光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究

1、光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究 光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究.湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。期:弘年口月日作者签名:莲遣学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论

2、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于、保密口,在?年解密后适用本授权书。、不保密团。请在以上相应方框内打“作者签名:日期:弘年膨月日童滓导师签名日期:尸年,口月矽日光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究摘 要本文综合了光纤无线和相干光通信系统的若干关键技术的研究成果,在理论和实验上系统地进行了高性价比的光毫米波产生技术及波长重用的光纤无线通信系统的研究,电光正交频分复用技术及其光网络的研究,全光波长变换在光纤无线通信系统和光标记交换网络中的应用研究,基于相干检测的全光和奈奎斯特波分复用技术及比较研究以及,和光传输网络

3、系统的研究。第一,首次提出并实验研究了一种基于光四倍频副载波调制的毫米波产生方案及相应的波长重用的光纤无线通信系统系统,并对基于三种不同的毫米波产生方案的系统性能在理论和实验上进行了比较。在前两种方案的毫米波产生技术中,采用重复频率为的射频信号和电信号带宽为的马赫曾德尔强度调制器产生重复频率为的光毫米波。本文提出的基于光四倍频副载波调制的毫米波产生方案在产生相同频率光毫米波的前提下,进一步降低射频信号的频率要求和外部强度调制器的带宽要求,降低了系统成本。第二,首次将技术融入光纤无线通信系统和无源光网络系统,利用技术较高频谱利用率,以及在光通信里可以在一定程度上抵抗色散和偏振模色散的特性,提高了

4、毫米波在光纤和无线中的传输性能。首次提出并实验研究了一种采用光相位调制器产生低峰均比的光信号通信方案,实验验证了采用光相位调制器产生光信号能够有效的解决高峰值平均功率比问题,从而提高信号在在光纤中传输对非线性效应的容忍度。第三,首次提出并实验研究了基于半导体光放大器的四波混频效应的单泵浦光的波长变换系统。实验结果显示,耦合信号经四波混频效应后,产生新波长的信号光将携带信号,且转换效率与信号光和泵浦光的功率,波长关系以及两者的偏振夹角有关系。第四,随着单载波通信系统的日趋全面商用化和随着信息数据业务的急剧增加,单载波或是未来骨干网的发展目标。本文首次将全光技术引入技术,提出并实验研究了基于相干检

5、测全光的/传输系统。采用外部调制技术的光载波抑制调制格式产生频率间隔为的两个连续光载波,每路光载波通过/调制器调制偏振复用的/或/的信号,经标准单模光纤传输后,所测最小误码率小于一;同时将全光技术融入到接入网,提出并实验研究了低功率代价.和超高速系统速率/的光标记交换网络关键技术。博士学位论文第五,首次提出并实验研究了两种超级信道多载波产生方案及相应的全光相干检测传输系统:第一种超级信道基于频移光纤环路和两个级联的相位调制器,由一路光载波产生路光载波的超宽带相干光传输方案,由于相位调制器不需要直流偏置,产生的路光载波稳定性可靠,每路光载波用于调制或/的双偏振态信号,此超宽带传输系统的速率为./

6、或除去前向纠错开销后/。第二种超级信道采用级联两个相位调制器和一个强度调制器调制路单载波信号产生个频率间隔为的连续光载波信号,每路光载波调制或/的全光信号,此超级信道总比特率为./或除去开销后为./。第六,首次将奈奎斯特波分复用技术.和全光技术引入引入波分复用型无源光网络系统.,充分利用了两种技术的超高频谱利用率,实验比较了两种技术应用于接入网中的优势和劣势。在全光.的上行链路中,波长间隔为,波长集中的个相干光载波由一个相位调制器和一个强度调制器调制连续单载波产生,每个光载波承载或/的极化复用信号,并经过标准单模光纤传输后,在接收端实现相干检测。同时,本文也对基于全光技术的.系统进行了实验性的

