隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的普及和快速發(fā)展,人們對數(shù)據(jù)流量的需求出現(xiàn)了持續(xù)增長,給通信系統(tǒng)容量帶來了與日俱增的壓力。作為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的核心,以及各項通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ),光通信系統(tǒng)正在成為科學(xué)研究的焦點,并面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在光通信系統(tǒng)中,相干檢測是實現(xiàn)系統(tǒng)高靈敏度和帶外噪聲高抑制的最佳解決方案。與基于數(shù)字信號處理(DSP)的數(shù)字相干檢測方案相比,光鎖相環(huán)(OPLL)技術(shù)能夠?qū)崟r地對光載波進行相位恢復(fù),并打破數(shù)字相干檢測方案在器件造價、功率消耗上的瓶頸,具有時延小、成本低、功效高的優(yōu)點,有著廣闊的應(yīng)用前景。此外,利用光載波的偏振分量和各偏振分量上的同相、正交分量,可以在相干光傳輸系統(tǒng)中構(gòu)建四維(4D)信號空間,用于產(chǎn)生高頻譜效率和高功率效率的調(diào)制格式,來提升相干光傳輸系統(tǒng)的性能。本論文圍繞光通信系統(tǒng)中的OPLL技術(shù)和調(diào)制格式展開,由五部分的研究工作構(gòu)成。這些研究工作的重要成果和創(chuàng)新點包括:1.對OPLL系統(tǒng)中環(huán)路參數(shù)設(shè)計和輔助捕獲技術(shù)進行了研究。在理論層面,推導(dǎo)出了 OPLL的環(huán)路參數(shù)對其噪聲性能影響的近似表達式,同時分析了環(huán)路參數(shù)對OPLL跟蹤性能、自捕獲性能的影響。這項工作為如何設(shè)計OPLL環(huán)路參數(shù)來實現(xiàn)高性能的OPLL系統(tǒng)提供了新的理論參考。理論研究表明,在OPLL系統(tǒng)中使用輔助捕獲技術(shù)十分必要,輔助捕獲技術(shù)能夠顯著提升OPLL系統(tǒng)的捕獲性能,同時保持其噪聲性能和跟蹤性能不受損害�；诶碚撗芯�,設(shè)計、制作了結(jié)構(gòu)簡單但性能可靠的輔助捕獲電路模塊,同時在副載波OPLL系統(tǒng)中驗證了該電路模塊的有效性。實驗結(jié)果顯示,該電路模塊成功實現(xiàn)了 2.4GHz捕獲范圍、2MHz精度的輔助捕獲功能。2.對光壓控振蕩器(OVCO)進行了綜合研究。通過分析科斯塔斯副載波OPLL系統(tǒng)對二進制相移鍵控(BPSK)信號的相干接收過程,在理論上創(chuàng)新地提出了評估OVCO性能的方法。在此基礎(chǔ)上,討論了使用馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)和相位調(diào)制器的兩種OVCO實現(xiàn)方案。通過理論推導(dǎo)和實驗驗證,分別闡述了兩種OVCO實現(xiàn)方案的特點,以及如何在實際操作中實現(xiàn)這兩種OVCO方案的最佳性能。這項研究工作對實驗室中的OVCO設(shè)計和可商用的集成OVCO器件設(shè)計具有指導(dǎo)意義。3.提出了一種新的理論,用于分析采樣OPLL接收的相位調(diào)制光載無線(ROF)系統(tǒng)。在采樣脈沖寬度不能忽略的情況下,該理論創(chuàng)新地實現(xiàn)了對采樣OPLL系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析。