【摘要】：現(xiàn)代光傳送網(wǎng)絡(luò)(OTN)正朝著大容量、高速率、智能化等目標(biāo)方向不斷演進(jìn)。大容量需要波分復(fù)用技術(shù)(WDM)和高頻譜效率調(diào)制技術(shù)支撐,高速率依賴于全光信息處理器件和收發(fā)端電域的低復(fù)雜度數(shù)字信號(hào)處理(DSP)算法,智能化體現(xiàn)在光收發(fā)機(jī)和光交換節(jié)點(diǎn)的靈活控制功能。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)很大程度依賴于新型光調(diào)制格式的實(shí)現(xiàn),新型光調(diào)制信號(hào)泛指區(qū)別于經(jīng)典兩電平強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的各類多維復(fù)雜調(diào)制方式。本文研究新型光調(diào)制信號(hào)的多波長(zhǎng)再生與收發(fā)機(jī)關(guān)鍵技術(shù),主要內(nèi)容包括多波長(zhǎng)時(shí)隙交織信號(hào)的全光再生技術(shù)、偏振復(fù)用(PDM)-64QAM信號(hào)傳輸中非線性串?dāng)_的電域補(bǔ)償,以及時(shí)域混合QAM(TDHQ)信號(hào)光收發(fā)機(jī)的信道適應(yīng)性研究。本學(xué)位論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下:1.多波長(zhǎng)信道的非線性串?dāng)_分析與全光再生技術(shù)DWDM多波長(zhǎng)傳輸技術(shù)是提高光傳送網(wǎng)(OTN)容量的主要手段,全光再生技術(shù)是有效抑制多波長(zhǎng)信道間非線性串?dāng)_的重要方法。1)首先,建立了多波長(zhǎng)非線性串?dāng)_的四波混頻(FWM)理論模型,分析了多波長(zhǎng)全光再生系統(tǒng)中各種串?dāng)_的來(lái)源,仿真和實(shí)驗(yàn)研究了時(shí)隙交織、偏振復(fù)用和雙向?qū)魅N串?dāng)_抑制技術(shù)的特點(diǎn),它們分別與光脈沖占空比、光纖雙折射和光環(huán)行器隔離度等參數(shù)密切相關(guān)。2)利用數(shù)據(jù)泵浦FWM的功率傳遞函數(shù)對(duì)稱性,提出并實(shí)現(xiàn)了一種偏振無(wú)關(guān)的消光比提升方案,該方案采用偏振分集技術(shù)和雙向?qū)饕种拼當(dāng)_,可使偏振隨機(jī)開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)信號(hào)的消光比(ER)提升4.2dB,Q值從5.8提升到6.9。3)綜合應(yīng)用三種串?dāng)_技術(shù)依次完成了6波和8波的多波長(zhǎng)全光2R再生實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,時(shí)隙交織OOK信號(hào)中每個(gè)波長(zhǎng)通道的接收機(jī)靈敏度均可提升0.8dB以上。論文還從時(shí)隙交織多波長(zhǎng)信號(hào)出發(fā),理論分析了進(jìn)一步提高再生信道數(shù)的限制因素,仿真研究了串?dāng)_限制下系統(tǒng)的再生容限。2.抑制PDM-64QAM信號(hào)非線性串?dāng)_的低復(fù)雜度DSP補(bǔ)償算法除了采用全光再生技術(shù)在光域抑制串?dāng)_外,本文針對(duì)高階調(diào)制信號(hào)的相干檢測(cè)系統(tǒng),提出一種超低復(fù)雜度的電域DSP非線性補(bǔ)償算法,在接收端來(lái)補(bǔ)償短距大容量傳輸中自相位調(diào)制(SPM)和交叉相位調(diào)制(XPM)帶來(lái)的信道內(nèi)和信道間串?dāng)_劣化。與需要時(shí)頻域分步傅里葉計(jì)算的常見(jiàn)補(bǔ)償算法相比,該DSP非線性補(bǔ)償算法運(yùn)行于接收端色散補(bǔ)償模塊和自適應(yīng)均衡模塊之間,非線性計(jì)算時(shí)只需要考慮色散導(dǎo)致的符號(hào)相關(guān)性。研究表明,通過(guò)適當(dāng)保留殘余色散可提高非線性補(bǔ)償效果,采用矩形有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器可進(jìn)一步降低算法的復(fù)雜度。以符號(hào)率為35Gbaud的PDM-64QAM信號(hào)(單載波速率約400Gb/s)為例,開(kāi)展了相應(yīng)的單波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)和多波長(zhǎng)仿真,可分別抑制60%和40%的信道非線性串?dāng)_。3.時(shí)域混合QAM信號(hào)的光信道適應(yīng)性與光收發(fā)機(jī)的靈活配置方案靈活光收發(fā)機(jī)可改變信號(hào)符號(hào)率、調(diào)制格式等參數(shù)來(lái)適應(yīng)各種信道特性,以獲得最大的傳輸容量或最遠(yuǎn)的傳輸距離。已有研究表明,在一些特定的情況下,固定總速率的收發(fā)機(jī)可通過(guò)優(yōu)化符號(hào)率和調(diào)制的格式組合以獲得最大的傳輸距離。本文研究符號(hào)率和調(diào)制格式獨(dú)立可變信號(hào)對(duì)信道噪聲和光帶寬的適應(yīng)性,以及所帶來(lái)的系統(tǒng)容量提升,采用TDHQ信號(hào)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)可變的頻譜效率以匹配信道噪聲,可變符號(hào)率對(duì)應(yīng)可變光帶寬以匹配級(jí)聯(lián)可重構(gòu)上下路濾波器(ROADM)的動(dòng)態(tài)濾波特性。其中,TDHQ信號(hào)是由不同階數(shù)的QAM符號(hào)時(shí)域交織而成的一種高級(jí)調(diào)制格式。仿真和實(shí)驗(yàn)研究了“固定符號(hào)率、調(diào)制格式在TDHQ連續(xù)切換”,“符號(hào)率連續(xù)可變、調(diào)制格式在標(biāo)準(zhǔn)QAM中切換”以及“符號(hào)率連續(xù)可變,調(diào)制格式在TDHQ中切換”三種工作模式的平均容量,相比于“固定符號(hào)率、調(diào)制格式在標(biāo)準(zhǔn)QAM中切換”的工作模式,分別獲得了10.4%、14%和17%的系統(tǒng)平均容量增益。在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的靈活光收發(fā)機(jī)配置方案,仿真驗(yàn)證了其可行性。該方案以相干接收機(jī)的性能監(jiān)測(cè)參數(shù)作為輸入,經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法處理后,估算出最佳的符號(hào)率和調(diào)制格式,進(jìn)而完成發(fā)射機(jī)的靈活配置。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.1
【圖文】：

