大容量高灵敏度空分复用无源光网络系统架构及关键技术研究

With the rapid development of mobile Internet technology and emerging network services, the number of Internet users and the bandwidth requirement had the explosive growth. As the last mile network of the user data access network, the bandwidth of optical access network will become an important factor restricting user access rate. As a result, the expansion of access network capacity and optimization of the network performance is imminent. In this project, we intend to study the system architecture for high capacity and high sensitivity space-division-multiplexing (SDM) passive optical network (PON). Through flexible resource scheduling strategy, we optimize network performance and achieve high capacity and high sensitivity PON. At the same time, in order to meet the requirement of implementable optical network unit (ONU), we take the direct detection technology based on supported optical carrier. The requirement of colorless ONU is achieved by direct detection, and the receiving sensitivity is enhanced by the supported optical carrier, which can support user accessing with a higher rate and longer distance. According to the system architecture and implementation plan proposed by this project, we design and develop the corresponding space division multiplexing/de-multiplexing devices to further optimize the transceiver device and promote the practicability of the SDM-PON.

随着移动互联网技术的全面普及和新兴网络业务的迅速发展，网络用户数量和带宽需求呈现爆发性增长，接入网作为用户数据接入的最后一公里网络，其升级与否将成为制约用户接入速率的重要因素，针对接入网的扩容技术和性能优化迫在眉睫。本项目旨在研究超大容量高灵敏度的空分复用无源光网络的系统架构，通过灵活的资源调度策略，优化网络性能，实现大容量高灵敏度的无源光网络。同时，为了满足光网络单元的实用性，采取基于载波支撑方式的直接检测技术，通过直接检测来实现光网络单元的非波长依赖性，同时通过载波支撑的方式提升接收灵敏度，支持更高速率更远距离的用户接入。针对本项目提出的系统架构和实现方案，设计并研制相应的空分复用/解复用器件，进一步优化收发装置，推进空分复用无源光网络的实用性。

无源光网络（PON）技术作为现在主流商用的接入技术得到广泛应用。由于现阶段主要采用时分复用方式，基于结构简单的直调直检系统，其实现复杂度低，但是受限于调制格式和带宽，其传输速率较低，难以满足大规模增长的用户需求。相干技术可以极大的提升传输容量和传输效率。模分复用作为扩展传输容量的技术已经被广泛地研究用于高速光传输，少模多芯复用、波分复用等技术和相干技术相结合，可以达到在有限的频谱资源情况下最大限度扩容的目标。但相干技术同时存在结构复杂、硬件成本高、功耗大等问题，不适合直接用于成本敏感的接入网。对于模分复用系统，存在模式转换的问题。对于采用少模或者多芯复用技术的系统，存在信道间相互串绕的问题。因而需要进一步的研究，以解决上述问题和需求。.本课题的主要研究内容及成果：.1）对用于空分复用信号直接检测的解复用器件进行研究设计，完成了具有从单模光纤的基模到少模光纤的高阶模的模式转换功能的模分复用器的研制，并实现了16-QAM的156Gb/s、64-QAM的234Gb/s的SHD-FMF传输系统，实现了不需要频率偏移和相位噪声补偿低复杂度DSP传输方案，可应用于未来100Gb/s的无源光网络系统；.2）对少模多芯空分复用无源光网络的器件和系统优化进行了研究。研制了用于消除信号间拍频干扰的光纤型模分复用器。成功实现了100Gb/s的双模光纤（TMF）平衡探测光的正交频分复用（OFDM）系统传输。提出的均衡检测方案能够成功地去除SSBI，在是未来的大容量PON系统中具有潜力的方案。 .3）对波分复用无源光网络的系统构架展开研究，完成了一种大容量超密集波分复用无源光网络（UDWDM-PON）的系统架构方案，实现了实时的128×100-Gb/s下行相干UDWDM-PON系统，传输48km后功率预算可达到35db以上。提高了频谱利用率，提升了系统容量，优化了网络性能。.4）研究了基于空分复用的PON系统的结构和算法简化方案，采用偏振无关的相干检测方案，完成了单波50Gb/s的PAM4偏振无关外差相干检测的PON系统及测试。20/50 km SSMF传输分别实现了40dBm和39dBm的功率预算。成功实现了低成本高性能的的PON系统。