7、比较和研究。关键词:光纤无线通信系统;光毫米波;光载波抑制调制;光四倍频调制;相位调制器;波长重用;无源光网络系统;全光波长变换;相干检测;调制;全光;奈奎斯特波分复用型;单信道;超级信道;误码率;光信噪比? .,。.,.。 .。,。., . .,. .,.。 .卜.?一,/ . . / . /./,. ./?.一. /, ., ,.? . ./ . /,? / .;. /,/ . . ? ? . 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书?.摘 要一.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.插图索引第章绪 论.选题背景与意义.光纤无线通信的基本结构及研究现状.相干光通信的基本结构及研

8、究现状第章基于三种不同毫米波产生方案且波长重用的光纤无线通信系统的性能比较.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.引言.三种基于波长重用的毫米波产生方案?.基于单臂马赫曾德尔强度调制器实现光四倍频的产生原理.数值仿真分析?.实验方案与实验结果.小结第章基于光技术的宽带通信方案?.引言.基于 光毫米波信号的全双工系统?.系统原理.实验装置及结果?.方案小结?一.融合宽带光纤无线通信技术的.系统.系统原理?.实验装置及过程.实验结果?.方案小结?.采用相位调制器外部调制实现低峰值平均功率比的光正交频分复用传输系统的研究?.基于相位调制器产生光信号原理?.实验装置与结果?一.方案小

9、结?.基于中四波混频效应的偏振不敏感毫米波产生技术以及相应的系统?.偏振不敏感毫米波产生原理.基于偏振不敏感毫米波产生技术的系统实验研究?.实验结果?.小结.基于光纤中四波混频效应的偏振不敏感毫米波产生及相应的系统.基于 中四波混频效应的偏振不敏感毫米波产生原理?.基于光纤中四波混频效应的偏振不敏感毫米波产生的实验研究?.小结.第章基于相干光通信光传输网的研究?.引言?一.基于全光技术的/信号传输系统.系统原理?.实验参数及结果.小结?.基于相干检测的光标记交换节点的设计?.基于相干检测的全光光标记交换节点关键技术.实验原理及结果.小结.第章基于相干光通信的及以上光传输网的研究.引言?.基于全

10、光技术的./信号传输系统?.系统原理?.博士学位论文.实验参数及结果.小结.一传输系统.基于./全光的信号经.单信道多载波产生方案原理一.实验原理及结果.小结.基于?技术的系统.系统原理.实验装置及结果.小结.总结与展望.参考文献致谤.附录攻读博士学位期间发表和撰写的学术论文.光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究插图索引光纤无线通信系统原理图?相干检测矢量调制原理?.基于相干检测的系统原理图.图.三种基于下行中心载波波长重用的全双工光纤无线通信系统结构?.图.基于单臂马赫曾德尔强度调制器产生毫米波的原理图?.图.三种方案的毫米波眼图/?.图.三种方案的下行数据信号眼图/?.图.三种方案的上

11、行数据的信号眼图/?.图.方案.基于光四倍频毫米波产生技术的全双工光纤无线通信系统实验装置图?一图.不同的窄带放大器直流偏置电压对应的上行数据信号的眼图?图.下行光毫米波的眼图?.图.下行数据信号眼图一图.方案的下行和上行数据信号的误码率曲线图?图.基于 光毫米波的全双工系统原理图.图.实验装置及结果示意图?.图. 光毫米波误码.无线距离曲线?.图.上行数据信号误码率.功率曲线图.图.融合技术的.光终端系统原理图.图.融合技术的.系统实验装置图?图.无线信号的误码率曲线图.图.有线信号的误码率曲线图一图.上行信号的误码率曲线图.图.采用光相位调制器产生光信号原理图?一图.光信号的产生与传输实验

