相干光通信系统中新型调制格式及模式复用技术的研究

发布时间：2017-04-08 15:27

  本文关键词：相干光通信系统中新型调制格式及模式复用技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着新的终端设备的大量涌现以及云计算和三维视频的广泛应用,人们对带宽的需求快速增长,高速率、大容量、高频谱效率的光通信网络成为下一代通信网络的发展主流。目前,100G的光传输网络正在全世界如火如荼的全面展开,400G光网络时代也日趋逼近。为进一步提高频谱效率、增加系统容量和降低传输成本,相干接收、数字信号处理、新型调制格式、多维度复用等关键技术不断突破,推动着光通信系统的持续发展。 然而,相干光通信系统中引入的相位噪声会导致严重的误码,极大地限制了系统的传输效率,且新型调制格式对相位噪声尤为敏感,因此研究适用于新型调制格式的载波相位估计算法十分必要。另一方面,轨道角动量(OAM)复用作为一种特殊的模式复用方式,增加了新的复用维度,成倍的增加了系统传输容量。但是,在空间相干光通信系统中,湍流扰动对OAM模式的影响及各模式之间的复用解复用和串扰问题仍是制约OAM技术发展的一个急需攻克的难关。 本文围绕相干光通信系统中新型调制格式及模式复用技术的研究这一主题,对新型调制格式下载波相位噪声补偿的实现及OAM模式间串扰展开深入研究和分析,主要创新工作如下： (1)搭建相干光通信仿真系统,实现了新型调制格式信号的加载和传输。探讨新型调制格式下的载波相位估计算法的性能,并对多种算法的误码率(BER)、误差矢量幅度(EVM)、光信噪比代价(OSNR Penalty)、复杂度进行详尽的分析和比较。 (2)针对64-QAM信号提出一种两阶段载波相位恢复算法,与传统盲相位搜索(BPS)算法相比,在获得相同噪声估计性能的同时,该算法的计算复杂度下降了约3倍。 (3)提出一种对调制格式透明的三阶段载波相位恢复算法。数字分析结果表明,对于32-,64-,和128-QAM调制格式,该算法的线宽容忍度分别达到1.4M,1.1M和224K,且与BPS算法相比,在保持相同性能情况下,复杂度分别降低了约3倍,5倍和7倍。 (4)仿真分析基于Kolmogorov的大气湍流对OAM模式相位和强度的影响及多模式复用串扰。研究表明,在弱湍流和中等湍流条件下,OAM模式间隔分别设置为1和3才能保证接收端模式的质量。
【关键词】：相干光通信系统 调制格式 载波相位估计 模式复用 轨道角动量复用
【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12-18
• 1.1 光通信的发展现状与发展趋势12-13
• 1.2 新型调制格式的研究现状及发展趋势13-14
• 1.3 模式复用技术的研究现状及发展趋势14-15
• 1.4 论文研究内容及结构安排15-16
• 参考文献16-18
• 第二章 相干光通信系统基础理论18-33
• 2.1 相干光通信系统18-22
• 2.1.1 数字相干光通信系统组成18-20
• 2.1.2 相干检测技术20-22
• 2.1.3 DSP技术22
• 2.2 新型调制格式22-29
• 2.2.1 光调制器原理23-25
• 2.2.2 新型调制格式25-29
• 2.3 相位噪声29-30
• 2.4 自发辐射噪声30-31
• 2.5 小结31
• 参考文献31-33
• 第三章 新型调制格式下的载波相位估计算法及性能分析33-50
• 3.1 M次方载波相位估计算法33-36
• 3.1.1 M次方算法原理34-35
• 3.1.2 M次方算法应用于QPSK35-36
• 3.2 基于QPSK的分割算法36-40
• 3.2.1 QPSK Partition算法原理37
• 3.2.2 QPSK Partition算法优化37-40
• 3.3 盲相位搜索算法40-43
• 3.3.1 BPS算法原理40-41
• 3.3.2 BPS算法仿真结果41-43
• 3.4 CPE算法性能分析43-47
• 3.4.1 BER性能分析43-44
• 3.4.2 EVM性能分析44-46
• 3.4.3 激光器线宽容忍度分析46-47
• 3.4.4 复杂度分析47
• 3.5 小结47-48
• 参考文献48-50
• 第四章 高阶调制格式下的载波相位估计算法及性能分析50-75
• 4.1 最大似然算法50-56
• 4.1.1 最大似然算法原理51-52
• 4.1.2 BPS与ML级联的CPE算法52-53
• 4.1.3 基于QPSK的分割算法与ML级联的CPE算法53-54
• 4.1.4 应用ML的两阶段CPE算法性能分析54-56
• 4.2 星座转移算法56-61
• 4.2.1 CT算法原理56-57
• 4.2.2 应用CT的两阶段CPE算法原理57-59
• 4.2.3 应用CT的两阶段CPE算法性能分析59-61
• 4.3 改进的星座转移算法61-65
• 4.3.1 MCT算法原理61-62
• 4.3.2 两阶段CPE算法BPS+MCT62-64
• 4.3.3 两阶段CPE算法BPS+MCT的性能分析64-65
• 4.4 交叉星座转移算法65-72
• 4.4.1 CCT算法原理65-68
• 4.4.2 应用CCT的三阶段级联算法68-69
• 4.4.3 应用CCT的三阶段级联算法的性能分析69-72
• 4.5 小结72-73
• 参考文献73-75
• 第五章 模式复用技术的研究75-86
• 5.1 模式分割复用技术75-78
• 5.1.1 模式的激励76-77
• 5.1.2 模式的复用77-78
• 5.2 轨道角动量复用78-80
• 5.2.1 OAM光束的产生和消除79
• 5.2.2 OAM光束的复用和解复用79-80
• 5.3 OAM光束传播特性80-84
• 5.3.1 OAM光束受大气湍流的影响80-81
• 5.3.2 大气湍流下光束传播特性及湍流对激光传输的影响81-82
• 5.3.3 OAM模式间的串扰分析82-84
• 5.4 小结84
• 参考文献84-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 工作总结86-87
• 6.2 下一步工作计划87-88
• 缩略词对照表88-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士期间发表学术论文情况91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 樊弋;张晓光;席丽霞;张文博;;改进的16进制正交幅度调制码的相位估计算法[J];光电子.激光;2011年12期

2 张霞;宿晓飞;张磊;席丽霞;张晓光;白成林;;折射率环状分布光纤中基于高阶贝塞尔函数的轨道角动量模式分析[J];中国激光;2014年12期

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本文编号：293170