40Gb/s光通信系统光域偏振模色散补偿实验研究

40Gb/s光通信系统光域偏振模色散补偿实验研究

一、40Gb/s光通信系统中光域偏振模色散补偿的实验研究(论文文献综述)

陈光[1](2021)在《光载射频信号处理若干技术及应用研究》文中指出光载射频信号处理是一门涉及射频技术和光子学的新兴交叉研究领域,其包括了光纤通信、无线通信、微波工程、模拟与数字信号处理、光电融合、光电子材料与器件、光载射频通信系统及网络应用等多个方面。光载射频技术的研究初衷是在射频系统中引入强大的光子技术,从而消除电子瓶颈的同时带来诸多优点,如高速率、低损耗、大带宽、小尺寸、低功耗、轻重量、高集成度、优良稳定性、抗电磁干扰、频率响应平坦、易于混合集成等技术优势。因此,通过采用基于光子学的射频信号处理技术可实现以前在电域内很难甚至是无法完成的功能或任务。正是由于这种巨大优势,光载射频通信自上世纪90年代开始研究以来,在信号处理、民用通信、国防军事、航空航天和医疗卫生等领域已得到了广泛的应用,并引起国内外学者的广泛关注。光载射频信号处理关键技术与光载射频通信(RoF)系统应用作为微波光子学两个重要的研究分支,近些年引起了研究者们的极大兴趣,并成为当前微波光子学的研究热点。本论文针对光载射频通信、光纤射频混合接入网络和微波光子雷达等民用和国防军事应用需求,依托国家自然科学基金重大项目等国家级课题,重点对光载射频信号处理关键技术和光载射频通信系统设计应用两方面开展研究工作。本论文的研究内容及创新点如下:一、提出了基于光串联单边带调制和光正交单边带复用的多模态相干光载射频通信系统为了解决多制式射频信号收发和传输面临的需求及挑战,提出一种采用光串联单边带调制(OTSSBM)和光正交单边带频谱复用(OOSSBM)的多模态相干光载射频通信系统方案,并在接收端采用数字信号处理算法辅助的相干检测,对多路相位调制码型信号的混叠信道进行识别和分离,实现了在相干光载射频通信系统中的多速率信号收发、调制解调与传输。(1)设计了相干RoF系统并进行了数值仿真,分析了 RoF系统中光载射频信号的频谱结构,并通过数字信号处理算法在接收端恢复了发射的2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK码型信号,给出了信号发射前和接收后的时域波形图和眼图对比。搭建了光载射频信号发送、传输、接收和处理的多信道高谱效相干光载射频通信实验平台。实验结果表明,对于所提出的不同类型及条件(单信道与双信道;OTSSBM与OOSSBM;40 km单模光纤传输与背靠背系统等)下的复用信号,经40公里单模光纤传输后系统性能良好,均满足误比特率(BER)低于10-9,品质因数达到6以上。(2)分析了采用OTSSBM和OOSSBM时,传输2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK信号,在保持能量效率适中的前提下,两种复用方案各自分别的频谱效率达到了 4.2 bit/s/Hz和4.9 bit/s/Hz,综合利用OTSSBM和OOSSBM两种方案达到7.4 bit/s/Hz。在提高光单载波射频通信系统的频谱效率和信道容量的同时,使用数字信号处理算法辅助的相干检测进行信号解调与恢复,没有增加额外的混叠信道分离硬件或光电器件,简化了系统结构和复杂度。二、设计了基于硅基光电子的相干光载射频通信集成发射模块和接收模块采用级联硅基微环谐振腔(MRR)结构,设计了具有波长选择性的高Q值、超窄带、可调谐的三通带光带通滤波器,并实现了基于MRR的光多载波产生的技术方案;设计了用于调制高速射频信号的硅基双电极马赫-曾德尔调制器(DE-MZM);利用所设计的MRR滤波器和DE-MZM等硅基光电子器件,设计了一种发射多路多制式射频信号并提供多类型射频信号接入功能的光载射频信号集成发射机;利用硅基平面光波导设计了混合集成数字相干光接收机,并对所设计的集成发射模块和接收模块的性能做了系统品质因数(Q-factor)和误码率(BER)的验证和测试。(1)利用上下分插型(或称作“上传下载型”)硅基MRR设计了超窄带可调谐光带通滤波器,所设计的单微环谐振滤波器中心波长为1552.52nm,3dB带宽为0.04nm,FSR为10nm,并拥有陡峭的滤波窗口上升沿和下降沿,利用热光效应可调谐滤波通带。通过将三个硅基单微环级联,形成具有波长选择性和可重构性的三通带可调谐窄带光带通滤波器。三个通带的中心波长分别为1550.7 nm,1551 nm和1551.3 nm,其平坦度良好,通道间隔FSR达到10 nm,吸收损耗低于3 dB/cm,每个微环谐振滤波器的精细度Finesse为250,Qtotal达到38750,级联多频带微环谐振滤波器产生多载波光源,其尺寸在毫米级。(2)设计了高速硅基双电极马赫-曾德尔调制器(DE-MZM),其带宽达到30 GHz,对于BPSK信号的数据速率接近10 Gbit/s。以三个频带作为光载波分别调制不同频段和类型的射频信号,以BPSK调制码型发射则每路信号达到10 Gbit/s的数据速率。设计了亚微米尺寸硅基波导可调谐光衰减器(VOA),并分析了其特性。设计了双平行双电极马赫-曾德尔调制器,其被用于构成I/Q调制器。将有三个频带的微环谐振滤波器和三个硅基调制器串联后再并联,构成了在三个光载波上调制,同时加载多路不同类型宽带信号(如WiFi,WiMAX等射频信号,或数字信号和模拟信号的任意组合)的光载射频通信集成发射机,整个芯片尺寸为7.8 mm2的毫米量级。(3)为了解决相干光载射频通信系统对于数字相干接收机在集成度、功耗、工作稳定性、灵敏度、响应度波动、相位误差方面的进一步需求,设计了一种基于硅基平面光波导的集成数字相干光接收机前端,并测试了所设计的集成相干接收机前端模块的性能和参数指标。在1520 nm~1620 nm宽波长范围内,相位漂移在±1°,保证了相应端口良好的相位正交性。当温度在-5℃~80℃时,响应度幅度波动在±0.25 dB;相邻光电探测器端口之间的响应度偏差在0.4 dB之内。测试了对于112 Gbit/s PDM-QPSK调制码型信号的接收性能,得到了偏振正交方向X信道和Y信道上清晰且易于判决的星座图,以及品质因数(Q值)和信号光功率(光信噪比)的近似线性对应关系。三、设计基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术方案为了在一个光载射频信号处理系统中实现多项功能,并提高系统集成度及降低成本,对光载射频信号处理的三种核心技术——移相、滤波和倍频进行了综合方案设计。(1)基于双偏振双平行马赫-曾德尔调制器(DP-DPMZM),设计了具有倍频功能的宽带光载射频信号移相器,不仅对射频信号进行2-6倍频调控,且在光域实现了 360°相位控制。仿真验证了其相移范围和倍频效果,相移量与相位调控参量接近线性关系,多倍频与相位控制这两种处理同时进行。分析了消光比的变化、90°混合器的幅度和相位不平衡性对相位漂移、幅度抖动及系统稳定性的影响。(2)借助MZM的单边带(SSB)调制(用于加载射频信号)和半导体光放大器(SOA)的光学非线性效应(慢光效应和相干布居振荡),设计了一种滤波通带(中心波长)和3 dB带宽均可调谐的射频光子滤波器,该滤波器中心波长在15 GHz-20 GHz的频率范围内调节,并具有超过15 GHz的自由频谱范围(FSR),中心波长不同,其FSR不同,最低的FSR亦超过15 GHz。调节SOA的注入电流,实现了其频带和3 dB带宽可调,在SOA驱动电流为420 mA左右时,FSR=15.44 GHz,滤波器通带的3 dB带宽BW3dB=2.45 MHz,品质因数Q-factor>6300(对于单通带滤波器,Q-factor=Finesse=FSR/BW3dB≈6302),滤波器带外抑制比达到41 dB。(3)采用偏振分束器、偏振耦合器与两个SOA构成马赫-曾德尔干涉仪型结构(SOA-MZI),设计了宽带射频光子移相器,数值模拟仿真结果表明:相移的动态范围达到360°、调控精度达到0.1°、相移带宽接近30 GHz,相位变化量与SOA驱动电流呈现良好的线性关系,且依照相移精度对相移量进行连续调节。这些特性均优于传统方案。此外也对所设计的射频光子移相器非线性失真原因做了初步分析。上述三个创新点不仅提升了光载射频通信系统的信道容量、频谱效率和多模态应用,丰富了光载射频信号发射和接入服务的多样性,还提高了系统集成度,降低功耗、减小器件尺寸,增强系统的稳定性和可靠性。实现了对射频信号的相位在光域进行连续精确调控,同时进行倍频和滤波等处理,增强了光载射频信号处理系统的综合功能。本论文针对基于光载射频通信的超宽带无线接入网络、微波光子雷达、光控相控阵、电子对抗系统以及其它需要高性能光载射频信号处理的领域开展研究,所取得的研究成果在未来相关研究领域中具有一定的实用价值和应用前景。

