07年10月PTL光通讯论文评析

无源光网络（PON）
    11/4/2007,随着电视频道的增加，卫星电视和有线电视的传输容量的局限性日益显现。将这些视频信号融入到PON里是降低网络操作成本的有效手段。然而由于运营公司的差异性，以及不同地区标准体系的不同，直接在PON中央站（CO）混合传输视频信号并不可行。本期墨尔本大学的研究者在远程节点采用中继器实现了视频服务的光接入。看一下其实验系统结构，作者在CO发射1.25GHz的NRZ信号，在传输一定距离以后进入远程中继器，这里下载数据信号先被检测，然后使用一个信号发生器转换为4.096Mb/s，中心频率1.7GHz的RF信号。再使用一噪声发生器，通过中心频率2GHz，带宽300MHz的带通滤波，产生白噪声用来上载视频信号。两个信号通过电子混频器复用在一起，复用前原下载信号先通过截止频率1.25GHz的低通滤波器，以降低和视频信号的串扰。最后使用分布反馈激光器做光源，将RF信号以副载波复用的方式加在中心波长1550.92nm的光波段上，以传输给相应ONU。综合来看作者的方案主要有两个优势，一是使用副载波复用的方式，一定程度增加了可利用带宽，另一方面在中继站接入视频，由于采用了白噪声发生器，避免了由于上载带来的信噪比恶化。
    上交大的研究者基于多个PON，使用特定的通道构造了全光虚拟专用网（VPN），既增加了信息容量，降低了信号延迟，也改进了用户安全性。作者的网络架构主要有两个层次，低阶使用多个传统WDM-PON，而网络的高阶部分基于时分复用（TMD）模式，两个部分通过光耦合器相连。在OLT，作者使用了双向光放大器来对上下载信号进行放大，此外使用不同的光纤光栅（FBG）来与各ONU相应的VPN相对应，以反射不同的VPN信号，这是与以往报导中类似网络的一个显著区别，以往通常使用1:m的光耦合器，现在的结构极大降低了损耗。系统使用正交的ASK/FSK调制格式，可以实现数据的瞬时上载服务。对VPN数据，主要采用FSK调制格式，可以实现625Mb/s的上载，而对通常数据，主要通过信号的强度调制，可以实现5Gb/s的上载。上载信号到达OLT后，通过光耦合器被分为两部分，一部分经过环路器后被路由到一些解复用器，这些解复用器与个子WDM-PON相对应。另一部分则使用FBG来提取VPN信号。综合来看，作者建议的网络结构主要具有可测量性好、上载快速和调度简单三个优势。
    在长距离PON中，由于入射功率的浮动，可能导致放大器放大后产生突发模式信号，这些突发模式信号有可能产生突发错误，甚至直接损坏接收器。对双向PON链路，最近基于Raman的双向放大很受关注，因为比起EDFA放大，可实现的无中继传输距离将会显著增加。本期丹麦的研究者对基于分布Raman双向放大的PON系统做了实验研究，重点讨论了可能产生的突发模式损伤。作者使用80km的非零色散漂移光纤（NZDSF）做双向放大，其Raman增益可达到0.71W-1.km-1。在NZDSF前后先后通过环路器正反向输入两个连续光，做放大的增益钳制用，可以降低超过1dB的功率损耗，且由于增益钳制，可以避免突发错误的危害。作者证明采用分布拉曼放大，是未来长距离大容量PON应用的有利候选方案，可以有效避免突发模式的影响。
    在PON中，结合使用反射式半导体光放大器（RSOA）能够有效节约系统成本，避免更多光源的使用。本期墨尔本大学的研究者仅在客户端使用一个自种子注入式的RSOA，而通过在不同ONU使用FBG来选择波长。作者通过实验测试，证明该系统能成功用在PON系统信号上载或局域网应用，并能满足较高比特率传输应用。此外作者也验证了该结构至少能满足32个ONU同时工作。
调制格式
    DQPSK格式信号因为谱效率高、对非线性和PMD损伤公差高而备受重视。但DQPSK信号也较容易受到相位噪声的影响。通常相位噪声主要来自于非线性效应，例如Gordon- Mollenauer噪声，会将强度自发噪声（ASE）转换为相位噪声影响信号传输质量。本期德国的研究者采用非线性放大环镜（NALM）来实现对80Gb/s信号的再生。这里使用的NALM实际上是一个Sagnac光纤干涉环，光束进入干涉环后顺时针方向依次经过偏转控制器、色散漂移光纤（DSF）和双向EDFA。首先信号在进入干涉环前利用光耦合器分为不等功率的两部分，其中弱信号逆时针，强信号顺时针，这样弱信号将首先被放大再通过DSF产生较大相移，而强信号先经过DSF再通过EDFA则相移改变很小，由于其信号强度高，相位对干涉后信号起决定性作用，抑制了相位扭曲。而干涉后产生了平坦的强度分布，也抑制了强度噪声的影响。
