WDM-PON中的瑞利后向散射(RB)噪聲抑制技術.pdf

1、隨著信息技術的快速發(fā)展，各種寬帶寬網(wǎng)絡業(yè)務如超高清視頻點播、網(wǎng)絡云存儲/計算、企業(yè)專用網(wǎng)等逐步應用，終端用戶的接入帶寬需求呈快速增長的趨勢。波分復用無源光接入網(wǎng)(WDM-PON)通過采用波分復用技術能夠有效地提升網(wǎng)絡的整體容量，并具有多方面的優(yōu)勢：(1)帶寬資源大：WDM-PON的用戶采用特定的波長，可以獨享該波長上的全部帶寬。當用戶數(shù)量增多時，只需要在系統(tǒng)中增加新的波長資源，避免了由于共享帶寬而導致的單用戶帶寬減少；(2)升級簡單：與

2、采用復雜同步和定時協(xié)議的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(EPON)和吉比特無源光網(wǎng)絡(GPON)系統(tǒng)相比，WDM-PON系統(tǒng)對業(yè)務透明，可以兼容不同的傳輸速率，在升級時不需要更換系統(tǒng)的全部設備；(3)功率預算高：WDM-PON采用波分復用/解復用器，具有較低的損耗，ONU數(shù)量的增加不會導致系統(tǒng)傳輸損耗的提升，有利于提高網(wǎng)絡的覆蓋范圍；(4)安全性好：與采用廣播的方式發(fā)送下行信號相比，WDM-PON的每個ONU工作在不同波長上，不能接收其它ONU的信息

3、，提高了網(wǎng)絡的安全性。為了進一步降低 WDM-PON的部署成本，可以沿用現(xiàn)有的單纖雙向傳輸結構，同時配合“無色化 ONU”，能夠簡化 WDM-PON系統(tǒng)的復雜度。但是，基于單纖雙向傳輸?shù)腤DM-PON中存在嚴重的瑞利后向散射(RB)噪聲，會限制系統(tǒng)的傳輸性能和覆蓋范圍。本論文主要圍繞WDM-PON系統(tǒng)的RB噪聲抑制技術，提出了幾種新穎的RB噪聲抑制方案，以提高WDM-PON的性能，具體的工作可以分為以下幾個方面：
　　1.基于DP

4、SK解調的WDM-PON中RB噪聲抑制技術
　　差分相移鍵控(DPSK)信號能夠增強光纖通信系統(tǒng)的抗色散和非線性性能，但是將DPSK信號應用到WDM-PON中還存以下挑戰(zhàn)：(1)現(xiàn)有的DPSK解調方案對比特率靈活的信號支持性較差，難以滿足在WDM-PON中的應用；(2)在基于單纖雙向傳輸WDM-PON中，RB噪聲將降低上行方向DPSK信號的接收性能，針對這兩個問題，本論文開展以下的研究：
　　(1)提出了基于注入鎖定法布里-

5、佩羅激光器(FP-LD)的比特率透明DPSK信號解調方案，對 FP-LD在自由發(fā)射和注入鎖定時的偏振態(tài)進行了研究。利用相位調制器(PM)產生DPSK信號的頻率偏移，實現(xiàn)在相位變化時FP-LD的注入鎖定不穩(wěn)定狀態(tài)，獲得了對應于每個相位變化的偏振態(tài)改變，最后通過提取出特定的偏振態(tài)信息，完成DPSK信號的解調。實驗驗證了從1.25 Gb/s~10 Gb/s范圍內，比特率透明的DPSK信號解調，能夠適用于比特率可變的WDM-PON。
　　

6、(2)提出了基于自注入鎖定 FP-LD的波長轉換和 RB噪聲抑制方案。在FP-LD注入鎖定不穩(wěn)定狀態(tài)的基礎上，利用外部 PM產生的DPSK信號實現(xiàn)FP-LD的縱模紅移，破壞原有的穩(wěn)定自注入鎖定狀態(tài)，而在每個相位變化時，F(xiàn)P-LD的自注入鎖定都會恢復，導致在原有的自注入鎖定縱模上產生功率差異，在接收端提取出這種功率變化，就能完成DPSK信號的解調；同時利用自注入鎖定縱模作為上行重調制光載波，能夠降低與下行外注入DPSK信號之間產生RB噪聲

7、，消除了25 km單纖雙向傳輸導致的誤碼門限。
　　2.基于“無色化ONU”的WDM-PON中RB噪聲抑制技術
　　“無色化ONU”技術能夠降低WDM-PON用戶端的成本和復雜度，簡化網(wǎng)絡的管理和維護功能。利用“無色化ONU”技術實現(xiàn)WDM-PON中RB噪聲的抑制，可以有效降低RB噪聲對上、下行接收信號的影響?，F(xiàn)有的基于“無色化ONU”的RB噪聲抑制方案在系統(tǒng)結構上還較為復雜，需要重新設計整體網(wǎng)絡結構或者采用成本較高的光電器

8、件。為此，本文提出了兩種“無色化 ONU”結構用于WDM-PON中的RB噪聲抑制：
　　(1)基于級聯(lián)半導體光放大器(SOA)的載波RB噪聲抑制方案。對級聯(lián)SOA結構的高增益飽和效應產生的類高通濾波特性進行了研究，將其應用到了“無色化 ONU”中，對下行多子載波信號的中心載波進行抑制，實現(xiàn)了與調制器偏置點無關的中心載波抑制方案，降低了與下行種子光反射的信號在中心載波處的載波RB噪聲；并與光線路終端(OLT)中的微波光子濾波器(MP

9、F)相結合，同時抑制了高頻頻段的載波RB噪聲，實現(xiàn)了45 km的10 Gb/s光環(huán)回上行傳輸。
　　(2)基于級聯(lián)反射式半導體光放大器(RSOA)的信號RB噪聲抑制方案。在重調制WDM-PON中，利用級聯(lián)RSOA結構改善了單級RSOA的增益飽和效應，提高了對下行高消光比幅度調制信號的擦除性能，使下行信號的消光比增加到11 dB，增強了下行方向的抗噪聲性能；在上行方向，該級聯(lián)RSOA結構還可以抑制反射回ONU的信號RB噪聲，實驗驗證

10、了30 km的光環(huán)回無誤碼傳輸。
　　3.基于上行實時外差接收的WDM-PON中RB噪聲抑制技術
　　在 WDM-PON中，采用基于外部種子光的光環(huán)回結構，能夠簡化用戶端的光源部署，并配合ONU中的調制器實現(xiàn)上行高速傳輸。但是，由于種子光經(jīng)過上、下行雙向傳輸，會產生較高的插入損耗。此外，光環(huán)回結構 WDM-PON的RB噪聲也會限制系統(tǒng)的上行性能，所以需要在OLT的接收端采用特殊方式進行上行信號的接收。本文提出了基于電吸收調制

11、器(EAM)的干涉噪聲抑制方案，設計了基于EAM的上行實時外差接收機來抑制WDM-PON系統(tǒng)中的RB噪聲：
　　(1)基于EAM的干涉噪聲抑制。對 EAM非線性調制曲線的零斜率區(qū)和線性調制區(qū)的性能進行了研究，分別用于壓縮噪聲幅度和放大信號幅度。分析了不同偏置電壓下EAM的噪聲抑制性能，利用基于EAM的接收機實現(xiàn)了從2.5 Gb/s~10 Gb/s的比特率透明干涉噪聲抑制。
　　(2)基于EAM上行實時外差接收WDM-PON中