【摘要】：光纖-無線融合通信能夠滿足未來通信網(wǎng)絡(luò)對通信帶寬和移動性的雙重需求,探索大容量高頻譜效率高接收靈敏度的數(shù)字相干光纖-無線融合系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)已成為光通信領(lǐng)域的一個重要課題。本論文深入研究了實(shí)現(xiàn)數(shù)字相干光纖-無線融合系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的三種關(guān)鍵技術(shù)：基于遠(yuǎn)程外差的光生毫米波技術(shù),基于先進(jìn)數(shù)字信號處理(DSP)的外差相干檢測技術(shù)以及天線多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。并基于這些關(guān)鍵技術(shù)提出并實(shí)驗證實(shí)了若干種新穎的大容量高頻譜效率高接收靈敏度的光纖-無線融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：基于光偏振復(fù)用和天線MIMO的100G光纖-無線融合系統(tǒng),400G超高速多維復(fù)用光纖-無線融合系統(tǒng),以及基于光子生成和光子解調(diào)技術(shù)的大容量光纖-無線-光纖融合系統(tǒng)。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)提出了一種基于多波長循環(huán)頻移環(huán)的多信道鎖頻光多載波源。并基于該多信道光多載波源方案通過實(shí)驗證實(shí)了當(dāng)光種源采用兩個頻率間隔約為1 THz的單獨(dú)光源,并且驅(qū)動同相/正交相(I/Q)調(diào)制器的正弦式射頻(RF)時鐘的頻率為25 GHz時,可以生成兩個波長信道的多載波：一個波長信道包含有28個音噪比大于20 dB、頻率間隔為25 GHz的光子載波,另一個波長信道包含有29個音噪比大于23 dB、頻率間隔為25 GHz的光子載波。由于光載波頻率遠(yuǎn)高于毫米波載波頻率,可以借助于一個可調(diào)諧光濾波器或波長選擇開關(guān)從生成的多載波中選擇出具有特定毫米波頻率間隔的兩個子載波,然后通過外差拍頻生成需要的毫米波載波頻率。(2)提出了基于頻譜整形和先進(jìn)DSP算法的簡化式外差相干檢測技術(shù),可實(shí)現(xiàn)對超高速超長距離高頻譜效率光信號的高靈敏度接收。并先后通過實(shí)驗證實(shí)了對信道間隔為25 GHz、凈頻譜效率為4 bit/s/Hz的8×112 Gb/s波分復(fù)用(WDM)偏振復(fù)用正交相移鍵控(PDM-QPSK)光信號經(jīng)1120 km單模光纖-28(SMF-28)傳輸后的外差式相干接收；對信道間隔為50 GHz、凈頻譜效率為3.678 bit/s/Hz的4×196.8 Gb/sWDM PDM-QPSK光信號經(jīng)1040 km SMF-28傳輸后的外差式相干接收；對信道間隔為50 GHz、凈頻譜效率為4 bit/s/Hz的8 X 240 Gb/s WDM PDM-QPSK光信號經(jīng)2100km SMF-28傳輸后的外差式相干接收。(3)采用光偏振復(fù)用和無線MIMO相結(jié)合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了108 Gb/s@100 GHz的PDM-QPSK信號依次在80 km SMF-28和1 m2×2 MIMO無線鏈路上的無縫融合傳輸。在無線接收端,首先對接收到的100 GHz無線毫米波信號執(zhí)行兩階段的下變頻操作,即第一階段的基于正弦式RF信號和平衡式混頻器的模擬下變頻和第二階段的基于DSP的數(shù)字中頻下變頻。然后,采用經(jīng)典的恒模算法(CMA)均衡實(shí)現(xiàn)信號的偏振解復(fù)用。經(jīng)80 km SMF-28和1 m 2X2 MIMO無線鏈路傳輸后的108 Gb/s@100 GHz PDM-QPSK信號的誤碼率(BER)低于硬判決前向糾錯(HD-FEC)閾值3.8×10-。(4)采用天線水平極化和垂直極化復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了2X56 Gb/s@37.5 GHz PDM-QPSK信號依次在80 km SMF-28和2 m 4×4 MIMO無線鏈路上的無縫融合傳輸。研究了天線極化復(fù)用中天線極化角度所引起的極化串?dāng)_,并得到了最大能夠容忍的天線極化角度。在無線接收端采用經(jīng)典的CMA均衡可同時實(shí)現(xiàn)信號的偏振解復(fù)用和同一天線極化上無線串?dāng)_的抑制。經(jīng)2 m MIMO無線傳輸?shù)拿啃诺?6 Gb/s@37.5 GHz PDM-QPSK信號的BER低于1×10-。(5)實(shí)驗性研究了大容量光纖-無線融合系統(tǒng)中的無線MIMO串?dāng)_效應(yīng)以及不同的無線傳輸距離導(dǎo)致的等效差分群時延(DGD)效應(yīng),證實(shí)了接收端基于DSP的長抽頭CMA均衡可以有效地克服無線MIMO串?dāng)_效應(yīng)和等效DGD效應(yīng)。(6)采用天線極化分集技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低串?dāng)_易安裝的大容量光纖-無線融合系統(tǒng),它可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)156 Gb/s@100 GHz PDM-QPSK信號依次在80 km SMF-28和2 m 2×2MIMO無線鏈路上的無縫融合傳輸。在移除20%軟判決前向糾錯(SD-FEC)開銷后,156 Gb/s的總比特率對應(yīng)于130 Gb/s的凈比特率,據(jù)我們所知,這是目前為止無線信號傳輸中所證實(shí)的最高的單偏振復(fù)用信道比特率。(7)結(jié)合光子毫米波生成、天線極化復(fù)用、多波段復(fù)用、MIMO和先進(jìn)DSP技術(shù),實(shí)現(xiàn)了一個400G超高速多維復(fù)用光纖-無線融合系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠同時傳輸2×112Gb/s@37.5 GHz的雙信道偏振復(fù)用16階正交幅度調(diào)制(PDM-16QAM)信號和2×108Gb/s@100 GHz的雙信道PDM-QPSK信號。據(jù)我們所知,去掉FEC開銷后的400 Gb/s速率是目前為止無線傳輸?shù)囊粋�最高的容量記錄。(8)提出了可對偏振復(fù)用的無線毫米波信號進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換的RF透明的光子解調(diào)技術(shù),并且轉(zhuǎn)換得到的光信號可以在長距離的光纖上進(jìn)行傳輸。在采用基于推挽馬赫增德爾調(diào)制器(MZM)的光子解調(diào)技術(shù)的情況下,首先實(shí)驗性地證實(shí)了40 Gb/s@40 GHz的PDM-QPSK信號依次在20 km SMF-28、2 m 2×2 MIMO無線鏈路和20 km SMF-28上的傳輸,然后實(shí)驗性地證實(shí)了109.6 Gb/s@95 GHz的PDM-QPSK信號依次在80 kmSMF-28、2 m2×2 MIMO無線鏈路和80 km SMF-28上的傳輸。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.11

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳林;董澤;李瑛;余建國;文雙春;余建軍;;采用電光調(diào)制器產(chǎn)生光毫米波的全雙工通信光纖無線通信系統(tǒng)[J];通信學(xué)報;2007年09期

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本文編號：2649001