翁轩[1]2013年在《高速光纤通信系统中信号损伤缓解与补偿技术的研究》文中研究说明光纤凭借其巨大的带宽、极低的损耗和低廉的造价,成为长距离、大容量通信的首选介质。在追求更高的通信速率和更远的通信距离的过程中,光纤链路中信号损伤的缓解与补偿成为光纤通信系统升级的关键。在40G系统中,偏振模色散这一原先被忽略的现象逐渐成为限制系统升级的主要因素之一,对于较早铺设的PMD系数较大的光纤链路,必须对偏振模色散进行补偿。在直接检测系统中,电域补偿成本过高,因此在40G直接检测系统中,光域偏振模色散补偿成为克服偏振模色散对系统影响的首选方案。由于偏振模色散具有随机特性,光域偏振模色散补偿主要使用反馈控制结构。采用什么作为反馈控制信号,如何根据反馈信号操控补偿单元,如何尽量减少反馈控制环的时间消耗,这些都是研究者所面临的挑战。进入100G时代,随着偏振复用、各种高级码型调制格式和相干接收的应用,链路中的色散、偏振串扰、偏振模色散、激光器的相位噪声以及光纤非线性成为系统性能恶化的主要原因。由于采用了相干接收技术,在电域补偿光纤链路中的信号损伤成为可能。如何设计高效的数字信号处理算法来补偿信号损伤成为研究者所面临的新的挑战。本文围绕高速光纤通信系统中信号损伤缓解与补偿技术这一主题,对40G系统、100G系统和100G以上系统中信号损伤的缓解与补偿技术进行了深入的研究。主要工作包括：(1)40G系统中采用高级码型调制技术与光域偏振模色散补偿技术相结合的技术方案的实验研究。作为项目核心成员,参与研制国内第一台自适应光域偏振模色散补偿原型机。经过硬件设计和控制算法两方面深度优化,跟踪能力达到45.4u s；在43Gb/s RZ-DQPSK系统中,实验证明该原型机引入的光信噪比代价小于0.8dB;1dB光信噪比代价下可使系统一阶偏振模色散容忍度由17ps提高至45ps；在差分群时延跳变、信号偏振态和偏振主态分别以85rad/s的速度快速变化时达到10小时工作无误码；在1200km传输实验中,达到12小时工作无误码。(2)100G以上系统中采用高阶QAM码型调制与相干接收的技术方案的研究。提出一种仅使用2电平信号驱动I-Q调制器产生16-QAM的方案,避免了特殊调制器的使用和昂贵的4电平方案；提出针对16-QAM码型的低复杂度的数字信号处理算法,成功实现对色散、偏振串扰、偏振模色散、激光器相位噪声和频率偏差的补偿；仿真测试了上述方案在31种不同链路环境中的性能,实验产生224-Gb/s PM-16-QAM信号,采取相干接收和离线数字信号处理,证明上述方案的可行性。(3) Hexagonal-16-QAM产生技术以及相应的相干接收机数字信号处理算法的研究。首次提出一种Hexagonal-16-QAM信号的简单可行的产生方案,其星座点在I-Q平面上达到二维密堆积,相比传统的Square-16-QAM,在不改变符号携带比特数目的情况下达到更高的能量利用率；提出针对Hexagonal-16-QAM信号的基于训练序列的相干接收数字信号处理算法；实验实现了100-Gb/s Hexagonal-16-QAM信号的产生和接收。
穆林梅[2]2008年在《光纤通信系统中偏振模色散对脉冲影响的研究》文中研究指明偏振模色散(PMD)是光纤通信系统中由于不同偏振模式传播速度不同而引起的脉冲展宽现象,并由此限制光纤通信系统的码率和中继距离的提高。解决光纤传输中偏振模色散问题是实现高速光纤通信系统的关键之一,也是近年来光纤通信领域研究的热点之一。PMD问题的最大困难在于差分群延迟(DGD)和主偏振态(PSP)变化的随机性。如何克服偏振模色散对传输系统的影响目前已成为国际上光纤通信领域研究的热点问题。