文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
高速光纤通信系统中新型调制码型的研究与实现
姓名:高俊明
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:苏翼凯
20090101
上海交通大学硕士学位论文摘要
高速光纤通信系统中新型调制码型的研究与实现
摘要
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
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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
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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 -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。
关键词:高速光纤通信系统,色度色散,偏振模色散,非线性损伤,窄
带滤波效应,调制码型,频谱效率
上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
Study and Implementat