基于直调直检的大容量光接入系统关键技术研究

Driven by the ever-increasing bandwidth demand of end users, next generation passive optical network is desired to provide higher capacity, wider coverage and larger amount of users. Nevertheless, the network operators are more concerned about how to reduce system cost and improve operating profit during the network upgrade. In the project, we propose a cost-efficient, high capacity optical access network based on direct modulation and direct detection (DM-DD) technology. The main target is to realize high-speed, multi-level signal transmission using low-bandwidth direct modulation lasers (DMLs). Signal recovery processes, including chirp management and frequency equalization are performed in optical domain using conventional devices such as optical filter and semiconductor optical amplifier (SOA), thereby relaxes the dependency on complex digital signal processing (DSP). Besides, the point to point transmitted wireless signal clamps the gain of EDFA, realizing burst signal amplification with conventional EDFAs. Based on the above techniques, we intend to demonstrate a DM-DD based high capacity TWDM-PON system, which can support 50-Gb/s/λ data rate and at least 128 users within 40-km distribution range. The feasibility of using directly modulated laser in high capacity PON system will be analyzed theoretically and experimentally. The project is expected to publish 6 papers on popular journals or international conferences and 2 patents.

支持大容量、广覆盖、多用户是下一代光接入网的发展方向；而简化网络架构、降低系统成本、提高运营利润是网络运营商的一贯诉求。本项目提出一种基于直接调制、直接检测技术的低成本、大容量光接入系统实现方案。其核心思想是采用低带宽直调激光器实现高速、多电平信号的调制，并利用常规光器件如光滤波器、半导体光放大器等完成高阶直调信号的啁啾管理和频域均衡，降低高速系统对复杂数字信号处理的依赖。此外，借助点对点传输的无线信号对EDFA的增益钳制效果，实现基于传统EDFA的突发信号放大。预期基于直调直检技术实现单波长50Gb/s、传输距离不低于40km、用户分光比不少于1:128的高速光接入网系统演示。本项目拟从理论分析、关键技术仿真和实验验证、完整系统演示与测试等方面，全方位论证系统方案的可行性，为直调直检技术在大容量光接入系统中的应用提供一定的理论依据和技术指导。预期发表高水平论文 6 篇，申请专利 2 项。

用户带宽需求的日益增长推动着无源光网络的发展。IEEE802.3ca正在制定的下一代EPON（NGEPON）标准，要实现25~100Gbps的接入速率，实现1-10Gbps以上到户，以应对未来10年的接入带宽需求。本项目结合NG-EPON实际应用需求，研究了基于商用窄带光收发器件实现的单波长50Gb/s及以上高速调制解调技术及信号处理方案，可以较低成本实现系统容量升级。. 项目研究了1）低复杂度接收端均衡技术；2）发送端预均衡技术；以及3）功率预算提升方案，实现了基于10Gb/s光收发器件的50Gb/s高速信号调制解调，支持C波段50km光纤传输，所提出的简化Volterra-DFE均衡算法与传统均衡算法相比复杂度降低50%以上；此外，采用发端预均衡与接收端均衡技术，结合多电平幅度调制，实现了基于25Gb/s光收发器件的112Gb/s光传输，在局端采用半导体光放大器实现超过30dB功率预算，可支持20km光纤传输，不少于1：128的用户分光。.本项目所完成的基于窄带光收发器件的大容量、长距离、高分光比接入系统演示，均采用强度调制直接检测技术，实现了在现有成熟器件基础上的大容量光接入，为光接入网向下一代的低成本平滑升级提供了技术支撑。相关工作得到中兴通讯关注与认可，合作产学研项目并获得上海市科委项目支持，联合发布了100G-EPON样机，并联合提交多项国际标准提案。相关研究成果在SCI期刊Optics Express, IEEE Photonics Journal，Optics Communication以及本领域重要国际会议上发表论文13篇，他引34次，申请发明专利一项。