偏振模色散的研究任务包括基本理论,测试方法,模拟仿真和补偿技术等。而光脉冲在高速光纤通信系统的传输除了受到传统的色散影响之外,很大程度上也受到了偏振模色散存在的影响。因此,研究偏振模色散对光脉冲传输的影响对光纤通信系统的改进有着重要意义。本文在阐述了国内外PMD的研究现状以及PMD对于光纤通信系统速率和传输距离的影响的前提下,主要对光纤通信系统中偏振模色散对于脉冲影响进行了研究,研究工作和结果如下:在现有的偏振模色散理论研究的数学模型里,引入了信号的均方根展宽的概念和定义,从脉冲的均方根脉宽的定义出发,对其受到偏振模色散影响做出理论分析和讨论;得到偏振模色散存在的情况下,对光纤通信系统中脉冲信号传输产生的影响,并以高斯脉冲为例进行详细计算,得出了偏振模色散将导致系统中脉冲信号的展宽,使系统传输质量下降;在此基础上,对系统中进行偏振模色散补偿,计算偏振模色散补偿情况下,光纤通信系统脉冲信号的变化;并将计算结果与无补偿情况下进行了比对。讨论了非线性和PMD的相互作用,推导了非线性耦合薛定谔方程。基于非线性耦合薛定谔方程,利用分步傅立叶方法,求解了非线性耦合薛定谔方程,研究了PMD和非线性效应对于脉冲传输的共同影响。
许玮[3]2008年在《高速光纤通信系统中码型调制技术与偏振模色散补偿技术的研究》文中研究指明高速光纤通信系统,特别是40Gb/s以上的超高速光纤通信系统在传输容量得到增加的同时,面临光纤群速度色散、偏振模色散、非线性效应的影响等日益突出的问题,其中在低速率下可以忽略的偏振模色散效应,将成为影响光纤传输系统性能的主要因素。而不同的调制格式在色散容限、非线性的容纳能力、频谱利用率等方面具有各自的特点,根据实际情况,选择合适的调制码型,并将码型调制技术和其他光纤传输技术相结合,是提高通信传输质量的有效途径。本论文从偏振模色散的理论和调制格式的原理出发,详细研究和分析了不同调制格式的原理和具体调制过程,重点讨论了不同调制格式光信号在光纤中传输时对偏振模色散的抑制能力,以及偏振模色散缓解技术与补偿技术动态结合的的研究,本论文的主要工作如下(黑体部分为创新性工作):◆简明扼要的回顾和总结了偏振模色散的产生机理、主态模型、数值计算模型、统计分布情况。◆详细讨论了各种调制格式(如占空比分别为33%和50%的归零码(RZ)、载波抑制归零码(CSRZ)、差分相移键控归零码(RZ-DPSK)和基于差分相移键控的载波抑制归零码(CSRZ-DPSK)等)的原理和调制过程,详细分析了DPSK调制格式的解调原理,编写了DPSK格式平衡接收的仿真程序,成功实现了DPSK格式接收,得到了NRZ-DPSK、RZ-DPSK和CSRZ-DPSK解调后的眼图。◆依据不同调制格式的调制原理,设计了OOK格式和DPSK格式的调制、解调实验,得到了调制后的眼图和频谱;其中对于DPSK格式,克服了不利的实验条件,成功实现了DPSK的解调,得到了“加口”和“减口”的眼图和频谱。◆详细阐述了现有的几种偏振模色散补偿方式,并做了全面的比较;详细介绍了PSO算法作为偏振模色散补偿控制算法的工作原理以及拓扑结构。◆介绍了偏振度的基本概念,详细讨论了以偏振度(DOP)作反馈信号时,不同调制格式的偏振度和一阶偏振模色散(DGD)之间的关系。若以偏振度作反馈信号,对于OOK格式来说,NRZ码的偏振度动态变化范围较小,而RZ和CSRZ系统的偏振度动态波动性变化较大,这容易使搜索算法陷入局部极值;对于DPSK格式来说,DOP与DGD之间是单调变化的,这对于搜索算法和整个补偿系统来说是非常有利的,因此DPSK格式相对于OOK格式更适合于以DOP作反馈信号的PMD补偿系统。