我们知道光发射机中一个非常重要的参数是发射功率。如果光发射机处于无源光网络（PON），没有后续放大器的情况，发射功率很大程度上决定了发射机可以传输的距离 （功率预算，power budget）；如果光发射机后续有放大器，发射功率则决定了发射端的带内光信噪比（in-band OSNR），对于一定光接收机的OSNR要求，决定了信噪比预算 （OSNR budget）的多少。这些都是一个光传输系统中至关重要的参数。发射机的发射功率与片上损耗与激光的输出功率直接相关。在其他损耗已经确定的情况下，调制损耗(modulation loss) 是我们需要根据综合需求而调整的参数，来调整发射功率的大小。

题目中提到了调制深度（modulation depth），峰均值功率比（peak-to-average power ratio, PAPR），脉冲整形（pulse shaping）都会对调制损耗有影响。那么它们分别都是怎样影响调制损耗的呢？首先我们先要知道为什么会有调制损耗。

以相干调制系统中来举例，调制器偏置在Null的位置，当输入的射频信号为红色的正弦波时，输出光信号为蓝色的正弦波。我们可以看出，当射频信号幅度非常小，甚至接近于零时，是没有输出光信号的。这个时候调制损耗趋于无穷大。这是因为相干系统中的偏置点在Null的位置，本身没有输出的光信号。光信号的输出一定是由于有射频信号的输入引起的。我们把从Null点到Peak点的电压称为$V_{\pi }$。$V_{\pi }$的大小调制器一个很重要的性质，通常而言，在其他情况相同时，小$V_{\pi }$的调制器意味着更低的损耗，更容易达到更大的3 dB 带宽，从而是更优的调制器。输入射频信号的峰峰值为$V_{pp}$。调制深度的定义为$V_{pp}/V_{\pi }$。在实际情况中，为了保持调制器的正弦函数的近似线性性质，调制深度通常是小于1的。很容易看到，在调制深度小于1时，调制深度的大小是直接影响调制损耗的。为了不让调制损耗过大，通常又不会选择太小的调制深度。

峰均值功率比是一段信号的性质。假设输入信号是一段整数周期的正弦波，那么这段信号的峰均值功率比是2，或者3 dB。调制深度是一个峰值比调制器参数的概念，而真正的功率是随时间的平均，所以真正计算损耗的时候需要从峰值功率转化到平均功率。

调制深度(modulation depth )

1. 定义：
   在双边带调幅方式情况下，必须加以限制的峰值幅偏值。通常为已调波的最大振幅与最小振幅之差对载波最大振幅与最小振幅之和的比，用百分数表示。
   设调幅信号的最大振幅为$E_{max}^1$,包络最小振幅为$E_{min}^1$, 载波信号的最大振幅为$E_{max}^2$，最小振幅为$E_{min}^1$，则调制深度为： $m=(E_{max}^1-E_{min}^1)/(E_{max}^2+E_{min}^2)$
   在激光领域里，调制深度是指脉冲注入可饱和吸收体时反射率的最大变化量，或吸收体可饱和吸收所损耗的光的总量，即可被强脉冲能量漂白的能力。它主要取决于吸收体的材料、厚度以及可饱和吸收镜的具体结构。
2. 其他解释和举例：
   1）调制深度，也叫调制度，modulation depth，指的是调制波的幅度与载波幅度的比值，常用百分数表示，即：
   $p(t)=(A+m(t))\ast cos(2\ast \pi \ast f\ast t);$
   则：$md=peak(m(t))/A;（$
   或者 $md=(p_{max}-p_{min})/(p_{max}+p_{min})$;
   有时也会用dB表示调制深度，此时，指的是调制波的波峰到波谷下降的dB值。
   2）PWM调制深度，专指脉冲宽度的调制，一般其峰值不变，只是其每一个脉冲的开通和关断的时间比例可以从百分之1到百分之99，说其调制深度最大，假如从百分之30到百分之80就可以调制深度比较小。其调制度越大，脉冲串输出滤波后其线性电压变化也越大。在直流电机调速系统的应用正是借用这一特性。

说到脉冲整形，就得提起信号进入数模转化器之前经历的模块。下面的流程图是一个简单的描述。通常比特会根据调制格式被转化成符号（symbol），经历一个过采样的过程，然后经过发射端的幅度和相位的预补偿来均衡数模转换器和之后的驱动器和调制器的幅度损耗和群延迟。然后经过脉冲整形来与接收端共同形成一个matched filter来减少码间串扰 （inter-symbol interference, ISI）。常用的matched filter有升余弦滚降滤波器（raise cosine, RC filter）或平方根升余弦滚降（root raised cosine, RRC filter）。平方根升余弦滚降要求在接收端也有一个同样的滤波器来形成matched filter。

如果没有脉冲整形，时域的拖尾衰减是一个sinc函数，以1/t的幅度衰减，而RC filter是以1/t3的速度衰减。脉冲整形是利用一些多余带宽换取更少的ISI的方案。然而脉冲整形会改变信号的峰均值功率比，所以也改变了调制损耗。下面两张图是假设波特率为60 GBd的信号的两种滤波器的波形。

综合以上因素，我们可以得出一条普适的调制损耗的公式：

下面是我仿真了QPSK和16QAM两种格式不同调制深度，不同脉冲整形条件下的调制损耗。

注意到QPSK在没有脉冲整形时的峰均值功率比是1，而16QAM在没有脉冲整形时的峰均值功率比是1.8，所以QPSK整体比16QAM的调制损耗小。在没有整形时的调制损耗均比有脉冲整形时的调制损耗小。在信号PAPR较大时，RRC滤波器的调制损耗比RC 滤波器的损耗小。

我们的仿真里都是理想情况，并没有考虑到驱动器的非线性效应，噪声，发射端的群延迟，多径，以及脉冲整形前对于这些效应补偿力度的大小所造成的影响。这篇文章里的仿真给出一个基本的参考。对于更复杂的效应，我们则要细分具体的情况去分析讨论。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_26882891/article/details/112718915
http://www.aikelabs.com/wiki/645.htm