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基于半导体光放大器的相位再生器的设计和优化

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基于半导体光放大器的相位再生器的设计和优化

作者：马永欣北京邮电大学

学位级别：硕士

互联网数据业务的爆炸式增长对骨干网传输速率的提高和容量的增长提出了更高的要求：光纤通信系统由于具有频带宽、通信容量大、损耗低、中继距离长、保密性好、原料便宜等优势被广泛的用来作为骨干网的传输媒介。由于对光纤色散以及偏... 详细信息

互联网数据业务的爆炸式增长对骨干网传输速率的提高和容量的增长提出了更高的要求：光纤通信系统由于具有频带宽、通信容量大、损耗低、中继距离长、保密性好、原料便宜等优势被广泛的用来作为骨干网的传输媒介。由于对光纤色散以及偏振模色散的抑制作用,多级相位调制格式被广泛采纳为骨干网的传输调制格式。对于采用相位调制格式的系统,相位噪声是限制通信系统容量的重要因素,因而对光纤通信系统进行相位噪声的抑制和补偿具有重要意义。对于光纤通信系统中相位噪声的抑制或补偿的技术称为相位再生技术。目前在电域和光域上有很多相位再生技术：在电域上主要是对光信号在接收端进行光电转换,之后将转化过的电信号在DSP或FPGA上采用相干等算法进行相位补偿。在光域上则主要是利用某些光学器件的非线性效应来对光信号的相位进行再生。虽然电域上的再生方法有比较理想的再生效果,但是由于电子速率的瓶颈(一般为40Gbit/s)的存在,使用电域相位再生技术将限制光纤通信系统的传输速率的升级。由于光域相位再生具有对调制速率透明的优势,因而对于全光域的相位再生技术的研究成为人们广泛关注的焦点。本论文针对基于DPSK相位调制格式的高速光纤通信系统,研究了基于SOA的交叉增益调制(XGM)非线性效应的一种相位再生系统(本论文中称为增益碰撞型相位再生器),找到了这种增益碰撞型相位再生器的最优参数设计与最佳工作条件。本论文的研究可以对这种增益碰撞型相位再生器的最佳使用提供一定的理论指导,有十分重要的理论意义和实践意义。下面列出在本论文的主要内容(其中有创新性的工作标记为黑色字体)。阐述了光纤通信系统中相位再生技术的意义和价值。回顾了DPSK这种相位调制码型的相关实现技术：包括DPSK信号的定义、特性、调制方法、解调方法、Q因子等。通过仿真得到了DPSK信号的时域及频域特性,得到了星座图、眼图等。对本论文中相关的一些重要背景知识理论进行了简要阐述。主要包括相位噪声相关理论,光子跃迁与辐射理论,SOA的结构、分类及其光放大原理,SOA的重要的非线性效应等。介绍目前学术界研究的主要的光域相位再生器的基本结构与基本原理,阐述它们的优缺点,提出本论文中研究的基于SOA的XGM效应的增益碰撞型相位再生器的优势。建立增益碰撞型SOA相位再生器的理论模型,从理论上找到这种相位再生器的最优参数配置以及最佳工作环境,并给出这些最优值的理论解释。一些与SOA相关的其他研究：包括SOA的外围驱动电路的设计和制作,基于SOA的四波混频效应(FWM)的全光波长变换器的最优转换效率的理论研究。

关键词：相位再生交叉增益调制 Q因子 DPSK半导体光放大器

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差分相移键控调制信号的相位再生技术

差分相移键控调制信号的相位再生技术

基于相位敏感放大原理的MPSK信号再生技术研究

第一届中国高校通信类院系学术研讨会

作者：唐先锋席丽霞张晓光北京邮电大学理学院北京邮电大学理学院北京邮电大学理学院

利用高非线性光纤中的克尔效应制成非线性马赫-曾德尔干涉仪（MZI）,在锁相本地振荡泵浦源的驱动下,实现对输入的差分相移键控（DPSK）调制信号的相位再生：本文理论推导了利用非线性干涉仪实现相位再生的公式,数值模拟了再生前后的相... 详细信息

利用高非线性光纤中的克尔效应制成非线性马赫-曾德尔干涉仪（MZI）,在锁相本地振荡泵浦源的驱动下,实现对输入的差分相移键控（DPSK）调制信号的相位再生：本文理论推导了利用非线性干涉仪实现相位再生的公式,数值模拟了再生前后的相位分布,和接收情况对比,给出了实现相位再生时信号光和泵浦光的最佳相位差。