刘欣雨[2](2021)在《基于高阶调制格式的相干光通信系统中非线性均衡技术研究》文中进行了进一步梳理云计算、人工智能、移动互联网等新兴技术的不断突破和发展,推动现代社会迈入了“万物互联”的“大数据时代”。超大数据存储、传送、共享等业务的需求日益增强,进一步推动了网络流量的爆炸性增长。因此,现代通信网络需要更高的传输速率、更大的传输容量以及更好的传输质量来保障日益增长的网络流量需求。以光纤作为传输媒介的光纤通信系统具有衰减小、抗干扰能力强、传输容量大等优点,经过几十年来研究学者们的不断探索与突破,光纤通信系统已经发展成为实现全球互联互通的基石和现代通信网络的支柱。结合了高阶调制格式、相干检测技术以及数字信号处理技术的相干光纤通信技术可以实现高频谱效率、长距离、大容量的信号传输,是应对现代通信网络流量危机的重要技术。然而,在目前的高速相干光通信系统中,非线性损伤是限制高阶调制格式光信号大容量长距离传输的最重要因素。因此,对基于高阶调制格式的相干光通信系统的非线性均衡技术进行探索和研究具有重要的意义。本论文以单载波偏振复用相干光通信系统为研究背景,重点研究适用于高阶调制格式信号的非线性均衡技术,改善信号质量,实现系统传输性能的提升。具体的研究内容包括:具有非线性容忍度的判决算法、基于神经网络的非线性均衡方案、基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案。论文的创新点和主要研究成果如下:1.基于高斯混合聚类的M-QAM调制格式信号非线性判决算法针对传统的基于最大似然估计(MLE)的判决算法不能很好的对非线性失真信号进行有效的判决这一问题,将机器学习中的高斯混合(MoG)聚类算法引入到相干光通信系统数字信号处理的判决模块中,提出了基于高斯混合聚类的M-QAM调制格式信号非线性判决算法。同时,基于高斯混合聚类的优点,本文对直接判决-最小均方(DD-LMS)算法进行了优化和改进,在判决模块中将高斯混合聚类计算得到的均值向量代替标准星座点。经过单载波偏振复用16-QAM相干光通信系统实验验证,相比于传统的基于MLE的判决算法,基于高斯混合聚类的非线性判决算法对非线性损伤敏感度低,能够灵活地根据接收到的数据点的分布进行非线性判决区域划分,实现更准确的信号判决,提高相干光通信系统的非线性容限,提升系统的性能。2.基于特征工程-深度神经网络的非线性均衡方案在相干光通信系统中基于神经网络的非线性均衡技术的基础上,针对由于输入数据特征不丰富,导致神经网络非线性均衡性能受限的问题,提出了基于特征工程-深度神经网络的非线性均衡方案。该方案对接收到的方形M-QAM信号数据进行特征工程处理,丰富数据特征信息,以及在深度神经网络的训练阶段引入加权损失训练机制。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,所提出的特征工程方案和引入的加权损失训练机制可以有效地提升深度神经网络的收敛速度和非线性均衡性能,在发射光功率为0 dBm时,可以实现1.07 dB的Q因子提升量。3.基于双向门控循环单元神经网络的非线性均衡方案针对相干光通信系统中,非线性效应与色散造成脉冲展宽从而引入符号间干扰的问题,提出了基于双向门控循环单元神经网络的非线性均衡方案,对接收到的高阶调制格式信号数据进行序列化处理。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,在发射光功率为-3 dBm至3 dBm范围内,提出的非线性均衡方案实现了信号的Q因子超过8.53 dB硬判决前向纠错门限(对应于3.8×10-3的误码率),最佳发射光功率提升了 2 dB。4.基于双向长短期记忆神经网络-条件随机场的非线性均衡方案在基于循环神经网络的非线性均衡方案的研究基础上,提出了基于双向长短期记忆神经网络-条件随机场的非线性均衡方案。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,在发射光功率为-3 dBm至3 dBm范围内,提出的非线性均衡方案实现了信号的Q因子超过9.8dB前向纠错门限(对应于1.0×10-3的误码率),最佳发射光功率由-1 dBm提升至1 dBm,提升了 2 dB。5.基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案在相干光通信系统中基于微扰理论的非线性均衡技术的研究基础上,提出了基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案。不依赖于传输信道的精确参数信息,仅根据接收到的信号序列,使用信道内四波混频和信道内交叉相位调制三重积项作为输入特征,通过回归模型预测出信号在传输过程中受到的非线性损伤,在接收到的符号数据中减去预测的非线性损伤,实现信号的非线性均衡。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,基于支持向量回归模型的非线性均衡方案实现了当信号发射光功率为1 dBm时误码率低于1.0×10-3,最佳发射光功率提升了 2 dB。

张楠楠[3](2021)在《高速光纤通信系统中基于卡尔曼滤波器的线性损伤均衡的研究》文中指出互联网、云计算和虚拟现实等业务的飞速发展,使得对数据流量的需求呈现急剧增长趋势。大容量、高传输速率的光纤通信系统成为目前发展的主流。为了提高信道容量和传输速率,高阶调制格式、还有近几年提出的概率整形(PS,Probabilistic Shaping)技术,偏分复用(PDM,Polarization Division Multiplexing)技术、相干检测技术以及强大的数字信号处理(DSP,Digital Signal Processing)技术被广泛应用于光纤通信系统中,极大的促进了高速相干光纤通信系统的发展。光信号在光纤链路传输过程中会受到多种损伤的影响,包括色度色散(CD,Chromatic Dispersion)、偏振模色散(PMD,Polarization Mode Dispersion)、偏振态旋转(RSOP,Rotation of State of Polarization)、偏振相关损耗(PDL,Polarization Dependent Loss)、载波频率偏移(CFO,Carrier Frequency Offset)以及载波相位噪声(CPN,Carrier Phase Noise)等,导致信号畸变,通信系统性能下降。上述的损伤都可以在接收机的DSP模块中进行均衡。然而随着相干光通信系统的传输速率、调制格式的提高,使得多种损伤联合作用加剧,接收机中各个损伤均衡模块架构不统一,各自为政,均衡效果不能充分发挥,尤其是在极端偏振场景下(雷雨天,架空光缆遭到雷击或者火车经过时产生巨大震动),偏分解复用(PolDemux,Polarization Demultiplexing)算法性能急剧下降甚至直接失效,造成通信中断。此外,为了进一步提升光纤通信系统传输性能,将PS技术引入光纤通信系统中来提高信道容量使其接近于香农极限。因此,针对一体化架构的性能优异的DSP算法和稳定性高、复杂度低的偏分解复用算法,以及适用于PS信号的损伤均衡算法的研究具有重大意义。本文围绕高速偏分复用相干光纤通信系统线性损伤均衡这一主题,对高阶调制格式和概率整形调制格式信号的线性损伤均衡技术进行深入研究和分析。探索在基于卡尔曼滤波器架构下,对线性损伤进行一体化的联合均衡方案,为超100G系统提供高性能的算法基础。并且为了提高偏分解复用算法的稳定性以及降低算法的复杂度,提出了基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法。此外,研究了适用于PS调制格式的载波相位噪声均衡算法。主要研究工作如下:(1)基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡方案研究提出了基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡方案。该卡尔曼一体化算法包括两个阶段。第一阶段利用时频域滑窗卡尔曼滤波器架构,在频域补偿残余色散(rCD,residual Chromatic dispersion)和 PMD,在时域补偿RSOP。第二阶段利用时域卡尔曼滤波器架构,同时补偿了 CFO和CPN。相比于CMA-IMP-BPS均衡方案,在快速RSOP和大DGD情况下,卡尔曼方案性能更优。在CFO和CPN损伤较小的情况下,两个方案表现出了基本相同的性能(误码率在相同的数量级),当增大载波损伤时,在归一化线宽大于4×10-4(对于28 GBaud系统,对应的线宽为11.2 MHz)时,卡尔曼滤波器方案表现出了更好的载波恢复性能。(2)基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用研究提出了基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用方案。利用导频符号已知信息,构造卡尔曼滤波器算法的测量量,进行迭代更新得到状态量。所提出的导频辅助的频域卡尔曼滤波器算法对超快RSOP和大PMD的均衡表现出了很好的性能,并且降低了 OSNR代价,复杂度降低,算法更稳定。(3)概率QAM调制格式的载波相位噪声均衡方案研究提出了适用于概率QAM调制格式的基于卡尔曼滤波器的载波相位噪声均衡方案。对于PS 16-QAM和PS 64-QAM信号,在最佳整形因子处,卡尔曼滤波器方案的性能没有降低,并且在其他整形因子处,卡尔曼方案表现出和BPS同样好的性能。提出的卡尔曼滤波器方案克服了 BPS在概率整形系统中的局限性,对于概率QAM信号的载波相位噪声具有很好的均衡性能。

