【摘 要】
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随着通信技术的不断发展,4K/8K高清视频、无人驾驶、远程医疗、5G等令人兴奋的互联网应用逐渐走进人们日常生活。然而,为了让每一个人都能享受到互联网所带来的便利,当前的通信网络面临着传输容量不够、上网延时、接入不稳定等严重问题,其中尤以中短距光传输网（-2)。提出了一种新型TDD-Volterra均衡器,实验结果表明,该均衡算法能有效缓解带宽受限系统中传统Volterra均衡器的电平相关均衡效应。
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金项目“基于时域正交波形复用技术的绿色低成本光接入扩容机理”; 国家863项目“高线性宽带光收发模块与多制 RoF系统验证”; 国家自然科学基金“面向5G移动通信的高效多维光载无线扩容机理研究”
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随着通信技术的不断发展,4K/8K高清视频、无人驾驶、远程医疗、5G等令人兴奋的互联网应用逐渐走进人们日常生活。然而,为了让每一个人都能享受到互联网所带来的便利,当前的通信网络面临着传输容量不够、上网延时、接入不稳定等严重问题,其中尤以中短距光传输网（<80km）为最。典型的中短距光传输网有无源光网络、无线移动前传、数据中心光互连。这些中短距光传输网覆盖范围广、分布密集,具有灵活的网络结构,能够满足多元化的应用场景。正因如此,中短距光传输网的容量增长速率也是远远高于长距离光传输网。与长距离光传输网采用相干通信技术实现大容量传输不同,中短距光传输网对系统成本、功耗以及结构复杂度都非常敏感,所以低成本小尺寸的直接探测技术在中短距光传输网中备受欢迎。因此,发展基于直接探测技术的中短距光传输网络势在必行,研究其中提效扩容的相关关键技术意义重大。一方面,无线前传的传输效率关系到5G甚至B5G移动网络的应用。另一方面,无源光网络不仅只承载固网接入流量,也开始与移动网络融合,承载其他移动业务。此外,数据中心也需要依靠光互连提供大量的数据流量交换。本论文围绕无线前传的高谱效载波聚合与多用户无线接入、无源光网络的覆盖用户数量及传输速率、数据中心光互连的高速高质量传输等方面展开研究,并创新性地提出了相应的无线融合技术、大容量系统架构及高效均衡算法。通过仿真与实验,验证了各项所提方案的可行性,具体研究内容如下:（1）基于多维正交无载波幅度相位调制中CAP（Carrierless Amplitude and Phase Modulation）数字滤波器的正交特性,提出了一种使用多维正交数字滤波器的多通道复用技术并应用在无线前传中。设计了基于Multi-band CAP调制技术的正交多址接入方法并进行实验验证,实验结果表明基于Multi-band CAP调制的Ro F（Radio Over Fiber）系统在抵抗其他业务的无线干扰方面较传统OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）有1d B接收机灵敏度的提升,而且还能支持多用户稳定无缝式异步接入。提出了基于多维正交CAP数字滤波器的载波聚合方案并进行了实验验证,结果显示所提出的载波聚合方案具有高的带宽效率和低的同步要求,聚合36个20MHz LTE信号后仅占用1.348GHz频谱带宽,有助于实现高效移动前传网络。（2）基于多芯光纤和KK（Kramers-Kronig）直接探测技术,提出了一种能覆盖大范围用户的大容量双向光接入系统架构,并设计了一种瑞利背向散射噪声抑制方法。该系统具备高频谱效率、高接收机灵敏度、成本低廉、无瑞利背向散射噪声影响、ONU（Optical Network Unit）无色化等优点。仿真和实验结果显示该系统的接收机灵敏度比相干接收机低约3d B,线宽容忍度比外差探测高,可支持2MHz线宽激光器,且非常便于接收端色散后补偿。实验中采用所设计的瑞利背向散射噪声抑制方法,能给经过50km多芯光纤传输后的下行和上行对称60Gbps SSB-Nyquist-16QAM信号分别带来4.7d B和4.5的光信噪比增益。（3）提出了一种可用于中短距IMDD（Intensity Modulation and Direct-Detection）传输系统的低复杂度FFE+PF+IC联合均衡方案。其中IC（Interference Cancellation）算法为专门设计的干扰消除算法,复杂度仅为传统MLSE（Maximum Likelihood Sequence Estimation）算法的3%。借助FFE+PF+IC联合算法实验实现了100Gb/s ODSB PAM4和100Gb/s OSSB PAM4信号分别传输10km和80km SSMF（Standard Single-Mode Fiber）,且接收信号误码率低于SD-FEC门限(2.7×10-2)。提出了一种新型TDD-Volterra均衡器,实验结果表明,该均衡算法能有效缓解带宽受限系统中传统Volterra均衡器的电平相关均衡效应。实验中采用TDD-Volterra,180Gb/s PAM8信号经过2km SSMF传输后误码率能达到HD-FEC门限(3.8×10-3)。相比于传统Volterra均衡器,TDD-Volterra均衡器的复杂度能降低50%以上。提出了一种能有效抑制高频增强噪声的Volterra-DFE均衡器,在基于DML（Directly Modulated Laser）的IMDD系统中实现了4×64Gbit/s PAM4信号和4×96Gbit/s PAM8信号分别传输30km SSMF和15km SSMF,并能给经15km SSMF传输后的4×96Gbit/s PAM8信号带来3.3d B的功率增益。与传统Volterra均衡器相比,所提出的Volterra-DFE均衡器能以较低计算复杂度达到标定误码率值,计算复杂度降低38%。
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