关键词：差分相移键控相位再生克尔效应非线性干涉仪

来源： cnki会议评论

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基于相位敏感放大原理的MPSK信号再生技术研究

作者：易留洋北京邮电大学

学位级别：硕士

随着信息化时代的到来,用户在通讯时需要越来越大的传输容量,为了达到高传输容量、高频谱利用率的目的,多进制相移键控(MPSK multilevel phase shift keying)凭借其较强的抗噪能力、较高的频谱利用率等优势,得到人们的广泛关注。但对于M... 详细信息

随着信息化时代的到来,用户在通讯时需要越来越大的传输容量,为了达到高传输容量、高频谱利用率的目的,多进制相移键控(MPSK multilevel phase shift keying)凭借其较强的抗噪能力、较高的频谱利用率等优势,得到人们的广泛关注。但对于MPSK这样的高级调制格式来说,由于在星座图中的相位状态数增加,很容易受到由非线性效应产生的相位噪声影响,从而使信号质量劣化。因此,进行相位再生在信号传输系统中是一个非常重要的环节。目前,国内外针对MPSK调制格式的全光再生技术主要基于相位敏感放大器(PSA phase sensitive amplifier),且大多集中在对二进制移相键控(BPSK binary phase shift keying)和正交相位调制(QPSK quadrature phase-shift keying)的研究上,而对于更高级的调制格式如八进制相移键控(8PSK eight phase-shift keying)则研究较少。因此,本论文以现有的相位敏感放大原理为基础,依托高非线性光纤(HNLF high-nonlinearity optical fiber)为非线性介质针对QPSK和8PSK信号的全光再生展开了研究,主要内容如下:1、针对现有基于PSA实现信号再生技术做了广泛的调研,找到目前基于PSA对MPSK信号实现相位再生的缺点与不足,并根据这些不足提出改进方案。即以HNLF作为非线性介质,提出一种高效率的基于二模PSA实现MPSK信号相位再生的方案。与现有再生方案相比,该方式采用多个低次谐波取代一个高次谐波,可有效解决现有再生技术中四波混频转化效率不高、生成高次谐波携带噪声太大的问题。2、对以HNLF为非线性介质,基于PSA实现信号再生的原理进行了理论分析。并基于此理论,以QPSK和8PSK为例,对本论文提出的改进方案进行了理论推导和验证。并给出了基于此方案对MPSK (M>=8)实现相位再生的推广公式。3、通过实验仿真,将10Gb/s的QPSK信号和30Gb/s的8PSK信号的相位进行了相位再生。且与目前具有代表性的基于二模PSA实现MPSK信号相位再生方案相比,本论文研究的方案四波混频转化效率最高可达到20.8%,远高于现有方式的转换效率。

关键词： MPSK 相位敏感放大相位再生四波混频转化效率

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高级调制格式光信号相位和幅度再生技术研究

高级调制格式光信号相位和幅度再生技术研究

作者：李丰硕北京邮电大学

学位级别：硕士

相位敏感放大器(Phase Sensitive Amplifier,PSA)具有独特的相位选择特性,以其高增益,极低的噪声指数(理论上OdB),速度快,带宽宽的特点,在相位再生领域受到了越来越多的关注,尤其是对于相位调制信号,PSA在对信号功率进行放大的同时,可... 详细信息

