DMT调制在数据中心短距离光互联中的应用

摘要

数据中心流量已经成为当前通信网络流量的主导，并且预计2021年数据中心内部流量将占比70％以上，对短距离光互联提出了迫切的带宽需求。在数据中心短距离光互联系统中，从系统成本和功耗角度考虑，采用强度调制直接检测(Intensity Modulation And Direct Detection，IM/DD)的光通信系统是一种理想的选择。离散多音频(Discrete Multi-Tone，DMT)调制技术作为一种特殊的多载波调制(Multi-Carrier Modulation，MCM)技术，其子载波具有正交性，频谱利用率高。DMT可通过自适应调制格式和动态分配比特的方式分别给定每个子载波的调制格式和功率来最大限度地提高系统传输速率和性能。DMT技术在光纤通信领域研究中受到广泛关注，光DMT技术既保持了DMT技术频谱利用率高的优点，还能够有效地抵抗光纤色散造成的符号间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)和信道间干扰(Inter Channel Interference，ICI)。在对成本敏感的数据中心短距离光互联系统中是一种非常有前景的选择。
　　本文从DMT技术的研究意义出发，利用Optisystem和MATLAB平台搭建联合仿真系统。研究了DMT在短距离光通信中的应用，包括基本系统模型的分析、仿真平台的搭建和高性能系统的实现。具体工作如下:
　　首先，详细研究了以DMT为代表的调制技术在光通信系统的应用价值。本文的光DMT系统采用IM/DD的方式，IM/DD具有低成本和低复杂度的优势，被广泛应用在数据中心内的短距离光通信系统中。DMT采用回避恶劣信道、自适应调制格式、动态分配比特和添加保护间隔等关键技术，能够有效的补偿噪声和色散对系统性能的影响。
　　其次，实现了基于IM/DD的光DMT系统的传输，分别在10Gbps和56Gbps情况下对4QAM-DMT进行了系统性能仿真，分析了不同速率对系统性能的影响。
　　最后，研究了光DMT系统中关键参数对性能的影响，包括传输距离、入纤光功率和调制格式对系统的影响。分析得出:在入纤光功率较大的情况下，非线性效应会成为影响系统性能的重要因素。DMT具有较强的相对强度噪声容忍度和更强的热噪声容忍度。

目录

声明

致谢

摘要

缩略词表

1 绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 数据中心相关技术的研究

1．2．2光通信中的先进调制技术

1．3论文的主要研究内容及组织结构

1．3．1本文的研究内容

1．3．2本文的组织结构

2 DMT调制基本原理及关键技术

2．1 DMT调制技术

2．1．1 DMT基本原理

2．1．2 DMT信号在光通信中的调制和解调

2．1．3循环前缀对信号处理的影响

2．1．4 DMT的优势与不足

2．2 QAM调制技术

2．3单模光纤的色散

2．3．1基本关系式

2．3．2群时延

2．3．3 阶跃型单模光纤的色散

2．3．4单模光纤色散的一般描述

2．4本章小结

3 DMT系统的构建

3．1 MZM工作原理

3．2光DMT系统的构建

3．2．1仿真环境介绍

3．2．2基于强度调制直接检测的光DMT系统

3．2．3 DMT系统的构建

3．3 4QAM-DMT不同速率分析

3．4本章小结

4 光DMT系统的性能分析

4．1入纤光功率

4．1．1入纤光功率对系统的影响

4．1．2不同入纤光功率的仿真分析

4．2 112Gbps DMT和PAM4的仿真对比

4．2．1接收光功率

4．2．2发射机带宽

4．2．3相对强度噪声

4．2．4接收机热噪声

4．3本章小结

5 总结及展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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