光OFDM技术在短距离和长途光纤通信系统中的应用研究

发布时间：2017-03-27 06:12

  本文关键词：光OFDM技术在短距离和长途光纤通信系统中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光正交频分复用(OFDM)技术以其高频率效率、极强的色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)容忍性、卓越的高阶调制扩展能力等优势受到了光纤通信领域的广泛关注。光OFDM技术易于与诸如偏振复用(PDM)、波分复用(WDM)等当前光纤通信技术相结合,随着数字信号处理(DSP)技术的快速发展,光OFDM技术在短距离和长途光纤通信系统中具有巨大的应用潜力。本文分析和研究光OFDM技术在低成本的数据中心多模光纤(MMF)通信系统、基于自注入反射半导体光放大器(RSOA)的无源光网络(PON)系统以及高速长途骨干单模光纤(SMF)通信系统中的应用。对光OFDM技术应用于上述光纤通信系统中所面临的若干问题提出了相应的设计和解决方法,进行了实验验证和计算机仿真分析。主要创新工作内容概括如下:1.提出利用双带强度调制直接探测光OFDM(IMDD-OOFDM)技术实现数据中心光互连中基于直接调制垂直腔面发射激光器(VCSEL)的MMF系统传输容量升级。在实验上利用3dB调制带宽仅为2.2GHz的无温控的自由运行VCSEL成功实现了16.375Gb/s的实时双带OOFDM信号在OM2光纤中传输200m,并对基于直接调制VCSEL的双带IMDD-OOFDM系统的传输容量鲁棒性进行详细的实验研究。2.提出一种新的双RSOA自注入结构来降低传统自注入RSOA PON系统中光信号的相对强度噪声(RIN)和腔内剩余强度调制串话。在此基础上,利用两个3dB调制带宽仅为1GHz的低成本RSOA和开发的实时OFDM发射机设计出了首个基于自注入RSOA的实时OOFDM发射机,并对该发射机的各种动态性能特性进行研究。实验实现了基于自注入RSOA的10Gb/s@25km IMDD-OOFDM系统,并且获得仅为0.6dB的光功率代价。3.利用基于双RSOA自注入的10Gb/s@25km IMDD-OOFDM系统,实验研究了积累的腔内色散对基于自注入RSOA的PON系统性能的影响。实验结果表明,光纤腔内色散对系统性能导致了以下影响:1)显著展宽输出光信号的光谱;2)增大自注入光纤腔输出光信号的RIN;3)导致系统光功率代价的上升。因而,光纤腔内积累的色散是限制基于自注入RSOA的IMDD-OOFDM PON系统性能的重要物理机理。4.提出一种基于相位调制解调的恒包络相干光OFDM(CO-OFDM)系统,使得发射光信号的峰均功率比(PAPR)获得显著下降,从而提高了CO-OFDM技术应用于长途光纤通信系统中的光纤非线性容限。仿真结果表明,与传统CO-OFDM系统相比,恒包络CO-OFDM系统在具有不同色散管理的标准SMF(SSMF)链路中的系统最大发射光功率获得显著提高。5.提出一种基于DSP和RF导频的联合光纤非线性相位噪声补偿方法,用以降低CO-OFDM系统应用于升级采用非归零-通断键控(NRZ-OOK)调制技术的WDM系统时所面临的极为严重的非线性相位噪声影响。仿真结果表明,该方法能有效补偿信道内自相位调制(SPM)和邻近NRZ-OOK信道产生的交叉相位调制(XPM)效应导致的非线性损伤。此外,通过仿真研究了光纤非线性效应对112Gb/s PDM-CO-OFDM系统带内串话光信噪比(OSNR)代价的影响。该研究为工作在非线性区域的CO-OFDM系统应用于100G全光网络提供了系统OSNR预算参考。6.提出利用双臂马赫-曾德尔调制器(MZM)作为光梳生成器实现多带CO-OFDM传输的方法,在仿真中验证了包含16个PDM OFDM频带的1Tb/s CO-OFDM系统,并对传输性能进行分析。进而证实了采用双臂MZM光梳生成器实现宽带CO-OFDM传输的可行性。此外,分析了基于重叠频域均衡(OFDE)的低循环前缀(CP)开销CO-OFDM系统中OFDM接收机对重叠点数的要求,并通过实验研究重叠点数对系统传输性能的影响,进而利用合理的重叠点数设计成功实现80.4Gb/s低CP开销的CO-OFDM信号在无色散补偿SSMF中传输5440km。
【关键词】：光正交频分复用 强度调制直接检测 数字相干检测 直接调制垂直腔面发射激光器 自注入半导体光放大器 光纤非线性
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53;TN929.11
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 引言16-18
• 1.2 OFDM技术及其在光纤通信系统中的应用18-22
• 1.2.1 OFDM技术的优点19-21
• 1.2.2 OFDM技术在光纤通信系统中的应用21-22
• 1.3 光OFDM技术在光纤通信系统中的研究背景22-27