12、装置图一图.经标准单模光纤传输后在不同的入纤功率下的光信号接收光谱图以及相应的星座图入纤功率测量点为图.中和处.?.:;:图.基于光强度调制器的光信号的误码率曲线图图.基于光相位调制器的光信号的误码率曲线图图. 光信号传输功率代价和入纤光功率关系曲线图?博:学位论文图.光信号电谱图及其对应曲线图?.图. 基于中单泵浦效应的全光波长变换技术?.图.实验装置及结果示意图图.在图.中不同测试点的实验光谱图?一图.原信号光和新产生波长的信号光的接收星座图.图.功率.误码率曲线图.基于信号.泵浦光偏振关系的波长转换效率光谱图?一图.基于信号.泵浦光波长关系的波长转换效率光谱图图.基于信号.泵浦光波长关系

13、的波长转换效率曲线图.图.基于信号.泵浦光不同功率比关系的波长转换效率光谱图图.基于中四波混频效应的偏振不敏感毫米波产生方案原理图.图.基于中四波混频效应的全光上变频毫米波产生方案实验示意图?图.在图.中各个实验点光谱图?.图.偏振不敏感光毫米波信号误码率曲线图以及相应的解调信号眼图?.图.基于 中四波混频效应的偏振不敏感毫米波产生原理图?.图.基于非线性光纤中四波混频效应的偏振不敏感毫米波产生及其系统实验图?.图. 误码率曲线图?.图.基于全光技术的/信号传输系统原理图.?.图.信号光谱图.图.相干检测接收端流程图?.图. 传输后的/全光信号误码率图及相应星座图.?.?.?.?.?.?.?.

14、?.?.?.?.:,图./全光光载荷产生原理图.图. 光标记擦除技术原理图?.图. 波长变换原理图?.图.载荷信息相干检测原理图?图.实验装置图一/图. .载荷和/标记光谱图, 光谱图.图误码率曲线图及星座图?一图多载波产生方案系统原理图图 光谱图?.图 ./相干光传输实验系统图?图.图.图.图.图.图.图.图.图.图.图.图.图.图.图.图.博士学位论文第章绪 论.选题背景与意义随着互联网数据的爆炸式增长,无线服务通信系统已由传统的语音话务服务发展为数据,语音和视频服务等超宽带服务网。随着数据需求的不断增加,宽带无线通信也朝着更高频段发展。相对于在传统无线网络上发展更高频段和带宽,基于微波/

15、毫米波通信技术的光纤无线通信系统无疑是无线网络的一种全新革新概念,其将宽带无线通信的便捷性,点对点通信等特点融入光纤通信,将光纤通信的超宽频谱带宽,低损耗,不受电磁干扰等特性引入无线通信,同时将复杂的数字信号处理单元集中于中心站,基站单元只包含光电转换器件,放大器件和天线,大大减小了基站成本。因此,光纤无线通信系统被认为是未来宽带无线通信系统的备选方案之一。相干光通信的理论和部分实验研究开始于上世纪年代,相对于直接检测光通信,相干检测光通信系统具有更高的频谱利用率以及更高的接收灵敏度,世界各国在相干光传输技术上做了大量研究工作。但随着掺饵光纤光放大器的诞生和波分复用型技术的拓展,以及基于相干检

16、测光电器件的发展限制,直接检测光通信技术成为主流,相干光通信技术的发展缓慢下来。随着至光传输网络的升级进程,单信道接收灵敏度,每个通道的信息容量信道带宽和频谱利用率越来越受到关注。互联网数据业务的爆炸式增长也是光通信中高速波分传输发展的主要推动力,根据调查、研究和预测,骨干网传输带宽以每年%以上的速度增长,因此,目前骨干传输网要求支持/传输网的呼声愈发强烈。单载波或波分复用型相干检测系统受到前所未有的关注。.光纤无线通信的基本结构及研究现状光纤无线通信系统是新发展起来的将光纤通信和无线通信融合起来的宽带无线接入技术。通信系统原理图如图.所示,其包含中心站单元,光纤传输链路和基站单元 。采用外调

