偏振复用—相干光通信系统中的数字信号处理算法研究

发布时间：2017-09-21 09:46

  本文关键词：偏振复用—相干光通信系统中的数字信号处理算法研究

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【摘要】：本文主要对偏振复用-相干光通信的原理和线性损伤补偿算法进行了描述,同时也介绍了OFDM这一调制技术,重点通过理论分析、仿真和实验对相干光通信中的偏振解复用技术进行了研究。通过理论分析和仿真对频率偏移和相位噪声进行了研究。论文的主要内容和创新点如下：(1)概述并分析了光纤信道的物理模型,分析并研究了相干光通信的原理和接收机的组成部分和结构,阐述了偏振复用相干光通信中数字信号处理的一般流程和算法。介绍了OFDM的基本理念,并描述了实现方式。(2)分析并研究了偏振传输信道的模型,研究了单载波和OFDM中的偏振解复用算法。详细分析并研究了斯托克斯空间的偏振解复用算法(SS)。在OFDM调制时,SS跟踪时变的偏振信道性能不佳的背景下,通过引入迭代的SS算法(SS-adp),改善了这一问题。并且证明在引入PDL和时变偏振信道的情况下,SS-adp依然继承了SS无奇异性和可以使用PDL补偿算法的特性。(3)分别搭建了偏振复用-相干光通信的仿真平台和实验系统。逐一在仿真和实验中,验证了适用于OFDM调制格式的各项处理算法的正常运行,主要是频偏补偿,偏振解复用,相位噪声估计和信道估计。通过加入时变的偏振旋转,仿真证明了OFDM调制下,SS-adp算法相比SS在最大时有6.78dB的提升,应用PDL补偿后的SS-adp算法相比没有PDL补偿时,平均有2.5dB的提升。通过分析斯托克斯就空间的信号散布,指出SS算法无力跟踪快速偏振变化的原因是因为信号点退化之后无法构成一个平面,从而无法精准的解除偏振混叠。通过背靠背和50km的光纤传输实验验证了仿真的内容,应用SS-adp对抗时变偏振旋转对比SS算法最大有2.63dB的提升,补偿PDL则平均带来了0.7dB的提升。(4)通过公式推导分析了相位噪声和频率偏移对相干光OFDM造成的损伤与激光器线宽,子载波带宽,OFDM符号长度的关系。引用公式说明了基于PCTW的数字相干叠加可以通过互反的效应来消除相位噪声造成的ICI,并提出这种技术同时可以消除频偏带来的ICI。通过仿真说明了在一定的激光器线宽和相对频率偏移下,基于PCTW的数字相干叠加确实可以消除之前提到的ICI。
【关键词】：相干光通信 偏振复用 斯托克斯空间 正交频分复用 电域均衡
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1;TN911.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 缩略词表12-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 引言14-15
• 1.2 偏振复用-相干光通信系统15-17
• 1.3 基于OFDM的偏振复用-相干光通信系统17
• 1.4 论文主要内容和结构17-19
• 第二章 偏振复用-相干光通信系统的基础理论19-32
• 2.1 光纤信道19-23
• 2.1.1 色散20
• 2.1.2 偏振相关效应20-21
• 2.1.3 非线性效应21-23
• 2.2 相干光接收的原理和结构23-29
• 2.2.1 相干光接收机的基本原理23-25
• 2.2.2 外差检测与零差检测25-26
• 2.2.3 相位分集接收26-27
• 2.2.4 偏振分集接收27-28
• 2.2.5 数字信号处理模块28-29
• 2.3 相干光OFDM系统29-31
• 2.3.1 OFDM的基本理念29-30
• 2.3.2 OFDM的离散傅里叶变换实现30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 偏振解复用技术的研究32-46
• 3.1 偏振解复用算法的基本模型33
• 3.2 恒模算法CMA33-35
• 3.3 基于频域平均的OFDM的训练符号偏振解复用算法35-36
• 3.4 基于斯托克斯空间中拟合面的偏振解复用算法36-40
• 3.4.1 SS偏振解复用算法原理36-39
• 3.4.2 SS偏振解复用算法实现形式和性能讨论39-40
• 3.5 迭代形式的斯托克斯空间偏振解复用算法40-45
• 3.5.1 引入时变和PDL的偏振传输信道模型40-41
• 3.5.2 迭代SS偏振解复用算法的原理41-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 相干OFDM系统中偏振解复用算法的仿真与实验46-62
• 4.1 偏振复用-相干光OFDM仿真平台介绍46-48
• 4.2 仿真结果和分析48-56
• 4.2.1 数字信号处理流程验证48
• 4.2.2 SS-adp算法的仿真结果与分析48-56
• 4.3 实验设置与结果56-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 相干光通信中的相位噪声与频率偏移补偿算法的研究62-69
• 5.1 相位噪声和频偏的数学模型62-63
• 5.2 基于导频的相位噪声补偿算法63-65
• 5.3 基于前导符号的频偏补偿算法65
• 5.4 基于PCTW的数字相干叠加算法65-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 全文总结与展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 后续工作的展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的成果76

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本文编号：893785