相干光通信系统接收端关键数字信号处理算法的研究

发布时间：2017-04-09 12:06

  本文关键词：相干光通信系统接收端关键数字信号处理算法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于相干光纤通信系统具有高灵敏度和高频谱利用率的重要优点,加上近年来器件制作工艺水平的提升,结合一些先进调制格式的相干光纤通信技术已经成为新一代高速光通信网络最具发展前景的技术之一。而在系统接收端的数字信号处理部分的研究与创新也成为该技术中的重中之重。本文将对单载波偏分复用(polarization division multiplexing,PDM)高速相干光纤通信系统的接收端的一系列数字信号处理(digital signal processing,DSP)算法,从理论、系统、仿真三方面入手进行研究和分析。首先,本课题利用Matlab和VPI虚拟光学仪器实验平台搭建多级相位调制(n-PSK)、多级正交幅度调制(n-QAM)的单载波偏振复用高速相干光纤通信系统平台。依托于此平台,主要针对数字信号处理模块中的偏振解复用、时钟恢复、光载波相位恢复等模块进行了一系列调研、分析和测试。在时钟恢复方面,主要实现了反馈式全数字时钟同步的方案,其中的定时误差检测模块采用了Gardner算法对定时误差进行估计,给出了算法收敛曲线,并对不同OSNR下此算法在通信系统中的表现进行了仿真。在偏振解复用方面,主要比较了常模算法(constant modulus algorithm,CMA)、多模算法(multi modulus algorithm,MMA)、级联多模算法(cascaded multi modulus algorithm,CMMA)算法在系统中的性能,给出了各个算法的优缺点以及适用范围。给出了参数变化时各个算法的收敛曲线变化并讨论了如何选取适当的参数使得算法在通信系统中的表现最优化。比较了16QAM调制格式下各个算法的BER曲线。在光载波相位恢复方面,分别讨论了适用于QPSK调制格式下的Viterbi-Viterbi算法、适用于16QAM等调制格式下的QPSK分圈算法以及适用于任意阶QAM调制格式下的盲相位搜索(blind phase searching,BPS)算法,并测试了这些算法在系统中的表现。给出了相位噪声对Viterbi-Viterbi算法和QPSK分圈算法的最优平均长度的影响。仿真了在16QAM调制格式下,BPS算法的恢复效果图。分别计算出了BPS算法和QPSK分圈算法在16QAM调制格式下的OSNR代价及线宽容忍度。
【关键词】：光通信 相干检测 偏振解复用 时钟恢复 载波相位恢复
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 相干光纤通信技术概述9-11
• 1.2 国内外研究现状概况11-12
• 1.3 相干光纤通信的数字信号处理技术12-14
• 1.3.1 偏振解复用技术13
• 1.3.2 时钟恢复技术13
• 1.3.3 光载波相位恢复技术13-14
• 1.4 本文各章节主要内容14-15
• 第2章 单载波偏分复用相干光纤通信系统15-22
• 2.1 基于I/Q调制的高阶调制格式15-17
• 2.2 相干光纤通信系统中的链路损伤17-19
• 2.2.1 光纤损耗17
• 2.2.2 色度色散17-18
• 2.2.3 偏振模色散18
• 2.2.4 相位噪声18-19
• 2.2.5 非线性效应19
• 2.3 相干检测原理19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 时钟恢复技术22-32
• 3.1 Gardner算法23-24
• 3.2 时钟恢复模块的设计24-27
• 3.2.1 仿真系统框图24-25
• 3.2.2 插值滤波器25-26
• 3.2.3 环路滤波器和数控振荡器26-27
• 3.3 仿真结果27-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 偏振解复用技术32-46
• 4.1 常模算法34-35
• 4.2 多模算法35
• 4.3 级联多模算法35-36
• 4.4 仿真结果36-45
• 4.4.1 步长对算法的影响36-43
• 4.4.2 滤波器长度对算法的影响43-44
• 4.4.3 误码曲线44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 光载波相位恢复技术46-56
• 5.1 激光的相位噪声46-47
• 5.2 Viterbi-Viterbi算法47-49
• 5.3 QPSK分圈算法49-50
• 5.4 盲相位搜索（BPS）算法50-52
• 5.5 仿真结果52-55
• 5.6 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 潘立军;刘泽民;;两种改进的盲均衡算法[J];电路与系统学报;2006年02期

2 冯勇;闻和;张汉一;;偏振复用差分相移键控信号的数字相干解调与偏振解复用算法研究[J];光学学报;2010年05期

3 杨大龙;陈大海;张健;陈志强;;高阶调制通用恒模盲均衡算法[J];电子与信息学报;2012年12期

4 王安冬;刘岚;胡荣;刘武;;16QAM相干光接收相位恢复算法的研究[J];光通信研究;2013年05期

5 刘春香;励强华;张微微;谭鑫鑫;;掺铒光子晶体光纤非线性的研究[J];激光技术;2010年01期

6 徐金标，葛建华，，王新梅;一种新的盲均衡算法[J];通信学报;1995年03期

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本文编号：295199