17、制技术直接利用光载波传输射频信号,调制,编码,交换,控制和信号的发送都集中在中心站,产生光载微波或毫米波信号,经光纤链路传输后,基站单元实现光电转换和无线信号的放大发送,接收并调制上传上行链路信号。简言之就是其通过将无线传输系统的各项功能集成设置在中心站,让所有的基站通过光纤链路与中心站通信,基站仅实现毫米波的光电变换和发送作用,在大大简化基站结构,实光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究现系统结构简化的同时,利用了光纤介质不受电磁干扰,超高带宽和传输损耗低等特点。如果整个双向网络都采用低成本的光纤链路来连接,利用光纤传输特有的低损耗和高带宽,光载毫米波无线信号在通过光纤传送至中心站实现下行

18、链路的同时,反馈的用户信号在基站中调制后的上行链路,也可以通过同一根光纤反馈回中心站,整个无线通信网络可以通过光纤链路实现低成本的高效运行。系统的优势包括:利用光纤传输介质的极大的带宽容量,系统中传输的光毫米波信号极大的提高了无线带宽,而基站结构的简化有利于增加基站数目来减少蜂窝覆盖面积,从而使组网更为灵活,大气中无线信号的多径衰落也会降低,同时,基于光纤的物理特性,连接中心站与基站通信的光纤链路具有低损耗、高带宽和防止电磁干扰的特点。其局限性在于虽然能够简化基站,但毫米波信号经天线发射后在大气中的损耗会增大,所以要求基站覆盖蜂窝结构向微微小区转变。近年来,通信技术取得了一系列研究进展,主要包

19、括对光载毫米波信号的产生方法光外差法,直接调制器产生和外调制产生、传输特性数字信号在光信号中的走离效应以及接收方法直接检测和下变频接收等方面的研究。主要内容包括高性能的光毫米波产生方案的研究、光载毫米波在光纤中传输的特性的研究、对改善系统整体性能提高接收端光信号的接收灵敏度,光纤传输距离,光毫米波稳定性等的同时降低系统成本的研究等。其中,高质量毫米波的研究是通信的研究重点【埘】。琴 了鬻妒蒸予射燃号鲆褫臀掣紊叁瓣爹无线网黔 数摆信号稳上交差瑟信舄图.光纤无线通信系统原理图:中心站; :基站;:用户单元通信技术的无线信号波段为毫米波段,高性价比的光毫米波信号的产生是其研究基础和关键,包括光毫米波

20、的光学产生和如何克服光纤色散效应限制的博士学位论文光毫米波信号的研究。毫米波产生方式包括:远程光外差法、布里渊散射连续光波拍频、注入锁模激光器产生拍频、超连续谱光信号滤波拍频、外部强度调制和直接调制激光器产生。光学外差法将两路或多路光信号通过不同路径发送到基站接收机,采用外差法接收,但接收端光信号的频率锁定是一个难题,以至于影响毫米波稳定性;直接调制是简单和性能稳定的毫米波产生方案,但是毫米波的质量和频率受到激光器带宽和性能的严格限制。外部调制法利用外部马赫曾德尔强度调制器产生频率锁定的连续光信号,并通过拍频得到毫米波信号,这种方案构造性价比高并且易于配置,是光纤无线通信系统中毫米波产生首选方

21、案之一。通过采用不同直流偏置电压和幅度足够大的驱动射频信号,外部调制可以实现以下调制格式产生毫米波信号:双边带调制,滤除中心载波后拍频得到毫米波信号;单边带调制,直接拍频得到毫米波信号;频谱利用率较高的调制格式:光载波抑制调制和光四倍频方案,载波抑制调制可直接拍频得到毫米波信号,光四倍频信号滤除中心载波后得到毫米波信号。相对于双边带调制,光载波抑制和四倍频调制格式所需调制射频信号频率较小,具有更高的频谱效率,但其实现条件中需要的驱动射频电信号幅度相对较高。光毫米波信号在光纤传输中,光纤色散和非线性效应产生的码元时移将影响光载毫米波信号的最大光纤传输距离,相对于双边带调制格式,单边带调制和光载波