岳磊[4](2021)在《面向超高速光传输的信号处理技术研究》文中进行了进一步梳理面对日益激增的通信流量需求,超高速、大容量是光通信技术发展的必然趋势。为进一步提升光通信速率,切合实际需求,本文围绕超高速光传输系统及其关键技术展开相应的理论与实验研究,主要工作内容如下:1、在深入研究超高速Nyquist时分复用系统的过程中,论证了Nyquist形脉冲作为时分复用系统中信号承载脉冲的有效性,完成160 Gbaud QPSK传输实验平台的搭建,包括脉冲源的产生、高质量QPSK信号调制的实现、时分复用器的构造、相干接收机的调试等,完成了基于相干匹配采样和Gaussian采样解复用实验,并对比了二者的解复用性能。通过仿真详尽研究了相干匹配采样方案中相关参数对系统解复用性能的影响并阐明了机理。2、提出一种基于时域展宽辅助光采样的Nyquist时分复用信号的解复用方式,结合时空对偶性给出了完备的时域展宽器构建理论,通过仿真定性研究了可行性,构建的时域展宽器也成功应用于160 Gbaud信号的解复用实验,证明了该方案可有效降低采样脉冲的宽度,同时实现比传统方案更佳的解复用性能表现。在以Gaussian脉冲采样进行解复用时,该方案可将解复用脉冲宽度需求降低至10.4ps,基于该方案甚至可以利用信号基带速率的Nyquist形光脉冲(脉宽为12.4 ps)实现Nyquist时分复用系统的解复用操作。3、提出一种基于单个IQ调制器的Nyquist时分复用信号的解复用方案,仅通过置于接收端的单个IQ调制器产生准Nyquist形脉冲,无需任何频谱成形操作,在160 Gbaud Nyquist时分复用系统解复用实验中表现出比传统Gaussian采样更优的解复用性能,同脉宽(约4.5 ps)比较下,在BER为10-4时该方案对信号OSNR的需求表现出6.8 dB的降低。同时通过仿真周密研究了该方案中相关参数的性能影响分析及参数优化,此精简结构的解复用装置及实验和仿真中的相关结论为未来Nyquist时分复用系统的实用化提供了有效参考。4、深入研究了 Kramers-Kronig(KK)接收系统,细致论证了 KK接收系统中信号的CSPR、前置滤波方式、上采样率等相关参数对系统性能影响的机理,并探讨了实用化KK接收机中相关关键问题的解决。提出一种基于星座图概率成形的低CSPRKK接收方案,同时通过仿真和实验证明了该方案可有效降低KK系统中的CSPR,通过112 Gbit/s 240km单模光纤传输实验,进一步体现出该方案在对抗光纤非线性效应方面的优势。5、提出一种基于时域Talbot效应的全光信号加密/解密方案,给出了时域Talbot效应的详尽理论框架,通过在光域基于Talbot效应对PAM 4信号加密/解密的定性仿真成功验证了该方案的可行性,同时也通过仿真证明了该方案对光信号加密的可靠性。

王思尧[5](2020)在《光纤偏振稳定技术的研究》文中研究表明随着新型通信业务种类及需求的不断增加,光纤通信系统朝着大容量、高速率、长距离的方向飞速发展。与此同时,在传统小容量、低速率光纤通信系统中可忽略的信号偏振态变化导致的信号损伤问题,在大容量、高速率条件下日益凸显,已成为限制光纤通信系统性能发展的重要原因之一。偏振态不稳定会导致偏振模色散(PMD),造成光信号脉冲展宽,从而限制高速光传输系统长距离传输。此外,光信号偏振态随机变化会导致偏分复用系统中不同正交偏振态间的信号产生串扰,由此对接收端信号解复用造成重大影响。另外光纤传感、相干接收等系统同样需要偏振稳定。因此如何快速准确地稳定光信号偏振态是当前研究的重要问题。本文针对光信号在传输中偏振态会随机快速变化的问题,设计了一种基于偏振跟踪直接检测方案的偏振稳定系统,提出并采用了改进的禁忌-粒子群算法作为反馈控制算法,实现了在光纤通信系统中光信号偏振态的快速稳定。论文的主要工作和成果如下:1、研究了光纤偏振稳定技术,设计了基于偏振跟踪直接差分检测方案的偏振稳定系统。该系统采用两路电压差作为反馈信号,通过负反馈控制的方式在光域对信号偏振态不断进行调整,实现偏振稳定。该方法无需高速电路支持、具有高实时性、高灵敏度等特点。2、研究了偏振稳定控制中反馈控制算法,提出了改进的禁忌-粒子群优化反馈控制算法。该算法将普通粒子群算法权重自适应化后,又融入禁忌搜索算法的禁忌思想,通过仿真实验验证了该算法收敛速度快、搜索精度高、不易陷入局部最优值。3、完成了基于上述方案的光纤偏振稳定系统硬件设计与实现,并搭建实验系统,实验验证了该偏振稳定系统可实现输出光信号偏振态快速稳定,且具有稳定性好、偏差小、对输入信号调制格式及速率透明等特点,证明了该系统及算法具有良好的实际应用价值。