• 1.3.1 数据中心光互连中应用IMDD-OOFDM技术的研究背景24-25
• 1.3.2 IMDD-OOFDM技术在自注入RSOA光接入网中的研究背景25
• 1.3.3 降低长途CO-OFDM系统中光纤非线性损伤的研究背景25-26
• 1.3.4 多带与低CP开销CO-OFDM系统在长途光传输中的研究背景26-27
• 1.4 论文主要内容及结构安排27-30
• 第二章 利用低成本DM-VCSEL的双带IMDD-OOFDM系统研究30-50
• 2.1 OFDM技术的基本原理30-33
• 2.2 IMDD-OOFDM系统原理与结构33-36
• 2.3 利用DM-VCSEL的双带IMDD-OOFDM实验系统设计36-40
• 2.4 利用DM-VCSEL的双带IMDD-OOFDM实验系统电参数优化40-44
• 2.4.1 VCSEL偏置电流优化40-41
• 2.4.2 最佳的双带OFDM电信号特性41-44
• 2.5 利用DM-VCSEL的双带IMDD-OOFDM系统实验结果与分析44-49
• 2.5.1 传输性能结果与分析44-47
• 2.5.2 传输容量鲁棒性分析47-49
• 2.6 本章小结49-50
• 第三章 基于自注入RSOA的IMDD-OOFDM系统研究50-72
• 3.1 基于双RSOA自注入的实时OOFDM发射机结构与实现50-54
• 3.1.1 双RSOA自注入结构与特点51-52
• 3.1.2 基于双RSOA自注入的实时OOFDM发射机设计与实现52-54
• 3.2 基于双RSOA自注入的实时OOFDM发射机动态性能特性54-58
• 3.3 基于双RSOA自注入的IMDD-OOFDM系统传输实验58-63
• 3.3.1 传输系统实验设置58-59
• 3.3.2 传输性能结果与分析59-63
• 3.4 腔内色散对基于自注入RSOA的IMDD-OOFDM系统性能的影响63-71
• 3.4.1 具有不同腔内色散的自注入光纤腔实验系统设置63-65
• 3.4.2 腔内色散对输出光谱特性的影响65-66
• 3.4.3 腔内色散对光信号RIN的影响66-68
• 3.4.4 腔内色散对系统传输性能的影响68-71
• 3.5 本章小结71-72
• 第四章 降低CO-OFDM系统中光纤非线性相位噪声影响的研究72-100
• 4.1 CO-OFDM系统的基本原理与光纤非线性损伤72-78
• 4.1.1 CO-OFDM系统的基本原理72-77
• 4.1.2 CO-OFDM系统的光纤非线性损伤77-78
• 4.2 基于CE调制提高CO-OFDM系统非线性容限的方法78-87
• 4.2.1 CE-CO-OFDM系统原理与实现79-81
• 4.2.2 CE-CO-OFDM系统仿真设置81-83
• 4.2.3 CE-CO-OFDM系统性能分析83-87
• 4.3 基于DSP和RF导频的联合CO-OFDM系统非线性补偿方法87-94
• 4.3.1 基于DSP和RF导频的联合非线性补偿方法原理与实现87-89
• 4.3.2 基于DSP和RF导频的联合非线性补偿方法仿真分析89-94
• 4.4 光纤非线性效应对CO-OFDM系统带内串话的影响94-99
• 4.4.1 WSS导致的CO-OFDM系统带内串话94-95
• 4.4.2 非线性效应对CO-OFDM系统带内串话影响的仿真分析95-99
• 4.5 本章小结99-100
• 第五章 利用光梳的多带与低CP开销CO-OFDM系统研究100-117
• 5.1 利用光梳的多带CO-OFDM系统基本原理100-102
• 5.2 双臂MZM光梳生成器的设计与性能分析102-106
• 5.2.1 双臂MZM产生平坦光梳的基本原理与条件102-104
• 5.2.2 双臂MZM光梳生成器的性能仿真分析104-106
• 5.3 利用双臂MZM光梳生成器的多带CO-OFDM系统106-110
• 5.3.1 利用双臂MZM光梳生成器的多带CO-OFDM系统仿真设置106-107
• 5.3.2 利用双臂MZM光梳生成器的多带CO-OFDM系统性能分析107-110
• 5.4 重叠点数对基于OFDE的低CP开销CO-OFDM系统的影响110-115
• 5.4.1 OFDE的基本原理与设计要求110-112
• 5.4.2 基于OFDE的低CP开销CO-OFDM系统实验设置112-113
• 5.4.3 实验结果与性能分析113-115
• 5.5 本章小结115-117
• 第六章 总结与展望117-120
• 6.1 论文总结117-119
• 6.2 未来工作的展望119-120
• 致谢120-121
• 参考文献121-137
• 攻读博士学位期间取得的成果137-139

  本文关键词：光OFDM技术在短距离和长途光纤通信系统中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：269984