22、抑制调制格式具有抵抗色散效应的特性。通过外调制产生毫米波的调制格式有多种方式,包括设置双电极或单电极马赫曾德尔强度调制器的直流偏置电压实现单边带,双边带,光载波抑制,光四倍频调制以及利用集成的光马赫曾德尔/调制器产生多频率的光毫米波信号。通过采用光滤波器滤除双边带或光四倍频调制信号的一部分的波长频率,然后通过拍频得到毫米波信号。基于马赫曾德尔强度调制器的外调制技术受到直流偏置电压的影响,而相位调制器输出幅度恒定且不需要直流偏压,是外调制技术产生光载毫米波的优选方案之一。本文第二章提出了种基于光四倍频技术同时实现副载波调制上变频的高性价比光载毫米波产生方法,并比较研究了三种不同的基于副载波调制毫

23、米波产生方案的传输性能。近年来下代无源光网络,例如波分复用型无源光网络.,时分复用型无源光网络.越来越受到光通信研究领域的关注【卜。时分复用系统需要有复杂的程序算法和构架技术的支持。而波分复用无源光网络系统更易于使得光网络单元的带宽利用率得到提高,所以这样一种接入方式能够满足未来进入网络的要求,同时系统中波长重用技术的加入也能够有效的减小波分复用型无源光网络系统的成本。正交频分复用已被列为光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究下一代高速宽带无线通信的优选方案,由于其采用多载波正交调制,具有较高的频谱利用率和能够抵抗多径衰落的特性,受到研究界的极大关注;在光通信领域,光技术将技术融入到光纤通信

24、在保留高频谱利用率的同时,由于保护间隔的加入可以抵抗信号在光纤传输中一定程度的色度色散和偏振模色散的影响【,因此,将技术融合到光纤通信技术中可以在一定程度上减小单模光纤大容量光传输中的色散和非线性效应的影响。本文对信号的光传输系统和宽带无线传输系统做出了相应深入的研究。第章第一节实验研究了基于光载光毫米波的光纤无线通信系统:第章第二节提出并实验研究了一种融合于光纤无线通信系统的,同时提供有线和无线服务的.系统;第章第三节实验验证了基于相位调制器的宽带光传输系统的低峰均比特性。在光纤无线通信系统中,如何将基带信号上变频转换到射频信号频率是实现波分复用型无源光网络和光纤无线通信系统的无缝融合弘】的

25、关键技术之一。全光上变频技术是解决基带信号上变频的光学方案,其不仅可以有效地简化光载无线信号的产生,使得标准单模光纤传输中的利用波分复用技术数据传输能力大大提升,还能够利用全光上变频过程中的偏振不敏感性提高光载无线信号的稳定性能。全光波长变换技术的实现方式包括自相位调制,交叉相位调制,交叉增益调制】。全光波长变换技术可应用于融合系统的无源光网络无线端,利用高非线性器件如半导体光放大器或高非线性光纤中的四波混频效应和布拉格光纤光栅,将单波长光信号转化为毫米波信号。其中半导体光放大器具有体积小、易于集成的特点。由于泵浦光信号是由光外部调制器产生的光载波抑制信号,具有相位锁定的特点,所以经四波混频效

26、应后产生的光毫米波是偏振不敏感的,因此,基于类似技术方案使得和系统的融合更加高效和稳定。此外,通信透明、无源、全光、高速、宽带是下一代光通信系统的方向发展,波分复用系统和时分复用系统是解决高速、宽带的关键技术,而光标记交换技术可以使得光通信技术变得透明和便捷。全光波长变换技术可以有效的增加和的交互性,实现光标记交换网络中的波长路由,提高光网络管理的灵活性,通信容量和传输速率。本文第章实验研究了两种基于四波混频技术的偏振不敏感全光上变频毫米波产生方案和一种基于单泵浦偏振敏感的光全光变换技术。.相干光通信的基本结构及研究现状目前光纤通信系统包括采用基于光强度调制的传输机和基于直接检测的接收机。基于

