全光波長(zhǎng)變換及其在光纖無(wú)線接入網(wǎng)的應(yīng)用研究.pdf

1、光通信網(wǎng)中的傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)這兩個(gè)領(lǐng)域目前正朝著高速大容量方向發(fā)展，在有限帶寬的情況下如何提高通信容量越來(lái)越受到關(guān)注。偏振復(fù)用可以用來(lái)提高單根光纖的通信容量，而單載波技術(shù)可以提高單路的通信速率。由偏振復(fù)用與單載波技術(shù)結(jié)合的偏振復(fù)用正交相移鍵控(Polarization-division-multiplexingQuaternaryPhaseShiftKeying，PDM-QPSK)信號(hào)可以通過(guò)相干檢測(cè)的方式在數(shù)字域上對(duì)傳輸中的損傷進(jìn)行補(bǔ)償

2、，而正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技術(shù)具有頻譜利用率高的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用在光通信中可以抵抗光纖中的色散和偏振模色散的影響。目前骨干網(wǎng)上采用新調(diào)制格式傳輸系統(tǒng)已經(jīng)成為趨勢(shì)，為了增進(jìn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和組網(wǎng)，需要在傳輸網(wǎng)的光傳輸節(jié)點(diǎn)處對(duì)信號(hào)進(jìn)行全光波長(zhǎng)變換(AllOpticalWavelengthConversion，AOWC)。本文對(duì)偏振復(fù)用信號(hào)、PDM-QPSK信號(hào)和OFDM信

3、號(hào)的全光波長(zhǎng)變換特性進(jìn)行了深入探討和研究，并開(kāi)展了將基于四波混頻(Fourwavemixing，F(xiàn)WM)效應(yīng)的全光波長(zhǎng)變換原理應(yīng)用到光纖無(wú)線(RadioOverFiber，ROF)系統(tǒng)中產(chǎn)生偏振不敏感光載毫米波的研究。
　　本論文研究主要包括:
　　第一，針對(duì)偏振復(fù)用信號(hào)全光波長(zhǎng)變換中的偏振串?dāng)_問(wèn)題，提出了一種可降低偏振復(fù)用信號(hào)間偏振串?dāng)_的偏振分集全光波長(zhǎng)變換方案。本文先在理論上研究了在利用半導(dǎo)體光放大器（Semicondu

4、ctorOpticalAmplifier，SOA）對(duì)偏振復(fù)用信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)變換過(guò)程中存在的偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，采用將兩個(gè)SOA分別獨(dú)立地在兩個(gè)偏振態(tài)上實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換的方法降低了偏振復(fù)用信道間的串?dāng)_并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明波長(zhǎng)變換系統(tǒng)的性能因此得到了改善。本文還將這種偏振分集的全光波長(zhǎng)變換方案應(yīng)用到波長(zhǎng)變換多播系統(tǒng)中并開(kāi)展了仿真研究，仿真結(jié)果表明應(yīng)用偏振分集的全光波長(zhǎng)多播系統(tǒng)與常規(guī)多播系統(tǒng)相比性能得到改善。本文提出的方案為全光波長(zhǎng)變換

5、器的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
　　第二，通過(guò)理論分析以及開(kāi)展相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，研究了在光相干接收系統(tǒng)中利用SOA、高非線性光纖兩種非線性介質(zhì)對(duì)PDM-QPSK信號(hào)進(jìn)行的全光波長(zhǎng)變換，并得到了使系統(tǒng)達(dá)到最佳性能的優(yōu)化方案。本文首先從理論上研究了SOA注入電流與轉(zhuǎn)換效率、碼型效應(yīng)的關(guān)系及其對(duì)PDM-QPSK信號(hào)全光波長(zhǎng)變換的影響，研究結(jié)果表明SOA注入電流有一個(gè)最佳值;針對(duì)理論分析開(kāi)展了仿真研究，仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性，仿真結(jié)果還表明:偏振復(fù)