易玮[6](2020)在《高速相干光通信系统中针对极端场景下偏振损伤的均衡算法研究》文中认为随着新兴互联网应用的崛起,以及5G建设、物联网发展以及云计算平台搭建、AR/VR视频等应用渗透率在各行各业不断提高等因素的推动下,全球互联网流量的需求持续迅猛增长。面对这样的形势,建立大容量、超高速、长距离以及稳定性能好的高速光纤通信系统已经成为了光纤行业的共识。目前,基于偏分复用(PDM,Polarization Division Multiplexing)系统,高阶调制格式,相干检测以及数字信号处理(DSP,Digital Signal Processing)技术的高速光通信系统已经引起了整个光传输行业的极大关注,并逐渐广泛应用于光传输网络中。但不可否认的是,基于PDM技术的光信号在传输链路中将会受到例如传输损耗,色度色散(CD,Chromatic Dispersion),偏振效应损伤(偏振相关损耗(PDL,Polarization Dependent Loss),偏振模色散(PMD,Polarization Mode Dispersion),偏振态旋转(RSOP,Rotation of State of Polarization)),以及载波相位噪声(CPN,Carrier Phase Noise)和载波频率偏移(CFO,Carrier Frequency Offset)等损伤的影响,使得整个传输系统的性能降低,从而制约了该复用技术的发展。得益于DSP技术的高速发展,集成于相干接收机中,针对于多种损伤的影响,都能对接收的信号实现很好的均衡和补偿。然而,研究发现,在某些极端场景下,例如雷雨天气下,雷电下的强电场与强磁场会在光纤中引发Kerr效应与Faraday效应,进而在雷电周围(范围几百公里)光纤中产生快速变化的双折射,引发光纤中产生大PMD(可达200ps),以及快速RSOP(可达Mrad/s),造成接收机失锁,通信中断。其次,考虑到CD损伤需要在补偿偏振效应损伤之前进行均衡,但往往处理后的信号中仍然残留着少量CD(大约300ps/nm),给后端均衡偏振损伤带来明显的影响。因此,如何实现在极端场景下均衡大PMD以及快速RSOP的同时,还能容忍残余的CD损伤,将是本文的研究重点。本论文围绕高速相干光通信系统中针对极端场景下偏振损伤均衡这一主题,对整个高速相干光通信系统中信号损伤的物理机制进行深入研究,并搭建各类信号损伤具有物理解释性的数学模型,并且针对各类损伤的均衡技术进行更深一步的探究,主要的研究工作如下:(1)介绍了高速PDM相干通信系统的基本原理以及基础架构。进而分析了在相干通信系统中各类损伤的物理机制以及搭建了信号损伤的数学模型。并且搭建了基于相干检测,PDM,DSP技术的PDM-QPSK实验平台以及PDM-16QAM实验平台。(2)以极端场景的损伤物理特性为导向,提出一种基于频域扩展卡尔曼滤波器(EKF,Extended Kalman Filter)的新型算法架构,面对存在残余CD,以及大PMD,高速RSOP的极端损伤环境下,能够实现很好的均衡效果,通过matlab仿真结果验证了方案的可行性。方案创新之处:首先,针对极端损伤环境,存在残余色散(RCD,Residual Chromatic Dispersion),大 PMD 以及快速 RSOP,简化了信道损伤模型,其次,基于频域Kalman滤波器,建立了联合补偿架构,可以实现在频域对大PMD和RCD进行补偿的同时,在时域对快速RSOP进行跟踪,从而具有一定的RCD容忍度,最终实现快速RSOP,大PMD,RCD的联合补偿。与此同时,我们将所提出的Kalman算法与传统的恒模算法(CMA,Constant Modulus Algorithm)/多模算法(MMA,Multiple Modulus Algorithm)在补偿性能,补偿范围以及稳定性,计算复杂度上进行了比较。仿真结果表明,在28GBaud PDM-QPSK 平台中,当光信噪比(OSNR,Optical Signal-to-Noise Ratio)为15dB时,所提出的频域Kalman算法,可以联合补偿超过200ps的大PMD值以及超过3 Mrad/s的快速RSOP值,并且可以容忍超过±820 ps/nm 的 RCD 值,而在 28GBaud PDM-16QAM 平台中,当 OSNR 为22dB时,所提出的频域Kalman算法,在补偿相同极端偏振损伤同时,依旧可以容忍超过±500 ps/nm的RCD值。并且,所提出的Kalman算法在计算复杂度方面相比于CMA/MMA同样具有优势。

郭瑞璞[7](2020)在《基于卡尔曼滤波器的偏振旋转损伤均衡算法的硬件实现研究》文中提出随着各种互联网服务和设备的发展,日常生活发生着根本的改变。数字化、智能化的生活方式逐渐成为社会主流,而这一切的根基是底层的高速光纤通信系统。相干光通信系统凭借着能高速传输大容量信息的优点,成为目前长距通信的主要解决方案。2010年前后,单波长100Gbit/s的高速相干光通信系统逐步在国内骨干网中商用。在相干光系统中主要基于正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)和偏分复用技术,增加单波长的传输效率。相干接收机主要依靠相干探测和数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)技术对信号解调。前者能对接收光信号进行相位和偏振的分集接收,同时将接收光信号线性的转换为电域的模拟信号。然后利用高速模数转换器(Analogto Digital Converter,ADC)进行量化采用,进一步转换成为数字信号,后者基于数字信号可实现对接收光信号的损伤恢复,进而得到原始发送信息比特。常见的信号损伤主要包括信道损伤,如损耗、色度色散(Chromatic Dispersion,CD)、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD)、偏振态旋转(Rotation of State of Polarization,RSOP)和偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss,PDL),以及激光器引入的载波频率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)和载波相位噪声(Carrier Phase Noise,CPN)。面对如此复杂的信号损伤,设计有效实用的DSP算法是十分有必要的。实际中,DSP算法都是集成在专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)芯片上。该芯片可以满足高速光通信实时处理光信号的需求,并且灵活利用硬件资源进行布局布线。但是目前大多数文献中DSP算法的仿真都是基于离线实现的。从离线实现到硬件实现,还有许多需要考虑的问题,主要包括反馈时延、浮点算法定点化、串行算法并行化以及硬件资源有限等。反馈时延主要是指由于硬件单元存在计算时延,当前时刻反馈信息并不能直接传递到下一时刻,从而产生反馈时延。浮点算法定点化后,系数会产生一定程度的舍入误差。串行算法并行化,相当于在变相增加损伤的程度。硬件资源有限则在实际限制算法的复杂程度。这些问题都在硬件实现中切实限制着DSP算法的性能。因此从硬件实现的角度分析DSP算法性能,开展相关研究,是十分具有现实意义的。本文围绕从硬件实现角度分析偏振旋转均衡算法这一主题,对相干光通信的系统结构、损伤模型以及对应的均衡算法展开了研究。基于Matlab和FPGA平台,对基于扩展Kalman滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)偏振旋转均衡算法和CMA算法进行了仿真对比。主要研究工作如下:(1)详细研究了相干光通信系统中信号调制和解调的基本流程,以及相关光器件的原理和结构。研究了光纤通信系统中损伤的物理机制和数学模型,以及对应均衡算法的原理和流程。(2)研究基于EKF偏振旋转均衡算法的基本原理。基于Matlab搭建利用伪代码的形式,从硬件实现角度对EKF算法和CMA算法的进行性能比较,主要包括串行浮点算法、浮点算法定点化、串行算法并行化三个角度。结果显示EKF算法RSOP的补偿精度和CMA算法持平,但是RSOP的补偿范围远超CMA算法,尤其在并行结构下性能优势更加明显。(3)基于FPGA平台,进一步验证了以上性能比较的结果。在并行138路时,EKF算法的RSOP均衡范围达到0.4Mrad/s,此时CMA算法均衡后的BER已经超过7%FEC门限值的要求。并且根据硬件资源消耗可以分析算法复杂度。EKF算法在LUT消耗上略超过CMA算法,但是在DSP48和FF资源消耗上远低于CMA算法。综合可得,EKF算法的硬件资源利用更少,其算法复杂度低于CMA算法。

闫淼[8](2020)在《反射式相干光通信系统相位调制/解调及相关实验研究》文中提出与利用电磁波传播信息相比较而言,光纤通信具有天然的保密性,但随着相干光通信的发展,诸如侵入式的光束分离法和非侵入式的弯曲耦合法所带来的信息窃听问题使光纤通信系统的保密性降低,信息安全受到了严峻的挑战,因此,积极研究新型光纤安全信息传输技术对减少光纤窃听问题具有实际意义。保密通信包括密码保密、通信保密和扩散保密等,本文设计了一种反射式结构的正交相移键控(QPSK)调制格式下的铌酸锂行波电光调制器,并将其应用于高阶调制的相干光通信系统中,该系统可以避免传输信息在光纤中的泄露,降低系统损伤补偿算法的复杂度,在没有大幅度增加成本的前提下实现了较好的传输性能,从而应用于保密通信。本文通过理论推导、模拟仿真、实验测试三方面对该系统进行详细的性能分析,验证了该系统的可行性。首先,本文设计了一种基于反射式铌酸锂电光调制器的相干光通信系统,并详细介绍了反射式系统的设计原理、反射式电光调制器的设计原理以及其接收端和传输链路的设计原理。同时,分析了反射式系统中存在的色散和噪声,给出了基于数字信号处理(DSP)的补偿算法,从理论推导上验证了该新型系统的正确性。其次,本文通过OptiSystem和MATLAB对反射式系统和传统相干光通信系统进行仿真,得到星座图、眼图、质量因子和误码率曲线等数据,同时结合线宽和入射功率等因素对这两个系统的性能和补偿算法方面进行对比分析。反射式系统传输性能略低于传统传输系统,更适合在城域网中使用,并且在相位噪声补偿方面的补偿算法复杂度较低,整体符合通信系统要求,在模拟仿真层面验证了反射式系统的可行性。最后,本文依据反射式系统结构和系统各端口测试结果,确定各器件的性能数值并搭建实验平台。通过矢量网络分析仪对传统相干光通信系统和反射式系统进行性能方面的对比分析,得出反射式系统的缺点并分析原因给出解决方案,提出第二版反射式系统的设计理念,基于改进的系统方案再次进行实验台搭建,最终测试数据达到预期效果,在实验测试层面验证了新型系统的可行性。

