面向全光网的矢量信号处理技术

刘宏璇

摘要：在光网演进发展过程中，矢量信号处理技术占有重要地位，无论是低时延的优势特点，还是高效率的实用特性，均大幅拓宽其应用发展领域。本文以面向全光网的矢量信号处理技术为探讨主题，从全光信号的调制格式、非线性光学效应与介质两方面分析其技术背景，阐述信号再生、格式转换等具体应用。

关键词：全光网;矢量信号处理技术;全光信号

分类号：TU50

引言：在全光网中傳输数据，需要运用到矢量信号处理这一关键技术，一方面其能够灵活支撑多样化的网络应用，另一方面其可以满足超长距离、超低时延等通信需求。在以往光网络数据传输中，采用的转换模式是“光—电—光”，而全光网络系统采用的是光信号处理与交换的形式，不存在转换处理产生的时延，也无需受到电域处理带宽的制约与限制。

一、全光信号处理技术背景

1.全光信号的调制格式

在信息承载对象不同的情况下，可以将全光信号调制格式划分为三种类型：一是ASK格式，其以光强度调制为基础。二是PSK格式，其以光相位调制为基础，。三是QAM格式，其融合了相位二维与光强度调制，采用正交振幅调制。

借助于低成本、简单化的直接检测方式接收信号，是幅度调制格式的优势特点。现阶段，高速率与大容量是传输网络的主要发展方向，要达到单载波400 Gbit/s的通信目标，增加波分侧传输容量，还需利用更高阶的调制格式[1]。

2.非线性光学效应与介质

在全光信号处理中，对非线性光学效应的应用是首要前提，本质意义上，其属于介质在面向光时的非线性响应。在介质中的光束传播，依靠电场作用形成电偶极子，感应非线性极化阶数的不同，从两方面划分非线性光学效应，一种是二阶非线性效应，另一种是三阶非线性效应。二阶非线性极化作用下，会致使出现三波混频现象，常见的包括SFG、SHG、以及DFG等（如图1）。而三阶非线性极化主要涉及到FWM、XPM、以及SPM（如图2）.

二、全光矢量信号处理应用

1.全光信号再生

在光通信中，面临的一项重要问题便是非线性噪声。无论是MPSK、还是MQAM，当相位发生随机性旋转时，均会对此类高级调制格式的信号质量带来严重影响，相位的幅度抖动也会对信号传输产生一定干扰。在介质中，借助于非线性相互作用，光场的相位敏感能够实现增益与衰减，例如，光纤中对FWM予以兼并（如图3），能够利用后者的超快速响应特性，提高产生谐波与叠加相干的效率，其实际速度也远高于数据调制频率（如图4）[2]。

2.全光信号格式转换

异构型是全光网的主要特征，其组成部分分为3 层，分别为接入网、城域网以及核心网。不同的面向应用也带来了不同属性，而信号调制格式便是核心属性之一（如图5）。要实现对异构信道的管理、互通互联各子网，全光网络必须具备一定的灵活性，借助于非线性光学效应，将格式转换能力赋予给交换节点，构建一个光学网关，实现整个异构信道的有效连接（如图6）[3]。

结束语：无论是多样化功能的持续发展需求，还是逐步提升的网络容量，都为光网络创设了广阔的发展空间，也随之带来了不小的压力与挑战。灵活运用矢量信号处理技术，优化全光数据传输，是满足超长距离超容量传输通信的必要手段。

参考文献：

[1]江魁，卢橹帆，潘玲，王宽锋.基于GPON的校园全光网建设与实践[J].深圳大学学报（理工版），2020，37（S1）：184-189.

[2]欧宏飞. 基于超低频矢量处理的水下目标高精度方位估计[D].杭州电子科技大学，2020.

[3]吕曜辉. 矢量阵自适应波束形成技术研究[D].哈尔滨工程大学，2018.

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