基于相干光通信系统的光信噪比监测方法与轨道角动量模式复用技术的研究

发布时间：2017-10-16 03:42

  本文关键词：基于相干光通信系统的光信噪比监测方法与轨道角动量模式复用技术的研究

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【摘要】：随着移动互联网、云计算和物联网的快速发展,个人无线终端的大规模普及,全球网络流量和带宽的需求呈爆炸增长趋势,10G系统已经远远不能满足通信容量的要求。随着100G技术的逐渐商用,这无疑对光传输网络提出了更高的要求,波分复用光传输层的管理和维护面临挑战,因此能够进行实时在线的光性能监测成为必要。 光信噪比是光性能监测的关键参数之一,与光信号的质量和接收终端的误码率直接相关,其用途是光传输网络的配置、优化和预警。由于10G直接检测时代的光信噪比监测方案在100G相干检测系统中已不能继续沿用,因此需要研究新的有效的监测方法。 为了进一步增加传输速率和提高信道容量,本论文还对新的复用方式——轨道角动量进行了研究和探索。在自由空间光通信中,限制轨道角动量模式复用的主要因素是大气湍流扰动,会导致模式之间的串扰,限制模式间隔和个数,影响光通信系统的传输容量。 本文基于以上背景,主要研究了相干检测光通信系统中的光信噪比监测方法以及自由空间光通信中轨道角动量的模式串扰分析,主要工作如下： 1.分析了10G时代的各种光信噪比监测方案,包括带外测量法和带内测量法,并讨论了每种方案的优势和劣势,以及光纤信道中的物理损伤对监测结果的影响。另外阐述了100G相干接收系统中出现的光信噪比监测方案。 2.提出一种基于高阶统计矩法监测光信噪比的修正方案,给出了理论分析,并在112Gbit/s的PM-QPSK相干传输系统中进行了仿真验证。仿真结果表明：对于背靠背传输系统,在5dB～30dB的OSNR范围内监测误差均小于0.5dB；当参考OSNR为14dB时,0.5dB的监测误差对光纤信道的线性损伤均有很高的容忍度。 3.提出了Nyquist-WDM相干传输系统中基于导频辅助的OSNR监测方案,理论分析和推导了该方案的可行性,在VPITM仿真平台搭建传输系统,仿真结果表明,该监测方案对CD和PMD不敏感。 4.理论分析了轨道角动量模式之间的正交性,在实验中利用空间相位调制器生成不同的轨道角动量模式,仿真研究了不同模式在Kolmogorov大气湍流模型情况下的自由空间传输导致的模式畸变,以及在不同大气串扰强度下的模式间隔分配方案。仿真结果表明,在弱大气湍流条件下,连续轨道角动量模式可以作为短距离自由空间光通信中的模式分配方案。在中等大气湍流条件下,轨道角动量模式间隔应该至少为3,才能保证信号串扰不至于影响到接收端的信号提取。
【关键词】：相干通信 光信噪比监测 导频辅助 高阶统计矩 轨道角动量
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 光通信的发展、现状及趋势12-13
• 1.2 光信噪比监测技术的研究意义和发展现状13-15
• 1.3 轨道角动量在光通信中的发展和应用15-16
• 1.4 论文研究目标和主要创新点16-17
• 1.4.1 研究目标16
• 1.4.2 主要创新点16-17
• 1.5 论文章节安排17-18
• 1.6 参考文献18-21
• 第二章 光信噪比监测技术研究21-32
• 2.1 光信噪比参数21-22
• 2.2 带外光信噪比监测技术22-23
• 2.3 带内监测方案23-27
• 2.3.1 偏振置零法24-25
• 2.3.2 斯托克斯分量法25-26
• 2.3.3 干涉法26-27
• 2.3.4 其他监测方案27
• 2.4 高速相干光通信中新的光信噪比监测方案27-30
• 2.4.1 高阶统计矩法27-28
• 2.4.2 训练序列法28-30
• 2.5 参考文献30-32
• 第三章 PM-QPSK及Nyquist-WDM相干光通信系统中的光信噪比监测32-55
• 3.1 相干接收机的原理32-34
• 3.1.1 90度混频器32-33
• 3.1.2 光正交前端33-34
• 3.1.3 偏振分集相干接收机34
• 3.2 光纤链路中的损伤介绍34-39
• 3.2.1 光纤损耗34-36
• 3.2.2 光纤中色散36-38
• 3.2.3 光纤中的偏振模色散38
• 3.2.4 自发辐射噪声38-39
• 3.3 高阶统计矩法监测原理39-41
• 3.4 112Gbit/s的PM-QPSK相干接收系统中光性能监测41-47
• 3.4.1 PM-QPSK传输系统及光信噪比监测原理41-44
• 3.4.2 仿真系统及仿真结果分析与讨论44-47
• 3.5 基于导频辅助的Nyquist-WDM相干接收系统中的光性能监测47-53
• 3.5.1 Nyquist-WDM调制系统和光信噪比监测方案47-49
• 3.5.2 光信噪比监测原理49-51
• 3.5.3 仿真结果和分析51-53
• 3.6 本章小结53
• 3.7 参考文献53-55
• 第四章 自由空间光通信中轨道角动量传输的模式串扰55-66
• 4.1 轨道角动量复用技术55-59
• 4.1.1 OAM模式的产生56-58
• 4.1.2 OAM模式的检测58-59
• 4.2 基于Kolmogorov大气扰动模型的轨道角动量传输串扰的仿真分析59-64
• 4.2.1 Laguerre-Gauss光束59-61
• 4.2.2 大气湍流模型61-62
• 4.2.3 OAM模式串扰分析62-64
• 4.3 本章小结64-65
• 4.4 参考文献65-66
• 第五章 总结与展望66-69
• 5.1 论文工作总结66-67
• 5.2 未来工作展望67-69
• 缩略词69-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表论文情况72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 彭文雨;席丽霞;翁轩;张霞;赵东鹤;张晓光;;Novel in-band OSNR monitoring method based on polarization interference[J];Chinese Optics Letters;2013年08期

2 王龙;沈学举;张维安;董红军;何永强;;相位屏法研究平顶高斯光束的大气传输特性[J];激光与红外;2012年08期

3 张晓宏;易小波;刘翔;Peter J.Winzer;;ALU 1006传送技术以及向T比特时代的演进(英文)[J];中国通信;2013年04期

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本文编号：1040427