胡学东[9](2020)在《高速高阶相干光通信系统中关键技术的研究》文中进行了进一步梳理随着宽带信息业务的飞速发展,人们对信息的需求呈指数式的增长,传统的基于强度调制/直接检测的光通信系统已经不能满足人们的日常通信需求。为了能够实现更大容量、更快速率和更远的距离的信息传输目标,基于高阶调制码型、相干检测和数字信号处理技术的高速相干光通信系统应运而生。相比于传统的光通信系统,在发射端相干光通信系统采用高阶调制码型能有效提升系统频谱利用率,提高系统容量;在接收端将信号在传输链路中的损伤通过数字信号处理技术进行补偿和恢复,对信号的处理由光域转化到电域,可改善系统的性能,降低通信成本。本文主要对高阶调制格式信号的生成,以及信号在传输过程中的链路损伤通过数字信号处理技术进行补偿进行了研究与分析。本文的主要工作为:(1)研究了DP-QPSK、DP-16QAM、DP-64QAM调制格式信号的生成方式以及生成原理,并搭建了相应的仿真系统。主要为224Gbit/s DP-QPSK,336Gbit/s、448Gbit/s DP-16QAM,120Gbit/s DP-64QAM相干光通信系统仿真平台。(2)研究了信号的传输链路损伤以及损伤的形成原理;并对常用的相干检测方式和相干检测的原理进行了分析。仿真分析了不同损伤分别对基于不同调制格式的相干光通信系统所产生的影响。(3)采用相关算法对信号的损伤进行补偿与恢复。主要研究了色散补偿、偏振解复用及动态均衡、非线性补偿、载波频偏估计和载波相位估计,对相应补偿算法的补偿原理及补偿效果进行了分析与讨论。(4)提出了一种新型的DP-16QAM信号接收机。可利用普通色散光纤中的克尔非线性效应来提高该接收机的稳定性,降低误码率。并搭建了一个8通道112Gbit/s DP-16QAM高速相干光密集波分复用仿真系统,将提出的方案与传统方案在不同的传输距离、激光器发射功率、激光器线宽下对比两种接收机的误码率。研究表明,相比于传统接收机新型接收机可以有效的降低112Gbit/s DP-16QAM密集波分复用系统的误码率。

彭家昕[10](2020)在《超100G光传输高级调制解调和概率星座整形技术研究》文中认为随着5G网络即将大规模商用的大背景下,互联网流量将持续爆增,采用强度调制、直接检测的光通信系统已经不堪负荷,与数字信号处理技术相结合的高阶调制格式成为新的发展方向。这一方案能够大幅提升频谱效率和传输距离,从而能够满足日益增长的流量需求。在实际功率受限的通信系统中,概率星座整形技术可以在不影响编码调制性能和不扩展频谱占用率的前提下,提升系统容量、优化传输信号对非线性效应的容忍度,进一步提升接收端的误码性能,降低对光信噪比(OSNR)容限要求,增大信号传输距离。在此基础上,本文围绕超100G高级调制解调技术、高速光通信中的数字信号处理技术和高阶正交幅度调制(QAM)调制中的概率星座整形技术展开理论和实验研究,主要研究工作及成果如下:(1)研究了高级调制解调的基本原理,就正交幅度调制等高阶调制的调制解调原理展开分析,并深度剖析了光相干探测的原理和光相干接收机的工作机制。针对400Gbit/s光传输系统的调制方案,对基于Nyquist WDM系统的四载波PM-QPSK、双载波PM-QPSK、双载波PM-16QAM和单载波PM-16QAM这四种400Gbit/s传输方案进行技术对比研究,分析不同调制方案的传输性能和应用场景。(2)对光纤损耗、色度色散、偏振模色散、相位噪声、非线性效应等链路损伤的基本原理进行理论分析。并针对相应的链路损伤,分析研究了基于相干接收的数字信号处理(DSP)补偿技术,如Bussgang类盲均衡算法中的恒模算法(CMA)和多模算法(MMA)。利用VPI transmission构建400Gbit/s偏振复用相干光通信仿真系统并进行了仿真实验,研究分析了光纤损耗、色散、偏振模色散(PMD)等信道损伤对高速光信号产生的影响,并且采用MMA和盲相位搜索算法(BPS)等DSP补偿算法恢复损伤的信,通过仿真结果展示了DSP恢复算法对实际线路中高速光信号的补偿效果。(3)论证说明了星座整形技术和概率星座整形研究的必要性。然后通过信息论的知识说明了信道中的互信息和信道容量的关系,解释了概率星座整形的技术原理,证明了整形增益的最大值为1.53dB和在功率受限的光通信系统中,输入信号的分布为高斯分布时,系统的互信息(即信道容量)最大,并比较了不同概率星座整形方案的优劣。(4)针对超100G光网络中信道受限问题,研究了基于算数编码的速率可调正交幅度调制概率星座整形调制方案,使光网络传输容量更接近香农极限,并且提高信号的噪声恢复能力。在该方案中,发送端由分布匹配器和前向纠错(FEC)编码器组成,分别负责对信号进行概率整形和信道编码的任务,系统通过改变分布匹配器的概率分布来调节速率;接收端由FEC解码器和反向分布匹配器解码噪声信号恢复数据。为了研究整形方案的传输性能,本文进行了两组对比实验,实验一的结果显示概率整形(PS)16QAM对比16QAM,OSNR的增益为0.382dB、互信息增益0.09bit/symbol;实验二的结果显示在相同频谱效率(SE)时,PS-64QAM对比16QAM,OSNR的增益为0.8dB、互信息增益0.153bit/symbol,同时两个实验中加了概率星座整形的调制格式,误码率性能都明显优于标准16QAM。

二、40Gb/s光通信系统中光域偏振模色散补偿的实验研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、40Gb/s光通信系统中光域偏振模色散补偿的实验研究(论文提纲范文)

