单波长信道超100Gbps DWDM系统关键技术研究

发布时间：2017-04-04 12:01

  本文关键词：单波长信道超100Gbps DWDM系统关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：互联网应用的广泛普及和各种宽带业务的不断涌现使宽带业务量和通信网络容量持续快速增长,给作为信息高速公路基础设施的光纤传输网带来了巨大的承载压力,迫切需要掌握更高速率、更长距离的新型光纤传输技术。单波长信道超100Gbps相干光传输是未来超高速大容量长距离骨干传输网的关键支撑技术。随着信道速率和频谱效率的提升,超100Gbps系统对各种损伤更加敏感,电域DSP算法面临着计算复杂度高、多损伤相互制约、芯片处理速度要求高等关键难题。本文对PM-CO-OFDM系统符号、采样时钟和载波频率联合同步方案,并行DSP处理机制,低复杂度非线性补偿算法及Nyquist WDM系统低复杂度强滤波损伤及非线性补偿算法进行了深入研究,并取得了创新性研究成果。本文主要创新点和研究工作如下： 1、CO-OFDM系统需要保证子载波相互正交,因此高精度的同步算法不可或缺。现有方法多针对特定的同步损伤估计与补偿,未考虑多种同步损伤之间的相互影响,实际应用中将严重影响系统性能。针对以上难题,提出了一种符号、采样时钟和载波频率联合同步方案。该方案首先利用信道均衡算法补偿采样时钟定时偏差和符号同步偏差,然后根据采样时钟频率偏差和残余载波频率偏差与子载波、相对符号位置成线性关系的性质估计此部分偏差,最后将估计结果反馈到时域进行补偿。480Gbps PM-16QAM CO-OFDM系统仿真结果表明,所提联合同步方案能够实现符号、采样时钟及载波频率同步,采样时钟频率同步范围达到+2000ppm,载波频率同步范围达到±3.5GHz,与理想情况相比不存在OSNR代价。 2、分析了色散补偿、符号同步、载波频率同步、采样时钟同步、信道均衡、相位恢复等核心CO-OFDM DSP算法工作机理,权衡了芯片所需资源／面积与处理速度之间的矛盾,提出了一种利用色散均衡与子载波倍数关系确定最优并行路数的CO-OFDM相干接收DSP算法并行处理机制。该机制首先利用各并行支路误差函数不变及已知并行位置信息的性质,解决了插值滤波器控制参量前后相关联的计算方法不能适用于并行处理模式的问题；然后使用双训练符号的双相关峰值判决机制,解决了单纯串并变化破坏传统符号同步算法相关峰值的问题。仿真结果表明,480Gbps PM-16QAM CO-OFDM光纤传输系统DSP算法芯片时钟频率较串行处理可降低3个数量级。 3、反向传播方法色散和非线性独立分段补偿,只有增大分段数才可能忽视色散与非线性之间的关联,近似反映真实光纤传输过程,导致复杂度过高,难以硬件实现。针对以上难题,提出了一种采用功率串扰作为补偿权重的CO-OFDM系统非线性损伤补偿方法以降低计算复杂度。该算法首先通过基于训练序列的信道估计方法得到色散总量,然后通过分析色散在CO-OFDM系统中造成的ISI/ICI,进而得到不同样值之间的功率串扰权重,并引入传统反向传播方法进行非线性补偿。算法非线性补偿过程中由于引入了反映色散与非线性相关性的权重,减小了分段数,进而降低了复杂度。480Gbps PM-16QAM CO-OFDM系统仿真结果表明,该算法与传统反向传播方法达到相当性能,计算复杂度可降低接近30%。 4、为了解决Nyquist WDM系统强滤波及光纤非线性损伤补偿算法性能与计算复杂度之间的矛盾,提出了一种基于内积运算的MAP算法以降低强滤波及光纤非线性补偿算法的计算复杂度。该算法在MAP软判决算法基础上,利用内积运算代替原算法中的计算最小欧式距离的过程,省去了对接收信号功率和训练序列功率的计算,降低了算法复杂度。1.2Tbps PM-QPSK Nyquist WDM系统仿真结果及1.024Tbps PM-QPSK Nyquist WDM系统离线实验结果表明,该算法与传统MAP算法达到相当性能,计算复杂度可降低50%。此外,参与完成了1.2Tbps PM-QPSK Nyquist WDM实时长距离传输系统实验。
【关键词】：超100Gbps 正交频分复用 奈奎斯特波分复用 DSP算法
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 高速大容量光纤传输技术的发展趋势与研究意义12-15
• 1.1.1 发展趋势12-14
• 1.1.2 研究意义14-15
• 1.2 单波长信道超100Gb/s传输的研究现状及需要解决的问题15-20
