全光波長變換及其在光纖無線接入網的應用研究.pdf

1、光通信網中的傳送網和接入網這兩個領域目前正朝著高速大容量方向發(fā)展，在有限帶寬的情況下如何提高通信容量越來越受到關注。偏振復用可以用來提高單根光纖的通信容量，而單載波技術可以提高單路的通信速率。由偏振復用與單載波技術結合的偏振復用正交相移鍵控(Polarization-division-multiplexingQuaternaryPhaseShiftKeying，PDM-QPSK)信號可以通過相干檢測的方式在數字域上對傳輸中的損傷進行補償

2、，而正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技術具有頻譜利用率高的優(yōu)點，其應用在光通信中可以抵抗光纖中的色散和偏振模色散的影響。目前骨干網上采用新調制格式傳輸系統(tǒng)已經成為趨勢，為了增進網絡互聯(lián)和組網，需要在傳輸網的光傳輸節(jié)點處對信號進行全光波長變換(AllOpticalWavelengthConversion，AOWC)。本文對偏振復用信號、PDM-QPSK信號和OFDM信

3、號的全光波長變換特性進行了深入探討和研究，并開展了將基于四波混頻(Fourwavemixing，F(xiàn)WM)效應的全光波長變換原理應用到光纖無線(RadioOverFiber，ROF)系統(tǒng)中產生偏振不敏感光載毫米波的研究。
　　本論文研究主要包括:
　　第一，針對偏振復用信號全光波長變換中的偏振串擾問題，提出了一種可降低偏振復用信號間偏振串擾的偏振分集全光波長變換方案。本文先在理論上研究了在利用半導體光放大器（Semicondu

4、ctorOpticalAmplifier，SOA）對偏振復用信號進行波長變換過程中存在的偏振旋轉效應。在此基礎上，采用將兩個SOA分別獨立地在兩個偏振態(tài)上實現(xiàn)波長變換的方法降低了偏振復用信道間的串擾并進行了仿真驗證，結果表明波長變換系統(tǒng)的性能因此得到了改善。本文還將這種偏振分集的全光波長變換方案應用到波長變換多播系統(tǒng)中并開展了仿真研究，仿真結果表明應用偏振分集的全光波長多播系統(tǒng)與常規(guī)多播系統(tǒng)相比性能得到改善。本文提出的方案為全光波長變換

5、器的設計提供了新的思路。
　　第二，通過理論分析以及開展相應實驗，研究了在光相干接收系統(tǒng)中利用SOA、高非線性光纖兩種非線性介質對PDM-QPSK信號進行的全光波長變換，并得到了使系統(tǒng)達到最佳性能的優(yōu)化方案。本文首先從理論上研究了SOA注入電流與轉換效率、碼型效應的關系及其對PDM-QPSK信號全光波長變換的影響，研究結果表明SOA注入電流有一個最佳值;針對理論分析開展了仿真研究，仿真驗證了理論分析的正確性，仿真結果還表明:偏振復

6、用信號的一個信號光與泵浦光之間的偏振夾角、泵浦光與信號光之間的頻率間隔等因素對系統(tǒng)性能有一定影響，而且PDM-QPSK信號比偏振復用非歸零(Nonreturn-to-Zero，NRZ)信號的碼型效應更小。本文還通過理論和實驗研究了高非線性光纖中PDM-QPSK信號全光波長變換，研究結果表明通過偏振分集相干接收，轉換后的偏振復用信號在接收端可以實現(xiàn)無串擾接收;信號光功率的變化對系統(tǒng)性能有一定的影響而信號光波長的變化則影響很小，信號光功率增

7、大到一定值時系統(tǒng)達到最佳性能。還將這兩個系統(tǒng)進行分析比較，結果表明基于HNLF中平行泵浦四波混頻效應的全光波長變換系統(tǒng)具有更好的信號光波長可調諧性，這兩個全光波長變換系統(tǒng)碼型效應都很小。本文該部分的研究方法和相關結論對其它偏振復用信號的全光波長變換研究有一定的參考價值。
　　第三，理論和仿真研究了基于FWM效應的OFDM信號的全光波長變換系統(tǒng)的性能，并得到了使系統(tǒng)達到最佳性能的優(yōu)化方案。首先從理論上分析并仿真研究了直接檢測光OFD

8、M系統(tǒng)中基于FWM效應的OFDM信號全光波長變換，研究發(fā)現(xiàn)在波長變換過程中OFDM信號光的子載波間也會發(fā)生FWM效應，而且FWM效應的產物會覆蓋在原子載波上，使得經過波長變換后的轉換光信號質量變差;同時當泵浦光功率較高時，OFDM信號光與泵浦光之間的FWM效應很顯著，且此時子載波間的FWM效應對系統(tǒng)性能影響較小，隨后本文通過調節(jié)合適的泵浦功率獲得了實現(xiàn)系統(tǒng)性能的最佳條件并對若干影響全光波長變換的因素進行了研究。另外，本文還對相干光OFD

9、M波長變換系統(tǒng)進行了理論和仿真研究，理論分析表明本章通過理論分析表明經過波長變換后，采用相位分集的相干接收方式得到的新產生轉換光攜帶OFDM信號，仿真結果與理論分析一致且顯示轉換光信號質量與泵浦光間隔、激光器線寬和信號速率等因素有關。本文該部分的研究可為全光波長變換器的優(yōu)化和實用化設計研究提供依據。
　　第四，針對ROF系統(tǒng)，提出一種使用兩個并聯(lián)的馬赫曾德爾調制器(Mach-ZehnderModulator，MZM)采用奇數階邊帶

10、抑制調制結合濾波的方式產生八倍頻光毫米波OFDM信號的方案。對于該方案，仿真研究了MZM直流偏置電壓和調制深度對產生的光毫米波OFDM信號的影響，并獲得了實現(xiàn)系統(tǒng)最佳性能的條件。在以上研究的基礎上，從理論上提出了在ROF系統(tǒng)中應用全光波長變換原理產生偏振不敏感光毫米波的方案并仿真研究了SOA注入電流對光毫米波信號的影響，獲得了使系統(tǒng)性能最佳的SOA注入電流值。在ROF系統(tǒng)中生成光毫米波的方案不需要額外的偏振控制器來保持光波傳輸的偏振態(tài)，