宽带光矢量毫米波信号产生的理论和技术研究

The generation of vector millimeter-wave is a key technology to achieve high capacity millimeter-wave communication. Exploring stable and vector millimeter-wave system, with simple structure which is suitable for diverse optical network, and digital signal processing method have become important topics in optical communication. The project will focus on: vector millimeter-wave generation method with simple structure and stable performance; adaptive optical frequency multiplying scheme to achieve a stable multi-band millimeter-wave signal; high spectral efficiency and high sensitivity coherent reception technology based on DSP; dispersion insensitive vector millimeter-wave generation technology as well as the implementation and coordination of the various multi-dimensionality multiplexing technology. Through the innovative theoretical studies and scientific experimental works above, some aspects aim to have a breakthrough which include: vector millimeter-wave generation method with simple structure and stable performance; the new multi-channel vector signal transmission and joint digital signal processing algorithms; equalization and pre-coding technology with algorithm complexity optimization; high sensitivity digital signal processing algorithms in coherent reception; dispersion insensitive vector millimeter-wave generation technology with simple structure; vector millimeter-wave transmission structure based on MIMO architecture and algorithms. Expected achievements can lay the foundation for the future development of high-speed large-capacity millimeter-wave communication and application of digital signal processing.

矢量毫米波信号的产生是实现大容量毫米波通信的关键技术，探索结构简单、系统稳定和适用于多样化光网络的矢量毫米波信号及数字信号处理方法已成为光通信领域的一个重要课题。本项目将重要研究：性能稳定和结构简单的矢量毫米波信号产生方法；自适应光多倍频方案以实现稳定的多波段毫米波信号；高频谱效率和高灵敏度的基于DSP的相干接收技术；色散不敏感矢量毫米波产生技术以及各种多维复用技术的实现和协调融合。通过以上创新性理论研究工作和科学实验工作，拟在结构简单系统稳定新型矢量毫米波产生、新型的多信道矢量信号传输与联合数字信号处理算法、均衡预编码技术及算法复杂度优化方法、高灵敏度的相干接收数字信号处理算法、结构简单的色散不敏感矢量毫米波产生技术、基于MIMO结构光矢量毫米波传输结构与算法处理等方面实现重要突破。预期成果可为未来高速大容量毫米波通信的发展及数字信号处理方法的应用奠定坚实基础。

本项目主要是研究高速光矢量毫米波信号产生和传输。在光矢量信号结构优化、预编码算法及降低系统算法复杂度方面，我们提出了基于载波抑制调制的（3, 1）矢量信号产生方案，利用（3, 1）信号星座图外围3个点恒模且均匀分布特性，在光电二极管平方律的转换特性作用下，接收端的（3, 1）信号星座图与发送端的（3, 1）信号星座图重叠，只需在接收端DSP处理过程中，改变信号解映射方式。在实验中，通过采用载波抑制技术，实现了载波频率为12 GHz，传输速率为4-Gbaud，单模光纤25 km传输的（3, 1）光矢量信号产生和传输。另外，我们通过四倍频技术，实现了载波频率为88 GHz，传输速率为4-Gbaud，单模光纤10 km传输的（3, 1）光矢量信号产生和传输。以上两种方法皆不需要对信号进行幅度预编码和相位预编码处理，结构简单，算法复杂度低。.为了减少非线性效应的影响，我们在提出的（3, 1）矢量信号结合概率整形及LDPC编码技术。由于（3, 1）信号中心有一零点，该点可以有效减弱光纤色散效应。此外，利用概率整形技术，提高中心点出现的概率，可以降低系统非线性影响。在以上基础上添加LDPC编码技术，可以再进一步降低传输系统非线性对信号的影响。我们使用载波抑制方案，实现了载波频率24GHz，8 Gbit/s传输速率的PS的（3, 1）矢量信号20 km单模光纤传输。.在MIMO结构的复用结构，传输速率和容量方面，我们利用一对具有双极化方向的天线，同时传输X和Y偏振方向的二路矢量毫米波信号，实现了载波频率100 GHz，速率15-Gbaud无线传输15米的记录，同时传输了QPSK和16QAM信号，优化了MIMO系统结构，提高了系统的传输效率。