第一章绪论
1.1新型光调制格式的研究背景
近年来，随着智能手机、平板电脑和高清数字电视等终端设备的迅速普及，人们对高效率、高质量的多媒体业务、实时/准实时业务和韋带视频业务等新兴.数据业务的应用需求不断增长，各种终端设备产生旳数据量及其增长速度，超过了历史上的任何一个时期。特别是进入“大数据”时代以后，飞速增加的数据流向和流量，对通信网络的传输速率和容量提出了更高的要求。从超高速、超大容量和超长距离光纤骨干网，到进入亿万百姓家庭的光纤接入网，光纤通信领域正面临着一场新的技术革命。20世纪80年代后期，由于波分复用（WDM)技术和掺铒光纤放大器(EDFA)技术的应用，使得光纤通信系统的传输速率得到成倍增长；进入90年代，由于激光器输出波长稳定性的提高和光滤波技术的采用，使光纤通信系统单信道速率从2.5Gbit/s提高到10 Gbit/s; 2000年，通过提高波分复用度，将单根光纤上的传输信道增加到100个，从而使其通信总速率达到了 ITbit/s;在这之后，由于采用频谱效率更高的调制格式，单信道通信速率从l0Gbit/s很快提高到了 40Gbit/s。目前，采用高阶新型调制格式的波分复用（WDM)光纤通信系统，己经实现单信道l00Gb/s、系统l0Tbit/s的传输速率。随着各种新技术的投入使用，光纤通信系统的单信道传输速率和通信容量将进一步得到提高。或许在今后10年之内，光纤通信系统的单信道传输速率将会达到400Gbit/s、1 Tbit/s，甚至更高。在光纤通信系统光信号传输的光纤信道中，损耗、色散和非线性效应是限制光信号高速率、大容量和长距离传输的三个关键因素。随着生产工艺的不断改进，在光纤的三个低损耗窗口，其损耗已经分别降至 3dB/km (850nm 窗口）、0.35 dB/km (ISl0nra 窗口）和 0.15dB/km(r550mn窗口）以下。而掺银光纤放大器的使用，使光纤损耗这一因素不再是限制系统传输距离的主要问题。
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1.2国内外研究现状
近年来，国内外对各种新型调制格式在光通信领域中的应用做了大量研究，重点主要集中在改善单载频调制效率、对各种单载频调制方式进行混合优化和探索新的光调制方式3个方面。到目前为止，尚未见载频抑制归零-频移键控-星形16阶正交振幅调制-交替偏振键控（CSRZ-FSK-星形16QAM-AP01)这一新型调制格式的相关报道。国内外的研究主要有：基于强度的归零调制（RZ) [1]、载波抑制归零调制(CSRZ) [2]、双二进制三电平幅度调制（TL-DM)和多阶正交振幅调制(MQAM) ；基于频率的频率调制（FSK) 基于相位的多阶相位调制(MPSK),差分相位调制（DPSK)和差分正交相位调制（DQPSK)基于偏振的偏振复用（PolMUX) 和双二进制偏振相位键控（DPolSK)以及由上述调制格式混合而成的双二进制幅度-相位键控调制（AM-PSK)、幅度-差分键控调制（ASK-DPSK)、幅度-差分四相键控调制（ASK-DQPSK)、载波抑制归零-差分正交相移键控-偏振复用（PolMUX-CSRZ-DQPSK)、载波抑制归零-频移键控-交替偏振调制（APol-CSRZ-FSK)等。
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第二章光通信的几个关键器件
2. 1光的頼合
根据光纤倏逝场模式理论，如果两t波导靠得很近，一个波导的倏逝场将会部分地渗透到另一个波导中，从而使光的能量从一个波导转移到另一波导。马赫曾德尔调制器的输入端和输出端均使用了光纤親合器（3dB光分束器和3dB光合束器)。通过在光分束器的两输出支路上分别加入相位调制器，并在两输出支路的相位调制器上施加互为反相的调制电压和偏置电压，使得两个相位调制器以推挽方式工作，由于两支路上的信号相位之和为0，当相位之差为0或TT时，信号在为0、TT两个相位点上同相叠加和反相抵消，从而实现信号的ASK调制；而当两支路上的信号相位之和不为0，只有相位之差为0或TT时，通过信号在为0、TT两个相位点上的同相叠加和反相抵消，实现信号的ASK-PM调制。作为3dB光分束器与光合束器的另一种重要应用，马赫曾德尔比特延时干涉仪则是在分束器的两输出支路之一上加入延时器，通过延时使该支路信号产生相位偏移，其作用是将混频产生的两路反相的光信号，加在光平衡检测器的两个光电二极管上，通过对其转换电流的相长和相消，实现对接收光信号的检测。
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2.2光的调制
