光相位調(diào)制格式解調(diào)與相干探測研究.pdf

1、激增的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求促使光纖通信迅猛發(fā)展,隨著光信號傳輸速率和傳輸距離要求的不斷提高,先進(jìn)相位調(diào)制格式研究受到越來越多學(xué)術(shù)圈和工業(yè)界的關(guān)注。相位調(diào)制格式具有巨大的優(yōu)勢:不僅接收靈敏度比傳統(tǒng)強(qiáng)度調(diào)制信號提高3dB,而且在光纖傳輸中有更大的非線性容忍度,此外,其高階調(diào)制形式四相相移鍵控(QPSK)降低了信號波特率,減輕對高速電子器件的要求。因此相位調(diào)制信號的產(chǎn)生、解調(diào)、以及探測技術(shù)是關(guān)鍵的研究課題。近些年由于引入光相干探測技術(shù),相位調(diào)制格式接

2、收方式更加靈活,利用強(qiáng)大的數(shù)字信號處理技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)光纖傳輸損傷的補(bǔ)償。
　　在此背景下,本論文針對光相位調(diào)制格式的產(chǎn)生、信號解調(diào)和相干探測展開理論和實(shí)驗(yàn)研究,概括全文可以總結(jié)為以下幾個方面:
　　(1)分析了光調(diào)制的理論基礎(chǔ),研究了差分相移鍵控(DPSK)、QPSK、高階正交幅度調(diào)制(QAM)先進(jìn)調(diào)制格式的產(chǎn)生、解調(diào)和探測機(jī)理。
　　(2)基于馬赫-曾德爾延時干涉儀(MZDI)解調(diào)DPSK信號原理,提出了聯(lián)合差分相移

3、鍵控到雙二進(jìn)制碼(DPSK-DB)調(diào)制方式應(yīng)用于40Gb/s長距離接入WDM-PON下行鏈路傳輸?shù)姆桨?利用了DPSK信號長距離傳輸?shù)膬?yōu)勢結(jié)合DB信號大色散容忍度和直接探測接收的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)無源光網(wǎng)絡(luò)中80公里干道傳輸和5公里接入傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn),并演示了基于一個MZDI進(jìn)行4信道DPSK信號到DB信號的并行轉(zhuǎn)換,節(jié)約了系統(tǒng)成本。
　　(3)基于微環(huán)諧振腔(MRR)解調(diào)DPSK信號原理,提出了一種新型硅基偏振復(fù)用差分相移鍵控(DP-DPS

4、K)解調(diào)器件,利用信號模式變換和多模干涉(MMI)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)分離,以及利用一個微環(huán)諧振腔實(shí)現(xiàn)雙偏振態(tài)DPSK信號同時解調(diào)。首次實(shí)驗(yàn)展示了片上80Gb/sDP-DPSK信號的偏振解復(fù)用和相位解調(diào)。
　　(4)基于相位調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制的鑒頻原理,提出了基于硅基微環(huán)諧振腔耦合馬赫-曾德爾干涉儀(MRR-MZI)器件產(chǎn)生超寬帶(UWB)信號的新方案,該器件具有鑒頻響應(yīng)度高、線性度好的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)演示了由高斯相位調(diào)制脈沖通過MRR-MZI器

5、件產(chǎn)生正負(fù)極性UWB信號。
　　(5)分析了光相干探測的基本原理和光相干接收機(jī)的工作機(jī)制,詳細(xì)論述了不同調(diào)制格式信號恢復(fù)算法的原理及過程。通過系統(tǒng)仿真評估了QPSK信號恢復(fù)算法的性能和受限因素,通過傳輸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的信號恢復(fù),展示了算法的工作流程和均衡效果。提出了一種新型的級聯(lián)盲均衡算法,在誤差函數(shù)中引入相位項(xiàng)使得均衡器具有載波相位恢復(fù)的功能,利用最后判決信息來做誤差反饋使得該算法與調(diào)制格式無關(guān)。通過QPSK和16-QAM實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的信

6、號恢復(fù)證實(shí)了該算法的有效性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其恢復(fù)性能與經(jīng)典算法相當(dāng)。
　　(6)為了提高頻譜效率,提出了一種光域超強(qiáng)濾波的NyquistQPSK方案,并對中間采樣點(diǎn)形成的9-QAM信號進(jìn)行處理,利用提出的一套9-QAM信號恢復(fù)算法成功抑制了碼間干擾(ISI)效應(yīng)。11×112Gb/sDP-QPSK25GHz間隔Nyquist-WDM背靠背實(shí)驗(yàn)證明該方案在接收光信噪比方面比國際領(lǐng)先方案改善0.5dB。另外進(jìn)行了3×112Gb/sDP-