強(qiáng)度調(diào)制與相干檢測(cè)光通信系統(tǒng)架構(gòu)和接收算法研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的飛速發(fā)展，固網(wǎng)用戶(hù)的帶寬需求和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的帶寬需求都在急劇增長(zhǎng)，這導(dǎo)致了城域網(wǎng)和接入網(wǎng)已難以滿(mǎn)足用戶(hù)帶寬增長(zhǎng)的需求?，F(xiàn)階段骨干網(wǎng)100G傳輸技術(shù)已經(jīng)商用，400G甚至1T設(shè)備業(yè)已準(zhǔn)備鋪設(shè)。然而，城域網(wǎng)和接入網(wǎng)由于面向用戶(hù)端，難以接受相干技術(shù)昂貴的成本和復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，主要采用直調(diào)直檢光傳輸系統(tǒng)。直調(diào)直檢光系統(tǒng)基于非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行短距離傳輸，不需要進(jìn)行頻偏補(bǔ)償和相位噪聲補(bǔ)償。但由于其接收信號(hào)僅包含幅度信息難以進(jìn)行色散

2、補(bǔ)償導(dǎo)致功率衰落使得可用帶寬和傳輸距離均受限，難以進(jìn)行偏振解復(fù)用導(dǎo)致無(wú)法引入偏振分集使得頻譜利用率受限。
　　結(jié)合相干光系統(tǒng)和直調(diào)直檢光系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，本論文基于強(qiáng)度調(diào)制相干檢測(cè)的系統(tǒng)架構(gòu)，通過(guò)相干檢測(cè)對(duì)信道的色散進(jìn)行補(bǔ)償，消除其帶來(lái)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(guò)偏振復(fù)用方式進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜效率，在此基礎(chǔ)上，本論文的創(chuàng)新點(diǎn)及貢獻(xiàn)如下：
　?。?）針對(duì)直調(diào)直檢信號(hào)的調(diào)制光載波占據(jù)過(guò)高能量導(dǎo)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(shù)，基于這種數(shù)字載波再生技術(shù)和強(qiáng)度調(diào)制相干檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了124Gb/s的偏振復(fù)用(Polarization Division Multiplexing, PDM)離散多音調(diào)制(Discrete Multitone, DMT)信號(hào)100km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸實(shí)驗(yàn)，其中PMD-DMT光信號(hào)的光載波信號(hào)功率比(Carrier-To-Signal Power Ratio, CSPR)僅-8dB，可

4、支持10KHz~10MHz線寬激光器信號(hào)恢復(fù)。DCR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：在發(fā)送端將調(diào)制光載波的功率降低，而在接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波和載波再生，包絡(luò)檢測(cè)，從而無(wú)需進(jìn)行頻偏補(bǔ)償和相位噪聲補(bǔ)償。
　　（2）針對(duì)波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(Wavelength Division Multiplex Passive Optical Network, WDM-PON)架構(gòu)中相干光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit, ONU)的實(shí)現(xiàn)成本過(guò)高

5、，提出了基于可調(diào)激光器復(fù)用的外差相干檢測(cè)ONU架構(gòu)，通過(guò)可調(diào)激光器同時(shí)作為上行信號(hào)的調(diào)制光載波以及下行信號(hào)相干檢測(cè)的本振光源，將上下行信號(hào)劃分在同一波段的不同頻率，構(gòu)成了外差檢測(cè)。
　?。?）基于本論文提出的外差檢測(cè) ONU，依據(jù)外差檢測(cè)輸出電信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，本論文通過(guò)一對(duì)平衡探測(cè)器恢復(fù)PMD信號(hào)，減少了相干接收機(jī)的平衡探測(cè)器數(shù)量，相應(yīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital-To-Analog Converter, DAC)數(shù)量減少一半，創(chuàng)新

6、地得到一種簡(jiǎn)化相干接收機(jī)結(jié)構(gòu)；針對(duì)不同ONU具有不同的功率預(yù)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(yù)算不同分配不同的下行調(diào)制信號(hào)；本論文提出一種多級(jí)恒模算法的信道均衡方法，可自適應(yīng)地解調(diào)不同的下行調(diào)制信號(hào)；本論文基于該簡(jiǎn)化外差ONU和靈活的速率分配策略，實(shí)現(xiàn)了2.5GHz帶寬的脈沖幅度調(diào)制(Pulse Amplitude Modulation, PAM)傳輸實(shí)驗(yàn)，可根據(jù)功率預(yù)算的不同動(dòng)態(tài)的調(diào)整調(diào)制格式，其效果是，從PAM

7、2調(diào)制到PAM4調(diào)制，新增7.5dB的動(dòng)態(tài)調(diào)整范圍。
　?。?）為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化相干 ONU，本論文提出一種基于直接調(diào)制激光器(Directly Modulated Laser, DML)復(fù)用的ONU結(jié)構(gòu)，在基于這種結(jié)構(gòu)的ONU中，通過(guò)一個(gè)DML實(shí)現(xiàn)上行信號(hào)的調(diào)制并將該調(diào)制過(guò)的光信號(hào)作為下行信號(hào)外差相干檢測(cè)的本振光源；為了偏振無(wú)關(guān)地接收下行信號(hào)而無(wú)需使用偏振控制器，本論文提出一種“偏振擾動(dòng)的發(fā)送和偏振無(wú)關(guān)的接收方法”，通過(guò)在發(fā)送端加

8、入偏振擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)偏振分集，從而在接收端無(wú)需偏振對(duì)準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單偏振相干檢測(cè)。進(jìn)一步，本論文提出一種極簡(jiǎn)ONU的結(jié)構(gòu)，僅采用一個(gè)DML、一個(gè)耦合器以及一個(gè)單端探測(cè)器(Photodiode, PD)實(shí)現(xiàn)了上行信號(hào)的調(diào)制和下行信號(hào)的外差相干檢測(cè)，相比傳統(tǒng)直接檢測(cè)接收ONU僅多采用一個(gè)耦合器，但是其接收靈敏度提高了20.3dB，并基于該極簡(jiǎn) ONU完成了1.25Gb/s信號(hào)的單纖雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)了上行傳輸功率預(yù)算47.1dB，下行傳輸功率預(yù)算4