180°，sinθ=0
θ=270°，sinθ=-1
好了，基础知识复习完毕，现在进入正文。
首先，我们介绍一下，星座图。
其实刚才介绍MZ调制器相位变化的时候，已经看到了星座图的影子。下面这几张图图，都属于星座图。图中的黑色小点，就是星座点。

大家会发现，星座图和我们非常熟悉的纵横坐标系很像。是的，星座图里的星座点，其实就是振幅E和相位Ф的一对组合。

就要提出 I/Q调制（不是智商调制啊

）。
I，为in-phase，同相或实部。Q，为quadrature phase，正交相位或虚部。所谓正交，就是相对参考信号相位有-90度差的载波。

我们继续来看。
在星座图上，如果幅度不变，用两个不同的相位0和180°，表示1和0，可以传递2种符号，就是BPSK（Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控）。

BPSK
BPSK是最简单最基础的PSK，非常稳，不容易出错，抗干扰能力强。但是，它一个符号只能传送1个比特，效率太低。
于是，我们升级一下，搞个QPSK（Quadrature PSK，正交相移键控）。
QPSK，是具有4个电平值的四进制相移键控（PSK）调制。它的频带利用率，是BPSK的2倍。

来自是德科技
随着进制的增加，虽然频带利用率提高，但也带来了缺点——各码元之间的距离减小，不利于信号的恢复。特别是受到噪声和干扰时，误码率会随之增大。
为解决这个问题，我们不得不提高信号功率（即提高信号的信噪比，来避免误码率的增大），这就使功率利用率降低了。
有没有办法，可以兼顾频带利用率和各码元之间的距离呢？
有的，这就引入了QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）。
QAM的特点，是各码元之间不仅相位不同，幅度也不同。它属于相位与幅度相结合的调制方式。
大家看下面这张动图，就明白了：

Amp，振幅。Phase，相位。
其实，QPSK就是电平数为4的QAM。上图是16QAM，16个符号，每个符号4bit（0000，0001，0010等）。
64QAM的话，64个符号（2的n次方，n=6），每个符号6bit（000000，000001，000010等）。

QPSK这种调制，到底是怎么捣鼓出来的呢？
我们可以看一个通过MZ调制器捣鼓QPSK的：

来自是德科技
在发射机中，电比特流被一个多路复用器分成信号的I和Q部分。这两部分中的每一部分都直接调制MZ调制器一只臂上的激光信号的相位。另一个MZ调制器把较低的分支相移π2。两个分支重组后，结果是一个QPSK信号。
高阶QAM的调制难度更大。限于篇幅，下次我再专门给大家解释。
此前介绍无线通信调制的时候，说过5G和Wi-Fi 6都在冲1024QAM。那么，光通信是不是可以搞那么高阶的QAM呢？
不瞒您说，还真有人这么干了。
前几年，就有公司展示了基于先进的星系整形算法和奈奎斯特副载波技术的1024QAM调制，基于66Gbaud波特率，实现了132Tbps下的400公里传输，频谱效率达到935bit/s/Hz。
不过，这种高阶调制仍属于实验室阶段，没有商用（也不知道有没有可能商用）。目前实际应用的，好像没有超过256QAM。
高阶QAM虽然带来了传输速率的大幅提升，但对元器件性能要求很高，对芯片算力的要求也高。而且，如果信道噪声或干扰太大，还是会出现刚才所说的高误码率问题。

1024QAM，密集恐惧症的节奏
在相同的30G+波特率下，16QAM的光信噪比（OSNR）比QPSK高出约5dB。随着星座中星座点个数的增加，16QAM的OSNR将呈指数增长。
因此，16QAM或更高阶QAM的传输距离将被进一步限制。

为了进一步榨干光纤通信的带宽潜力，厂商们祭出了新的大杀器，那就是——相干光通信。下期，小枣君将详细给大家介绍。
█ PAM4和偏振复用
文章的最后，再说说两个“翻倍”技术——PAM4和PDM偏振多路复用。
先说PAM4。
在PAM4之前，我们传统使用的都是NRZ。
NRZ，就是Non-Return-to-Zero的缩写，字面意思叫做“不归零”，也就是不归零编码。
采用NRZ编码的信号，就是使用高、低两种信号电平来表示传输信息的数字逻辑信号。
NRZ有单极性不归零码和双极性不归零码。
单极性不归零码，“1”和“0”分别对应正电平和零电平，或负电平和零电平。

单极性不归零码
双极性不归零码，“1”和“0”分别对应正电平和等效负电平。

双极性不归零码
所谓“不归零”，不是说没有“0”，而是说每传输完一位数据，信号无需返回到零电平。（显然，相比RZ，NRZ节约了带宽。）
在光模块调制里面，我们是用激光器的功率来控制0和1的。
简单来说，就是发光，实际发射光功率大于某门限值，就是1。小于某门限值，就是0。
传输011011就是这样：

