基于相敏放大的全光矢量信号处理关键技术研究

发布时间：2020-05-31 08:44

【摘要】：作为上层网络业务的承载者,光纤通信网络必须不断提升网络容量、改进网络架构以应对日益增长的带宽需求和业务种类。网络容量的提升主要依靠更高的信号波特率,更高阶的调制格式及更复杂的复用方式来实现。上层业务的增多也驱使着光网络从单一的信息传输管道向多功能多层次的灵活光网络(Flexible Optical Network,FON)演进。面对网络特征的变化,传统基于光电转换技术的信号处理技术存在速率瓶颈、格式不透明、转换效率低及成本昂贵等问题。全光信号处理技术有效地避免了传统基于光电转换信号处理技术的诸多问题,是未来全光FON实现的重要支撑力量。相位敏感放大器(Phase-sensitive Amplifier,PSA)技术以其独特的相位敏感特性成为光矢量信号处理的有力工具。基于PSA的诸多全光矢量信号处理技术如矢量信号再生、调制格式转换、低噪放大、全光相位量化,全光正交分解等近年来被国内外众多研究机构提出并研究,具有广泛的应用前景。本论文主要针对基于相敏放大的全光矢量信号处理关键技术展开研究,主要的研究工作及创新点有:1、提出了一种基于PSA的正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)向二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)的格式转换系统方案,实现了信号一对一转换的同时保证了原始信息的完整性。针对输入光信噪比(Optical Signal-to-Noise Ratio,OSNR)为15 dB的QPSK信号,误码率(Bit Error Rate,BER)为10-3时,转换得到的BPSK信号的接收OSNR比QPSK改善了3.2 dB。该系统可有效改善信号的BER性能,从而延长信号的有效传输距离,可广泛应用于传输链路质量突然恶化、不同光网络间节点及软件定义收发系统等场景。2、提出了一种基于PSA的可重构全光节点系统方案。该系统具有二维矢量再生与格式转换复合功能。针对输入的携带有噪声的QPSK信号,该节点可选择输出二维再生之后的QPSK信号或是再生之后的PAM4信号。针对输入OSNR为15 dB的QPSK信号,在BER为10-3时,与输入QPSK信号相比,再生之后的QPSK信号的接收OSNR改善了 2 dB,转换之后的PAM4信号接收OSNR改善了 1.3 dB。该节点可应用于长距离传输网络的中间节点或长距与短距光网络的中间节点。3、提出了一种针对光矢量信号的正交分解系统,并在HNLF与SOA两种光学介质中进行了仿真验证。该系统可实现基于单个PSA结构同时提取出输入光矢量信号的同相与正交分量,且提取后的同相与正交分量的波长和偏振状态与输入光矢量保持一致。同时仿真验证了针对方形QAM信号的分解,16/32/64 QAM信号分别被分解成了两路PAM4/PAM6/PAM8信号。该系统可作为基本功能单元,应用于未来灵活光网络对光矢量信号的全光灵活控制与处理之中。
【图文】：

传输链,位置,多阶,偏振复用

灵活光网络架构与全光信号处理技术逡逑引言中提到由于受到上层网络带宽需求和业务种类增多的驱使，光网成了多维度复合功能的ＦＯＮｍ。ＦＯＮ的网络架构如图ｌ－ｌＰ］所示，从，ＦＯＮ包括核心网、城域网、接入网、数据中心等一系列不同结构不网络［３］。从信号调制格式看，传统采用的如二进制启闭键控（Ｏｎ－ＯｆＴＫ）和二进制相移键控（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ，ＢＰＳＫ）等信号格式阶的矢量信号格式取代，如多阶脉冲振幅调制（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｐｕｌｓｅ邋Ａｍｐｕｌａｔｉｏｎ，邋ＭＰＡＭ）、多阶相移键控（Ｍ－ａｒｙ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｓｈｉｆｔ邋Ｋｅｙｉｎｇ，ＭＰＳＫ）幅度调制（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｑａｕｄｒａｔｕｒｅ邋Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ邋Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，邋ＭＱＡＭ）等。多方式也被采用以寻求更高的频谱利用率，如偏振复用（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ邋Ｄｉｉｐｌｅｘｉｎｇ，，邋ＰＤＭ），波分复用（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，ＷＤＭ），（Ｍｏｄｅ邋Ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋Ｍｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，ＭＤＭ），空分复用（Ｓｐａｃｅ邋Ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ＭｕｔｉｐＭ）等。逡逑Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｉｎｇ邋＆逡逑

调制技术,光网络

如图１－２所示为光网络中主要调制技术演进Ｗ，可以看到，随着网逡逑络容量需求的增长，光网络中所采用的主要调制格式己由最初的单波长２．５邋Ｇｂｐｓ逡逑的００Ｋ信号演进成了目前单波长４００Ｇｂｐｓ的ＰＤＭ－ＭＱＡＭ信号。５Ｇ时代下的逡逑光传送技术按照传输距离可分为两大类［５］：短距离网络中的非相干传输和中长距逡逑离网络中的相干传输技术。此处的中长距离的相干传输技术可认为是核心网、城逡逑域网等普遍采用的ＭＱＡＭ和相干接收技术，如图１－２中所示。随着信号调制格逡逑式的逐渐升高、信号波特率的上升和对光矢量越来越复杂的复用方式，带来的另逡逑一个问题是信号传输距离的下降。这也是到目前为止４００Ｇ长距离网络的标准传逡逑输方案仍悬而未决的原因。目前超大容量信号的长距离传输主要依靠具有前向纠逡逑错和相干接收等技术实现，然而随着信号容量的持续上涨，现存的技术可能会无逡逑法继续维持如此长距离的信号传输。全光信号处理技术的引入可有效的缓解大容逡逑量信号的长距离传输这一问题。目前限制信号传输距离的因素主要有两个，传输逡逑信道的衰减和多种因素引起的二维噪声。针对信道衰减，可利用拉曼光放大器或逡逑是基于ＰＳＡ的低噪放大思想以改善目前采用的掺辑光纤放大器（Ｅｒｂｉｕｍ邋Ｄｏｐｅｄ逡逑Ｆｉｂｅｒ邋Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，邋ＥＤＦＡ）性能。另外目前研究火热的基于ＰＳＡ的信号再生方案也逡逑可有效抑制信号的二维噪声以延长信号传输距离。逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

【相似文献】