6、用信號(hào)的一個(gè)信號(hào)光與泵浦光之間的偏振夾角、泵浦光與信號(hào)光之間的頻率間隔等因素對(duì)系統(tǒng)性能有一定影響，而且PDM-QPSK信號(hào)比偏振復(fù)用非歸零(Nonreturn-to-Zero，NRZ)信號(hào)的碼型效應(yīng)更小。本文還通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)研究了高非線性光纖中PDM-QPSK信號(hào)全光波長(zhǎng)變換，研究結(jié)果表明通過(guò)偏振分集相干接收，轉(zhuǎn)換后的偏振復(fù)用信號(hào)在接收端可以實(shí)現(xiàn)無(wú)串?dāng)_接收;信號(hào)光功率的變化對(duì)系統(tǒng)性能有一定的影響而信號(hào)光波長(zhǎng)的變化則影響很小，信號(hào)光功率增

7、大到一定值時(shí)系統(tǒng)達(dá)到最佳性能。還將這兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明基于HNLF中平行泵浦四波混頻效應(yīng)的全光波長(zhǎng)變換系統(tǒng)具有更好的信號(hào)光波長(zhǎng)可調(diào)諧性，這兩個(gè)全光波長(zhǎng)變換系統(tǒng)碼型效應(yīng)都很小。本文該部分的研究方法和相關(guān)結(jié)論對(duì)其它偏振復(fù)用信號(hào)的全光波長(zhǎng)變換研究有一定的參考價(jià)值。
　　第三，理論和仿真研究了基于FWM效應(yīng)的OFDM信號(hào)的全光波長(zhǎng)變換系統(tǒng)的性能，并得到了使系統(tǒng)達(dá)到最佳性能的優(yōu)化方案。首先從理論上分析并仿真研究了直接檢測(cè)光OFD

8、M系統(tǒng)中基于FWM效應(yīng)的OFDM信號(hào)全光波長(zhǎng)變換，研究發(fā)現(xiàn)在波長(zhǎng)變換過(guò)程中OFDM信號(hào)光的子載波間也會(huì)發(fā)生FWM效應(yīng)，而且FWM效應(yīng)的產(chǎn)物會(huì)覆蓋在原子載波上，使得經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)變換后的轉(zhuǎn)換光信號(hào)質(zhì)量變差;同時(shí)當(dāng)泵浦光功率較高時(shí)，OFDM信號(hào)光與泵浦光之間的FWM效應(yīng)很顯著，且此時(shí)子載波間的FWM效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能影響較小，隨后本文通過(guò)調(diào)節(jié)合適的泵浦功率獲得了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的最佳條件并對(duì)若干影響全光波長(zhǎng)變換的因素進(jìn)行了研究。另外，本文還對(duì)相干光OFD

9、M波長(zhǎng)變換系統(tǒng)進(jìn)行了理論和仿真研究，理論分析表明本章通過(guò)理論分析表明經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)變換后，采用相位分集的相干接收方式得到的新產(chǎn)生轉(zhuǎn)換光攜帶OFDM信號(hào)，仿真結(jié)果與理論分析一致且顯示轉(zhuǎn)換光信號(hào)質(zhì)量與泵浦光間隔、激光器線寬和信號(hào)速率等因素有關(guān)。本文該部分的研究可為全光波長(zhǎng)變換器的優(yōu)化和實(shí)用化設(shè)計(jì)研究提供依據(jù)。
　　第四，針對(duì)ROF系統(tǒng)，提出一種使用兩個(gè)并聯(lián)的馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器(Mach-ZehnderModulator，MZM)采用奇數(shù)階邊帶

10、抑制調(diào)制結(jié)合濾波的方式產(chǎn)生八倍頻光毫米波OFDM信號(hào)的方案。對(duì)于該方案，仿真研究了MZM直流偏置電壓和調(diào)制深度對(duì)產(chǎn)生的光毫米波OFDM信號(hào)的影響，并獲得了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最佳性能的條件。在以上研究的基礎(chǔ)上，從理論上提出了在ROF系統(tǒng)中應(yīng)用全光波長(zhǎng)變換原理產(chǎn)生偏振不敏感光毫米波的方案并仿真研究了SOA注入電流對(duì)光毫米波信號(hào)的影響，獲得了使系統(tǒng)性能最佳的SOA注入電流值。在ROF系統(tǒng)中生成光毫米波的方案不需要額外的偏振控制器來(lái)保持光波傳輸?shù)钠駪B(tài)，