NRZ调制
后来，正如前文所说，为了增加单位时间内传输的逻辑信息，就搞出了PAM4。
PAM4，就是4-Level Pulse Amplitude Modu
星座的相对误差计算模型无线电微波存取，比纤维全球互通相对星座误差（ RCE条件）计算模型，从理论上推导实验首次超过光纤无线电（射速）系统的全球互通微波存取（WiMAX ） 。 RCE的波动时，该系统的性能是由偏振模色散（PMD ）的影响在光纤。因此，这是难以计算模型，推导出可用于接收功率和对WiMAX射速RCE的设计。在构建该系统具有线性特征成分和优化调制条件下，可以推导出接收功率和RCE条件。随着一种利用矢量信号发生器（VSG ） ，分布式反馈（DFB ）激光器，光学单模光纤（SMF ） ， PIN光电二极管光接收机，同轴电缆，发射机抛物面天线，抛物面天线接收的全组件配置系统，矢量信号分析仪（VSA ） ，得出的数据相吻合的RCE在理论与实验数据为2dB 。
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开题报告 任务书 都搞定了不
你可以告诉我具体的排版格式要求，希望可以帮到你，祝写作过程顺利
论文如何定题目
首先看是什么专业的题目
其次根据专业和教授的口味来定
题目尽可能不要大众化
（一）选题
毕业论文（设计）题目应符合本专业的培养目标和教学要求，具有综合性和创新性。本科生要根据自己的实际情况和专业特长，选择适当的论文题目，但所写论文要与本专业所学课程有关。
（二）查阅资料、列出论文提纲
题目选定后，要在指导教师指导下开展调研和进行实验，搜集、查阅有关资料，进行加工、提炼，然后列出详细的写作提纲。
（三）完成初稿
根据所列提纲，按指导教师的意见认真完成初稿。
（四）定稿
初稿须经指导教师审阅，并按其意见和要求进行修改，然后定稿。
选题是决定毕业设计（论文）训练成败与质量好坏的关健之一。
1、通信工程专业本科从选题的内容上可以分为理论型毕业设计（论文）和应用型毕业设计（论文）两大类。
2、从本科毕业设计（论文）课题的来源，也可以分为教师命题型和自选型毕业设计（论文）两大类。
3、学生要根据通信工程专业课程群来确定选题方向，数字通信与网络交换方向及信号及信息处理方向的所有应用方面课程均可以作为选题内容。但是，电子技术应用方向及计算机应用方向必须与通信或信号信息处理相结合，其中要有与通信相关的内容。
4、从通信工程专业本科毕业设计（论文）所涉及的研究领域来看，可以是以下内容：
（1）网络交换与数据传输分析；
（2）通信网络或数字通信仿真（MATLAB，Systemview等）；
（3）信号及信息处理，（如数据采集，USB接口传输，图像数据处理等）；
（4）红外线遥感技术（如防盗遥感技术）
（5）网络信息安全（如编码技术）
（6）通信类软件开发，（如C语言与蓝牙结合）
（7）数据传输类接口电路设计或软件设计（如嵌入式蓝牙设计）
（8）光纤、无线、移动等通信新技术方面的应用或开发；
（9）微波技术，电磁波传输技术，卫星雷达等方面
（10）计算机网络或计算机控制方面
（11）通信在军事方面的应用研究；
（12）程控交换，交互式有线电视网等。
（13）其他与通信相关的命题。
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1、论文题目：要求准确、简练、醒目、新颖。
2、目录：目录是论文中主要段落的简表。（短篇论文不必列目录）
3、提要：是文章主要内容的摘录，要求短、精、完整。字数少可几十字，多不超过三百字为宜。
4、关键词或主题词：关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的，是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作机系统标引论文内容特征的词语，便于信息系统汇集，以供读者检索。 每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词，另起一行，排在“提要”的左下方。
主题词是经过规范化的词，在确定主题词时，要对论文进行主题，依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。
5、论文正文：
（1）引言：引言又称前言、序言和导言，用在论文的开头。 引言一般要概括地写出作者意图，说明选题的目的和意义, 并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。
〈2）论文正文：正文是论文的主体，正文应包括论点、论据、 论证过程和结论。主体部分包括以下内容：
a提出-论点；
b分析问题-论据和论证；
c解决问题-论证与步骤；
d结论。
6、一篇论文的参考文献是将论文在和写作中可参考或引证的主要文献资料，列于论文的末尾。参考文献应另起一页，标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。
中文：标题--作者--出版物信息（版地、版者、版期）：作者--标题--出版物信息所列参考文献的要求是：
（1）所列参考文献应是正式出版物，以便读者考证。
（2）所列举的参考文献要标明序号、著作或文章的标题、作者、出版物信息。
因为QAM和PSK一样都是采用的IQ调制，但它在PSK的基础上还采用了幅度调制，这使得QAM的星座图点不像PSK都在一个圆上。QAM调制星座图中的点不再位于单位圆上，而是分布在复平面的一定范围内，各点如果模相同，则相位必不相同，如果相位相同则模必不相同。