模式分集复用系统的频域均衡技术研究

发布时间：2018-04-15 06:00

本文选题：光纤通信 + 模式分集复用　；参考：《吉林大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着信息化社会的飞速发展,全球数据流量每年以超过50%的速度爆发式增长,传统的单模光纤通信系统容量已逐渐接近其香农极限值。作为可突破单模光纤容量瓶颈的一种新型扩容技术,基于少模光纤的模分复用技术以模式为新的自由度,通过少模光纤中有限的正交模式作为独立信道进行信息传送,可成倍提高系统传输容量。然而,实际的少模光纤中存在的色度色散、模式耦合和差分模式群时延等损伤,尤其后两者共同作用下会导致多路信号在空间上的信道串扰和时间上的码间干扰,严重劣化模分复用系统的传输性能。因此,如何有效补偿模式耦合与差分模式群时延等损伤,成功实现接收信号的模式解复用是模分复用系统的一个关键问题。本文围绕着模分复用系统中的接收信号解复用问题,深入分析了少模光纤的模式传输特性、损伤产生机制及其对模分复用系统的影响。在综合考虑传输损伤基础上,建立模分复用系统的数学模型,并搭建可实现多路在线数字信号处理的模分复用仿真系统。随后,运用时域多模算法(TD-MMA)和频域多模算法(FD-MMA)来消除模分复用系统中的信道串扰和码间干扰。为进一步提高算法收敛速度和降低频域均衡的复杂度,分别提出了频域联合判决多模算法(FD-JDMMA)和混合时频域符号型联合判决多模算法(Hybrid-SJDMMA)。本文所做的具体工作如下:1.对少模光纤的基本概念进行介绍,在数学上从光波导学角度推导了模分复用技术实现的物理基础——模式正交性。深入分析了模分复用系统中随机模式耦合、差分模式群时延和模式相关损耗传输损伤的产生机制。2.采用矩阵传输模型和非线性薛定谔方程相结合的方式,对模分复用系统进行数学建模。在此基础上,利用VPI仿真平台与Matlab编程软件,联合仿真搭建可实现多路在线数字信号处理的3×3单偏振和6×6双偏振模分复用仿真系统,并运用单偏振仿真系统对差分模式群时延和模式耦合进行了传输特性分析。3.对TD-MMA算法和FD-MMA算法的实现原理进行介绍,分别分析了二者计算复杂度与模分复用系统中模式数目和总差分模式群时延的数学关系。通过6×6双偏振模分复用仿真系统对两种算法进行仿真验证,分别对比了4QAM和16QAM调制格式下两种算法的解复用效果。仿真结果表明,FD-MMA可有效降低TD-MMA的计算复杂度,并保持与TD-MMA相近的均衡性能。4.在FD-MMA算法基础上,提出了两种改进算法——FD-JDMMA算法和Hybrid-SJDMMA算法。FD-JDMMA在FD-MMA误差函数基础上,同时计算统计模值误差和判决模值误差,最终将获得的联合误差用于迭代更新均衡器的权重系数,以加快均衡器系数收敛。Hybrid-SJDMMA算法在FD-JDMMA基础上,通过舍弃误差项的全部幅度信息而只保留其符号,可简化均衡器的权重更新过程,使其在时域下进行迭代更新而无需复数乘法,继而降低频域均衡的计算复杂度。将提出的两种算法用于6×6双偏振模分复用仿真系统,并分别与FD-MMA对比了4QAM和16QAM调制格式下两种算法的解复用效果。仿真结果表明,FD-JDMMA具有与FD-MMA相近的计算复杂度,在高阶16QAM调制信号时展现出更优的误码性能;当达到系统目标误码率10-3时,对4QAM和16QAM调制信号,FD-JDMMA所需的码元长度比FD-MMA都降低50%。Hybrid-SJDMMA算法能实现与FD-MMA近似的误码性能和收敛速度,且其复杂度约为FD-MMA的一半,具有复杂度上的优势。
[Abstract]:With the rapid development of information society , the global data traffic burst at a rate of more than 50 % each year , and the traditional single mode fiber communication system has gradually approached its Shannon limit . has the advantage of complexity .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.11

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