◆将调制后的OOK格式和DPSK格式应用到偏振模色散补偿系统中,从实验上成功的实现了码型调制技术与PMD补偿技术的动态结合,得到了补偿前后的眼图,补偿效果明显。◆深入分析了不同调制格式的PMD补偿性能。比较补偿前后的DOP值、剩余DGD值和眼图可以看出:DPSK格式的PMD补偿性能明显好于OOK格式,这是因为DPSK格式有着更窄的频谱,受PMD影响较小,所以补偿效果好。在所有的OOK和DPSK格式中以CSRZ-DPSK的补偿效果最好,因此是最理想的传输格式。◆从调制器的调制原理出发,理论推导出了多级相位调制码的调制和解调的原理公式,并对它们的调制方式做了详细的介绍。
张妍[4]2008年在《PMD自适应补偿系统控制模块中新算法的研究与应用》文中研究指明近几年来,为了满足人们对通信容量的需求,光纤通信的传输速率正在不断提升。在低速光纤通信中不明显的偏振模色散(PMD)已经成为制约高速光纤通信质量的重要因素,需要对偏振模色散进行补偿,其中补偿控制算法是偏振模色散自适应补偿的关键。在众多的PMD补偿算法中,粒子群优化(PSO)算法虽然表现出色,但是对于抗噪声方面还不能尽如人意。所以PSO算法还是有待改进。粒子群优化算法是一种直接搜索算法,被广泛的应用于各类优化问题当中。在实验室所搭建的PMD自适应补偿系统的控制模块中一直都使用粒子群优化算法对偏振模色散进行补偿,但随着试验要求的提高,粒子群优化算法收敛慢和容易陷入局部极值的缺陷越来越明显,此时,改进的优化算法成为了研究点。本论文主要研究了全面学习粒子群优化算法(CLPSO)和基于历史的自适应全面学习粒子群优化算法(AH-CLPSO)在PMD自适应补偿系统中的应用,编写这两种改进优化算法的代码,并对其进行测试,看看是否适用于PMD补偿的反馈控制,最后选出性能较好的算法运用于PMD自适应补偿系统控制模块中。这两种优化算法将原始的PSO算法速度迭代公式加以改进,使得算法更易收敛而且不易陷入局部极值。本论文的工作总结如下:(?)编写了CLPSO的代码,测试了它的性能。测试表明:这种算法收敛速度很快,而且不会陷入局部极值。只是运行速度较PSO要慢。(?)编写了AH-CLPSO的代码,测试了它的性能。测试表明:这种算法收敛速度较CLPSO要慢,同样也不会陷入局部极值。由于结构复杂,运行速度比CLPSO慢。(?)将两种算法用于搜索实验所得的偏振度(DOP)“地图”,进行试验,试验结论表明:CLPSO表现较好,他的搜索速度较快,不会陷入局部极值,更易搜到最优值,而且程序运行速度比AH-CLPSO要快一些。
王敬华[5]2005年在《高速光纤通信系统中偏振模色散的模拟与补偿研究》文中提出随着光纤通信系统向高速、大容量的发展,单模光纤中偏振模的问题变的越来越突出。研究表明,当传输速率达到10Gbit/s以上时,偏振模色散(PMD)明显影响系统的传输性能,限制系统的传输速率和距离。然而,由于PMD是一个随机过程,使PMD的补偿比一般色散的补偿更加困难。 如何克服PMD对传输系统的影响已成为目前国际上光纤通信领域研究的热点问题。PMD的研究任务包括基本理论,测试方法,模拟仿真和补偿技术等。 本文首先介绍了偏振模色散的基本原理,包括其概念、特性、对通信系统的影响和测量方法。接着研究了偏振模色散的模拟器,建立了PMD的主偏振态模型,根据琼斯矩阵分析,采用蒙特-卡罗方法实现了一阶及二阶偏振模色散统计特性的仿真,对仿真结果进行了讨论,得出的结果对模拟器的设计具有一定的实际指导作用。接下来,论文对一般单波长光纤通信系统中的偏振模色散的抑制与补偿方案进行了讨论和分析,然后针对多波长波分复用光纤通信系统,分析了它可以采用的抑制与补偿方案,依据最差信道恶化的原理,提出了一种实现最坏通道补偿法补偿波分复用系统中偏振模色散的方案,给出了它的组成框图,分析了它的实现过程。