(1)光载射频信号处理若干技术及应用研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 光载射频信号处理的研究背景和意义
    1.2 光载射频通信的发展动态及技术优势
        1.2.1 光载射频信号处理与光载射频通信的国内外研究现状
        1.2.2 光载射频通信技术的未来发展趋势
        1.2.3 光载射频通信技术面临的挑战
        1.2.4 射频光子信号处理在雷达系统中的应用及发展前景
    1.3 论文主要内容及结构安排
    参考文献
第二章 光载射频信号处理的理论基础
    2.1 RoF系统中光载射频信号的产生
        2.1.1 光载射频通信系统中的调制器
        2.1.2 双光源外差混频技术
    2.2 光电上变频和下变频技术
        2.2.1 MZM实现上变频
        2.2.2 EAM实现上变频
        2.2.3 光电下变频技术
    2.3 射频信号的光域调制与解调技术
        2.3.1 光载射频信号的直接调制技术
        2.3.2 光载射频信号的外调制技术
        2.3.3 光载射频信号的包络检波解调
    2.4 光载射频通信链路中的信号失真原因及分析
        2.4.1 谐波失真问题研究
        2.4.2 RoF系统光纤链路中的传输色散
        2.4.3 RoF链路中的噪声产生原因及特性分析
    2.5 本章小结
    参考文献
第三章 多信道高谱效相干光载射频通信系统
    3.1 基于串联单边带调制的光载射频信号产生
        3.1.1 光载射频信号串联单边带调制的方案设计
        3.1.2 光载射频信号串联单边带调制的数学模型与理论推导
    3.2 基于光正交单边带复用的光载射频信号产生
        3.2.1 光载射频信号正交单边带复用的方案设计
        3.2.2 光载射频信号正交单边带复用的理论推导与分析
    3.3 多信道高谱效相干光载射频通信系统仿真与实验研究
        3.3.1 相干光载射频通信系统仿真研究
        3.3.2 多模态相干光载射频通信系统的设计及实验平台的建立
        3.3.3 基于数字信号处理的光载射频通信相干接收与信号解调恢复
        3.3.4 多信道高谱效光载射频通信系统实验结果及性能分析
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 基于硅基光电子的相干光载射频通信集成收发机
    4.1 高Q值超窄带的光带通滤波器设计
        4.1.1 基于硅基单微环的波长选择性光带通滤波器
        4.1.2 基于串联多微环的可调谐超窄带光带通滤波器
    4.2 基于硅基滤波器和硅基调制器的集成光载射频信号发射机设计
        4.2.1 硅基双电极马赫-曾德尔调制器的设计与实现
        4.2.2 硅基集成多信道光载射频信号发射机设计与实现
        4.2.3 硅基光载射频信号发射机的仿真验证及结果分析
    4.3 基于集成发射机的相干光载射频通信系统
        4.3.1 集成相干光载射频信号发射机的实现
        4.3.2 光载射频通信系统性能验证及结果分析
    4.4 光载射频通信集成数字相干光接收机前端设计
        4.4.1 集成数字相干光接收机的方案设计
        4.4.2 集成数字相干光接收机前端的设计结构
        4.4.3 数字相干光接收机前端模块的性能参数指标
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术
    5.1 基于DP-DPMZM的光载射频信号移相与倍频方案
        5.1.1 基于DP-DPMZM倍频相移方案的机理分析与数学模型
        5.1.2 倍频功能的数值仿真与验证分析
        5.1.3 移相功能的数值仿真结果及分析
        5.1.4 基于DP-DPMZM的倍频移相系统性能影响因素分析
    5.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器的设计方案
        5.2.1 基于MZM和SOA的射频光子滤波模块设计
        5.2.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器仿真验证及结果分析
        5.2.3 射频光子滤波器的应用分析
    5.3 基于SOA-MZI结构的光载射频信号移相器设计
        5.3.1 光载射频信号移相的机理特点及典型设计方案分析
        5.3.2 基于SOA-MZI结构的射频光子移相器设计方案
        5.3.3 基于SOA-MZI的光载射频移相器仿真验证及结果分析
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究成果
    6.2 不足之处及改进措施
    6.3 未来展望
附录
缩略语
致谢
攻读博士学位期间取得的学术成果目录

(2)基于高阶调制格式的相干光通信系统中非线性均衡技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 论文研究背景和意义
    1.2 非线性均衡技术的研究现状
        1.2.1 相位共轭法
        1.2.2 Volterra级数非线性均衡技术
        1.2.3 数字后向传播算法
        1.2.4 基于微扰理论的非线性均衡技术
        1.2.5 基于机器学习的非线性均衡技术
    1.3 论文的主要研究内容和创新点
    1.4 论文的组织结构
第二章 相干光通信系统
    2.1 引言
    2.2 相干光通信系统的高阶调制
        2.2.1 马赫增德尔调制器(MZM)及其工作原理
        2.2.2 I/Q调制器的结构及其工作原理
        2.2.3 高阶调制格式
    2.3 相干光通信系统中的信号损伤
        2.3.1 放大器自发辐射噪声
        2.3.2 激光器引入的频差和相位噪声
        2.3.3 光纤损耗
        2.3.4 色度色散
        2.3.5 偏振模色散
        2.3.6 光纤非线性效应
    2.4 相干检测技术
    2.5 数字信号处理技术
        2.5.1 IQ不平衡补偿和正交归一化
        2.5.2 色散补偿
        2.5.3 时钟恢复
        2.5.4 偏振解复用和偏振模色散补偿
        2.5.5 频偏估计
        2.5.6 载波相位恢复
    2.6 本章小结
第三章 相干光通信系统中非线性判决算法研究
    3.1 引言
    3.2 基于高斯混合聚类的非线性判决算法
        3.2.1 高斯混合聚类的基本原理
        3.2.2 基于高斯混合聚类的M-QAM信号非线性判决算法
        3.2.3 高斯混合-最小均方算法(MoG-Least Mean Square)
    3.3 实验验证与结果分析
        3.3.1 实验系统设置
        3.3.2 实验结果分析
    3.4 本章小结
第四章 相干光通信系统中基于神经网络的非线性均衡技术研究
    4.1 引言
    4.2 基于特征工程-深度神经网络(FE-DNN)的非线性均衡方案
        4.2.1 神经网络基本原理
        4.2.2 用于方形M-QAM信号的基于FE-DNN的非线性均衡方案
    4.3 基于双向门控循环单元神经网络的非线性均衡方案
        4.3.1 双向门控循环单元神经网络(Bi-GRU)架构
        4.3.2 用于M-QAM信号的基于Bi-GRU的非线性均衡方案
        4.3.3 复杂度分析
    4.4 基于双向长短期记忆神经网络-条件随机场的非线性均衡方案
        4.4.1 双向长短期记忆神经网络(Bi-LSTM)架构
        4.4.2 条件随机场(CRF)基本原理
        4.4.3 用于M-QAM信号的基于Bi-LSTM-CRF的非线性均衡方案
        4.4.4 复杂度分析
    4.5 实验验证与结果分析
        4.5.1 实验系统设置
        4.5.2 实验结果与分析
    4.6 本章小结
第五章 相干光通信系统中基于微扰理论和回归算法的非线性均衡技术研究
    5.1 引言
    5.2 基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案
        5.2.1 基于微扰理论的光纤传输模型
        5.2.2 线性回归基本原理
        5.2.3 支持向量回归(SVR)基本原理
        5.2.4 用于M-QAM信号的基于回归算法的非线性均衡算法
    5.3 实验验证与结果分析
        5.3.1 实验系统设置
        5.3.2 实验结果与分析
    5.4 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
附录: 缩略词列表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(3)高速光纤通信系统中基于卡尔曼滤波器的线性损伤均衡的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 高速相干光纤通信系统的研究背景与发展趋势
    1.2 光纤通信系统信号损伤均衡和概率整形的重要意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 光纤通信系统线性损伤均衡算法的研究现状
        1.3.2 概率整形技术的研究现状
    1.4 论文研究内容及创新点
    1.5 论文结构安排
第二章 偏分复用相干光通信系统理论基础
    2.1 偏分复用相干光通信系统
        2.1.1 发射端
        2.1.2 光纤信道
        2.1.3 接收端
    2.2 概率整形QAM调制
        2.2.1 概率整形技术的基本原理
        2.2.2 概率整形与高阶QAM和FEC联合技术原理
    2.3 可实现信息速率模型
        2.3.1 可实现信息速率
        2.3.2 互信息
        2.3.3 广义互信息
        2.3.4 归一化广义互信息
    2.4 本章小结
第三章 光纤通信系统损伤和均衡技术研究
    3.1 光纤通信系统损伤
        3.1.1 损耗和ASE噪声
        3.1.2 色散
        3.1.3 偏振效应
        3.1.4 载波频率偏移和载波相位噪声
    3.2 光纤通信系统损伤均衡算法
        3.2.1 正交化和归一化
        3.2.2 色散补偿
        3.2.3 偏分解复用
        3.2.4 载波频偏估计
        3.2.5 载波相位恢复
    3.3 本章小结
第四章 基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡算法的研究
    4.1 常用的线性损伤均衡算法CMA-IMP-BPS存在的问题
    4.2 基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡算法的设计
        4.2.1 信号线性损伤模型和损伤补偿模型
        4.2.2 基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡算法的原理
    4.3 基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡算法性能仿真验证
        4.3.1 仿真系统配置
        4.3.2 算法的仿真性能比较与分析
    4.4 基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡算法性能实验验证
        4.4.1 实验系统配置
        4.4.2 算法的实验性能比较与分析
    4.5 基于卡尔曼滤波器一体化的线性损伤均衡算法的复杂度计算与分析
    4.6 本章小结
第五章 基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用研究
    5.1 帧结构设计
    5.2 导频辅助的CMA算法
        5.2.1 导频辅助的CMA算法的具体帧结构设计
        5.2.2 导频辅助的CMA算法原理
        5.2.3 导频辅助的CMA算法的仿真性能
    5.3 导频辅助的时域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法
        5.3.1 导频辅助的时域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法的具体帧结构设计
        5.3.2 导频辅助的时域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法原理
        5.3.3 导频辅助的时域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法的仿真性能
    5.4 基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法设计
        5.4.1 基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法的具体帧结构设计
        5.4.2 基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法的原理
        5.4.3 基于导频辅助的频域卡尔曼滤波器的偏分解复用算法仿真性能
    5.5 本章小结
第六章 概率QAM调制格式的载波相位噪声均衡研究
    6.1 PAS方案产生概率QAM信号
    6.2 基于卡尔曼滤波器的载波相位噪声均衡算法设计
    6.3 基于卡尔曼滤波器的载波相位噪声均衡算法性能比较与分析
        6.3.1 仿真配置
        6.3.2 性能分析
    6.4 基于卡尔曼滤波器的载波相位噪声均衡算法复杂度分析
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 未来工作展望
参考文献
缩略词对照表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(4)面向超高速光传输的信号处理技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 超高速光传输系统研究背景及发展趋势
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 关键技术及发展趋势
    1.2 高速Nyquist时分复用技术的研究现状与关键问题
        1.2.1 高速Nyquist时分复用传输系统的研究现状
        1.2.2 高速Nyquist时分复用面临的关键问题
    1.3 Kramers-Kronig接收技术的研究现状与关键问题
        1.3.1 Kramers-Kronig接收系统的研究现状
        1.3.2 Kramers-Kronig接收技术面临的关键问题
    1.4 本文主要工作与结构
第二章 超高速Nyquist光时分复用信号的发送与接收理论
    2.1 引言
    2.2 Nyquist OTDM技术原理
        2.2.1 正交时分复用技术
        2.2.2 Nyquist OTDM与光OFDM的对偶性
    2.3 超短Nyquist脉冲生成原理
        2.3.1 Nyquist脉冲的时频特性
        2.3.2 频谱成形法产生Nyquist脉冲的机理
    2.4 Nyquist OTDM信号单支路收发原理
        2.4.1 调制技术
        2.4.2 相干解调技术
        2.4.3 数字信号处理技术
    2.5 本章小结
第三章 超高速Nyquist光时分复用系统解复用技术研究
    3.1 引言
    3.2 基于相干匹配采样的Nyquist OTDM解复用技术
        3.2.1 相干匹配采样解复用原理
        3.2.2 相干匹配采样解复用方案中相关参数对解复用性能的影响
        3.2.3 160 Gbaud Nyquist OTDM信号相干匹配采样解复用实验研究
    3.3 基于单个IQ调制器的Nyquist OTDM解复用技术
        3.3.1 单个IQ调制器产生准Nyquist脉冲解复用原理与仿真
        3.3.2 单个IQ调制器对160 Gbaud Nyquist OTDM信号解复用实验
    3.4 基于时域展宽辅助的Nyquist OTDM解复用技术
        3.4.1 时空对偶性与Nyquist OTDM信号时域展宽原理
        3.4.2 160 Gbaud Nyquist OTDM信号时域展宽辅助解复用实验研究
    3.5 本章小结
第四章 Kramers-Kronig接收技术研究
    4.1 引言
    4.2 Kramers-Kronig接收机的数学模型与结构
    4.3 Kramers-Kronig接收机的性能分析及验证
        4.3.1 信号的载波功率比(CSPR)对KK接收机的性能影响分析
        4.3.2 接收机上采样率对KK接收机的性能影响分析
    4.4 基于星座图概率成型的低CSPR KK接收技术
        4.4.1 方案原理与仿真分析
        4.4.2 基于星座图概率成型的低CSPR KK接收实验与仿真研究
        4.4.3 实验验证与结果分析
    4.5 本章小结
第五章 基于时域Talbot效应的全光信号加密技术
    5.1 引言
    5.2 Talbot效应理论
        5.2.1 空间Talbot效应原理
        5.2.2 时域Talbot效应原理及实现
    5.3 基于时域Talbot效应的PAM 4信号加密/解密仿真
    5.4 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 成果总结
    6.2 工作展望
参考文献
附录 缩略语表
致谢
攻读学位期间论文成果与科研项目