27、直接检测的光纤通信系统具有高性价比的优势,但受到光电器件带宽和响应速率的限制,光纤通信的宽带的高速的优势并没有得到充分发挥,频谱利用博士学位论文率、接收功率或光信噪比灵敏度,中继距离均达到瓶颈。将无线电数字通信中外差检测或零差检测的相干通信方式原理应用于光纤通信,同时结合光纤通信的偏振复用技术,革新了传统的光通信系统,充分利用光纤通信的带宽,可以显著提高接收灵敏度和高速光信号的传输距离。以下是相干检测通信的基本原理:设接收机接收的信号光以及本振光分别为:.蟊,.最:吮,口分别表示光信号的幅度、频率和相位,将信号光与本振光混频,当信号光与本振光具有相同的偏振态时,入射光户口【岛邑】,因此,.札邑

28、乓巨一丸龙】劬为中频信号的频率,光检测器输出的光电流正比于入射光功率,近似为.?【乓置乓也一魂丸】式.中为光电检测器的响应系数。根据信号光与本振光的频率关系,相干检测分为零差检测和外差检测两种检测方式。采用零差检测要求:略国,即中频信号为零,零差检测需要稳定性高、线宽窄的激光光源;另外,当信号光与本振光偏振态一致时,零差检测处于最佳相干涉状态,随着目前窄线宽外腔激光器,偏振混频器的问世,接收机数字信号处理单元对信号光和本振光频偏的补偿,零差检测是目前相干光通信的首选方案。当中频信号国,时,相干检测为外差检测。此时,.?兄?一痧丸零差检测中,光信号经光电变换后转换成基带信号;外差检测经光电变换获

29、得中频信号,中频信号还需二次解调以得到基带信号。随着近年来相干光通信关键器件及技术的巨大发展,如无源光和、德国等公司提供的高速宽带宽和高输入功率的平衡接收机的应用,相干检测多采用零差检测。光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究制器图.相干检测矢量调制原理相干光通信中的调制格式为矢量/调制技术,可实现多层数字矢量调制,其相应调制工作原理如图.所示。/调制器包含两个平行的马赫曾德尔调制器和一个相位调制器,平行的调制器的偏置电压均设置在调制器的最小输出点,驱动电信号具有足够大的幅度,使两个平行调制器均满载调制以实现零啁啾风相位调制;通过调节第三个内置集成调制器的直流偏置使得上下两个臂调制信号的相位

30、差为/,使得两路平行支路始终保持相位正交这两个支路分别称为和支路,简称/支路;每个符号建立时间周期内按相位编码格雷编码的波形共有种,或称为种符号映射分别为,信号码型。通常采用极坐标显示,种符号在极坐标平面对应个离散的符号位置星座图:显示对应符号信号的.位置,由于每个符号承载个比特信息,因此其符号速率波特率是时钟速率的/,从而使得频谱利用率提高一倍;若同时利用光信号的个正交偏振态,每个偏振态独立的承载传输数据实现偏振复用后,频谱利用率可再提高一倍。通信网络超宽带时代,承载网的核心层及骨干层面临着越来越大的带宽剧增压力。当如今以传输技术为基础的承载网带宽有限时,如何将网络升级至/是最经济的提升网络

