發(fā)布時間：2018-03-20 15:24

  本文選題：波分復用技術(shù)　切入點：串擾噪聲　出處：《西南大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著納米技術(shù)和互補金屬氧化物半導體工藝兼容的硅光子器件的迅速發(fā)展,數(shù)十億乃至更多的晶體管被集成在單個芯片上以實現(xiàn)更加強大的功能,使得芯片上多核處理器系統(tǒng)(multiprocessor systems-on-chip,MPSo Cs)成為多媒體、醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域的一種新趨勢。在MPSo Cs中,為了有效互連每個處理核,同時獲得更高性能的信息傳輸,芯片上光網(wǎng)絡(luò)(optical networks-on-chip,ONo Cs)逐漸成為人們的研究熱點,其克服了傳統(tǒng)金屬互連存在的高串擾、高延時、高能耗等缺點。此外,隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展,通信數(shù)據(jù)急劇增加,人們對高通信帶寬、高計算性能的需求不斷增加,傳統(tǒng)基于單波傳輸?shù)钠瞎饩W(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能夠滿足超大容量的高速傳輸。波分復用(wavelength division multiplexing,WDM)技術(shù)可將多路光信號復用至單根波導中傳輸,從而有效提高通信帶寬。因此,一些研究者將WDM技術(shù)應(yīng)用于片上光網(wǎng)絡(luò),近而滿足片上多核之間的大規(guī)模通信需求。研究表明,支持波分復用技術(shù)的硅基片上光交換系統(tǒng)是解決下一代光通信系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)中心信息交換的關(guān)鍵性技術(shù)之一,基于該項技術(shù)的片上光互連網(wǎng)絡(luò)當前深受眾多學者的追捧,并已廣泛應(yīng)用于芯片上多核處理器系統(tǒng)及光通信等領(lǐng)域�；赪DM的芯片上光網(wǎng)絡(luò)(WDM-based optical networks-on-chip,WDMONo Cs)是由硅基光學器件按照一定的設(shè)計準則構(gòu)建而成的,由于光學器件的制造工藝及本身的材質(zhì)屬性,其不可避免地遭受到一系列的損耗及串擾噪聲。特別地,串擾在網(wǎng)絡(luò)中的累積量是制約網(wǎng)絡(luò)性能提升的關(guān)鍵因素。相比于傳統(tǒng)基于單波傳輸?shù)钠瞎饩W(wǎng)絡(luò),WDM-ONo Cs更容易受到串擾噪聲的影響,尤其是非線性四波混頻(four-wave mixing,FWM)效應(yīng)產(chǎn)生的非線性串擾。串擾噪聲在大規(guī)模WDM-ONo Cs中不斷積累會導致網(wǎng)絡(luò)性能退化、信號失真、通信質(zhì)量下降、光信噪比降低,極大程度地限制網(wǎng)絡(luò)的可拓展性。因此,本文將串擾作為核心研究問題,提出了基于WDM的芯片上光Mesh網(wǎng)絡(luò)的串擾特性分析方法,并建立了完善的理論模型及分析系統(tǒng),為下一代片上光通信系統(tǒng)提供可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支持。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,基于串擾特性介紹了支持WDM技術(shù)的片上光互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論及技術(shù),包括硅基波導、SOI微環(huán)諧振器、光波分復用技術(shù)和非線性四波混頻效應(yīng),并建立了FWM串擾功率計算模型。其次,根據(jù)硅基光學器件的工作原理,依次設(shè)計出了支持WDM技術(shù)的多端口、低串擾、低損耗的新型片上光開關(guān)元件、光路由器和光Mesh網(wǎng)絡(luò);同時,構(gòu)建了相應(yīng)層級(基本器件層、路由器層和網(wǎng)絡(luò)層)的物理結(jié)構(gòu)模型和串擾特性分析模型,串擾特性分析模型主要基于損耗、串擾、光信噪比和誤碼率。最后,將支持WDM技術(shù)的優(yōu)化的Crossbar(WDM-based optimized Crossbar,WDM-Op.crossbar)光路由器和支持WDM技術(shù)的Crux(WDMbased Crux,WDM-Crux)光路由器應(yīng)用于片上光Mesh網(wǎng)絡(luò),分析比較了基于這兩種光路由器的片上光Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能,即最差路徑中的損耗、串擾噪聲、光信噪比和誤碼率性能,給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果;同時,基于Optisystem環(huán)境搭建了片上多信道傳輸系統(tǒng)用于驗證本文基于串擾特性提出的分析方法的可行性。結(jié)果表明:在多波長片上光互連網(wǎng)絡(luò)中,無論是傳統(tǒng)的線性噪聲還是由FWM效應(yīng)產(chǎn)生的非線性噪聲,其均極大程度地影響著網(wǎng)絡(luò)的性能,限制著網(wǎng)絡(luò)的可拓展性;此外,性能優(yōu)良的光學器件和光路由器是提升片上光互連網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵性因素。比如,當輸入光功率為1 m W,基于WDM-Op.crossbar的片上光Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為4×4時,最差路徑中平均的信號損耗、FWM噪聲功率、線性噪聲功率及光信噪比分別為-31.31 d Bm、-37.61 d Bm、-38.86 d Bm和4.26 d B;當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模達到6×6時,同一路徑中這四項指標值分別為-49.28 d Bm、-37.78 d Bm、-38.95d Bm和-13.65 d B;明顯可見,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模由4×4擴大至6×6,網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降。然而,將WDM-Crux光路由器應(yīng)用于片上4×4的光Mesh網(wǎng)絡(luò)時,最差路徑中平均光信噪比的值是12.37 d B,比使用WDM-Op.crossbar光路由器提升了8.11d B;當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為6×6時,最差路徑中平均光信噪比的值為-1.37 d B,相比于使用WDM-Op.crossbar光路由器提升12.28 d B。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

【參考文獻】

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2 張彤,崔一平;集成光學國際研究進展[J];電子器件;2004年01期

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3 解宜原;高速光分組交換網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究及其重要子系統(tǒng)開發(fā)[D];中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）;2009年

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本文編號：1639672