強度調制與相干檢測光通信系統(tǒng)架構和接收算法研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)應用的飛速發(fā)展，固網(wǎng)用戶的帶寬需求和移動互聯(lián)網(wǎng)用戶的帶寬需求都在急劇增長，這導致了城域網(wǎng)和接入網(wǎng)已難以滿足用戶帶寬增長的需求?，F(xiàn)階段骨干網(wǎng)100G傳輸技術已經商用，400G甚至1T設備業(yè)已準備鋪設。然而，城域網(wǎng)和接入網(wǎng)由于面向用戶端，難以接受相干技術昂貴的成本和復雜的實現(xiàn)結構，主要采用直調直檢光傳輸系統(tǒng)。直調直檢光系統(tǒng)基于非常簡單的結構進行短距離傳輸，不需要進行頻偏補償和相位噪聲補償。但由于其接收信號僅包含幅度信息難以進行色散

2、補償導致功率衰落使得可用帶寬和傳輸距離均受限，難以進行偏振解復用導致無法引入偏振分集使得頻譜利用率受限。
　　結合相干光系統(tǒng)和直調直檢光系統(tǒng)的優(yōu)勢和劣勢，本論文基于強度調制相干檢測的系統(tǒng)架構，通過相干檢測對信道的色散進行補償，消除其帶來的功率衰落，從而提升了系統(tǒng)的可用帶寬和傳輸距離，并通過偏振復用方式進一步提高系統(tǒng)的頻譜效率，在此基礎上，本論文的創(chuàng)新點及貢獻如下：
　?。?）針對直調直檢信號的調制光載波占據(jù)過高能量導致系統(tǒng)的

3、功率效率偏低的不足，提出了一種數(shù)字載波再生技術，基于這種數(shù)字載波再生技術和強度調制相干檢測系統(tǒng)架構，實現(xiàn)了124Gb/s的偏振復用(Polarization Division Multiplexing, PDM)離散多音調制(Discrete Multitone, DMT)信號100km標準單模光纖傳輸實驗，其中PMD-DMT光信號的光載波信號功率比(Carrier-To-Signal Power Ratio, CSPR)僅-8dB，可

4、支持10KHz~10MHz線寬激光器信號恢復。DCR技術的優(yōu)點是：在發(fā)送端將調制光載波的功率降低，而在接收端對接收信號進行濾波和載波再生，包絡檢測，從而無需進行頻偏補償和相位噪聲補償。
　?。?）針對波分復用無源光網(wǎng)絡(Wavelength Division Multiplex Passive Optical Network, WDM-PON)架構中相干光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit, ONU)的實現(xiàn)成本過高

5、，提出了基于可調激光器復用的外差相干檢測ONU架構，通過可調激光器同時作為上行信號的調制光載波以及下行信號相干檢測的本振光源，將上下行信號劃分在同一波段的不同頻率，構成了外差檢測。
　?。?）基于本論文提出的外差檢測 ONU，依據(jù)外差檢測輸出電信號的數(shù)學模型，本論文通過一對平衡探測器恢復PMD信號，減少了相干接收機的平衡探測器數(shù)量，相應數(shù)模轉換器(Digital-To-Analog Converter, DAC)數(shù)量減少一半，創(chuàng)新

6、地得到一種簡化相干接收機結構；針對不同ONU具有不同的功率預算，本論文提出一種靈活的速率分配策略，根據(jù)ONU的功率預算不同分配不同的下行調制信號；本論文提出一種多級恒模算法的信道均衡方法，可自適應地解調不同的下行調制信號；本論文基于該簡化外差ONU和靈活的速率分配策略，實現(xiàn)了2.5GHz帶寬的脈沖幅度調制(Pulse Amplitude Modulation, PAM)傳輸實驗，可根據(jù)功率預算的不同動態(tài)的調整調制格式，其效果是，從PAM

7、2調制到PAM4調制，新增7.5dB的動態(tài)調整范圍。
　?。?）為了進一步簡化相干 ONU，本論文提出一種基于直接調制激光器(Directly Modulated Laser, DML)復用的ONU結構，在基于這種結構的ONU中，通過一個DML實現(xiàn)上行信號的調制并將該調制過的光信號作為下行信號外差相干檢測的本振光源；為了偏振無關地接收下行信號而無需使用偏振控制器，本論文提出一種“偏振擾動的發(fā)送和偏振無關的接收方法”，通過在發(fā)送端加

8、入偏振擾動實現(xiàn)偏振分集，從而在接收端無需偏振對準即可實現(xiàn)信號的單偏振相干檢測。進一步，本論文提出一種極簡ONU的結構，僅采用一個DML、一個耦合器以及一個單端探測器(Photodiode, PD)實現(xiàn)了上行信號的調制和下行信號的外差相干檢測，相比傳統(tǒng)直接檢測接收ONU僅多采用一個耦合器，但是其接收靈敏度提高了20.3dB，并基于該極簡 ONU完成了1.25Gb/s信號的單纖雙向傳輸，實現(xiàn)了上行傳輸功率預算47.1dB，下行傳輸功率預算4