下一代无源光网络相位噪声机理及抑制方法研究

The main research achievement of the undergoing National Natural Science Foundation project includes: 1) more effective laser phase noise suppression methods are proposed for coherent optical orthogonal frequency division multiplexing (CO-OFDM) systems, whose performance are much better than the existing pilot-aided/data-aided and maximum likelihood phase noise suppression methods. 2) According to the laser phase noise estimation and suppression of discrete cosine basis based CO-OFDM systems, it is the first time that effective schemes are proposed. 3) A unified laser phase noise modeling, analysis and mitigation framework which is effective for any coherent optical block transmission systems is proposed. Even when the laser linewidth achieves 2MHz, the proposed method can also mitigate the laser phase noise effectively. The results above have been published on several well-known journals or conferences e.g. IEEE Photonics Technology Letters, Optics Express and received positive recognitions from many well-known research institutes in this area e.g. the research group headed by IEEE Fellow David V. Plant. For the work next step, it is well-known that phase noise induced by both fiber channel nonlinearity and laser is the key factor to deteriorate the performance of passive optical network (PON). The corresponding basic theoretical research and suppression theory research are very urgent. So we plan to do research on the basic theory and suppression methods of both fiber channel nonlinearity and laser induced phase noise for orthogonal frequency division multiplexing access based next-generation PON.

在研项目主要进展为：创新性地提出了更加高效的抑制相干光正交频分复用系统激光器相位噪声的方法，性能已经大大超越了已有的导频或数据辅助、最大似然的相位噪声抑制方法，并进而建立了相干光块传输系统普适的激光器相位噪声建模、分析及抑制理论框架，甚至当使用的激光器线宽达2MHz，提出的方法仍能高效抑制激光器相位噪声。以上工作发表在IEEE Photonics Technology Letters, Optics Express等国际著名学术期刊和会议上，获得同领域如IEEE Fellow D. V. Plant领导的研究组等多个知名研究机构的积极评价。下一步，信道非线性和激光器所致的相位噪声已经成为恶化无源光网络（PON）系统性能的主要效应，缺乏建模理论和抑制方法成为了下一代PON发展中急待解决的关键问题，本项目将研究下一代PON中信道非线性效应及激光器联合导致相位噪声的机理及其抑制方法。

本项目围绕如何使廉价的大线宽激光器能够应用在相干光正交频分复用PON系统，以及如何同时提高PON系统中的频谱效率展开了一系列研究工作。提出了新型的正交频分复用（OFDM）信号帧结构设计、数字信号处理方法，使其可以有效的抑制激光器相位噪声。同时，我们也研究了信道中非线性效应导致的相位噪声的机理，并提出了新的信号处理方法对该效应进行抑制。我们提出了几乎盲的伪导频辅助的相位噪声抑制方法，在有效抑制激光器相位噪声产生的公共相位误差和子载波间干扰的同时，还能提高相干光正交频分复用系统的频谱效率。将基于正交基展开的相位噪声抑制方法推广到了偏振复用（PDM）的相干光正交频分复用系统，为同时抑制PDM系统相位噪声导致的公共相位误差和子载波间干扰提出了高效的新方法。我们将正交基展开相位噪声抑制算法引入到了相干OFDM-PON中，来研究分布反馈（DFB）激光器和低功耗的垂直腔面发射激光器（VCSEL）在相干OFDM-PON中应用的可能性。我们证明了正交基展开相位噪声抑制算法在OFDM-PON中的有效性以及DFB激光器和VCSEL激光器在相干OFDM-PON中的可实用性。这一结论使相干OFDM-PON成为了更具竞争力的下一代PON2（NG-PON2）解决方案。我们将盲相位噪声抑制算法用于时分复用OFDM-PON（TDM-OFDM-PON）系统，有效降低相干TDM-OFDM-PON系统低成本，提高频谱效率。为了解决奈奎斯特（Nyquist）WDM-PON使用低成本大线宽激光器时的相位噪声问题，我们设计了基于滑动窗的相位噪声抑制算法，可以更有效地抑制相位噪声并提高了系统性能，低成本Nyquist-WDM-PON的实现成为了可能。.进一步的，我们着眼于产业界关心的能耗问题，提出了适用于树状和环状结构PON网络的新型能耗统计方法，就中国铺设的两个FTTH场地实验：10G-EPON和TWDM-PON，进行能耗对比与能效评估。提出的能耗评估方法普适性极强，为网络能耗评估带来极大的便捷。我们对以TDM-PON作为前传网络的云无线接入网（C-RAN）架构进行了能耗建模与节能优化，得出了整体C-RAN架构的能耗状态。此种新型能耗评估方法普适性很强，该工作对未来商业网络的铺设具有极大的指导意义。.本项目发表了学术论文22篇，其中SCI论文13篇，EI论文9篇，授权国家发明专利3项。