基于光频梳的弹性正交频分复用无源光网络系统关键技术研究

Passive optical network is a promising solution for broadband fiber access. With the emergence of new business, the requirement of access bandwidth is growing sharply which makes WDM-PON become a trend. However, the inherent bandwidth over-provisioning and inflexible bandwidth adjustment of WDM-PON that induce new technology to be improved in urgent. Similar with WDM-PON, OFDM-PON is also a multiplexing method, the difference is higher spectrum efficiency. In current studies, several OFDM-PON suggestions have been proposed. The unique advantages of optical OFDM help it win wide attention as a new access mechanism. Nevertheless, researches about the elastic and seemless access are still rare. This project propose an elastic OFDM-PON system based on optical comb line by which to realize colorless ONU and supply frequency stable source and flexible grid structure. We can implement electrical domain and optical domain seemless access with multi-channel digital orthogonal filter and orthogonal bandwidth multiplexing. We will achieve a 10Gb/s real time transceiver for OFDM-PON system at last. The results will be applied in next generation PON to meet the bandwidth upgrading and dynamic network traffic increasing.

无源光网络是极具潜力的宽带光纤接入网方案。随着各种新业务的兴起，对网络j带宽要求日益增长，WDM-PON已经成为必然选择。然而，WDM-PON固有的带宽过度配置和无法动态带宽调节的缺陷，亟待新的技术加以完善。与WDM-PON类似，OFDM-PON也是一种频带复用方式，不同的是频谱利用率更高。光OFDM技术所特有的优点，使其作为一种新型的接入网机制受到广泛关注。在现有研究中，已经提出了多种OFDM-PON方案。然而，围绕弹性OFDM接入机制和无缝接入的研究尚不多见。本课题提出基于光频梳的OFDM-PON系统方案，利用光频梳实现ONU无色，提供频率稳定的光源和灵活的栅格结构，通过多通道数字正交滤波器组与光正交频复用两种方法实现电域与光域的无缝接入，实现实时10Gb/s的OFDM-PON系统。本课题的研究成果可以应用到下一代PON系统，满足带宽升级和网络流量动态性加剧的要求。

本课题围绕未来光纤接入网物理层传输研究这一热点问题，提出了基于光频梳的弹性带宽接入网的理论模型，并完成实验验证。通过结合光频梳与OFDM技术的特点，采用自适应带宽分配与信道均衡，满足未来对低成本、弹性带宽、高速无缝接入的要求。项目主要研究内容包括：.(1)基于光正交频带复用的弹性OFDM-PON研究：结合弹性带宽与OFDM技术的特点，先后提出非均匀子载波分配和自适应调制的弹性带宽接入，以及一种新型的同步算法，解决了同步准确性问题。通过数字相干叠加，增加了对激光器线宽、光纤非线性效应的容忍性。.(2)基于直接调制的弹性OFDM-PON研究：提出基于直接调制的低成本弹性PON系统模型，研究了自适应子载波和比特分配的弹性带宽配置方法和非线性补偿方法，实现50Gb/s信号传输50km。研究直接调制强度探测的频率选择性衰落问题，分析基于Volterra滤波器的非线性信道均衡技术，提出一种截断Volterra技术，在保证传输性能下降低算法的复杂度。.(3)基于强度调制直接探测的上行信道均衡技术研究：先后提出一种增强性联合均衡算法，补偿线性与非线性信号损伤，以及一种稀疏Volterra算法降低信号处理的复杂度。提出一种Kramers-Kronig的直接探测接收机结构，通过在接收机加入虚拟载波补偿信号拍频噪声。通过实验验证，采用增强性联合均衡器以及Kramers-Kronig实现了81920 Gb/s×km的速率距离积的记录.(4)基于光频梳的OFDM-PON技术研究：研究适用于OFDM-PON系统的单根光频梳提取方法，提出采用注入锁定进行全光交换实现单根光梳的提取，对光频梳频率间隔可调范围和功率起伏大小进行优化设计。搭建了基于微环克尔光频梳的弹性OFDM-PON实验系统，实现了基于光频梳的325 Gb/s（13× 25Gb/s）的信号传输，完成了弹性光OFDM接入的带宽自适应和灵活性验证。.通过本项目的资助，项目组在弹性带宽接入、以及自适应均衡算法等方面取得了重要研究成果，发表论文31篇（含SCI期刊论文15篇），申请发明专利8项，获授权专利2项。目前相关研究还在继续，已有3篇SCI文章已录用将在2018年发表，在未来2-3年还将有后续研究成果推出。