該理論還給出了采樣OPLL系統(tǒng)輸出噪聲基底和非線性失真的近似表達式。同時,理論研究結(jié)果的正確性在系統(tǒng)仿真中得到了驗證。這項研究工作,為用于相位調(diào)制ROF系統(tǒng)的采樣OPLL接收機的設(shè)計提供了理論框架。此外,在研究過程中還完成了采樣OPLL系統(tǒng)實驗,實驗結(jié)果驗證了使用采樣方案實現(xiàn)光域降頻的有效性。4.提出了脈沖型Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制ROF系統(tǒng)。與傳統(tǒng)Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)ROF系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)采用光脈沖作為載波,通過給Sagnac環(huán)內(nèi)的相位調(diào)制器加載與光脈沖同步的驅(qū)動信號,可將環(huán)內(nèi)的相位偏移調(diào)整至90度,使得系統(tǒng)對RF信號的基頻進行響應(yīng)�；诶碚摲治�,設(shè)計并搭建了驗證實驗系統(tǒng),該系統(tǒng)在1GHz到10GHz頻率上展現(xiàn)出較平坦的頻率響應(yīng)。在實驗中創(chuàng)新地設(shè)計了平衡接收結(jié)構(gòu),平衡接收結(jié)構(gòu)讓系統(tǒng)輸出噪聲基底降低了約8dB,測得系統(tǒng)輸出噪聲基底為-164dBm/Hz,僅高于光電探測器的散粒噪聲基底約4dB,實驗測得系統(tǒng)的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)為104.8dB.Hz2/3。此外,為減小Sagnac環(huán)內(nèi)相位調(diào)制器插入損耗的影響,創(chuàng)新地設(shè)計并制作了可雙向放大的摻鉺光纖放大器(EDFA),將該雙向放大EDFA應(yīng)用到實驗系統(tǒng)后,測得系統(tǒng)的SFDR提升了 3.1dB。5.完成了對6偏振態(tài)-四相相移鍵控(6P-QPSK)調(diào)制格式的理論研究。討論了 6P-QPSK調(diào)制格式的原理和比特到符號的映射規(guī)則,提出了如何在該映射規(guī)則下產(chǎn)生恒定幅度的6P-QPSK信號。此外,研究了基于IQ調(diào)制器(IQM)和雙驅(qū)動MZM調(diào)制器(DD-MZM)的兩種發(fā)射機,并分析了使用這兩種發(fā)射機產(chǎn)生恒定幅度的6P-QPSK信號對驅(qū)動電壓的要求。這項研究工作可為6P-QPSK實驗提供理論參考。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.1
【部分圖文】：

行業(yè)帶來了一場革命。??在近半個世紀的時間里，歷經(jīng)多次技術(shù)革新，光通信系統(tǒng)的傳輸容量增加了??好幾個量級，目前仍在不斷的增長中。圖１－１顯示了從１９８６年到２０１８年的３２??年間，科研用光通信實驗、商用光通信設(shè)備的單信道傳輸速率和總傳輸容量的發(fā)??展情況，可以看到單信道速率和傳輸總?cè)萘康木薮笤鲩L。截止目前，４００Ｇｂ／ｓ的??光通信傳輸模塊己開始實現(xiàn)商用，各個廠商相繼推出面向光學(xué)連接的４００Ｇ芯片??組，己有研究團隊報道單信道傳輸速率高于ｌＴｂ／ｓ的光通信傳輸實驗［１，２］。??１９８０?１９９０?２０００?２０１０?２０２０?２０２５??＿，?１?１?１?１?１?１?１?１?？??Ｃｈａｎｎｅｌ?ｒａｔｅｊ?２．５?Ｇｂ／ｓ?１０?Ｇｂ／ｓ?４０?