相位敏感放大器(Phase Sensitive Amplifier,PSA)具有独特的相位选择特性,以其高增益,极低的噪声指数(理论上OdB),速度快,带宽宽的特点,在相位再生领域受到了越来越多的关注,尤其是对于相位调制信号,PSA在对信号功率进行放大的同时,可以实现信号的再生,弥补了相位不敏感放大器无法实现相位再生的缺陷。然而,现有的相位敏感放大器在相位再生的同时常常将部分相位噪声转换成幅度噪声,在之后的传输中,由于高登米勒(Gordon-Mollenauer,G-M)效应,幅度噪声又会转换成相位噪声,影响信号的质量。本文针对现有相位敏感放大器的上述问题,对马赫增德尔干涉仪结构进行改进,设计出一种幅度和相位同时再生的相位敏感放大器。本文的研究成果主要包括以下几个方面:首先,对四波混频效应(Four-Wave Mixing Effects)进行了理论推导,分析四波混频效应的原理,产生机制和相位失配理论,重点研究了四波混频效率的影响因素,得出光波间的频谱间隔,光纤的长度,工作波长,色散系数和衰减系数等是影响四波混频效率的主要因素,并根据理论推导提出了选择适合的频谱间隔和光纤长度,工作波长选择在光纤的零色散区间,自相位调制补偿和采用多次级联的四波混频等五种提高四波混频效率的方法。其次,本文对基于四波混频效应的相位敏感放大技术进行了深入的研究。本文首先借助于电磁场理论,对基于四波混频效应的相位敏感放大技术进行了理论的推导,并结合Matlab仿真,分析现有的相位敏感放大技术中存在的问题,问题的原因以及未来的发展瓶颈;接下来针对现有的相位敏感放大技术在相位再生的同时引入幅度噪声的问题,本文提出了一种可同时实现相位和幅度再生的相位敏感放大技术,并从理论推导和Matlab仿真两个角度验证了该设想的正确性,并基于该设想设计出一种改进的马赫增德尔干涉仪的相位敏感放大器(Modified Mach-Zehnder Interferometer Phase Sensitive Amplifier, MMZI-PSA)。最后,搭建仿真平台,从仿真角度验证该设想的可行性,以及改进的马赫增德尔干涉仪的相位敏感放大器结构的再生性能。为了更好的说明MMZI-PSA的再生特性,本文将该结构与传统的四波混频效应相位敏感放大器(Four-Wave Mixing Phase Sensitive Amplifier,FWM-PSA)进行对比,比较两套再生系统在不同的噪声环境下的再生信号的星座图,误码率和误差矢量幅度等再生性能。在信噪比为13dB的情况下,与FWM-PSA系统相比,小噪声环境下,MMZI-PSA系统的误码率比FWM-PSA系统改善了 44%,误差矢量幅度的改善了 10%;大信号情况下,MMZI-PSA系统的误码率改善了 48%,误差矢量幅度的改善了 16%。无论是在星座图,误码率还是误差矢量幅度等方面,MMZI-PSA系统的再生性能均优于FWM-PSA系统。MMZI-PSA系统能够在相位再生的同时有效的抑制幅度噪声,解决了现有相位敏感放大器在相位再生的同时引入幅度噪声的缺陷。上述研究成果为全光相位敏感放大技术的研究和应用提供了新的思路,这对于以后全光网络朝向更高速,高容量的方向发展具有更大的推动作用。

关键词：相位敏感放大四波混频效应马赫增德尔干涉仪相位再生幅度再生

高速光纤通信系统中多级相位调制码及其相位恢复的研究

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高速光纤通信系统中多级相位调制码及其相位恢复的研究

作者：陈光北京邮电大学

学位级别：硕士

多级相位调制码型是业界公认的下一代高速光纤通信系统的首选调制格式。对于DPSK, DQPSK系统,相位噪声特别是非线性相位噪声是造成接收机灵敏度降低的主要因素之一。无论是相干接收还是直接接收,都无法消除或减弱非线性相位噪声对系统... 详细信息

多级相位调制码型是业界公认的下一代高速光纤通信系统的首选调制格式。对于DPSK, DQPSK系统,相位噪声特别是非线性相位噪声是造成接收机灵敏度降低的主要因素之一。无论是相干接收还是直接接收,都无法消除或减弱非线性相位噪声对系统的影响。因此,对于非线性相位噪声较大的系统,必须在接收机前采取一定的措施来减弱相位噪声,即恢复信号的相位信息或者说是实现相位再生本论文针对多级相位调制码型及其相位抖动特性和相位信息恢复技术进行了理论研究、数值仿真和实验验证,设计优化再生器的结构,数值仿真再生器的再生效果,并最终实验实现一种结构相对简单、性能优良的相位再生器。本论文的研究对于下一代全光、高速光纤通信网络的实现具有重要的理论意义和实用价值。本论文的主要工作如下（黑体部分为创新性工作）：（?）回顾了光的码型调制技术;并通过理论分析和数值仿真了DPSK和DQPSK信号的时域及频域特性,得到了星座图、相位差图、眼图及不同占空比信号的频谱图。（?）从理论上分析了相位噪声的相关概念、表示方法,及相位噪声产生的原因和补偿方法,数值仿真了不同类型的相位噪声,为相位再生奠定了理论基础。（?）介绍了几种不同相位再生技术的原理,并对其进行了优缺点分析。（?）从理论上建立了相位再生器的数学模型,分析了其系统构成,对基于半导体光放大器的相位再生系统进行了理论推导、仿真平台设计和搭建及一系列参数优化。（?）设计并实现了半导体光放大器（SOA）的外围驱动电路,为相位再生实验的实施提供了必要硬件准备;实验研究了SOA的饱和增益特性、偏振敏感特性和相关参数。（?）将相位再生器应用到DPSK和DQPSK系统中,设计并搭建了DPSK信号相位再生实验平台。通过实验得到了再生前后DPSK信号的光谱图和眼图,验证了该方案的相位再生性能。

