基于预编码的模群复用信号串扰抵消技术

在基于光子灯笼强度调制直接检测(IM-DD)的模群复用传输系统中,提出一种用于降低信号串扰的基于单端信道估计的预编码方案。该方案使用环形器和分路器作为信号返回机制,将信号返回到发送端进行发送端单端信道估计,然后将得到的信道传递矩阵用于预编码。实验结果表明,经所提预编码方案的处理,在背靠背及连接500 m少模光纤的模群复用传输系统中,信号误码率(BER)在1.3×10~(-2)前向纠错(FEC)门限时,LP_(01)-LP_(01)和LP_(11a)-LP_(11b)信道的信号发送功率分别降低了约3 dB和1 dB。本研究为解决点到多点的IM-DD模群复用传输系统中的信号串扰问题提供了一种有效的方案。     

基于光子灯笼的正交频分/模分复用IM-DD多模光纤传输系统

提出一个基于光子灯笼的正交频分复用(OFDM)/模分复用多模光纤传输系统,利用2个模式选择性光子灯笼分别作为模式复用与解复用器,选取LP_(01)模与LP_(11b)模式作为发送信道,利用自适应比特加载OFDM调制方式在50m长的OM4多模光纤上实现了7.2Gb/s的传输。实验结果表明,调整2路信号的偏振态,当LP01端的入射光功率比LP11b端的入射光功率低4dB左右时,可以保证2路信号在接收端的光功率一致。当2路信号的接收光功率均低至-13dBm时,2路信号的误码率分别为1.3×10~(-3)与3.2×10~(-3),均低于硬判决前向纠错(HD-FEC)门限。该系统为低成本、短距离以及大容量的数据传输场景提供了解决方案。     

基于少模光纤的模分复用系统多输入多输出均衡与解调

针对光纤模分复用传输系统中模式耦合串扰问题, 设计并制备了一种新型少模光纤, 其较高的模式差分群延时保证各模式信道独立传输.在此基础上, 提出一种级联多输入多输出(MIMO)延时均衡算法, 进一步减少源于模式复用器和解复用器的模式串扰, 提高基于少模光纤的模分复用传输系统的传输距离和传输容量.与传统MIMO均衡算法相比, 级联MIMO延时均衡算法在没有显著增加计算复杂度的条件下, 能够应用于模式差分群延时很大的模分复用传输系统.对单信道传输速率为 40 Gbps的四相相移键控两模复用传输系统进行仿真, 经40 km少模光纤传输后, 采用级联MIMO均衡算法较普通MIMO均衡算法有1.7 dB的质量因子的提升. 仿真结果证明, 使用少模光纤和级联MIMO延时均衡算法能够有效地消除模分复用信号间的串扰, 有望在下一代大容量光纤传输系统中获得 推广应用. 关键词： 模分复用 少模光纤 模式差分群延时 多输入多输出均衡     

基于多芯光纤的三模复用/解复用器的设计

根据模式耦合理论,设计了一种基于三芯光纤并支持LP_(01)、LP_(11a)、LP_(11b)三种空间模式传输的三模复用/解复用器。该三芯光纤由一个位于中央的三模纤芯和两个外部的单模纤芯构成。选择三模纤芯的结构参数,根据模式有效折射率匹配原理分别设计两个外部单模纤芯的参数。通过仿真分析了LP_(11a)模与LP_(01)模、LP_(11b)模与LP_(01)模的功率转换过程,确定最优的光纤长度为5.2mm。在C+L波段中所设计的三模复用/解复用器能提供50nm的工作带宽,其模式转换效率达到90%。该基于三芯光纤的三模复用/解复用器具有结构简单、模式转换效率高、插入损耗小、带宽宽等优点。     

偏分复用系统信道串扰的理论模型及消除方案

建立了偏分复用(PDM)系统中信道串扰的数学模型,并提出了消除该串扰的方案,即用解复用端一路光信号的射频(RF)功率作为反馈信号以监测光信号在链路中偏振态的变化和在接收端的串扰情况,用粒子群优化(PSO)算法作为逻辑控制单元的算法,控制偏振控制器以消除信道间的串扰。数值仿真了RF功率与信道串扰大小之间的关系,并在2×50Gb/s偏分复用-差分正交移相键控(PDM-DQPSK)传输系统平台上仿真验证了消除串扰方案的效果。结果表明该方案能够大幅降低系统误码率,改善系统性能。     

