本文關(guān)鍵詞：光信號非線性調(diào)控及高速傳輸技術(shù)研究

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【摘要】：光纖技術(shù)以損耗低、重量輕、體積小、帶寬大和抗電磁干擾等優(yōu)勢成為骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)的重要傳輸方案。隨著人們對信息傳輸速率和帶寬需求的日益增加,400-Gbit/s乃至1-Tbit/s高速光通信技術(shù)也日顯重要。另一方面隨著傳輸速率和容量的提升,光信號更容易受到各種失真的影響,如色散和非線性等,因此,信號調(diào)控和高速傳輸技術(shù)成為下一代光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。其中信號調(diào)控技術(shù)包括信號產(chǎn)生、處理、濾波和失真補(bǔ)償?shù)?高速傳輸技術(shù)則包括波分復(fù)用、時分復(fù)用、偏振復(fù)用等。木論文圍繞光信號的非線性調(diào)控和高速傳輸技術(shù)展開研究,重點(diǎn)探索基于非線性的超快全光信號處理方案、微波光子信號失真補(bǔ)償方案和多偏振態(tài)復(fù)用高速傳輸方案,為增強(qiáng)下一代光傳輸網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性、提高系統(tǒng)容量和性能提供潛在的技術(shù)手段。本論文從理論分析與實驗研究入手,主要內(nèi)容包括以下幾個方面：首先通過分析光纖中線性和非線性相關(guān)效應(yīng)的機(jī)理,得到了一個較為完整的微波光子鏈路頻率響應(yīng)特性表達(dá)式；其次基于光纖非線性效應(yīng)提出并實驗驗證了三種全光信號處理方案,包括相位敏感放大、波長組播和光信噪比監(jiān)控技術(shù)；接著圍繞微波光子信號調(diào)控重點(diǎn)研究了色散補(bǔ)償和非線性失真補(bǔ)償技術(shù)；最后探索了不同系統(tǒng)中的多偏振態(tài)復(fù)用高速傳輸方案。具體相關(guān)工作的詳細(xì)描述如下：(1)基于耦合模方程和小信號分析,得到一個解釋微波光子信號傳輸系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的簡化表達(dá)式。該表達(dá)式涵蓋了色度色散、偏振模色散和光纖非線性效應(yīng),減少了模擬信號傳輸仿真的計算量。同時,通過對噪聲指數(shù)和無雜散動態(tài)范圍的研究,探索了非線性色散鏈路中的信號傳輸理論極限,表明信號質(zhì)量隨著傳輸頻率的變化呈現(xiàn)不一致性。(2)基于光纖非線性效應(yīng),構(gòu)建了相位敏感放大、波長組播和光信噪比監(jiān)控三種網(wǎng)絡(luò)功能子單元,為解決當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的帶寬限制和信號處理實時性問題提供新方法。內(nèi)容包括：1)仿真研究了基于非簡并四波混頻的相位敏感放大器,實現(xiàn)了BPSK和QPSK信號的相位再生；2)實驗研究了基于級聯(lián)四波混頻的波長組播,實現(xiàn)了1到9的DPSK信號無誤碼組播；3)實驗研究了基于高階四波混頻的光信噪比監(jiān)控,利用高階四波混頻分量的功率變化特點(diǎn)來表征光信噪比,在偏振復(fù)用系統(tǒng)中實現(xiàn)兩路信號光信噪比的同時監(jiān)控,監(jiān)控范圍大于10-dB。(3)針對微波光子信號調(diào)控,提出了多種色散和非線性失真補(bǔ)償方案,提高了微波光子系統(tǒng)無雜散動態(tài)范圍(Spuring Free Dynamic Range:SFDR)。具體內(nèi)容包括：1)基于預(yù)失真技術(shù)的單頻色散補(bǔ)償方案,通過簡單地調(diào)節(jié)輸入馬赫增德爾調(diào)制器的RF信號相位差和偏置電壓既可實現(xiàn)色散補(bǔ)償；2)基于偏振效應(yīng)的單頻色散補(bǔ)償方案,通過調(diào)節(jié)輸入相位調(diào)制器的信號偏振態(tài),當(dāng)達(dá)到某一特定值時色散效應(yīng)得到補(bǔ)償。該方案避免了調(diào)制器偏置電壓漂移問題,鏈路動態(tài)范圍提高了12-dB；3)基于偏振分集結(jié)構(gòu)的寬帶色散補(bǔ)償方案,通過構(gòu)造兩個傳輸特性互補(bǔ)的鏈路,實現(xiàn)了寬頻譜和多頻率的色散同時補(bǔ)償,鏈路動態(tài)范圍可提高12-dB,信號誤差向量幅度降至5%；4)基于DSP的非線性補(bǔ)償技術(shù),僅需要信號頻率和帶寬信息就可以通過模擬信號反向傳輸過程實現(xiàn)自適應(yīng)的非線性失真補(bǔ)償,鏈路動態(tài)范圍可提高到126-dB·Hz4/5;5)基于偏振效應(yīng)的非線性補(bǔ)償方案,通過調(diào)節(jié)進(jìn)入相位調(diào)制器的偏振態(tài)實現(xiàn)了非線性失真和色散的同時補(bǔ)償,傳輸40-kmm后動態(tài)范圍仍可達(dá)到110-dB·Hz4/5。(4)基于相干接收技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù),提出了三種新型多偏振態(tài)復(fù)用信號高速傳輸方案,為進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的頻譜效率提供新思路。具體內(nèi)容包括：1)探索了傳輸四偏振態(tài)強(qiáng)度調(diào)制信號的可行性,討論了偏振模色散對四偏振態(tài)系統(tǒng)的影響,仿真實現(xiàn)了40Gbit/s四偏振態(tài)OOK信號80-km傳輸,為短距離光接入網(wǎng)提供了新的組網(wǎng)方案；2)探討了四偏振態(tài)光載無線信號(4PM-RoF)復(fù)用和解調(diào)方案,仿真實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中60-km傳輸,提高了微波光子信號傳輸系統(tǒng)的頻譜效率；3)探索并實驗驗證了四偏振態(tài)差分二進(jìn)制相位調(diào)制信號(4PM-DPSK)的傳輸可行性,實現(xiàn)了速率為100-Gbit/s的4PM-DPSK信號150-km傳輸,為提高長距離骨干網(wǎng)傳輸容量提供新方法。隨著高速光纖通信系統(tǒng)以及5G移動通信等技術(shù)的快速發(fā)展,新的信號類型、傳輸方式以及業(yè)務(wù)要求將對信號調(diào)控技術(shù)提出更多挑戰(zhàn),也必將是研究人員持續(xù)努力的方向之一。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.1
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本文編號：1275879