隨著全球經(jīng)濟(jì)的高度融合與協(xié)作發(fā)展,通信成為人類社會的基礎(chǔ)需求,由此帶來通信容量的持續(xù)增長,不斷給光纖傳輸提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。隨著摻鉺光纖放大器、數(shù)字相干接收機(jī)、波分復(fù)用技術(shù)相繼應(yīng)用于商業(yè)通信系統(tǒng),單模光纖通信窗口的頻譜資源日益匱乏,進(jìn)一步提升單模光纖的通信容量遭遇瓶頸問題。利用先進(jìn)的高譜效調(diào)制格式,對頻譜資源進(jìn)行精細(xì)利用成為光通信發(fā)展的重要方向。其中,高階調(diào)制格式能夠迅速提升傳輸容量,但對信噪比需求的急劇增加制約著其在長距光纖傳輸中的發(fā)展;另外,以Nyquist-WDM為代表的高譜效傳輸技術(shù)受到業(yè)界廣泛關(guān)注,但正交傳輸準(zhǔn)則限制了傳輸容量的進(jìn)一步提升。超奈奎斯特速率傳輸技術(shù)通過打破正交傳輸限制,利用數(shù)字信號處理的計算能力補(bǔ)償碼間干擾等信道效應(yīng),換取傳輸容量的繼續(xù)增長。但當(dāng)前超奈奎斯特速率光傳輸技術(shù)仍處于探索階段,信號壓縮調(diào)制技術(shù)單一,對時域壓縮技術(shù)和時頻域聯(lián)合壓縮技術(shù)缺乏探索研究,壓縮效率較低,頻譜利用率提升有限;同時,碼間干擾補(bǔ)償算法的復(fù)雜度高、容限低,嚴(yán)重的碼間干擾還降低了系統(tǒng)對其它信道效應(yīng)的補(bǔ)償能力。本論文針對上述問題,探索了多種新型超奈奎斯特壓縮調(diào)制技術(shù)以及低復(fù)雜度的強(qiáng)碼間干擾補(bǔ)償機(jī)制,利用QPSK信號實現(xiàn)了最高11.2bit/s/Hz的頻譜利用率,取得了一些較為領(lǐng)先的創(chuàng)新性研究成果。論文的主要創(chuàng)新點和工作包括以下幾個方面:針對光網(wǎng)絡(luò)傳輸容量需求急劇增長,光纖頻譜資源日益緊張的問題,在光通信中首次實現(xiàn)超奈奎斯特時域壓縮調(diào)制,提出一種基于單載波的超奈奎斯特時分復(fù)用方案以及線性時域多輸入多輸出(MIMO)接收方案。實驗驗證了 2路20Gbit/s RZ-QPSK超奈奎斯特時分復(fù)用系統(tǒng),以ldB的Q因子代價實現(xiàn)了傳輸容量一倍的增長。此外,提出基于DFTS-OFDM的超奈奎斯特波分復(fù)用方案,利用DFT Spread技術(shù),進(jìn)一步提升OFDM的頻譜利用率。仿真結(jié)果表明,結(jié)合Duobinary濾波器在1×10-2誤碼門限將20GHz信道間隔的128Gbit/s QPSK-OFDM的OSNR代價降低1.5dB,實現(xiàn)6.4bit/s/Hz的頻譜利用率。針對超奈奎斯特單維復(fù)用系統(tǒng)進(jìn)一步提升頻譜利用率遭遇瓶頸的問題,提出更加簡單、高效的超奈奎斯特時域混疊復(fù)用系統(tǒng),并與頻域壓縮聯(lián)合使用形成超奈奎斯特時頻二維復(fù)用系統(tǒng),實現(xiàn)了頻譜利用率的成倍提升。仿真結(jié)果表明,224Gbit/s PDM-QPSK超奈奎斯特時頻二維復(fù)用系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)最高11.2bit/s/Hz的頻譜利用率,在26GHz信道間隔下相比于同速率的PDM-16QAM超奈奎斯特波分復(fù)用系統(tǒng)存在5.5dB的OSNR優(yōu)勢。針對短距光互連的高速大容量傳輸需求與低成本光電器件的窄帶寬、低采樣率之間的矛盾,首先提出基于S21曲線的頻域分段補(bǔ)償機(jī)制,結(jié)合Duobinary編碼技術(shù)提升了 IM/DD系統(tǒng)的抗窄帶濾波能力,降低了光電器件的帶寬需求。實驗中使用18GHz的DML實現(xiàn)112Gbit/s PAM4信號的lkm單模光纖傳輸,并將靈敏度優(yōu)化至-lOdBm。此外,提出使用超奈奎斯特技術(shù)在提升頻譜利用率的基礎(chǔ)上,降低ADC采樣率至Nyquist采樣率之下。仿真與實驗證明,在超奈奎斯特波分復(fù)用系統(tǒng)中,ADC采樣率需求相比于Nyquist采樣率降低75%。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.1
