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先进调制格式的产生及其全光信号处理

李明浩  
【摘要】:先进调制格式因其在频谱利用率和抗色散或抗非线性上的优异性,成为了未来光通信系统中最有潜力的技术之一,而全光信号处理是未来高速大容量全光交换网络的关键技术。目前,全光信号处理技术还主要针对的是传统的开关键控(OOK)调制格式。本论文围绕新型先进调制格式的产生及其相关的全光信号处理展开研究。具体研究内容如下: (1)提出了一种改进的40G/bs载波抑制频率调制(FSK)信号产生方案,并且通过数值仿真验证了方案的可行性。考查了新产生FSK信号的传输性能。详细讨论了平衡探测、鉴频滤波器中心频率与信号中心频率失谐以及滤波器带宽变化对FSK信号质量的影响。而且,为改善生成FSK信号的质量,对产生方案进行了优化。基于延时干涉仪(DI)和光延时线,提出了一个利用归零差分相位调制(RZ-DPSK)信号差分解调产生相位辅助40-Gbs曼彻斯特(Manchester)信号的方案,并实验验证了该方案的可行性。由于光谱更窄,新生成的相位辅助Manchester信号比传统单纯强度调制的Manchester(ASK-Manchester)信号具有更好的抗色散能力。 (2)基于载波抑制FSK信号,提出了一种适用与光标记交换网络的新型频率调制信号/强度调制(FSK/IM)正交调制格式并利用仿真进行了验证。其中,载荷用40Gb/s FSK信号调制,标记用2.5Gb/sIM信号调制。不仅详细讨论了标记调制深度以及信号传输距离对FSK/IM信号接收性能的影响。而且,还给出了优化标记调制深度取值范围的方法。仿真验证了利用半导体光放大器(SOA)的增益饱和效应实现FSK/IM信号标记更新的过程,考查了标记擦除前FSK/IM信号的传输距离、标记调制深度以及更新时SOA的工作点参数变化时对标记擦除后信号质量的影响。 (3)对基于SOA中四波混频(FWM)效应的FSK/IM正交调制信号的波长转换进行了仿真研究。考查了信号与泵浦的频率失谐以及IM调制深度对转换后载荷与标记信号质量的影响。详细分析了泵浦光和信号光之间的功率比变化时对波长转换结果的影响,区分了FWM波长变换对于FSK/IM正交调制格式的透明转换区和不透明转换区。提出了一种基于全光波长转换器的新型多功能分组转发单元,并对其进行了仿真分析。该单元可以简便地提供对不同类型的数据分别进行透明的波长转换和带标记更新波长转换的功能。 (4)提出了一种将40Gb/s FSK信号作为下行信号,2.5G/bs IM信号作为上行信号的高速波分复用式-光无源接入网络(WDM-PON)方案,并对系统性能进行了仿真分析。讨论了通带宽度、频率调制到强度调制转换(FSK-to-IM)以及单纤双向系统中寄生反射等问题对信号质量的影响。在此基础上仿真分析了携带2.5Gb/s IM下行广播信号的’WDM-PON。方案中,在下行广播信号被反射式SOA(RSOA)擦除的同时上行信号也被调制到下行载波上。此外,该方案与无线接入系统融合的一种混合应用方案也被提出并验证。 (5)基于增益透明SOA(GT-SOA)的交叉相位调制(XPM)效应,提出了一种全光实现10Gb/s反转RZ信号/差分相位调制信号(IRZ/DPSK)正交调制的方案,并对信号的传输性能进行了仿真。讨论了DPSK信号的中心波长,SOA注入功率的变化以及保持光的作用对正交调制后IRZ/DPSK信号质量的影响。此外,以DPSK作为广播信号,同时产生多路IRZ/DPSK信号的WDM-PON方案也被提出并仿真。并依此提出了一种有助于实现接入网中信号透明复用的全光非本地信号接入方案。 (6)理论分析了利用SOA的交叉增益压缩(XGC)效应实现信号再生的机理,推导了考虑和不考虑增益压缩时SOA的传递函数,以及SOA输出噪声同相和正交分量的方差。讨论了SOA注入功率、物理参数和输入噪声带宽等对SOA噪声压缩效应的影响。并将利用SOA的XGC效应对40Gb/s PolSK信号2R再生的仿真结果与理论推导的结果进行了对比验证。 (7)利用SOA的XGC效应,实验研究了10Gb/s PolSK信号,40Gb/s NRZ-DPSK信号以及40-Gb/sNRZ/RZ-FSK信号的2R再生,分析了SOA后级联滤波器、DPSK信号解调以及信号的光信噪比对再生效果的影响。


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