关键词：光纤通信调制码型 DPSK DQPSK 相位噪声相位再生

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基于相位敏感放大的多级相位量化研究

基于相位敏感放大的多级相位量化研究

作者：路菲菲北京邮电大学

学位级别：硕士

随着社会信息化水平的不断提高,信息速度呈爆炸式增长,这给通信系统带来了更大的压力,为了提高信息的处理速度,全光信号处理越来越受到人们的关注。全光量化作为全光信号处理重要的一部分,在全光模数转换等方面发挥了重要的作用。但是... 详细信息

随着社会信息化水平的不断提高,信息速度呈爆炸式增长,这给通信系统带来了更大的压力,为了提高信息的处理速度,全光信号处理越来越受到人们的关注。全光量化作为全光信号处理重要的一部分,在全光模数转换等方面发挥了重要的作用。但是目前全光量化的研究主要集中幅度量化方面,而随着相位调制信号应用越来越广泛,全光量化在相位量化方面的研究也受到了大家的广泛关注。全光相位量化主要目前主要应用在全光模数转换和相位再生方面,在全光模数转换方面,提高量化精度能提高全光模数转换器的转换精度,而在相位再生方面,因为高级相位调制格式的信号具有更高的频谱效率,所以能对高级相位调制格式相位噪声进行压缩是很有意义的,所以实现多级的相位量化意义显而易见。本论文主要对多级相位量化的实现进行了深入的研究,主要研究内容如下:1)将提高量化效果的多光波干涉相位量化应用于多级相位量化中。目前多光波干涉方法的研究主要集中在量化级数比较少的情况,本文将多光波干涉方法在量化级数比较多的情况下的应用进行详细分析,并提出了能应用于多级相位量化的实现方案,在提高量化效果的同时提高了量化级数。2)提出了一种利用低次谐波叠加实现多级相位量化的方法。本文提出了一种利用低次谐波代替传统量化中的信号和高次谐波进行相干叠加的方法,降低了多级相位量化需要的谐波阶次,从而降低了多级相位量化实现的难度。本文还对该方法在相位再生方面的应用进行了分析讨论,仿真验证了它在相位再生方面的可行性。

关键词：多级相位量化相位敏感放大四波混频低次谐波相位再生

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RZ-DPSK全光再生技术的研究

光通信技术 2014年第12期38卷 31-34页

作者：张晓媛天津师范大学计算机与信息工程学院天津300387

提出了基于信号调制格式的转变来实现归零-差分相移键控信号(RZ-DPSK)全光再生的方案。首先通过偏振延时干涉仪将RZ-DPSK信号的相位噪声转变为幅度噪声,然后利用半导体光放大器(SOA)的非线性自增益调制效应对脉冲信号进行整形,最后利用... 详细信息

提出了基于信号调制格式的转变来实现归零-差分相移键控信号(RZ-DPSK)全光再生的方案。首先通过偏振延时干涉仪将RZ-DPSK信号的相位噪声转变为幅度噪声,然后利用半导体光放大器(SOA)的非线性自增益调制效应对脉冲信号进行整形,最后利用起偏器实现信号相位再生。数值模拟比较了再生前后的信号,取得了良好的再生效果。

关键词：光纤通信全光再生差分相移键控调制相位再生

基于相敏放大的多路MPSK信号同时再生技术的研究

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基于相敏放大的多路MPSK信号同时再生技术的研究

作者：罗田甜北京邮电大学

学位级别：硕士

随着现代通信技术的飞速发展,互联网通信业务呈指数增长,人们对于信息传递的速度以及通信容量的需求也在大幅度上升。为了达到大容量传输的目的,多进制相移键控(MPSK)凭借其高速率、高频谱利用率、高非线性抗性等多种方面的优势,受到人... 详细信息