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮略詞索引
第一章 緒論
    1.1 高速光纖傳輸技術(shù)發(fā)展趨勢
    1.2 超奈奎斯特速率光傳輸技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 超奈奎斯特速率光傳輸系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵問題
    1.4 論文研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排
    參考文獻(xiàn)
第二章 超奈奎斯特速率光傳輸理論
    2.1 正交化傳輸系統(tǒng)模型與機(jī)理
        2.1.1 正交化傳輸系統(tǒng)理論模型
        2.1.2 奈奎斯特采樣定理
        2.1.3 正交化傳輸系統(tǒng)的容量分析
    2.2 超奈奎斯特速率傳輸系統(tǒng)模型與機(jī)理研究
        2.2.1 超奈奎斯特速率傳輸發(fā)展分析
        2.2.2 超奈奎斯特時頻二維復(fù)用傳輸機(jī)制分析
    2.3 數(shù)字信號處理均衡補(bǔ)償研究
        2.3.1 低復(fù)雜度碼間干擾補(bǔ)償機(jī)制
        2.3.2 多二進(jìn)制濾波器
        2.3.3 基于Viterbi-Viterbi的改進(jìn)相位補(bǔ)償算法
    2.4 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第三章 超奈奎斯特速率時頻單維復(fù)用光傳輸技術(shù)
    3.1 基于單載波RZ-QPSK超奈奎斯特時分復(fù)用信號調(diào)制及探測機(jī)制研究
        3.1.1 超奈奎斯特時分復(fù)用信號調(diào)制原理
        3.1.2 基于時域MIMO的均衡解復(fù)用方案
        3.1.3 仿真驗證與分析
        3.1.4 實驗驗證與分析
    3.2 基于多載波DFTS-OFDM超奈奎斯特波分復(fù)用信號調(diào)制及探測機(jī)制研究
        3.2.1 DFTS-OFDM超奈奎斯特波分復(fù)用信號調(diào)制方案
        3.2.2 DFTS-OFDM超奈奎斯特波分復(fù)用信號探測方案
        3.2.3 仿真驗證與分析
    3.3 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 超奈奎斯特速率時頻二維復(fù)用光傳輸技術(shù)
    4.1 高譜效復(fù)用系統(tǒng)調(diào)制機(jī)制及實現(xiàn)方案
        4.1.1 超奈奎斯特時域混疊復(fù)用系統(tǒng)理論研究
        4.1.2 超奈奎斯特時頻二維復(fù)用傳輸方案研究
    4.2 高碼間干擾探測方案分析
    4.3 仿真驗證與分析
        4.3.1 仿真模型與參數(shù)設(shè)置
        4.3.2 仿真結(jié)果分析
    4.4 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 短距大容量低成本超奈奎斯特光互連技術(shù)
    5.1 直調(diào)直檢傳輸系統(tǒng)的高碼間干擾補(bǔ)償技術(shù)研究
        5.1.1 直調(diào)直檢系統(tǒng)的窄帶濾波效應(yīng)分析
        5.1.2 直調(diào)直檢系統(tǒng)頻域分段補(bǔ)償機(jī)制
        5.1.3 實驗驗證與分析
    5.2 低于奈奎斯特采樣速率的接收處理技術(shù)
        5.2.1 超奈奎斯特速率傳輸系統(tǒng)的采樣速率分析
        5.2.2 仿真驗證與分析
        5.2.3 實驗驗證與分析
    5.3 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 未來工作展望
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)成果目錄

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