光OFDM技術(shù)在短距離和長途光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、光正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)以其高頻率效率、極強的色度色散（CD）和偏振模色散（PMD）容忍性、卓越的高階調(diào)制擴展能力等優(yōu)勢受到了光纖通信領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。光OFDM技術(shù)易于與諸如偏振復(fù)用（PDM）、波分復(fù)用（WDM）等當前光纖通信技術(shù)相結(jié)合，隨著數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)的快速發(fā)展，光OFDM技術(shù)在短距離和長途光纖通信系統(tǒng)中具有巨大的應(yīng)用潛力。
　　本文分析和研究光OFDM技術(shù)在低成本的數(shù)據(jù)中心多模光纖（MMF）通信系統(tǒng)、基于自

2、注入反射半導(dǎo)體光放大器（RSOA）的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）系統(tǒng)以及高速長途骨干單模光纖（SMF）通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。對光OFDM技術(shù)應(yīng)用于上述光纖通信系統(tǒng)中所面臨的若干問題提出了相應(yīng)的設(shè)計和解決方法，進行了實驗驗證和計算機仿真分析。主要創(chuàng)新工作內(nèi)容概括如下：
　　1.提出利用雙帶強度調(diào)制直接探測光 OFDM（IMDD-OOFDM）技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心光互連中基于直接調(diào)制垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）的MMF系統(tǒng)傳輸容量升級。在實驗上利用

3、3dB調(diào)制帶寬僅為2.2GHz的無溫控的自由運行VCSEL成功實現(xiàn)了16.375Gb/s的實時雙帶OOFDM信號在OM2光纖中傳輸200m，并對基于直接調(diào)制VCSEL的雙帶IMDD-OOFDM系統(tǒng)的傳輸容量魯棒性進行詳細的實驗研究。
　　2.提出一種新的雙RSOA自注入結(jié)構(gòu)來降低傳統(tǒng)自注入RSOA PON系統(tǒng)中光信號的相對強度噪聲（RIN）和腔內(nèi)剩余強度調(diào)制串話。在此基礎(chǔ)上，利用兩個3dB調(diào)制帶寬僅為1GHz的低成本RSOA和開發(fā)

4、的實時OFDM發(fā)射機設(shè)計出了首個基于自注入RSOA的實時OOFDM發(fā)射機，并對該發(fā)射機的各種動態(tài)性能特性進行研究。實驗實現(xiàn)了基于自注入RSOA的10Gb/s@25km IMDD-OOFDM系統(tǒng)，并且獲得僅為0.6dB的光功率代價。
　　3.利用基于雙RSOA自注入的10Gb/s@25km IMDD-OOFDM系統(tǒng)，實驗研究了積累的腔內(nèi)色散對基于自注入RSOA的PON系統(tǒng)性能的影響。實驗結(jié)果表明，光纖腔內(nèi)色散對系統(tǒng)性能導(dǎo)致了以下影響

5、：1）顯著展寬輸出光信號的光譜；2）增大自注入光纖腔輸出光信號的RIN；3）導(dǎo)致系統(tǒng)光功率代價的上升。因而，光纖腔內(nèi)積累的色散是限制基于自注入RSOA的IMDD-OOFDM PON系統(tǒng)性能的重要物理機理。
　　4.提出一種基于相位調(diào)制解調(diào)的恒包絡(luò)相干光 OFDM（CO-OFDM）系統(tǒng)，使得發(fā)射光信號的峰均功率比（PAPR）獲得顯著下降，從而提高了CO-OFDM技術(shù)應(yīng)用于長途光纖通信系統(tǒng)中的光纖非線性容限。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)CO-

6、OFDM系統(tǒng)相比，恒包絡(luò) CO-OFDM系統(tǒng)在具有不同色散管理的標準 SMF（SSMF）鏈路中的系統(tǒng)最大發(fā)射光功率獲得顯著提高。
　　5.提出一種基于DSP和RF導(dǎo)頻的聯(lián)合光纖非線性相位噪聲補償方法，用以降低 CO-OFDM系統(tǒng)應(yīng)用于升級采用非歸零-通斷鍵控（NRZ-OOK）調(diào)制技術(shù)的WDM系統(tǒng)時所面臨的極為嚴重的非線性相位噪聲影響。仿真結(jié)果表明，該方法能有效補償信道內(nèi)自相位調(diào)制（SPM）和鄰近 NRZ-OOK信道產(chǎn)生的交叉相位調(diào)

7、制（XPM）效應(yīng)導(dǎo)致的非線性損傷。此外，通過仿真研究了光纖非線性效應(yīng)對112Gb/s PDM-CO-OFDM系統(tǒng)帶內(nèi)串話光信噪比（OSNR）代價的影響。該研究為工作在非線性區(qū)域的CO-OFDM系統(tǒng)應(yīng)用于100G全光網(wǎng)絡(luò)提供了系統(tǒng)OSNR預(yù)算參考。
　　6.提出利用雙臂馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）作為光梳生成器實現(xiàn)多帶CO-OFDM傳輸?shù)姆椒?，在仿真中驗證了包含16個 PDM OFDM頻帶的1Tb/s CO-OFDM系統(tǒng)，并對傳輸性