(5)光纤偏振稳定技术的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 光纤偏振稳定技术研究背景及意义
        1.1.1 光纤通信系统发展概况
        1.1.2 光纤偏振稳定技术研究意义
    1.2 论文主要内容和结构
第二章 光纤偏振稳定技术研究
    2.1 光纤偏振稳定技术研究现状
    2.2 偏振光的表示方法
        2.2.1 椭圆偏振光的三角函数表示
        2.2.2 偏振光的琼斯矢量与琼斯矩阵表示
        2.2.3 偏振光的斯托克斯适量与弥勒矩阵表示
        2.2.4 偏振光的邦加球表示
    2.3 偏振控制器
        2.3.1 方位角型控制器
        2.3.1.1 自由空间波片型偏振控制器
        2.3.1.2 光纤线圈型偏振控制器
        2.3.2 延迟量控制型
        2.3.3 方位角-延迟量控制型
    2.4 光纤偏振稳定技术方案研究
        2.4.1 基于偏振态在线检测法的直接检测方案
        2.4.2 基于偏振跟踪法的直接检测方案
        2.4.3 基于偏振分集相干接收偏振均衡方案
    2.5 小结
第三章 基于偏振跟踪直接检测方案的光纤偏振稳定技术及算法研究
    3.1 光纤偏振稳定系统方案及理论分析
    3.2 偏振控制器控制方案
    3.3 常见反馈控制算法
        3.3.1 梯度下降算法
        3.3.2 模拟退火算法
        3.3.3 粒子群优化算法
    3.4 改进的反馈控制算法及仿真
        3.4.1 自适应调节粒子群算法
        3.4.2 禁忌自适应粒子群优化算法
        3.4.3 禁忌自适应粒子群优化算法仿真
        3.4.3.1 Sphere测试函数仿真结果
        3.4.3.2 Rastrigrin测试函数为仿真结果
        3.4.3.3 Rosenbrock测试函数仿真结果
        3.4.4 针对光纤偏振稳定问题的禁忌自适应粒子群算法建模
    3.5 小结
第四章 基于偏振跟踪直接检测方案的光纤偏振稳定系统及实验
    4.1 光纤偏振稳定系统硬件设计
        4.1.1 偏振控制单元
        4.1.1.1 偏振控制器
        4.1.1.2 放大电路
        4.1.2 反馈信号采集单元
        4.1.2.1 偏振分束器
        4.1.2.2 光电转换器及后续放大电路
        4.1.3 数据处理单元
        4.1.3.1 中央控制模块
        4.1.3.2 模数转换器
        4.1.3.3 数模转换器
    4.2 光纤偏振稳定控制实验平台
    4.3 不同调制格式和调制速率光信号偏振稳定实验分析
    4.4 改进的禁忌粒子群优化算法与传统算法性能比较
    4.5 小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的研究成果

(6)高速相干光通信系统中针对极端场景下偏振损伤的均衡算法研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 高速相干光通信系统的前景与发展
    1.2 高速相干光通信系统信号损伤补偿的目的及意义
    1.3 高速相干光通信系统中极端信号损伤补偿的研究现状
    1.4 论文研究内容及结构安排
    参考文献
第二章 高速偏分复用相干光通信系统基础理论
    2.1 高速偏分复用系统基本原理与结构
    2.2 高速相干光通信系统的基础架构
        2.2.1 发射端
        2.2.2 接收端
    2.3 信号损伤模型
        2.3.1 光纤损耗
        2.3.2 色散
        2.3.3 偏振效应相关损伤
        2.3.4 载波相位噪声和载波频率偏移
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 光纤信号损伤均衡技术概览
    3.1 DSP模块单元算法流程
    3.2 信号损伤均衡算法
        3.2.1 色度色散补偿
        3.2.2 偏振解复用
        3.2.3 载波频偏估计
        3.2.4 载波相位恢复
    3.3 本章小结
    参考文献
第四章 基于卡尔曼滤波器的极端损伤均衡算法研究
    4.1 极端损伤物理场景概述
    4.2 EKF滤波算法基础理论
    4.3 基于EKF的极端信号损伤均衡算法的设计
        4.3.1 信道模型与损伤补偿模型
        4.3.2 联合补偿结构与Kalman算法流程
    4.4 算法性能比较与分析
        4.4.1 仿真平台以及系统配置
        4.4.2 性能比较与分析
        4.4.3 计算复杂度比较与分析
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 下一步工作计划
缩略词对照表
致谢
作者攻读学位期间发表的学术论文目录