第一章 緒論1.1 光通信技術(shù)的發(fā)展2009 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了英籍華人高錕（Charles K. Kao）博士，表彰對(duì)光纖通信發(fā)展所做出的貢獻(xiàn)，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)在給公眾的公開(kāi)信中寫到[1]：“當(dāng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)宣布的時(shí)候，世界大部分地方幾乎瞬間收到了這條信息文字、語(yǔ)音和視頻信號(hào)沿著光纖在世界各地來(lái)回傳輸，幾乎瞬時(shí)地被微小而便捷設(shè)備接收，人們已經(jīng)把這種情況當(dāng)做習(xí)慣。光纖通信正是整個(gè)通信領(lǐng)域急速發(fā)展前提�！闭鐖D 1-1 所示，從 50 年前誕生至今，光纖通信技術(shù)構(gòu)建起了全球通信的架，為人類提供了大容量、高可靠性和低能耗的信息傳輸管道，人類對(duì)帶寬無(wú)窮的追求也為光纖通信技術(shù)的發(fā)展提供了源源不斷的動(dòng)力[2]。

圖 3-12 六波長(zhǎng)再生系統(tǒng)實(shí)物圖仔細(xì)調(diào)節(jié) EDFA 的增益和每個(gè)通道的損耗，并優(yōu)化各個(gè)通道的偏振和功率，可獲得較好的再生性能。圖 3-13 給出了 1:99 分光器 1%端口處的 FWM 光譜，可以看出，輸入信號(hào)光和輔助光的背向反射較弱，且信號(hào)光和閑頻光在頻域不交疊，非簡(jiǎn)并 FWM 串?dāng)_光也得到了有效的抑制。FWM 相位匹配條件的頻率依賴性使兩個(gè)傳輸方向上的 FWM 效率有所不同，其中正向信道存在明顯的高階 FWM，但沒(méi)有落在再生信道內(nèi)。由圖 3-13 還可以觀察到再生信號(hào)頻譜的展寬現(xiàn)象，即再生閑頻光的譜線寬度要大于輸入泵浦信號(hào)的寬度。-50-40-30-20光功率(dBm)正向反向A1A2S1S2S3R1R2R3S4S5S6R4R5R6

圖 3-14 六波長(zhǎng)再生時(shí)域波形-18-1 0-16 -14 -12 -10 -8 -6-8-6-4-20接收機(jī)光功率 (dBm)log10(BER)-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6-10-8-6-4-20log10(BER)-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6-10-8-6-4-20接收機(jī)光功率 (dBm)log10(BER)-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4-10-8-6-4-20log10(BER)-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6-10-8-6-4-20log10(BER)-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6-10-8-6-4-20接收機(jī)光功率 (dBm)log10(BER)DegradedR-MultiR-Single2 dB1 dB 2.6 dB1.5 dB1.9 dB2.4 dB正向信道 Ch1~Ch3反向信道 Ch4~Ch6接收機(jī)光功率 (dBm)接收機(jī)光功率 (dBm)(a) 信道1(b) 信道2(c) 信道3

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本文編號(hào)：2770819