【摘要】：復(fù)雜調(diào)制格式的光信號處理是下一代光網(wǎng)絡(luò)向光層智能化發(fā)展的重要支撐技術(shù)之一,有助于實現(xiàn)光接入與光交換中的帶寬靈活分配、頻譜資源沖突解決、頻譜利用率和速率提升等。例如,在波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(WDM-PON)和正交頻分復(fù)用PON(OFDM-PON)中,基于反射型半導(dǎo)體光放大器(RSO A)等非線性介質(zhì)的復(fù)雜調(diào)制信號處理技術(shù)可以實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的無色化,提高新型PON的靈活性和資源利用率。再如,在交換粒度更小更靈活的彈性光交換中,復(fù)雜調(diào)制信號的處理技術(shù)有助于實現(xiàn)帶寬調(diào)整、調(diào)制復(fù)用、噪聲抑制、沖突解決等功能,促使彈性光交換向無色、無向、無阻塞、無柵格的目標(biāo)演進。目前,復(fù)雜調(diào)制格式光信號處理技術(shù)是光接入和光交換領(lǐng)域的研究熱點之一。 圍繞光接入與光交換中調(diào)制格式變換等光信號處理技術(shù)難題,作者結(jié)合所參與的國家863計劃課題、國家自然科學(xué)基金、教育部博士點基金項目等研究工作,基于半導(dǎo)體光放大器(SOA)及高非線性光纖(HNLF)等介質(zhì)中的非線性效應(yīng),提出了復(fù)雜調(diào)制格式光信號處理的若干技術(shù)方案,并進行了理論分析和實驗驗證。論文的主要創(chuàng)新工作如下： (1)針對基于RSOA無色ONU的上行鏈路速率受限的問題,設(shè)計了將四電平脈沖幅度調(diào)制(4PAM)作為上行調(diào)制格式的無色ONU方案。仿真和實驗結(jié)果表明,相比于上行為NRZ信號的WDM-PON系統(tǒng),該方案在速率為5Gbit/s,相同傳輸距離時,同一接收光功率下的誤碼率可降低約兩個量級。 (2)為加強光接入網(wǎng)的安全性,提出了基于SOA FWM效應(yīng)的8PSK信號光層加密/解密方案。仿真結(jié)果表明,該方案可以實現(xiàn)30Gbit/s8PSK信號的加密/解密。利用窮舉法破解密鑰時,加密安全性與密鑰長度有關(guān),相比GPON中AES的128比特密鑰長度,該方案密鑰長度為2-1比特,提高了加密的安全性。 (3)針對復(fù)雜調(diào)制信號在接入、傳輸和交換過程中受幅度噪聲、相位噪聲及頻譜偏移影響而導(dǎo)致信號質(zhì)量惡化的問題,建立了復(fù)雜調(diào)制信號的非線性相位噪聲理論分析模型,提出了一種基于SOA交叉相位調(diào)制(XPM)效應(yīng)的QPSK信號相位噪聲抑制方案,仿真結(jié)果表明,該方案可有效地抑制QPSK信號的相位噪聲,將功率代價降低2.3dB左右。 (4)針對彈性光交換中自適應(yīng)帶寬調(diào)整等需求,提出了一種基于對稱式高非線性環(huán)(S-HNLF-L)FWM效應(yīng)的并行四路QPSK信號到雙相移相鍵控(BPSK)信號的格式變換方案,仿真結(jié)果表明,一路40Gbit/s QPSK信號轉(zhuǎn)換為兩路20Gbit/s的BPSK信號后,BPSK的接收靈敏度提高了3dB左右。同時,論文提出了一種基于SOA FWM效應(yīng)的16QAM到QPSK調(diào)制格式變換方案,通過仿真驗證了該方案的可行性。 (5)為了提高彈性光網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源利用率,提出了一種基于半導(dǎo)體光放大器-馬赫曾德爾干涉儀(SOA-MZI)中XPM效應(yīng)的二進制開關(guān)鍵控(OOK)信號到QPSK信號及16QAM信號的調(diào)制復(fù)用方案,仿真結(jié)果表明,經(jīng)過調(diào)制復(fù)用后QPSK及16QAM信號的譜效率分別提高了兩倍和四倍。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.7
【圖文】：