光子灯笼模分复用系统MIMO-free高速传输实验

为考察无需多输入多输出模分复用系统的高速信号传输能力,采用模式选择光子灯笼型模式复用/解复用器构建了2×100 Gb/s双偏振正交相移键控模分复用通信实验系统,系统中用到的少模偏振控制器状态可由LP₀₁和LP_11b两个模式信道的信串比参数准确表征。测试了系统误码率与信串比关系,实现两个信道纠后无误码传输的条件为信串比约大于8 dB。当两个信道的信串比分别为14.25 dB和13.81 dB时,与背对背收发系统相比,纠后无误码阈值(10^-2)的接收光功率代价分别为1.40 dB和4.76 dB。分析了光纤衰减、偏振模色散和模式串扰对高速传输系统的影响,估算了串扰受限系统可支持的少模光纤传输距离约为30 km。     

一种具有低串扰低非线性的双沟槽环绕型十三芯五模光纤

信息化对高速大容量光纤网络的需求日益强烈,空分/模分复用是继波分复用之后可使通信容量翻倍的新一代光纤通信技术.本文提出了一种双沟槽环绕型十三芯五模光纤,以满足未来对高速大容量信息传输的需求.针对空分-模分复用中降低串扰的目标设计优化光纤,采用双沟槽环绕结构,将光能量更好地限制在纤芯内,从而减小芯间和模间串扰.利用全矢量有限元法与功率耦合理论相结合计算并分析多芯光纤的串扰和传输特性.经过优化结构参数,可使光纤在1.3—1.7μm波段内稳定传输LP01, LP11, LP21, LP02,和LP31 5个模式;信号在1.55μm波长处传输60 km时,对应于以上5个模式相邻纤芯的芯间串扰分别为–122.37,–114.76,–106.28,–100.68,–92.81 d B,相邻模式之间的有效折射率差大于1.026×10–3,芯间和模间串扰可以被有效抑制; 5个模式对应的非线性系数分别为0.74, 0.82, 0.88, 1.26, 0.93 W–1·km–1,均可保持低非线性传输.该光纤结构简单紧凑,可利用气相沉积法和堆叠法制备预制棒,进一步拉制成具有低串扰低非线性的十三芯五模光纤,可应用于长距离高速大容量光纤传输系统.     

偏分复用系统中偏振模色散补偿与偏分解复用一体化方案

本文建立了偏分复用系统中偏振模色散与信号偏振态变化引起信道串扰的数学模型, 分析了偏振模色散对偏分复用信道射频功率的影响, 并提出了适用于偏分复用系统的光域偏振模色散补偿与偏分解复用同时进行的方案: 用信道的射频功率作为反馈控制信号, 监测链路中偏振模色散和偏振态变化引起的信道串扰的大小, 用改进的粒子群优化算法对偏振控制器进行自适应控制, 同时完成偏振模色散补偿与偏分解复用. 在112 Gb/s偏分复用-差分正交相移键控(PDM-DQPSK)传输系统中仿真验证了该方案的有效性. 结果表明该方案可以使112 Gb/s-PDM-DQPSK传输系统完成自适应偏分解复用的同时, 在1 dB的光信噪比代价下, 使系统对偏振模色散的容忍度提高20 ps. 关键词： 偏分复用系统 信道串扰 偏振模色散 偏分解复用     

模式耦合对模分复用同传系统中量子误码率的影响

基于少模光纤模分复用的量子—经典信号同传方案中,光纤内的模式耦合效应会导致信道间发生串扰,造成误码。为此,构建了少模光纤分段化链路模型,研究了光纤拼接误差导致的模式耦合强度大小,并在此基础上推导了存在模式耦合时系统的量子误码率(QBER)公式。通过比较各模式所受到的耦合强度,确定该同传方案中量子信号的最优传输模式;进一步讨论了不同纤芯轴向偏移距离、扭转角度和光纤长度对系统QBER的影响。结果表明,这三个影响链路模式耦合强弱的因素都与QBER成正相关,光纤拼接误差较小的短距离量子—经典信号模分复用同传系统可有效降低QBER。     

具有四模式的低串扰及大群时延多芯微结构光纤的设计

针对光纤空分复用及模分复用传输系统中大容量和耦合串扰问题, 本文提出了一种具有四模式特性低串扰及大群时延的大容量多芯微结构光纤, 通过有限元法计算该光纤电磁场分布进而对其他参数进行分析. 结果表明: 合理的选定光纤结构参数, 可使得该光纤在C+L波段内同时实现19芯的LP₀₁, LP₁₁, LP₂₁, LP₀₂四个偏振模式的传输. 同时, 利用空气孔对电磁场较好的隔离作用来优化芯间串扰并得到较大的模式差分群时延及较为平坦的色散. 此外, 这种结构的光纤制作简单, 在短距离大容量的信息传递系统中具有重要应用.     

