第2章：强度调制与直接检测（IM/DD）
2.1 IM/DD系统原理——说白了就是“亮”与“不亮”
强度调制与直接检测，简称IM/DD。这名字听着挺唬人，其实原理特别简单。
我刚开始接触光通信那会儿，师傅跟我说：“你就记住，发端让光忽大忽小，收端看光强判0和1。” 嗯，就是这么回事。
发端用调制器控制光源的功率，让光强随着电信号变化。收端用光电探测器（比如PIN管或APD）直接检测光功率，转成电流信号。整个过程不需要相干接收那种复杂的本振光、混频器，结构简单，成本低。
你想想看，为什么短距离通信（比如数据中心内部、接入网）都用IM/DD？说白了就是便宜、够用。我做过一个10G PON的项目，整个光模块成本控制在20美元以内，用相干方案根本不可能。
核心要点：IM/DD系统只对光信号的强度（功率）敏感，相位和频率信息被丢弃。这是它和相干通信最大的区别。
系统框图其实就三块：
- 发射端：激光器 + 调制器（或直接调制激光器DML）
- 信道：光纤（单模或多模）
- 接收端：光电探测器 + 低通滤波器 + 判决电路
这里我画了一张流程图，帮你把整个链路串起来：
小提示：实际工程中，接收端的光电探测器后面一定要加低通滤波器。我见过有人偷懒没加，结果高频噪声直接把判决误码率干到10⁻³，根本没法用。
2.2 OOK调制格式——最朴素的二进制
OOK，全称On-Off Keying，开关键控。说白了就是：有光代表“1”，没光代表“0”。
这是最古老的数字调制方式，没有之一。但你别小看它，直到今天，很多低速光模块（比如1G、10G）还在用OOK。为什么？因为简单到极致。
我记得有一次调试一个25G的直调激光器，示波器上眼图特别漂亮，结果一测灵敏度，比理论值差了3dB。查了半天，发现是调制器的偏置点没调好，导致“0”电平漏光太多。嗯，OOK对消光比要求其实挺苛刻的。
OOK的数学表达很简单：
s(t) = A · cos(ωt) → 代表“1”
s(t) = 0 → 代表“0”实际工程中，我们更关心的是消光比（ER）和眼图质量。消光比定义是：
ER = 10 · log₁₀(P₁ / P₀) 单位：dB其中P₁是“1”电平的光功率，P₀是“0”电平的光功率。我建议消光比至少做到8dB以上，低于6dB的话，接收机灵敏度会明显劣化。
| 参数 | 典型值 | 影响 |
|---|---|---|
| 消光比 | 8~12 dB | 越高越好，但受限于调制器 |
| 眼图张开度 | > 80% | 影响误码率 |
| 上升/下降时间 | < 0.3 UI | 限制速率 |
注意：OOK虽然简单，但频谱效率很低。1个符号只传1比特。如果你需要更高的速率，就得考虑PAM4或者相干调制了。
2.3 RZ与NRZ码型——两种不同的“呼吸”方式
同样是OOK，码型还能玩出花样。最常见的就是NRZ（非归零码）和RZ（归零码）。
NRZ码型：“1”电平在整个比特周期内都保持高电平，“0”保持低电平。不归零，所以叫NRZ。
RZ码型：“1”电平只占半个比特周期（或更短），然后归零。占空比通常50%。
我个人的习惯是：10G以下用NRZ，简单省事；25G以上考虑RZ，因为RZ的抗非线性能力更好。为什么？你想想看，RZ的脉冲更窄，峰值功率更高，但平均功率低，这样在光纤里受自相位调制（SPM）的影响更小。
下面这张图展示了两种码型的时域波形差异：
两种码型的优缺点对比：
| 特性 | NRZ | RZ |
|---|---|---|
| 带宽需求 | 较低（约0.7×速率） | 较高（约1.5×速率） |
| 抗非线性 | 一般 | 较好 |
| 时钟恢复 | 需要DC平衡编码 | 自带时钟分量 |
| 接收灵敏度 | 较好 | 略差（约1~2dB） |
| 典型应用 | 10G/25G以太网 | 40G/100G OTN |
避坑指南：我曾经在一个40G的系统中用了NRZ，结果光纤非线性效应导致眼图完全闭合。后来换成RZ，问题解决了。但代价是光模块成本高了30%。所以选码型一定要权衡带宽和成本。
另外，RZ码型还有个变种叫CSRZ（载波抑制归零码），相位每比特交替反转。这个在长距离传输中很有用，但咱们这章先不展开。
嗯，关于IM/DD、OOK和RZ/NRZ，核心内容就这些。记住一句话：IM/DD是框架，OOK是调制方式，RZ/NRZ是码型选择。三者层层嵌套，构成了短距离光通信的基石。
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