偏振復(fù)用光通信系統(tǒng)信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，尤其是基于互聯(lián)網(wǎng)的視頻應(yīng)用和P2P交互式應(yīng)用的爆炸式發(fā)展，骨干通信網(wǎng)絡(luò)帶寬需求迅猛增長(zhǎng)，現(xiàn)有密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的帶寬需求，提高系統(tǒng)傳輸能力勢(shì)在必行。偏振復(fù)用(PDM)技術(shù)利用光的偏振維度，在同一波長(zhǎng)信道中，通過(guò)光的兩個(gè)相互正交偏振態(tài)同時(shí)傳輸兩路獨(dú)立數(shù)據(jù)信息達(dá)到加倍系統(tǒng)總?cè)萘亢皖l譜利用率目的。除了低成本提高信道傳輸速率以外，PDM技術(shù)還可以和各種新型調(diào)制格式、相干檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一

2、步提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率，并利用現(xiàn)有數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)靈活地實(shí)現(xiàn)信號(hào)解復(fù)用和鏈路損傷補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵功能。PDM已經(jīng)成為光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，本論文圍繞PDM系統(tǒng)的全光和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)展開(kāi)系列深入研究，旨在探索新型的、針對(duì)PDM系統(tǒng)的信號(hào)處理方法，為增強(qiáng)下一代光網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性和透明性，提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率等提供潛在的技術(shù)手段。
　　本論文從理論分析和實(shí)驗(yàn)研究入手，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:首先針對(duì)直接檢測(cè)PDM

3、系統(tǒng)提出了一種基于檢測(cè)標(biāo)記光光功率的全光偏振解復(fù)用方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方案的有效性和可行性;其次，針對(duì)直接檢測(cè)PDM系統(tǒng)探討了相關(guān)全光信號(hào)處理技術(shù)，采用單一信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)了PDM信號(hào)兩正交偏振信道上信號(hào)的同時(shí)處理，包括:全光再生、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、碼型變換等;最后，重點(diǎn)研究和分析了相干檢測(cè)PDM系統(tǒng)中接收端DSP處理單元中各個(gè)子功能模塊的典型算法，并將相關(guān)算法應(yīng)用到60-GHz毫米波光載無(wú)線(xiàn)(RoF)系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和復(fù)雜度的降低

4、。具體來(lái)講，本論文創(chuàng)新性工作包括:
　　(1)針對(duì)直接檢測(cè)PDM系統(tǒng)，提出了一種基于檢測(cè)標(biāo)記光光功率的全光自動(dòng)偏振解復(fù)用方案。搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別在2×10-Gb/s NRZ-OOK-PDM和RZ-OOK-PDM系統(tǒng)中驗(yàn)證該方案的可行性和有效性。同時(shí)研究了標(biāo)記光與信號(hào)光之間的波長(zhǎng)間隔，以及信號(hào)光光功率對(duì)解復(fù)用性能的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)標(biāo)記光與信號(hào)光之間的波長(zhǎng)間隔太小時(shí)，由于光柵濾波器不能完全將標(biāo)記光從信號(hào)光中分離出來(lái)將給信號(hào)光帶

5、來(lái)串?dāng)_。同時(shí)，在正常光功率范圍內(nèi)（例如不超過(guò)6-dBm），信號(hào)光光功率對(duì)信號(hào)的解復(fù)用幾乎沒(méi)有影響。
　　(2)通過(guò)分析光纖中幾種主要的非線(xiàn)性效應(yīng)，提出了一種同時(shí)利用高非線(xiàn)性光纖中的XPM、FWM等非線(xiàn)性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)碼型變換和波長(zhǎng)組播的方案，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性。在10-Gb/s系統(tǒng)中，采用單一信號(hào)和時(shí)鐘泵浦，針對(duì)0.4-nm的密集型波分復(fù)用信道間隔同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)信道到十個(gè)信道的碼型變換和波長(zhǎng)組播，其中九個(gè)信道可測(cè)得無(wú)誤碼

6、;針對(duì)0.8-nm的信道間隔系統(tǒng)則同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)信道到十二個(gè)信道的碼型變換和組播，其中十一個(gè)信道可測(cè)得無(wú)誤碼。
　　(3)針對(duì)直接檢測(cè)PDM系統(tǒng)，提出了反向?qū)骱推穹旨蔷€(xiàn)性環(huán)形鏡兩種基于光纖SPM效應(yīng)的全光再生方案。研究結(jié)果表明:1）對(duì)于反向?qū)鞣桨?，抑制了XPM和FWM給再生器帶來(lái)的性能影響;通過(guò)引入偏振濾波在很大程度上減輕了背向散射對(duì)再生器性能帶來(lái)的額外損傷;經(jīng)再生后，在BER=10-9處，兩正交偏振態(tài)信道信號(hào)獲得了約2-

7、dB的功率代價(jià)改善。2）相對(duì)于反向?qū)鞣桨?，偏振分集非線(xiàn)性環(huán)形鏡簡(jiǎn)化了再生器的結(jié)構(gòu)，在再生器輸出端僅使用一個(gè)偏移濾波器就實(shí)現(xiàn)了PDM信號(hào)中兩正交偏振態(tài)信道信號(hào)的同時(shí)再生，且自動(dòng)地保持再生后的兩路信號(hào)具有完全相同波長(zhǎng)和正交偏振態(tài);在輸入信號(hào)SNR為6.7-dB時(shí)，兩正交偏振態(tài)信道信號(hào)經(jīng)再生后的SNR改善量可達(dá)3.0-dB。
　　(4)基于高非線(xiàn)性光纖中的XPM效應(yīng)，針對(duì)直接檢測(cè)PDM系統(tǒng)分別提出了采用單一處理模塊實(shí)現(xiàn)PDM信號(hào)中兩正

8、交偏振態(tài)信道信號(hào)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和碼型變換方案。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性和有效性，并研究了波長(zhǎng)間隔、FWM、SPM、背向散射等對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換或碼型變換后信號(hào)性能的影響。研究結(jié)果表明:1）針對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的范圍可以涵蓋整個(gè)C-波段。2）針對(duì)碼型變換，碼型變換過(guò)程中的功率代價(jià)小于1-dB，證實(shí)了其在高速PDM系統(tǒng)應(yīng)用的可行性。
　　(5)研究和分析了相干檢測(cè)PDM系統(tǒng)中接收端DSP處理單元中各個(gè)子功能模塊的典型算法，并將相關(guān)算法應(yīng)用于60-

9、GHz毫米波RoF系統(tǒng)中。研究結(jié)果表明:1）利用D-D載波相位恢復(fù)算法在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)了差分16-QAM RoF系統(tǒng)中光生RF信號(hào)載波與接收端本振載波源的同步，解決了RoF系統(tǒng)中因激光器固有線(xiàn)寬和相位噪聲導(dǎo)致光生RF信號(hào)載波不穩(wěn)而造成接收端載波同步困難的問(wèn)題。在BER=10-3情況下，光生RF信號(hào)載波與接收端本振載波源的頻率偏移量（Δf·Ts）補(bǔ)償范圍可達(dá):(-1.3×10-3，1.3×10-3);2)利用基于CMA算法的蝶形濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了