31、容量的方法。在骨干网中,全球已经安装了大量的单信道速率级别的路由器以及系统。年,速率级别的路由器与系统也已经规模商用。但随着未来通信的主流方式朝着超带宽的方向发展,如何不断的提升系统传输带宽和传输距离,提高接收灵敏度是研究者面临的重大难题,在承载网的核心层及骨干层实现传输将成为必然,近年来许多运营商和设备商都把眼光和研究投向了 系统。线路传输可由两种技术方案实现:多波传输方案和单波传输方案。多波传输方案中,信号为基于直接检测的多波长的/信号,其不会对现有的或光传送网络产生影响,但这种方案的波长利用率较低,从长远发展来看此方案不是线路传输技术的最终商用方案。基于双偏振态相博士学位论文位调制和相干

32、检测的单波传输方案从技术上革新了高频谱利用率应用,大大提高了接收灵敏度,且从器件发展及降低成本的角度来看,该方案是未来线路传输技术的发展方向。基于相干检测的系统原理,包括发送机和接收机如图.所示。在发送机中,通过采用一个窄线宽的外腔激光器产生连续光信号,采用一个保偏耦合器平分连续光信号,分别通过调制器调制数据信号,每路数据信号为,并通过偏振分支器耦合,实现偏振复用,复用后信号速率为/%前向纠错开销。在接收端,采用一个波长窄线宽可调外腔激光器作为本振光源。采用一个可度偏振反转的 ,使接收光信号与本振光信号实现偏振和相位的相干接收,再通过平衡光电接收机实现零差检测,其相比单接收有更大的输入光功率动

33、态范围;通过调节本章光源的频率与信号光频率相同来检测双偏振态/ 信号;通过采用平衡光电接收机实现信号的光电变换和采用实现信号的模数转换/,数据信号通过离线数字信号处理均衡恢复数据信号。数据恢复流程图如图.所示,首先,模数转换后的数据信号经过一个时域有限冲激响应滤波器萃取出时钟信号,再依实现色散补偿;采用平分滤波法“据时钟信号对数据信号实现二倍过采样处理;基于经典恒模算法的阶,时域/的自适应有限冲激响应滤波器用于去除偏振模色散和光纤非线性效应对信号产生的影响,在恒模基础上恢复信号仍然包含模糊相位,分离偏振复用信号;载波恢复的分为步:频率偏差估计和相位偏差估计及补偿,采用基于算法的最大似然估计计算

34、本振光源和被检测信号的频率偏差并补偿,然后采用.功率算法计算相位偏差并补偿;最后为数字信号的判决;采用差分解码解决相位模糊问题。光传输系统具有以下技术要求:单信道单波长传输速率为/;可在现有光纤通信系统上进长距离途骨干网要求传输距离至少达行升级,无需更换新型光纤或光放大器;较/系统,应该在成本、速率和传输距离上具有优势;应用在功耗/速率以及设备应用可集成度上具有优势。光纤无线和相干光通信的若干关键技术的研究:图.基于相干检测的系统原理图:发送机;:接收机;:光外腔激光器;/ :调制器;:信号源;.:保偏光耦合器;:度光耦合器;:模数转换器;:平衡接收机;:时钟;/ :偏振分离滤波器;:相位偏差

35、估计:判决。:频率偏差估计;.基于相干检测和数字信号处理的通信系统的优势在于:光波相位信息传递到数字领域,利用数字处理色散补偿和偏振模色散补偿,载波的频偏和相偏估计,使用非常低的代价均衡信号。接收灵敏度具有明显优势。通过在数字域均衡/.,相干检测的技术可以获得的接收灵敏度改善与直接检测相比;利用可得的改善;由于减少和的传输代价,再有的改善。至此,/.光信噪比的灵敏度已经接近/ 系统。传输距离方面具有优势。/可以在应用上达到目前的/系统传输距离。基于双偏振态的/具有良好的光滤波容限。最新研究表明全光和奈奎斯特波分复用型.可以将光波信号运用于光谱滤波。系统代价的减小。光传输系统已从实验室研究进入工程测试和初期应用阶段。大部分光器件已达到可商用程度,相干接收技术中的关键芯片,高速模数转换器和高速/ 芯片商业化量产后,传输系统将正式步入大规模商业化