少模光纤中受激布里渊散射的慢光

利用全矢量有限元法计算了少模光纤中模内和模间受激布里渊散射各模式布里渊频移和布里渊增益谱,模拟了泵浦功率、有效传输长度及脉冲宽度对各模式慢光时间延迟量、脉冲展宽因子的影响.模拟结果表明:少模光纤中不同传输模式产生的受激布里渊散射慢光特性不同,输入泵浦功率及有效传输长度越大,各模式的慢光时延量、展宽越大,且当输入泵浦功率相同时,模内的慢光时延量、展宽因子均大于模间的.优化参数可得,在输入泵浦功率为0.5W,光纤有效长度为1km的条件下,LP_(01)-LP_(01)、LP_(11)-LP_(11)及LP_(01)-LP_(11)模式的时间延迟量分别为643.7ns、362.6ns和213.2ns,其展宽因子分别为1.346、1.207和1.126.     

偏振复用差分相移键控信号的数字相干解调与偏振解复用算法研究

利用光纤偏振分束器和3 dB耦合器搭建偏振分集90°光学混频器,采用单端接收实现了偏振分集的相干接收机。实现了10 Gb/s偏振复用差分相移键控(DPSK)光信号,经过280 km普通单模光纤(SSMF)和掺铒光纤放大器(EDFA)传输后的数字相干接收,测量无误码。研究了数字相干光接收中的各种信号处理算法。采用数字信号处理算法完成载波相位估计,数字滤波器补偿光纤色散,恒模算法进行自适应数字偏振解复用等。研究了90°光学混频器的非理想正交特性,运用统计方法补偿了光学混频器偏离90°的误差,此算法和信号格式以及光纤色散等因素无关。使用恒模算法实现数字偏振解复用,该算法收敛时间小于0.5μs。     

基于数字相干叠加的相干光正交频分复用系统中光纤非线性容忍性研究

光正交频分复用系统中的光纤非线性效应制约着系统进一步的扩容. 针对此问题, 提出一种数字相干叠加的方法, 用于提高相干光正交频分复用系统对光纤非线性的容忍性. 仿真中, 5通道的波分复用下偏振复用相干光正交频分复用系统的每个通道传输四进制正交振幅调制映射的71.53 Gbit/s信号在光纤中传输400 km. 首先, 通道间隔为25 GHz, 与传统相干光正交频分复用系统相比, 色散补偿前后, 使用数字相干叠加的相干光正交频分复用系统的信噪比分别提升了6.02 dB和9.05 dB, 最佳入纤光功率均增大了2 dB; 其次, 通道间隔为50 GHz, 色散补偿前后, 信噪比分别提升了4.9 dB和8.75 dB. 通过理论推导及仿真, 验证了所提方法能有效消除相干光正交频分复用系统的一阶非线性失真, 进而提高系统对光纤非线性的容忍性.     

抗弯曲大模场面积少模光子晶体光纤

为更好地解决少模光纤在传输中由于模式耦合过强而导致的信号串扰问题,对弱耦合光子晶体光纤中的线偏振(LP)模式以及矢量模的传输特性进行了研究,设计了一种可传输20种矢量模的双包层光子晶体光纤。通过有限元法模拟光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差的影响,优化结构参数,使光纤支持稳定传输6种LP模式并满足弱耦合要求。最后分析了不同模式的有效模场面积、弯曲损耗。结果表明:各模式之间的最小有效折射率差达到1.12×10^-4,表明模式间的串扰可忽略。基模有效模场面积达到了1 040μm²,且其相应的非线性系数低至1.07×10^-10。此外,在弯曲半径为38 mm时,各模式弯曲损耗最大仅为5.65×10^-8dB/km。与主流的单模光纤及少模单包层相比,该结构具有大模场面积,低模间串扰及更强的抗弯曲能力,丰富了空分复用技术的开发思路。在大数据、虚拟现实、网络传输容量等新兴业务以及光纤传感方面提供了有益的参考方案。     

一种沟槽辅助气孔隔离的低串扰高密度异质多芯少模光纤

以单模光纤为基础的传统光通信系统的容量已趋近其理论极限,多芯少模光纤是突破现有传输容量瓶颈的一种有效方式.本文设计了一种低串扰5-LP模的弱耦合异质芯7芯光纤,采用沟槽辅助和气孔隔离相结合的方法,在标准125μm外径的情况下实现了芯间和模间的低串扰.利用有限元法计算了纤芯之间的串扰、有效模面积等.经过设计优化,光纤在光通信C+L波段可以稳定传输5个LP模式,其中LP₂₁与LP₀₂模之间的有效折射率差最小,且大于1.1×10^–3;光纤中LP₃₁模式的芯间串扰最大且低于–50 dB/km,因此该光纤可以同时实现模间和芯间的低串扰传输. 7个纤芯中5个LP模的有效模面积均大于86μm~2,在波长1550 nm处相对纤芯复用因子为57.63,该光纤可用于大容量高速光纤传输系统.     

