【摘 要】
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随着云计算、4K/8K高清晰视频、万物互联等业务的兴起,网络流量呈现出持续增长的趋势,作为连接用户和网络中心的光接入网面临着巨大的挑战。无源光网络（Passive Optical Network,PON）作为宽带光接入网的主要方案,长距离、大容量是未来的发展趋势。同时,PON不仅需要实现速率的提升,也被要求能够提供按需连接与服务,以满足PON的可重构性、灵活性和弹性需求。本论文提出基于概率成形（P
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随着云计算、4K/8K高清晰视频、万物互联等业务的兴起,网络流量呈现出持续增长的趋势,作为连接用户和网络中心的光接入网面临着巨大的挑战。无源光网络（Passive Optical Network,PON）作为宽带光接入网的主要方案,长距离、大容量是未来的发展趋势。同时,PON不仅需要实现速率的提升,也被要求能够提供按需连接与服务,以满足PON的可重构性、灵活性和弹性需求。本论文提出基于概率成形（Probabilistic Shaping,PS）和相干检测技术的数字滤波器多址无源光网络（Digital Filter Multiple Access PON,DFMA-PON）系统,围绕PS、相干检测和DFMA关键技术问题展开论述,主要的创新工作如下:（1）在电域上对DFMA技术做了深入研究,主要研究了滤波器I子带和Q子带的性能差异、滤波器阶数对信道性能的提升以及上/下采样倍数对滤波器频谱的影响。通过频谱图和星座图分析得知,滤波器I子带性能优于滤波器Q子带,随着滤波器阶数增大,滤波器Q子带性能提升明显。还得出结论,增大上/下采样倍数后导致滤波器I子带部分信道性能衰减。并提出了两种DFMA技术的实现方案,并证明滤波器子带为复数信号的方案能容纳更多的信道数。（2）提出基于PS和相干检测技术的DFMA-PON系统,相干检测技术提升了系统的容量,DFMA技术和PS技术又保证了系统的弹性。系统采用16进制正交幅度调制（16 Quadrature Amplitude Modulation,16QAM）格式信号,仿真结果表明,系统能达到94.66Gb/s传输速率和100km传输距离的性能。采用PS信号较均匀分布（Uniform Distribution,UD）信号能获得较大的性能提升。主要体现在,PS信号能获得2dB左右的光信噪比（Optical Signal to Noise Ratio,OSNR）增益;PS信号比UD信号多5dB的功率容忍范围。（3）提出基于PS和相干检测技术的偏振复用DFMA-PON系统。考虑到未来IP流量的不断增加和器件成本的降低,偏振复用技术用于PON中成为了可能。针对偏振复用系统中的偏振模色散（Polarization Mode Dispersion,PMD）导致的信道串扰问题,研究了解偏振复用算法。首先对比了恒模算法（Constant Modulus Algorithm,CMA）、修正恒模算法（Modified CMA,MCMA）、半径指向横模算法（Radius-Directed CMA,RD-CMA）的均衡效果,分析出现有算法存在收敛速度慢、稳态误差大、引入额外相位噪声的问题。然后提出半径指向修正恒模算法（Radius-Directed MCMA,RDMCMA）算法,算法结合了MCMA和RD-CMA算法的优点,仿真结果表明RDMCMA算法相比于MCMA算法和RD-CMA算法分别获得了2dB和1.5dB左右的OSNR增益。最后对系统整体性能进行了评估,仿真结果表明四个信道均能正确解调,证明了系统具备189.32Gb/s和100km的传输能力。本文提出了基于PS和相干检测技术的DFMA-PON系统,在单偏振系统中验证了DFMA技术涉及到的参数对信道性能的影响以及对比了PS信号相对于UD信号的性能增益,在偏振复用系统中提出RD-MCMA算法用于解偏振复用。本文的研究成果可为超100Gb/s PON系统的实现提供了理论基础和技术支撑。
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