杨柳青青[6]2013年在《光OFDM系统中的盲均衡技术研究》文中研究说明随着数字多媒体技术的发展，人们对通信质量的要求越来越高，如何在有限的带宽下实现信息的大容量、高速率、优质量的传输成为了研究人员的关注热点。光正交频分复用(O-OFDM)传输系统因其灵活的资源配置、高的频谱利用率以及强大的抗干扰性能等诸多优势得到了广泛的研究，然而由于受到O-OFDM系统中的色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)和OFDM信号的子载波干扰(ISI)等因素的影响，O-OFDM信号会产生幅度失真和相位偏移，因此在系统的接收端采用成熟且低成本的自适应盲均衡技术对提高O-OFDM系统的传输性能具有很强的研究价值。采用强度调制直接检测的光OFDM传输系统(DDO-OFDM)，结构简单而稳定，成本低廉，具有巨大的实用意义。本文的研究重点是对直接检测O-OFDM系统的自适应盲均衡技术进行了仿真和实验研究，取得的主要研究成果如下：首先，对无导频DDO-OFDM传输系统进行了理论研究，分析了此系统中光纤中的色度色散和偏振模色散对系统性能的影响，建立了基于标准单模光纤(SSMF)无导频DDO-OFDM传输实验系统。然后对O-OFDM系统中常用的盲均衡算法进行详细的介绍，并给出盲均衡算法的性能评价标准。其次，针对DDO-OFDM传输系统中O-OFDM信号因光纤色度色散而产生的频率选择性衰减(FF)现象，提出了一种基于分频改进常模(SF-MCMA)算法的均衡技术来补偿由O-OFDM传输系统中色度色散引起的频率选择性衰减(FF)对信号的影响。通过实验表明，经100km标准单模光纤(SSMF)传输后，使用SF-MCMA均衡的信号比未使用该均衡的信号系统接收功率代价在误码率(BER)为10e-4降低了2dB，采用了SF-MCMA均衡方法可有效的纠正OFDM信号的幅度失真和相位偏移，证明此均衡方法能够有效抵抗色散的影响。最后，简要分析了光纤中的偏振模效应对O-OFDM系统的影响，并介绍了现在偏振模色散主要的补偿技术。通过引入O-OFDM系统中的多输入多输出(MIMO)结构，说明了当PMD存在时，O-OFDM传输系统实质上可等效为一个1×2的单输入双输出(SITO)-OFDM信道。在这些理论知识的基础上，搭建并研究分析了带有偏振模色散效应的光OFDM仿真系统——PMD-OOFDM系统，提出一种可消除PMD影响的盲均衡算法PMD-CMA。仿真结果表明，PMD-CMA均衡方法是比较适合于本文所分析的PMD-OOFDM系统，可以克服偏振色散效应的影响，对O-OFDM系统的残余偏振模色散有着良好的补偿效果。
刘慧洋[7]2009年在《高速光纤通信系统中DQPSK调制格式的理论研究》文中提出随着光纤通信系统传输容量的提升,新型调制格式在非线性效应、色度色散容限和偏振模色散(PMD)容限等方面的传输性能的改善,吸引了越来越多的关注。本论文从偏振模色散及其补偿的理论和调制格式的原理出发,详细研究和分析了不同调制格式的原理和具体调制和解调过程,特别是差分正交相移键控(DQPSK)格式,重点讨论了不同调制格式与偏振模色散补偿技术的动态结合。本论文的主要工作如下:◆简明扼要地回顾和总结了偏振模色散的产生机理和补偿方式,详细地讨论了反馈法光补偿中的偏振模色散补偿技术,以及以偏振度(DOP)为反馈信号的研究。◆详细讨论了不同占空比的通断键控(OOK)调制格式和差分相移键控(DPSK)调制格式的原理和调制过程,得到了这些码型调制后的时域图和频谱图。详细分析了DPSK调制格式的解调原理,通过数值模拟实现了DPSK调制格式的平衡接收,得到了不同占空比的DPSK解调后的眼图。