Ｇｂ／ｓ?１００?Ｇｂ／ｓ?４００?Ｇｂ／ｓ?ｌＴＶｓ＞??Ｓｙｓｔｅｍ?ｔｙｐｅ：?Ｓｉｎｇｌｅ－ｓｐａｎ?Ｍｕｌｔｉ－ｓｐａｎ?（ＥＤＦＡｓ）?Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ?ｒｏｕｔｅｄ?ｎｅｔｗｏｒｋｓ?ＳＤＯＮ?？??１９８６?１９９０?１９９４?１９９８?２００２?２００６?２０１０?２０１４?２０１８?２０２０?２０２５??圖１－１研究用、商用光通信系統(tǒng)的單信道速率和傳輸容量發(fā)展記錄圖??在光通信技術(shù)發(fā)展初期，系統(tǒng)主要釆用的是幅度調(diào)制／直接檢測ＩＭ／ＤＤ??（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ?Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ／Ｄｉｒｅｃｔ?Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）的傳輸方案。在１９８７年就己經(jīng)生產(chǎn)丨丨丨單??信道速率為１．７Ｇｂ／ｓ，傳輸距離達５０ｋｍ的商用光通信模塊。為了滿足人們對傳??輸容量的需求

振光信號的相位緊緊跟隨上接收光信號的相位，在光域?qū)崟r地實復(fù)。模擬相干接收方案的實質(zhì)是實時地完成對同步損傷的補償。相接收方案，基于ＯＰＬＬ技術(shù)的模擬相干接收方案，在系統(tǒng)體積、有明顯的優(yōu)勢［１１？。這種接收方案的缺點是不能實現(xiàn)對光纖傳輸傳輸信號是寬帶信號時，系統(tǒng)的性能會因為長距離光纖傳輸損傷在一些對靈敏度有高要求，又無法使用光中繼，同時對系統(tǒng)的雜度有嚴格限制的寬帶信號光傳輸系統(tǒng)，如星空間的光通信系統(tǒng)收方案也是不錯的選擇。此外，在ＷＤＭ系統(tǒng)中，ＯＰＬＬ技術(shù)可以頻率間隔的子信道［１３］。在相位調(diào)制光載無線ＲＯＦ?（Ｒａｄｉｏ?Ｏｖｅｒ?ＨｂＯＰＬＬ技術(shù)能夠緩解相位解調(diào)過程中產(chǎn)生的非線性，大大提升ＲＯ范圍性能１１４］。??文研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排??論文由五部分研究工作構(gòu)成，共分為八個章節(jié)，圖１－３顯示了論文

副載波ＯＰＬＬ方案作為ＯＰＬＬ技術(shù)的重要分支，副載波ＯＰＬＬ系統(tǒng)的核心??組成部分是光壓控振蕩器ＯＶＣＯ。ＯＶＣＯ由射頻壓控振蕩器（ＲＦ－ＶＣＯ）、驅(qū)動??器、外調(diào)制器和激光器構(gòu)成，其原理圖如圖２－２所示。??七⑴??丄??ＯＶＣＯ??ＲＦ－ＶＣＯ??－）?Ｄｒｉｖｅｒ?Ｅ?－－－－－＞????—ｉ—?Ｏ?—＞???Ｅｍ（ｔ）??＾???Ｌａｓｅｒ??＾?Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ??＞ＥＬ〇（ｔ）??圖２－２?ＯＶＣＯ的原理圖??在ＯＶＣＯ中，ＲＦ－ＶＣＯ的輸出頻率％受電壓ｆ／ｃ（／）控制。??＾ｖｃｏ?—?＾－ｏ＾ｃ?（０?（２－１）??其中，呌是ＲＦ－ＶＣＯ的輸出中心頻率，尺。（ｒａｄ／ｓ．Ｖ）是ＲＦ－ＶＣＯ的調(diào)節(jié)系數(shù)。??ＲＦ－ＶＣＯ的輸出信號經(jīng)過驅(qū)動器放大后，在調(diào)制器中對光載波進行調(diào)制，此時調(diào)??制器的歸一化傳輸函數(shù)ｒ是：??ｍ＝ｃｏ??Ｔ＝Ｈ?ａｎ＞?＾ｐ（ｊｍ＾ｙｃｏ〇?（２－２）??＂７＝—〇０??１０??
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本文編號：2871841