    香港中文大学的研究者建议在光时分复用（OTDM）方案里使用RZ On-Off强度键控和RZ-DPSK的混合调制格式，认为比使用单一调制格式的OTDM更有利于降低解复用时的带间串扰。作者使用电吸收调制器实验现实了这种混合调制格式OTDM的8:1（84.88- 10.61Gb/s）解复用，其解复用信号的开关窗口达到15ps，远高于信号的比特率周期（11.8ps），这是单一调制格式的OTDM系统无法达到的。
    窄带光学滤波是RZ-DQPSK产生带间串扰的主要因素，Bell实验室的研究者证明使用光学均衡器能够有效抑制窄带滤波对RZ-DQPSK格式信号质量的影响。作者指出均衡器既可以使用在信号被调制后，也可以使用在接收器之前。作者以一个三通道（通道间隔50GHz）的WDM系统进行实验，单通道使用85.4Gb/s的RZ-DQPSK信号，作者证明使用了光学均衡器可以将中心波长的功耗由原来的8.7dB降低到2.0dB。
光传输与接收
    法国的研究者基于16×40Gb/s的WDM系统，对超长距离传输网络的性能做了测试，作者分别使用了标准单模光纤（SSMF）和超波光纤（UWF）进行测试比较。这里的UWF是一种具有色散补偿的光纤，以100km为基本单位，前34km采用超大截面（SLA）光纤，中间32km采用负色散光纤，后面再使用34km的SLA光纤。作者证明使用UWF比使用SSMF能获得几乎两倍的最大传输距离。再以2000km的传输距离为例，当使用UWF时，采用CSRZ-ASK和CSRZ-DPSK调制格式都可以正常工作。而使用SSMF时，则仅使用CSRZ-DPSK调制格式才可以正常工作。这也从另一个角度证明现有2000km的10Gb/s系统是可以升级为40Gb/s系统的。
    挪威的研究者对分组交换（OPS）系统中的偏振控制做了研究。目前商用的自动偏振控制模块（APC）具有毫秒的响应时间，长于通常的数据包长度，正常情况已经足够用在OPS系统中。但问题不是发生在有数据包接收的过程，而是发生在数据包间的空闲间隙上，此时容易产生控制系统反馈信号的丢失。为了解决这个问题，作者仍使用商用APC模块，在后面有自行设计了反馈采样模块。该反馈模块先使用偏振分束器（PBS）两路都使用光电探测器作检测，之后反馈电路采用统计算法能保证最大采样，靠使用这样的反馈模块作者能实现连续采样。
    California大学的研究者基于MEMs技术制作了微盘共振滤波器，入射端是几个频率分量的混合，通过改变微盘的温度，可改变微环的共振条件，使得另一端的共振滤波波长改变，实现可调的带宽分配。温度调节通过电压改变来实现，可产生0.1nm/°C的调节。
   灵敏度高的接收器对于增加光网络传输容量和距离都有重要意义，目前接收器灵敏度的改善主要通过三个途径，即合理选择判决点位置、接收滤波器带宽和高级的前向纠错方法等。本期南洋理工的研究者设计了灵敏度较高的On-Off键控光接收器，通过使用双重域值判定和删除区域的精确选择，使得接收器能从前向纠错算法里获得额外的信号增益，在不使用放大器和预放接收的前提下，能够将Q值提高1.8dB左右。
   电子色散补偿是近期报导较多的技术，本期北京大学的研究者提出了一种迭代最小均方差算法，来对光通讯系统里产生的非线性和非高斯噪声影响做出补偿，有效移除由于PMD和色散带来的码间干扰。比起常用的最大似然估计算法，作者提出的算法能够有效改进接收器的性能。此外，澳大利亚的研究者也使用电子色散补偿来消除光网络的非线性损伤，有特色的是作者是基于正交频分复用（OFDM）系统进行研究，因为该系统特别合适使用自适应的电子色散补偿。作者证明采用电子色散补偿，采用色散6ps/nm/km的光纤，能够成功消除4000km OFDM系统的非线性损伤，提高2dB左右的传输功率。