◆详细分析了DQPSK调制格式的调制和解调原理,推导出DQPSK的调制和解调公式。并通过数值模拟的方式,分别编写DQPSK的预编码、调制和解调模块的程序,验证了此仿真系统,最终得到不同占空比的DQPSK信号的时域信号、频谱图、眼图以及解调后的电信号图。◆详细研究了不同调制格式信号DOP值和相位调制格式信号相位随偏振模色散差分群时延(DGD)变化的关系,可以看出相位调制格式相对于OOK格式、高占空比码型相对低占空比更适合于以DOP作反馈信号的PMD补偿系统。◆将PMD自适应补偿器应用于不同调制格式的传输系统中,对比了各种调制格式补偿前后的DOP值、剩余DGD值和眼图。最后综合传输速率、PMD补偿效果、频谱利用效率和PMD容忍度等因素,CSRZDQPSK是下一代光纤通信系统中最具有优势的调制格式。
李谦[8]2005年在《高速光纤通信系统中偏振模色散补偿的研究》文中研究表明光纤损耗和色散是光纤通信向前发展的主要限制因素,随着光放大器和各种色散补偿技术的采用,这两种因素的影响得以减小或克服,在这种情况下,光纤的偏振模色散(PMD)的影响显得尤为突出,成为限制高速率、长距离光纤传输的一个重要因素。特别是当光纤通信系统单信道传输速率达到40Gbit/s或以上时,二阶PMD效应已不可忽略,它严重影响了信号传输质量,造成数字通信的码间干扰。由于PMD在传输过程中易受外界环境影响而呈统计特性,它的补偿相对色散补偿比较复杂,因此PMD被认为是影响光纤传输系统性能的最终因素。 本论文在前人研究的基础上,对单模光纤中的PMD进行了具体研究,改进、验证和发展了己有理论。本文首先对描述偏振模色散的有关概念及其特性等进行了总结,为以后各章的讨论提供了理论基础。然后从偏振主态的概念出发,推导了一阶偏振模色散引起的脉冲展宽的均方值表达式,描述了PMD对信号的展宽作用。随后研究了PMD引起的脉冲展宽对接收机灵敏度的恶化以及对接收信号频谱的影响。在此基础上,提出了以接收信号频谱中某频率分量的功率作为PMD自动补偿系统的反馈控制信号的方法。 偏振模色散的补偿技术是本文研究的重点。文中首先描述了一阶PMD补偿的基本原理,给出了PMD补偿系统的一般模型,对各个模块和关键技术进行较为详细的讨论,对现有的PMD补偿技术进行了总结和比较。文中还对二阶PMD,WDM系统与光孤子系统中的PMD及其补偿问题进行了分析与讨论。然后,为了对高速光通信系统中偏振模色散(PMD)进行补偿,构建了一个较完整的光通信系统的仿真模型。改进了原有的基于最小均方误差(MSE)算法控制的平面光波导(PLC)均衡器。对比了经过补偿和未经补偿两种情况下的系统性能,并研究分析了不同阶数PLC光均衡器的补偿效果。另外,推导改进了描述脉冲展宽程度的展宽因子公式,最后证明,结果表明PLC均衡器可以较好地克服PMD的影响,有效的减小了光脉冲的展宽,降低了误码率。
吴兆礼[9]2006年在《光纤偏振模色散补偿算法与研究》文中提出偏振模色散是限制10Gbit／s以上光纤通信系统进行长距离传输的重要因素之一，是目前光纤通信领域的一个研究热点。由于偏振模色散的统计特性，光链路中的偏振模色散总在随机变化，因此要求对偏振模色散的补偿是自适应的，从而使偏振模色散补偿变得异常困难。偏振模色散自适应补偿系统包括监控信号提取单元，补偿单元与逻辑控制单元。其中逻辑控制单元在偏振模色散自适应补偿系统中的作用就象大脑对于人的作用一样，是重中之重的，其难点是逻辑控制算法的选取。以往对控制算法研究的不尽如人意是偏振模色散自适应补偿器不能实用化的重要原因之一。优秀的逻辑控制算法要求：(1)快速搜索到全局最大值，(2)避免陷入局部最大值，(3)有抗噪声能力。