• 1.2.1 超100Gb/s传输系统研究现状15-17
• 1.2.2 需要解决的问题17-20
• 1.3 论文的主要研究内容和结构安排20-22
• 参考文献22-28
• 第二章 符号、采样时钟和载波频率联合同步方案的研究28-49
• 2.1 引言28-29
• 2.2 同步偏差对CO-OFDM系统的影响29-34
• 2.2.1 同步偏差影响的数学模型29-31
• 2.2.2 采样时钟定时偏差和符号同步偏差的影响分析31-32
• 2.2.3 采样时钟频率偏差和残余载波频率偏差的影响分析32-34
• 2.3 符号同步、采样时钟与载波频率联合同步方案原理34-40
• 2.3.1 联合处理方案DSP算法流程34-35
• 2.3.2 信道均衡算法补偿采样时钟定时偏差和符号同步偏差原理35-39
• 2.3.3 残余载波频偏及采样时钟频率偏差估计原理39-40
• 2.4 联合同步方案仿真结果及性能分析40-45
• 2.4.1 联合处理方案系统仿真模型40-41
• 2.4.2 仿真结果与性能分析41-45
• 2.5 本章小结45-47
• 参考文献47-49
• 第三章 CO-OFDM接收机并行DSP处理机制的研究49-67
• 3.1 引言49
• 3.2 CO-OFDM接收机并行DSP机制49-59
• 3.2.1 CO-OFDM接收机并行DSP处理机制的设计50-52
• 3.2.2 双符号并行同步算法原理52-55
• 3.2.3 并行基多项式插值滤波器设计55-58
• 3.2.4 并行DSP处理机制资源分析58-59
• 3.3 并行DSP处理机制的仿真结果及性能分析59-64
• 3.3.1 并行DSP处理机制系统仿真模型60-61
• 3.3.2 仿真结果及性能分析61-64
• 3.4 本章小结64-65
• 参考文献65-67
• 第四章 CO-OFDM系统低复杂度非线性补偿算法的研究67-83
• 4.1 引言67
• 4.2 基于功率权重的CO-OFDM系统非线性补偿算法原理67-75
• 4.2.1 反向传播算法原理67-68
• 4.2.2 色散与非线性关系及色散引起功率串扰影响分析68-72
• 4.2.3 基于信道估计训练序列的动态色散估计算法72-73
• 4.2.4 基于功率串扰权重的CO-OFDM系统非线性补偿算法DSP流程73-75
• 4.3 基于功率串扰权重的非线性补偿算法仿真结果与分析75-79
• 4.3.1 算法仿真系统模型75-76
• 4.3.2 算法仿真结果与分析76-79
• 4.4 本章小结79-80
• 参考文献80-83
• 第五章 Nyquist WDM系统低复杂度强滤波和光纤非线性损伤补偿算法的研究83-100
• 5.1 引言83
• 5.2 基于内积运算的强滤波和光纤非线性损伤补偿算法原理83-86
• 5.2.1 传统MAP算法原理84-85
• 5.2.2 基于内积运算的MAP算法原理及计算复杂度85-86
• 5.3 基于内积运算的MAP算法仿真分析及实验验证86-94
• 5.3.1 1.2Tb/s PM-QPSK调制Nyquist WDM系统仿真模型86-88
• 5.3.2 算法仿真结果与分析88-90
• 5.3.3 112Gb/s PM-QPSK系统非线性补偿性能离线实验验证90-92
• 5.3.4 1.024 Tb/s PM-QPSK Nyquist WDM系统离线实验验证92-94
• 5.4 单波长信道1.2Tb/s PM-QPSK调制Nyquist WDM系统实时实验94-97
• 5.5 本章小结97-98
• 参考文献98-100
• 第六章 论文总结与展望100-103
• 6.1 工作总结100-101
• 6.2 未来工作展望101-103
• 缩略词索引103-106
• 致谢106-107
• 攻读博士期间发表论文及参与科研项目情况107-108
• 发表论文情况107
• 申请国家发明专利情况107-108
• 攻读博士学位期间参与科研项目情况108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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1 徐天华;高速相干光纤通信系统中色散补偿及载波相位评估的研究[D];天津大学;2012年

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本文编号：285464