傳輸容量；光時鐘提取技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)光信號的時鐘提取功能，實現(xiàn)了系統(tǒng)4^?信號的同步。全光信號處理技術(shù)是利用非線性介質(zhì)的FWM、XPM、交叉增益調(diào)制效應(yīng)(XGM)、自相位調(diào)制效應(yīng)（SPM)等非線性效應(yīng)實現(xiàn)的。目前主要的非線性介質(zhì)有SOA[9-i2]、HNLF 桂基納米線等。但是，由于SOA具有體積小、便于集成、增益帶寬大、工作波長范圍大（1200nm-1700nm)、載流子恢復(fù)時間快、動態(tài)特性好等優(yōu)點，SOA中的XGM、XPM、SPM及FWM效應(yīng)被廣泛用于全光信號處理技術(shù)。本論文中的方案仿真及實驗用的非線性介質(zhì)為SOA。1.2.2光信號處理的關(guān)鍵技術(shù)1.2.2.1全光波長變換在未來的波長路由選擇光網(wǎng)絡(luò)中，波長變換技術(shù)可以有效消除網(wǎng)絡(luò)擁塞和波長連續(xù)性的限制，提高波長資源的利用率，從而極大的增強網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性[19]。目前，實現(xiàn)全光波長變換主要是利用SOA或HNLF的XGM、XPM及FWM效應(yīng)實現(xiàn)[2G-25]。圖i_i(a)、圖i-2(a)、圖l-3(a)分別描述了基于SOA的XGM、XPM及FWM效應(yīng)實現(xiàn)全光波長變換的基本原理。

(b)圖1-1.基于SOA的XGM效應(yīng)實現(xiàn)波長變換的原理圖I25】圖1-1 (a)給出了基于SOA XGM效應(yīng)實現(xiàn)全光波長變換的原理，由于實現(xiàn)方案簡單，利用SOA XGM實現(xiàn)全光波長變換的方案是目前研宄較為廣泛的一種技術(shù)，現(xiàn)在國內(nèi)外部分高校及研究所對該方案己經(jīng)進行了深入的研宄。該方案的基本原理是當(dāng)帶有調(diào)制信息的菜浦光A,信號和連續(xù)的探測光Ac經(jīng)過波分復(fù)用器后同時z1合進S0A時，由于在SOA中放大光信號的同時將引起SOA中載流子的消耗，其中的載流子濃度隨著栗浦光強度的變化而變化，從而使SOA的增益也受到同樣的調(diào)制，即隨著調(diào)制錄浦光強的增強，SOA的增益將減小，但是當(dāng)調(diào)制錄浦光強減弱時

作條件下，探測光功率增大，轉(zhuǎn)換效率增大，但是輸出消光比降低；相應(yīng)地，栗浦光功率增大，增益調(diào)制程度增加，輸出消光比增加，但由于SOA的飽和程度加劇，轉(zhuǎn)換效率下降。因此，需要一個最佳的輸入菜浦功率和探測功率來實現(xiàn)最優(yōu)的消光比和轉(zhuǎn)換效率。圖1-2描述了基于SOA-MZI的XPM效應(yīng)實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的原理圖。XPM效應(yīng)是利用SOA中載流子濃度變化過程中伴隨的折射率變化引起的相位調(diào)制作用實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的。攜帶有信息的信號光七進入到SOA中，將引起SOA中載流子濃度的變化，而載流子濃度的變化將引起SOA折射率的變化，從而引起探測光I的相位變化。經(jīng)過處理后，將探測光的相位信息轉(zhuǎn)換成強度信息，從而實現(xiàn)了信號光的信息加載到探測光信號上，實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換�；赟OA-MZI的波長轉(zhuǎn)換器輸出信號質(zhì)量好、U梧笨煽刂�、输出可反转也縿x環(huán)醋�、偏瞻d幻舾�、甲x院謾⒂猛竟愕扔諾�。但薁楷由于SOA中的XPM過程會伴隨著XGM過程，XGM引起的幅度變化可能會降低其波長轉(zhuǎn)換的輸出性能。因此，需要控制菜浦光與探測光的注入光功率，降低XGM的影響，提高波長轉(zhuǎn)換的質(zhì)量。

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本文編號：2774705