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随着信息技术的快速发展,各种宽带宽网络业务如超高清视频点播、网络云存储/计算、企业专用网等逐步应用,终端用户的接入带宽需求呈快速增长的趋势。波分复用无源光接入网(WDM-PON)通过采用波分复用技术能够有效地提升网络的整体容量,并具有多方面的优势:(1)带宽资源大:WDM-PON的用户采用特定的波长,可以独享该波长上的全部带宽。当用户数量增多时,只需要在系统中增加新的波长资源,避免了由于共享带宽而导致的单用户带宽减少;(2)升级简单:与采用复杂同步和定时协议的以太网无源光网络(EPON)和吉比特无源光网络(GPON)系统相比,WDM-PON系统对业务透明,可以兼容不同的传输速率,在升级时不需要更换系统的全部设备;(3)功率预算高:WDM-PON采用波分复用/解复用器,具有较低的损耗,ONU数量的增加不会导致系统传输损耗的提升,有利于提高网络的覆盖范围;(4)安全性好:与采用广播的方式发送下行信号相比,WDM-PON的每个ONU工作在不同波长上,不能接收其它ONU的信息,提高了网络的安全性。为了进一步降低WDM-PON的部署成本,可以沿用现有的单纤双向传输结构,同时配合“无色化ONU”,能够简化WDM-PON系统的复杂度。但是,基于单纤双向传输的WDM-PON中存在严重的瑞利后向散射(RB)噪声,会限制系统的传输性能和覆盖范围。本论文主要围绕WDM-PON系统的RB噪声抑制技术,提出了几种新颖的RB噪声抑制方案,以提高WDM-PON的性能,具体的工作可以分为以下几个方面:1.基于DPSK解调的WDM-PON中RB噪声抑制技术差分相移键控(DPSK)信号能够增强光纤通信系统的抗色散和非线性性能,但是将DPSK信号应用到WDM-PON中还存以下挑战:(1)现有的DPSK解调方案对比特率灵活的信号支持性较差,难以满足在WDM-PON中的应用;(2)在基于单纤双向传输WDM-PON中,RB噪声将降低上行方向DPSK信号的接收性能,针对这两个问题,本论文开展以下的研究:(1)提出了基于注入锁定法布里-佩罗激光器(FP-LD)的比特率透明DPSK信号解调方案,对FP-LD在自由发射和注入锁定时的偏振态进行了研究。利用相位调制器(PM)产生DPSK信号的频率偏移,实现在相位变化时FP-LD的注入锁定不稳定状态,获得了对应于每个相位变化的偏振态改变,最后通过提取出特定的偏振态信息,完成DPSK信号的解调。实验验证了从1.25 Gb/s～10 Gb/s范围内,比特率透明的DPSK信号解调,能够适用于比特率可变的WDM-PON。(2)提出了基于自注入锁定FP-LD的波长转换和RB噪声抑制方案。在FP-LD注入锁定不稳定状态的基础上,利用外部PM产生的DPSK信号实现FP-LD的纵模红移,破坏原有的稳定自注入锁定状态,而在每个相位变化时,FP-LD的自注入锁定都会恢复,导致在原有的自注入锁定纵模上产生功率差异,在接收端提取出这种功率变化,就能完成DPSK信号的解调;同时利用自注入锁定纵模作为上行重调制光载波,能够降低与下行外注入DPSK信号之间产生RB噪声,消除了 25 km单纤双向传输导致的误码门限。2.基于“无色化ONU”的WDM-PON中RB噪声抑制技术“无色化ONU”技术能够降低WDM-PON用户端的成本和复杂度,简化网络的管理和维护功能。利用“无色化ONU”技术实现WDM-PON中RB噪声的抑制,可以有效降低RB噪声对上、下行接收信号的影响。现有的基于“无色化ONU”的RB噪声抑制方案在系统结构上还较为复杂,需要重新设计整体网络结构或者采用成本较高的光电器件。为此,本文提出了两种“无色化ONU”结构用于WDM-PON中的RB噪声抑制:(1)基于级联半导体光放大器(SOA)的载波RB噪声抑制方案。对级联SOA结构的高增益饱和效应产生的类高通滤波特性进行了研究,将其应用到了“无色化ONU”中,对下行多子载波信号的中心载波进行抑制,实现了与调制器偏置点无关的中心载波抑制方案,降低了与下行种子光反射的信号在中心载波处的载波RB噪声;并与光线路终端(OLT)中的微波光子滤波器(MPF)相结合,同时抑制了高频频段的载波RB噪声,实现了 45 km的10 Gb/s光环回上行传输。(2)基于级联反射式半导体光放大器(RSOA)的信号RB噪声抑制方案。在重调制WDM-PON中,利用级联RSOA结构改善了单级RSOA的增益饱和效应,提高了对下行高消光比幅度调制信号的擦除性能,使下行信号的消光比增加到11 dB,增强了下行方向的抗噪声性能;在上行方向,该级联RSOA结构还可以抑制反射回ONU的信号RB噪声,实验验证了 30 km的光环回无误码传输。3.基于上行实时外差接收的WDM-PON中RB噪声抑制技术在WDM-PON中,采用基于外部种子光的光环回结构,能够简化用户端的光源部署,并配合ONU中的调制器实现上行高速传输。但是,由于种子光经过上、下行双向传输,会产生较高的插入损耗。此外,光环回结构WDM-PON的RB噪声也会限制系统的上行性能,所以需要在OLT的接收端采用特殊方式进行上行信号的接收。本文提出了基于电吸收调制器(EAM)的干涉噪声抑制方案,设计了基于EAM的上行实时外差接收机来抑制WDM-PON系统中的RB噪声:(1)基于EAM的干涉噪声抑制。对EAM非线性调制曲线的零斜率区和线性调制区的性能进行了研究,分别用于压缩噪声幅度和放大信号幅度。分析了不同偏置电压下EAM的噪声抑制性能,利用基于EAM的接收机实现了从2.5 Gb/s～10 Gb/s的比特率透明干涉噪声抑制。(2)基于EAM上行实时外差接收WDM-PON中的RB噪声抑制。将EAM用于外差接收机中,实现了 5 Gb/s的上行外差接收,提高了 WDM-PON的上行接收灵敏度,并利用EAM的非线性调制曲线改善了系统的载波RB噪声抑制性能,实现了 45 km的光环回传输。