随着现代通信技术的飞速发展,互联网通信业务呈指数增长,人们对于信息传递的速度以及通信容量的需求也在大幅度上升。为了达到大容量传输的目的,多进制相移键控(MPSK)凭借其高速率、高频谱利用率、高非线性抗性等多种方面的优势,受到人们的诸多青睐,并投入了广泛的研究。然而,由于信号在光纤中传输时,会受到色散、损耗、非线性效应等多种因素的影响,使得信号的质量变差,并且对于越高级的调制格式,由于信号在星座图中的欧氏距离变得更近,抗噪能力变得更弱,就更容易受到光纤链路中产生噪声的影响。因此,为了保证信号的传输质量,需要对信号进行再生,使劣化的信号得到恢复。同时,考虑到目前广泛应用于光网络中的波分复用(WDM)系统,由于多路光波同时在系统中进行传输,加剧了信道间的非线性效应,使各路信号都更容易受到旁路信号的影响。因此,对于多路MPSK信号同时再生技术的研究就显得尤为重要且十分必要。相位敏感放大器(PSA)由于其固有的相敏压缩和低噪放大的特性多年来受到人们的广泛研究。尤其是在相位再生(phase regeneration)领域,取得了诸如幅相同时再生、MPSK信号的再生、无需锁相(lock-free)的再生等多种方面的成果。近几年来,由于WDM技术已较为成熟,目前被广泛应用于光纤通信网络中,基于PSA的多波长同时再生技术在时代的召唤下应运而生。但目前的研究大多都集中在二进制移相键控(BPSK),鲜有对于正交相位调制(QPSK)、八进制相移键控(8PSK)乃至更高阶调制格式的研究。因此,本论文以现有的相敏放大原理为理论基础,对多路MPSK信号同时再生展开了研究,并以四路QPSK信号同时再生为例进行了仿真,并取得了与理论分析相符合的实验结果。本论文进行的主要研究内容如下:1、广泛调研了近几年来PSA技术的应用领域以及国内外多波长同时再生技术的研究现状,分析其方案的优点以及存在的不足之处。从四波混频(FWM)入手,介绍了 PSA实现相位再生的原理,并结合具体的MPSK信号,分析其实现相位再生的关键点。2、基于PSA实现相位再生的理论支撑,利用光纤双向传输的“走离效应”分析多路MPSK信号同时再生的可行性。结合频率关系图以及实验装置图从再生过程中频率间隔的设置、谐波的选取以及多路同时再生三个方面进行具体介绍。3、结合第二步对多路MPSK信号同时再生的可行性分析,以高非线性光纤(HNLF)为介质,四路QPSK信号同时再生为例进行仿真,并从星座图、误码率、单路再生与多路再生的对比、m值的选取等多种方面,分析实验效果。

关键词：相敏放大多进制相移键控四波混频相位再生

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基于噪声补偿的光矢量信号再生研究

基于噪声补偿的光矢量信号再生研究

作者：李根北京邮电大学

学位级别：硕士

随着“互联网+”概念的提出,互联网数据将迎来爆发式的增长。这些数据业务的急速增长很快的带动了通信领域的发展,使得原有的电信号信息速率已经不能满足用户量增长以及业务量的增长带来的带宽需求,光信号在这一方面具有很强的潜力,并... 详细信息

随着“互联网+”概念的提出,互联网数据将迎来爆发式的增长。这些数据业务的急速增长很快的带动了通信领域的发展,使得原有的电信号信息速率已经不能满足用户量增长以及业务量的增长带来的带宽需求,光信号在这一方面具有很强的潜力,并且已经展现出来。但是光信号随着调制格式的不同,也会有不同的限制因素。对于强度调制信号的主要影响因素是调制阶数,阶数的提高会导致强度调制信号抗干扰能力的下降。而对于相位调制信号的一个很关键的影响因素是相位噪声的影响,并且考虑到在光纤中传输时,幅度噪声会转化为相位噪声,因此,光矢量信号的相位再生以及幅度相位的同时再生的意义就很显而易见。本论文针对调相信号的主要工作和研究内容如下:1)针对MPSK信号的幅度和相位噪声,提出的幅相同时再生方法,不同于传统的相位再生方法—将一个圆压缩为一个椭圆,本方法是将信号的幅度相位噪声同时抑制,可以免于信号在传输过程中发生的幅度—相位噪声转换,提高信号质量,延长传输距离。2)针对矩形8QAM信号的再生,由于信号有八个相位两个幅度,因此再生的时候难度较大。本文提出的利用QPSK再生结构分两次实现信号再生的方法,降低了实现难度,使信号的再生更加容易。

关键词：长距离光传输光矢量信号相位敏感放大器四波混频相位再生