基于DSP的偏振解复用技术研究

发布时间：2020-06-06 19:14

【摘要】：在当今飞速发展的互联网时代,人们对于带宽的要求呈指数级增长,与此同时,随着科学技术的进步及光纤加工工艺的进步,骨干网的传输带宽也在飞速增长,随着调制格式,波分复用、偏振复用技术及数字相干技术的发展及应用,光纤传输系统的容量大大提高,逐步向着400Gb/s,甚至1Tb/s的传输速率迈进。在这些应用的技术中,有的需要对光纤媒介,进行升级换代,有的则可以在原有传输链路上实现系统增容,但是极大地增加了传输系统升级的成本。其中尤以偏振复用(Polarization Multiplexing,PM)技术的实现最为简单。由于光纤链路中传输的光信号偏振态随机发生变化,产生RSOP(Rotation of State of Polarization,RSOP)效应,在接收端通过解复用后不能得到状态稳定的两束光路,需要在接收端对其偏振态进行控制后实现解复用。由偏振复用实现的光通信系统,接收端采取的解复用方式分为了基于直接检测的光域实现和基于数字相干检测的电域实现。相干检测能够很好的抑制PMD(Polarization Mode Dispersion,PMD)、偏振相关损耗、非线性偏振旋转等,相较于直接检测有诸多优点,但是直接检测以其结构简单,简易操作,低成本等优点而仍有广泛应用。本文将对该两种方式实现的解复用系统分开展开研究,论文的主要工作和成果如下:(1)研究并设计了基于直接检测方式实现的偏振解复用系统。首先对基于本方案实现解复用过程进行详细的分析,给出其实现理论依据并经公式推导出反馈变量△V,给出了该反馈变量与输入光信号方位角和椭圆率的关系,通过实验验证了基于该方案实现的解复用系统对传输光信号的调制格式和速率透明。接着对基于粒子群优化算的反馈控制算法进行研究,在其基础上进行改进,提出了权重自适应调节的PSO(Particle Swarm Optimization,PSO),根据反馈值所处的区间动态的调整粒子搜索步长的大小。接着基于该方案,设计硬件,搭建实验平台,主要包括AD(Analog to Digital,AD)、DA(Digital to Analog,DA)转换模块,反馈变量采集部分,偏振控制器模块及电源管理模块。在该实验平台下完成上述的验证实验。最后通过实验对比了PSO和权重自适应调节PSO在偏振稳定和解复用方面的性能,后者无论在收敛成功率和收敛速率均有较大的提升。(2)对基于卡尔曼滤波器实现的数字相干解复用系统进行研究。首先对相干光通信系统进行了论述,研究了其系统的构成,发射端产生高阶调制格式的偏振复用光的原理,重点分析了接收端采取的偏振分集相干接收的原理。接着由浅入深的研究了扩展卡尔曼滤波器,并对其在应用中存在的不足提出了自适应的卡尔曼滤波器,动态的改变Q值,给出了相关的理论分析和公式推导。设计并构建了基于PM-16QAM的相干光通信仿真系统,首先对EKF(Extended Kalman Filter,EKF)在不同Q值下的解复用性能进行仿真,取其性能最优时的参数设置。接着研究了AKF(Adaptive Kalman Filter,AKF)对于偏振旋转频率的容忍度,得到105rad/s的限值远高于目前商用103rad/s的要求。最后则对比了在不同传输距离和OSNR(Optical Signal To Noise Ratio,OSNR)下EKF和AKF实现偏振解复用的性能,AKF相较于EKF,其收敛速度快了将近三倍,验证了Q值的动态变化对于系统实现收敛和解复用的重要性。
【图文】：

第一章绪论度的算法加以配合，以较低的成本实现复用信号的完全分离，是研究常看来，接收端采用直接检测方式的偏振复用系统，，基本上都是由ＰＣ、逡逑和ＤＡ、ＭＣＵ等构成，由于在ＰＢＳ端实现的解复用采用的是纯物理光路要在前面使用ＰＣ控制光信号的偏振态。直接检测方式实现的偏振解下图所不。逡逑偏振分析仪

频时的相位差等，较好的实现信号的均衡与补偿。基于相干接收技术的偏振复用逡逑通信系统中，其接收端的数字信号处理技术一直是研宄的重点，而寻找更快，更逡逑稳定的控制算法则是重中之重。一般的数字相干接收方案如图１－２所示。逡逑，！邋ＰＢ＼邋｜逡逑接收光信号邋１＾１逦ｊ逡逑［ｌｉｉｌＭ］逡逑ＰＢＳ逦逦邋，逦匚二＃里承１邋二］逡逑本地光信号逦ＺＩ逦‘邋度光混频器＋罕—＾邋＃？每板夏振食…：逡逑＾ｅ邋士４………：：……逡逑Ｉ逦）逡逑相干接收逦数字信号处理逡逑图１－２数字相干接收方案逡逑采用数字相干接收技术实现的偏振解复用方案，由于其传输的光信号采用高逡逑阶调制和较高的传输速率，且伴随着ＲＳＯＰ效应，传输中造成的信号损伤需要在逡逑接收端进行均衡与补偿，在用数字信号处理技术实现偏振解复用的同时完成对链逡逑路信号损伤的补偿。本文在介绍相干通信系统及相干接收机的原理后，搭建了基逡逑于ＰＭ－１６ＱＡＭ的光通信仿真系统，并针对扩展卡尔曼滤波器中的不足提出了自逡逑适应卡尔曼滤波器
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.11

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本文编号：2700134