在光通信系统中，常见的外调制器有相位调制器（PM)、马赫增德尔(MZM)调制器、IQ调制器（IQM)和电吸收调制器（EAM)等。时序恢复用于校正收发机时钟的时序相位和频率偏差，可通过在数字域插值实现或在模数转换（ADC)中直接完成。前置数字nR均衡器用于对长距离累积色散的补偿，基于快速傅立叶变换(FTT)的频域均衡器，因其易于实现而更为可行。自适应数字均衡器通常起信号补偿作用，对偏振恢复和解复用、偏振态色散和本地色散，以及窄带滤波引起的各种信号损伤进行补偿。本章从光的倏逝场理论入手，通过传输矩阵等数学方法，全面详细地分析了光纤顆合器、各种光调制器、90混频器，偏振分集接收器和光电平衡检测器等光通信关键器件的工作原理，详细描述了各器件在光通信系统中的调制/解调性能。重点对赫曾德尔强度调制器作为ASK、PSK和ASK-PSK调制器和比特延时干涉仪的机理进行了详细描述，对90°光混频器、偏振分集接收器和光电平衡检测器在光通信系统中的功能和作用从理论上作了详细分析，为后续章节的应用打好基础。
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第三章新型光调制格式的设计..........27
3.1 CSRZ-FSK调制格式.........27
3.2星形16QAM调制格式......... 29
3.3 APol调制格式 30
3.4 GSRZ-FSK-16QAM-APi调制格式......... 32
3. 5 本章小结.........35
第四章新型调制格式光信号的传输与接收......... 36
4.1光纤信道的传输特性 .........36
4.1.1光纤信道的数学描述.........38
4.1.2光纤信道的参数......... 39
4. 3 本章小结.........42
第五章新型调制格式光信号通过光纤信道传输的仿真.........44
5.1 CSRZ-FSK-16QAM_APo信号发射机仿真模型.........44
5.2光纤信道的传输特性仿真.........46
5. 3 CSRZ-FSK-16QAM-AP01格式接收机仿真模型......... 48
5.4 CSRZ-FSK-16QAM-APo I信号通过光纤信道.........49
5.5本章小结.........50
第五章新型调制格式光信号通过光纤信道传输的仿真
5. 1 CSRZ-FSK-16QAM-APO1信号发射机仿真模型
CSRZ-FSK-16QAM-AP01新型调制格式光信号由FSK、16QAM和APol三种调制方式产生，本文在分别建立CSRZ-FSK、星形16QAM和APol调制仿真模型的基础上，最终建立如图5-2所示的CSRZ-FSK-16QAM-APol新型调制格式仿真模型。根据式(4-3)非线性薛定谔方程（NLSE)，采用矩阵级联方式构成的标量形式的非线性光纤信道仿真模型如图5-15所示。模型中的非线性光纤信道仿真程序见附录1。整个仿真的基本思路是：当输入脉冲信号的峰值功率P。大于设定的光纤非线性阈值P-non-thres时，将时间长度为N的输入信号u。分为rit份，通过快速傅立叶变换（FFT)，求出光纤对脉冲信号的线性和非线性影响，最终得到输出信号。在矢量形式的仿真模型中，标量形式光纤信道仿真模型中已有的变量，分别按光纤的两个本征态进行了定义，并增加了反映光纤偏振模色散（PMD)特性的变量。这些变量及其在仿真程序中的作用见表5-2。
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总结
随着智能手机等各种数据终端设备的迅速普及，人们对通信容量和通信带宽的需求日益增长，“大数据“时代数据流向和流量的飞速增加，使新型光调制格式越发受到国内外研究人员的重视。
CSRZ-FSK-16QAM-AP01等新型调制格式混合优化了振幅、频率、相位和偏振调制格式的特点，这类光信号多阶调制格式己成为下一代光通信系统关注的重点。本文就CSRZ-FSK-16QAM-APol新型调制格式涉及的理论和MATLAB/Simulink仿真,以光通信关键器件原理为切入点，开展了较为深入的研宄和探索；就光纤信道的色散和各种非线性效应的影响，采用分段分步傅立叶(SSFM)数值法求解非线性薛定谔方程（NLSE)的方法，建立了标量和矢量信道仿真模型。通过将CSRZ-FSK-16QAM-AP01格式光信号在这一光纤信道模型中进行传输，对该信号受光纤信道的色散和非线性效应的影响进行了分析。主要内容包括以下几个部分：
1.在广泛阅读国内外光通信研究领域的相关文献的基础上，对光的调制、解调和光纤信道特性的研宄现状、重点和热点进行了分析；就光的调制、解调和光纤信道进行了 MATLAB/Sinmlink仿真研究。
2.从光的耦合原理入手，分析了光纤耦合器、相位调制器、马赫曾德尔调制器、IQ调制器、90°混频器，偏振分集接收器和光电平衡检测器等光通信关键器件的工作原理，详细描述了各器件在光通信系统中的特点。
3.通过深入研究了CSRZ-FSK、星形16QAM和APol调制格式产生的原理，建立了 CSRZ-FSK、星形16QAM和APol调制格式的数学模型，综合ASKFSK、PSK和APol调制技术,从原理上创新性地提出并建立了 CSRZ-FSK-I6QAM-AP0I新型调制格式的结构和仿真模型。
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参考文献（略）