WDM网中同频串扰的研究

串扰是波分复用(WDM)光网络中限制光交叉连接(OXC)节点容量的一个重要因素.本文分析了相干和非相干串扰对通过OXC节点的光信号的影响,给出了固定和最佳判决门限两种情况下的光功率恶化,并进行了仿真计算.结果表明相干串扰对系统的影响很大.与固定判决相比,采用最佳判决可以降低串扰影响.串扰引起的光功率恶化主要取决于复用波数M,而与输入光纤数N关系不大.为了减小串扰对网络的限制,可以在OXC节点内使用滤波器.     

32.768 Tbit/s净速率1000km长少模光纤波分复用系统

为了满足日益增长的数据需求,实现“超大容量、超长距离”通信,结合波分复用、偏振复用、模式复用3种复用技术,演示了一个少模光纤传输系统。实验生成符合ITU-T标准的80个通道,利用两个正交偏振及LP11a、LP11b两个模式,在最长达1000 km的少模光纤上传输32 GBaud的16QAM信号。为了减少色散效应和严重的偏振间、模间串扰产生的影响,在接收端数字信号处理（DSP）中,采用基于时域和频域的多输入多输出（MIMO）均衡解复用技术,显著提升系统性能。实验结果表明,经500/1000 km的少模光纤传输,系统的比特误码率（BER）分别能满足7%低密度奇偶校验码（LDPC）硬判决门限（3.8×10-3）和25%LDPC软判决门限（4.2×10-2）。当少模光纤传输距离为1000 km时,系统实现的净速率为32.768 Tbit/s,属于国内领先水平。     

基于空间分集的海洋无线光通信轨道角动量复用系统的性能

为了解决水下通信轨道角动量复用系统中海洋湍流引起的信号串扰,基于空间分集技术提出了一种海洋湍流缓解方案.用随机相位屏法模拟海洋湍流对信号产生的相位扰动,用分步传输法模拟光束的衍射传播,在接收端使用等增益分集合并技术对信号进行合并处理.系统采用4路轨道角动量复用8路空间分集,仿真分析了轨道角动量复用集合、海洋湍流强度和传输距离等因素对系统误码率性能的影响.仿真结果表明,轨道角动量复用集合的模式间隔从1增加到2,误码率降低较为明显;随着模式间隔继续增大,误码率性能改善有限;误码率随传输距离和湍流强度的增加而增大.结果证明在海洋光通信系统中使用分集合并技术可以有效缓解湍流对信号传输的影响.     

基于波长-模式双复用的量子保密通信系统

提出并设计了一种基于波长-模式双复用的量子保密通信系统,介绍了波长-模式双复用的基本原理,使用Optisystem搭建了系统模型并进行了10次发送实验,获取并分析了信号的时域波形和频谱图,验证了传输过程中信号波长和线偏振模式的稳定性,实现了系统中基于双不等臂马赫-曾德尔干涉仪方案的量子密钥分发过程,获得了经典光信号的误比特率、眼图以及品质因数。结果表明,此量子保密通信系统能够融合两种复用方式的优势,扩大信道容量,提高信号间的隔离度和正交性,有效减小非线性效应和信号间串扰,较好地保护量子-经典信号同传过程中的量子信号,证明了该量子保密通信系统有效可行。     

高速DP-QPSK模分复用信号在少模掺铒光纤放大器中的传输实验

模分复用(MDM)与高速光传送网(OTN)相结合,能缓解日益增长的带宽需求压力和降低已有相干通信设备的使用成本。搭建了100 Gbit/s双偏振正交相移键控(DP-QPSK)MDM信号放大传输系统,主要包括MDM信号收发单元和少模掺铒光纤放大器(FM-EDFA),其中FM-EDFA采用少模隔离型波分复用器(FM-IWDM)构建。三模(LP₀₁、LP_11a和LP_11b)放大传输实验表明,相对于无FM-EDFA的MDM系统,各信道的接收机灵敏度(以10^-2误码率为参考)分别劣化0.55 dB、1.47 dB和0.99 dB。研究了两模(LP₀₁和LP_11b)放大情形下模式增益差(DMG)对信道灵敏度均衡性的影响,结果显示两者无明显的依赖关系。所得结论可为双偏振(DP)信号的MDM放大传输研究提供参考。