混合光纤-可见激光通信中无载波幅度相位调制的研究

摘要

随着数据中心，超级计算中心和光互连应用对带宽需求的迅猛增长，使用高带宽的光电器件可以提高传输容量，但是成本高，考虑成本问题，先进调制格式以及有效的数字信号处理算法被用于满足传输速率要求。其中，低功耗高频谱效率的无载波幅度相位(Carrierless Amplitude Phase，CAP)调制引起了人们的关注。本文对 CAP信号在光纤传输以及激光可见光通信系统中的数字信号处理算法进行研究，分析了CAP信号在光纤以及激光可见光通信系统中的传输性能，开展的主要工作如下：
　　1.提出了一种基于训练序列的重叠频域均衡算法，来补偿光纤信道以及光电器件对 CAP信号的损伤，并在强度调制直接检测(Intensity Modulation/Direct Detection，IM/DD)的光纤 CAP通信系统中进行实验验证。通过理论分析时域均衡、频域均衡与重叠频域均衡的复数乘法数，说明重叠频域均衡与时域均衡相比，重叠频域均衡有更低的复杂度。实验结果表明，相比传统的频域均衡方法，在CAP32，CAP64和 CAP128的不同调制方式下，采用重叠频域均衡算法的系统接收机灵敏度分别提高了0.6dB，0.4 dB和0.5 dB，同时频谱效率均提高了12.18％。
　　2.提出了一种低成本的全双工混合光纤-可见激光CAP通信系统，并进行仿真验证。在室内单元，通过分光器将从中心局传输过来的CAP信号分成两路，一路用于下行可见激光通信，另一路采用法布里-珀罗滤波器(Fabry-Perot Filter，FPF)将光载波滤出，用于上行传输。因此，无需额外的外腔激光器，降低了系统成本。同时，可见激光通信的光源采用低成本易集成的680nm垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)。通过优化CAP信号的电压与偏置，采用有效的判决反馈均衡算法，仿真结果表明，在经过30km标准单模光纤传输和8m自由空间传输后，16Gbps CAP信号的误码率可以在3.8×10-3以下。
　　3.提出和实验验证了一种基于光频梳的 WDM-CAP-PON结合可见激光通信系统。采用单个马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)产生5个平坦的光频梳。通过信道估计和均衡来消除符号间干扰后，实验结果表明，每个光载波可以提供2Gbps的CAP信号传输，因此基于光频梳可以得到10Gbps的室内接入速率。经过20km标准单模光纤和4.5m自由空间传输后，在误码率为3.8×10-3时，利用MZM的负啁啾性质，功率代价为-1dB。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究工作及结构安排

第2章 基本原理

2.2 QAM调制的基本原理

2.3 CAP调制的基本原理

2.4相关数字信号处理技术

2.5小结

第3章 直检CAP系统中重叠频域均衡的性能研究

3.2 均衡算法的基本原理

3.3 基于重叠频域均衡的CAP信号的光纤传输性能研究

3.4 小结

第4章 全双工混合光纤-可见激光CAP系统研究

4.2 CAP系统中收发机的数字信号处理

4.3全双工混合光纤-可见激光CAP系统

4.4小结

第5章 WDM-CAP-PON结合可见激光通信系统研究

5.2基本原理

5.3 WDM-CAP-PON结合可见激光通信系统研究

5.4小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