论文部分内容阅读
光纤通信是人类建设信息化社会所依赖的主要技术之一。从20世纪70年代光纤通信技术成功实现商用以来,人类社会的信息化进程大大加快,这也反过来促进了光纤通信技术的发展。随着宽带数据业务和新型因特网应用的出现和发展,人们对现有的光纤通信系统的容量提出了更高的要求,40-Gb/s、160-Gb/s和100G以太网(100 GbE)等高速光纤通信技术已经成为研究的热点。随着速率的提高,信号所受到的传输损伤也越来越明显。典型的传输损伤包括色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)、非线性效应、窄带滤波效应等。研究表明,信号在传输过程中对CD的容忍度与波特率的平方成反比,对PMD的容忍度与波特率成反比。在高速系统中,信道内的非线性效应如信道内交叉相位调制(IXPM)和信道内四波混频(IFWM)开始变得明显。另外,当速率提高时,单个信道所占的频谱也相应地增大,信道之间的频谱重叠增加,窄带滤波效应变得不容忽视。在解决上面的传输损伤的方案中,新型调制码型是一个非常重要的研究技术。例如,差分正交相移键控(DQPSK)信号每个符号携带2个比特的信息,其波特率和所占的频谱是二进制调制码型的一半,从而提高了其对CD、PMD和窄带滤波效应的容忍度。DQPSK调制码型和偏振复用技术相结合,可以进一步提高信号对这些传输损伤的抵抗能力。更高阶的调制码型,如十六进制正交幅度调制(16-QAM)信号,每个符号携带4个比特的信息,频谱效率非常高,进一步增强了其对CD、PMD和窄带滤波效应的容忍度。为了克服非线性效应,尤其是IFWM,人们也设计了一些新型的调制码型。研究表明,相位反转归零(APRZ)信号能够有效地抑制IFWM所带来的传输损伤。本文主要对高速光纤通信系统中一些新型调制码型进行研究和实现。在第一章中,对高速光纤通信系统的发展状况进行了简要的介绍,并对一些常用调制码型的实现方法和性能进行了总结。在第二章中,为了克服现有的APRZ光发射机实现复杂的缺点,我们提出并实现了一种简单而高效的发射机方案。该方案基于单个双平行马赫-曾德调制器(DPMZM),通过数据预编码技术,在调制数据的同时,自动将NRZ电信号转换为RZ光信号,并且通过设置调制器的偏置电压,改变相邻比特之间的相位,生成所需的APRZ信号。基于本方案,我们使用一个10-GHz的DPMZM,实验产生了20-Gb/s的APRZ光信号,并通过仿真验证了该信号对非线性损伤的抵抗能力。在第三章中,为了克服现有的星形16-QAM光信号不易产生的难点,我们提出并实现了一种简单而高效的星形16-QAM光发射机。该方案基于单个双驱动马赫-曾德调制器(DDMZM),利用两路4-电平驱动信号产生独立的两路QPSK光信号,然后通过调节偏置电压,使这两路光信号之间有一个π/4相位差,合路后可以产生星形16-QAM信号。根据这个原理,我们搭建了一个实验系统,基于10-GHz的DDMZM,生成40-Gb/s的星形16-QAM光信号。通过仿真,我们验证了该信号在相干接收条件下,经过80-km单模光纤(SMF)传输后具有较好的性能。在第四章中,为了降低高速系统的实现成本,我们采用低速的光电器件,提出并实验验证了一个100-Gb/s高速光传输系统。使用四倍频技术调制单个激光器,产生频率间隔为50-GHz的两个光载波。通过RZ-DQPSK调制码型和偏振复用技术,基于12.5-GHz的光电器件,实现了100-Gb/s的光发射机。根据这个方案,我们搭建了一套100-Gb/s高速光传输实验系统。实验结果表明,在没有色散补偿的条件下,经过25-km的SMF传输后,信号的性能仍然比较好,表现出很好的抗色散能力。我们也通过仿真验证了该系统对CD、PMD和非线性损伤的抵抗能力。