偏振復(fù)用光通信系統(tǒng)信號處理技術(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，現(xiàn)有密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足日益增長的帶寬需求，提高系統(tǒng)傳輸能力勢在必行。偏振復(fù)用(PDM)技術(shù)利用光的偏振維度，在同一波長信道中，通過光的兩個相互正交偏振態(tài)同時傳輸兩路獨立數(shù)據(jù)信息達到加倍系統(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、相干檢測技術(shù)相結(jié)合，進一

2、步提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率，并利用現(xiàn)有數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)靈活地實現(xiàn)信號解復(fù)用和鏈路損傷補償?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)字信號處理技術(shù)展開系列深入研究，旨在探索新型的、針對PDM系統(tǒng)的信號處理方法，為增強下一代光網(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驗研究入手，主要內(nèi)容包括以下幾個方面:首先針對直接檢測PDM

3、系統(tǒng)提出了一種基于檢測標記光光功率的全光偏振解復(fù)用方案，并通過實驗驗證該方案的有效性和可行性;其次，針對直接檢測PDM系統(tǒng)探討了相關(guān)全光信號處理技術(shù)，采用單一信號處理單元實現(xiàn)了PDM信號兩正交偏振信道上信號的同時處理，包括:全光再生、波長轉(zhuǎn)換、碼型變換等;最后，重點研究和分析了相干檢測PDM系統(tǒng)中接收端DSP處理單元中各個子功能模塊的典型算法，并將相關(guān)算法應(yīng)用到60-GHz毫米波光載無線(RoF)系統(tǒng)中以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和復(fù)雜度的降低

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

5、來串擾。同時，在正常光功率范圍內(nèi)（例如不超過6-dBm），信號光光功率對信號的解復(fù)用幾乎沒有影響。
　　(2)通過分析光纖中幾種主要的非線性效應(yīng)，提出了一種同時利用高非線性光纖中的XPM、FWM等非線性效應(yīng)實現(xiàn)碼型變換和波長組播的方案，并實驗驗證了該方案的可行性和有效性。在10-Gb/s系統(tǒng)中，采用單一信號和時鐘泵浦，針對0.4-nm的密集型波分復(fù)用信道間隔同時實現(xiàn)了一個信道到十個信道的碼型變換和波長組播，其中九個信道可測得無誤碼

6、;針對0.8-nm的信道間隔系統(tǒng)則同時實現(xiàn)了一個信道到十二個信道的碼型變換和組播，其中十一個信道可測得無誤碼。
　　(3)針對直接檢測PDM系統(tǒng)，提出了反向?qū)骱推穹旨蔷€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）對于反向?qū)鞣桨?，抑制了XPM和FWM給再生器帶來的性能影響;通過引入偏振濾波在很大程度上減輕了背向散射對再生器性能帶來的額外損傷;經(jīng)再生后，在BER=10-9處，兩正交偏振態(tài)信道信號獲得了約2-

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

8、交偏振態(tài)信道信號的波長轉(zhuǎn)換和碼型變換方案。實驗驗證了方案的可行性和有效性，并研究了波長間隔、FWM、SPM、背向散射等對波長轉(zhuǎn)換或碼型變換后信號性能的影響。研究結(jié)果表明:1）針對波長轉(zhuǎn)換，波長轉(zhuǎn)換的范圍可以涵蓋整個C-波段。2）針對碼型變換，碼型變換過程中的功率代價小于1-dB，證實了其在高速PDM系統(tǒng)應(yīng)用的可行性。
　　(5)研究和分析了相干檢測PDM系統(tǒng)中接收端DSP處理單元中各個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)中因激光器固有線寬和相位噪聲導(dǎo)致光生RF信號載波不穩(wěn)而造成接收端載波同步困難的問題。在BER=10-3情況下，光生RF信號載波與接收端本振載波源的頻率偏移量（Δf·Ts）補償范圍可達:(-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)實現(xiàn)了