光相位調制格式解調與相干探測研究.pdf

1、激增的網絡業(yè)務需求促使光纖通信迅猛發(fā)展,隨著光信號傳輸速率和傳輸距離要求的不斷提高,先進相位調制格式研究受到越來越多學術圈和工業(yè)界的關注。相位調制格式具有巨大的優(yōu)勢:不僅接收靈敏度比傳統(tǒng)強度調制信號提高3dB,而且在光纖傳輸中有更大的非線性容忍度,此外,其高階調制形式四相相移鍵控(QPSK)降低了信號波特率,減輕對高速電子器件的要求。因此相位調制信號的產生、解調、以及探測技術是關鍵的研究課題。近些年由于引入光相干探測技術,相位調制格式接

2、收方式更加靈活,利用強大的數字信號處理技術還可以實現光纖傳輸損傷的補償。
　　在此背景下,本論文針對光相位調制格式的產生、信號解調和相干探測展開理論和實驗研究,概括全文可以總結為以下幾個方面:
　　(1)分析了光調制的理論基礎,研究了差分相移鍵控(DPSK)、QPSK、高階正交幅度調制(QAM)先進調制格式的產生、解調和探測機理。
　　(2)基于馬赫-曾德爾延時干涉儀(MZDI)解調DPSK信號原理,提出了聯合差分相移

3、鍵控到雙二進制碼(DPSK-DB)調制方式應用于40Gb/s長距離接入WDM-PON下行鏈路傳輸的方案,利用了DPSK信號長距離傳輸的優(yōu)勢結合DB信號大色散容忍度和直接探測接收的特點,實現無源光網絡中80公里干道傳輸和5公里接入傳輸的實驗,并演示了基于一個MZDI進行4信道DPSK信號到DB信號的并行轉換,節(jié)約了系統(tǒng)成本。
　　(3)基于微環(huán)諧振腔(MRR)解調DPSK信號原理,提出了一種新型硅基偏振復用差分相移鍵控(DP-DPS

4、K)解調器件,利用信號模式變換和多模干涉(MMI)結構實現偏振態(tài)分離,以及利用一個微環(huán)諧振腔實現雙偏振態(tài)DPSK信號同時解調。首次實驗展示了片上80Gb/sDP-DPSK信號的偏振解復用和相位解調。
　　(4)基于相位調制到強度調制的鑒頻原理,提出了基于硅基微環(huán)諧振腔耦合馬赫-曾德爾干涉儀(MRR-MZI)器件產生超寬帶(UWB)信號的新方案,該器件具有鑒頻響應度高、線性度好的優(yōu)點。實驗演示了由高斯相位調制脈沖通過MRR-MZI器

5、件產生正負極性UWB信號。
　　(5)分析了光相干探測的基本原理和光相干接收機的工作機制,詳細論述了不同調制格式信號恢復算法的原理及過程。通過系統(tǒng)仿真評估了QPSK信號恢復算法的性能和受限因素,通過傳輸實驗數據的信號恢復,展示了算法的工作流程和均衡效果。提出了一種新型的級聯盲均衡算法,在誤差函數中引入相位項使得均衡器具有載波相位恢復的功能,利用最后判決信息來做誤差反饋使得該算法與調制格式無關。通過QPSK和16-QAM實驗數據的信

6、號恢復證實了該算法的有效性,實驗結果表明其恢復性能與經典算法相當。
　　(6)為了提高頻譜效率,提出了一種光域超強濾波的NyquistQPSK方案,并對中間采樣點形成的9-QAM信號進行處理,利用提出的一套9-QAM信號恢復算法成功抑制了碼間干擾(ISI)效應。11×112Gb/sDP-QPSK25GHz間隔Nyquist-WDM背靠背實驗證明該方案在接收光信噪比方面比國際領先方案改善0.5dB。另外進行了3×112Gb/sDP-