本论文工作主要围绕逻辑控制算法而展开，提出并实现了对偏振模色散自动搜索跟踪的补偿算法，该算法能够快速发现全局最佳值，而不陷入局部最佳值，同时有着良好的抗噪声性能，并且能够成功地跟踪偏振模色散随时间的变化。本论文研究工作主要归结为以下几点(黑体部分为创新部分)： (1)总结了偏振模色散的理论基础，从偏振模色散的基本概念出发，分析了偏振模色散的起因，偏振主态模型，PMD的测量方法，并在实验中使用频域测量法对实验室光纤进行了测量。 (2)引入较完备的偏振模色散自适应补偿方式，考虑了工作速率，应用成本，分析了偏振模色散补偿原理，研究了有关反馈控制信
王剑[10]2003年在《偏振模色散动态补偿技术研究》文中研究表明偏振模色散（PMD）是光纤通信系统中由于不同偏振模式传播速度不同而引起的脉冲展宽现象，并由此限制光纤通信系统的码率和中继距离的提高。解决PMD问题是实现高速光纤通信系统的关键之一，也是近年来光纤通信领域研究的热点之一。PMD问题的最大困难在于差分群延迟（DGD）和偏振主态（PSP）变化的随机性。下面是本论文完成的主要工作：首先通过不同的实验手段观察到由于PMD引起的脉冲展宽和眼图恶化现象。研制了10Gbit/s偏振模色散动态补偿系统的实验样机，从理论上和实验研究了电功率作为反馈控制信息的提取方法，建立了这种反馈控制信息与差分群延迟的关系。计算给出了电控式偏振控制器的传输矩阵，以及将任意输入偏振态变化为任意输出偏振态时偏振控制器电压参数的确定，并实验予以验证。完成了实验样机的硬件设计、关键器件的选购、加工及其联机调试和控制算法的设计与调试、整个系统的调试等。完成了10Gbit/s伪随机码序列的PMD动态补偿的实验，给出补偿前后的眼图。用误码仪测量了叁种误码率下的PMD补偿前后的接收灵敏度，并进行了比较，结果显示补偿实验样机能够补偿由于模拟器引起的通道代价，有明显的补偿效果。补偿系统可以跟踪输入PMD的变化并保持良好的眼图张口，实现了动态的PMD补偿。对偏振度（DOP）作为PMD动态补偿的反馈控制信息进行了理论和实验研究。以光相干矩阵为基础推导了DOP与DGD和分光比之间的数学关系，对高斯脉冲的波形函数进行了计算。实验测量了非归零码（NRZ）和归零码（RZ）在不同比特率下（10Gbit/s和20Gbit/s）传输光信号偏振度与差分群延迟和光强分配比的关系曲线。对理论计算和实验结果进行了比较，证明理论计算与实验结果的一致性。
参考文献：
[1]. 高速光纤通信系统中信号损伤缓解与补偿技术的研究[D]. 翁轩. 北京邮电大学. 2013
[2]. 光纤通信系统中偏振模色散对脉冲影响的研究[D]. 穆林梅. 江南大学. 2008
[3]. 高速光纤通信系统中码型调制技术与偏振模色散补偿技术的研究[D]. 许玮. 北京邮电大学. 2008
[4]. PMD自适应补偿系统控制模块中新算法的研究与应用[D]. 张妍. 北京邮电大学. 2008
[5]. 高速光纤通信系统中偏振模色散的模拟与补偿研究[D]. 王敬华. 华中师范大学. 2005
[6]. 光OFDM系统中的盲均衡技术研究[D]. 杨柳青青. 湖南大学. 2013
[7]. 高速光纤通信系统中DQPSK调制格式的理论研究[D]. 刘慧洋. 北京邮电大学. 2009
[8]. 高速光纤通信系统中偏振模色散补偿的研究[D]. 李谦. 山东大学. 2005
[9]. 光纤偏振模色散补偿算法与研究[D]. 吴兆礼. 北京邮电大学. 2006
[10]. 偏振模色散动态补偿技术研究[D]. 王剑. 天津大学. 2003
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