(7)基于卡尔曼滤波器的偏振旋转损伤均衡算法的硬件实现研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 相干光通信的发展背景
    1.2 光纤通信系统中的损伤及其均衡算法
    1.3 硬件实现损伤均衡算法的研究现状和重要意义
    1.4 论文研究内容及结构安排
第二章 相干光通信系统基础
    2.1 相干光通信系统
    2.2 发射机
        2.2.1 电路部分
        2.2.2 光路部分
    2.3 相干接收机
        2.3.1 相干接收前端
        2.3.2 数字信号处理
    2.4 偏分复用系统
    2.5 本章小结
第三章 光纤通信系统损伤和均衡算法
    3.1 光纤通信系统损伤
        3.1.1 损耗
        3.1.2 色散
        3.1.3 偏振相关损耗
        3.1.4 载波频率偏移和载波相位噪声
    3.2 光纤通信系统损伤均衡算法
        3.2.1 均衡算法
        3.2.2 色散补偿
        3.2.3 偏振效应均衡算法
        3.2.4 载波频率估计算法
        3.2.5 载波相位恢复算法
    3.3 本章小结
第四章 基于EKF的偏振旋转均衡算法的硬件实现研究
    4.1 基于EKF的偏振旋转均衡算法及其硬件设计
        4.1.1 Kalman滤波器
        4.1.2 基于EKF的偏振旋转均衡算法
        4.1.3 基于EKF的偏振旋转均衡算法的硬件简化设计
    4.2 基于Matlab偏振旋转均衡算法离线仿真验证
        4.2.1 Matlab仿真系统
        4.2.2 仿真性能比较和结果分析
    4.3 基于FPGA偏振旋转均衡算法硬件仿真验证
        4.3.1 FPGA仿真平台
        4.3.2 仿真性能比较和结果分析
    4.4 本章总结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 下一步工作计划
参考文献
缩略词对照表
致谢
作者攻读学位期间发表的学术论文目录

(8)反射式相干光通信系统相位调制/解调及相关实验研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 基于DSP技术的相干光通信发展现状及关键技术研究
    1.2 课题的目的和研究意义
    1.3 论文的主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 反射式相干光通信系统的设计及仿真模拟
    2.1 新型反射式相干光通信系统
        2.1.1 反射式相干光通信系统设计
        2.1.2 反射式电光调制器设计
        2.1.3 反射式光通信系统接收端设计
    2.2 反射式与传统QPSK光通信系统仿真与分析
        2.2.1 新型反射式系统仿真
        2.2.2 传统相干光通信系统仿真
        2.2.3 仿真结果对比分析
    2.3 本章小结
第三章 反射式相干光通信系统损伤补偿研究
    3.1 反射式系统损伤分析与补偿算法
        3.1.1 色度色散与粗均衡算法
        3.1.2 偏振模色散与恒模算法
        3.1.3 非线性效应与对称数字后向传输算法
    3.2 系统损伤补偿仿真与结果分析
        3.2.1 反射式系统与传统正向传输系统补偿效果对比分析
        3.2.2 线宽与功率影响因素分析
    3.3 本章小结
第四章 反射式相干光通信系统实验研究
    4.1 反射式相干光通信实验系统搭建
    4.2 相干光通信系统实验测试与分析
        4.2.1 第一版反射式系统实验与分析
        4.2.2 传统相干光通信系统实验与分析
        4.2.3 第一版反射式与传统相干光通信系统实验结果对照分析
        4.2.4 第二版反射式系统实验分析
        4.2.5 三类系统实验结果综合分析
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献
硕士研究生期间的研究成果

(9)高速高阶相干光通信系统中关键技术的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 课题研究背景
    1.2 相干光通信技术国内外发展现状
    1.3 高阶调制码型的发展与研究现状
    1.4 高速相干光通信系统中的典型复用技术
        1.4.1 WDM技术概述
        1.4.2 偏振态复用技术概述
    1.5 论文结构安排
第二章 高速相干光通信系统
    2.1 相干光通信系统概述
        2.1.1 相干光通信系统的主要结构
        2.1.2 相干光通信系统中的数字信号处理技术概述
    2.2 调制原理概述
        2.2.1 激光调制概述
        2.2.2 光调制器原理
        2.2.3 新型调制格式
    2.3 光信号传输的链路损伤
        2.3.1 光纤的损耗
        2.3.2 光纤的色散
        2.3.3 光纤的非线性效应
    2.4 相干接收机原理概述
        2.4.1 相干检测技术的基本原理
        2.4.2 外差检测与零差检测技术
        2.4.3 相干检测技术的优点
    2.5 本章小结
第三章 相干光通信系统中数字信号处理技术的研究与分析
    3.1 色度色散补偿技术
        3.1.1 基于色散补偿光纤的色散补偿方案的仿真与分析
        3.1.2 基于频域均衡器的色散补偿方案的应用与研究
    3.2 偏振解复用及动态均衡
        3.2.1 CMA算法的应用与研究
        3.2.2 CMA+RED算法的应用研究
    3.3 非线性损伤补偿技术的仿真与分析
    3.4 载波频偏估计算法
        3.4.1 四次方载波频偏估计算法的应用与分析
        3.4.2 基于FFT的载波频偏估计算法的应用与分析
    3.5 载波相位噪声估计算法的研究
        3.5.1 BPS算法
        3.5.2 BPS/ML算法
    3.6 本章小结
第四章 DP-16QAM相干光通信系统的研究与分析
    4.1 DP-16QAM相干光通信系统的搭建
    4.2 448 Gbit/s DP-16QAM相干光传输链路损伤补偿的研究
        4.2.1 色散补偿算法的补偿效果分析
        4.2.2 载波频偏估计算法的性能分析
        4.2.3 载波相位估计算法的性能分析
    4.3 利用光纤中的克尔非线性提高DP-16QAM接收机性能
        4.3.1 接收机概述
        4.3.2 新型接收机原理
        4.3.3 仿真分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间的学术成果

(10)超100G光传输高级调制解调和概率星座整形技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 高级调制解调技术的国内外研究进展
        1.1.2 概率星座整形的国内外研究进展
    1.2 本课题研究意义及结构安排
2 高级调制解调和相干接收技术
    2.1 光通信系统高级调制原理
        2.1.1 光信号调制技术
        2.1.2 相位调制格式调制与解调
    2.2 光相干探测
        2.2.1 光相干探测原理
        2.2.2 光相干接收机
    2.3 400Gbit/s光传输系统调制方案技术研究
    2.4 本章小结
3 超100G光通信系统的链路损伤与DSP补偿技术
    3.1 光纤链路损伤
        3.1.1 光纤损耗
        3.1.2 光纤色度色散
        3.1.3 偏振模色散
        3.1.4 相位噪声
        3.1.5 光纤非线性效应
    3.2 相干接收信号补偿和恢复
        3.2.1 色散补偿
        3.2.2 偏振解复用
        3.2.3 频偏估计和载波相位估计
    3.3 400Gbit/s光通信系统的链路特性仿真
    3.4 本章小结
4 概率星座整形技术方案研究
    4.1 星座整形技术
        4.1.1 概率整形与几何整形
        4.1.2 概率整形的研究必要性
    4.2 概率整形基本原理
    4.3 概率星座整形方案
    4.4 本章小结
5 基于算数编码概率整形算法的系统仿真研究
    5.1 目前概率星座整形技术存在的问题
    5.2 概率星座整形方案与关键模块设计
        5.2.1 分布匹配器
        5.2.2 算数编码方案
    5.3 概率星座整形系统设计
        5.3.1 二进制标记(星座标记)
        5.3.2 编码调制
        5.3.3 解调器
        5.3.4 可调速率范围
    5.4 仿真结果与性能分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录1 攻读硕士学位期间参与的项目和发表论文
附录2 主要英文缩写语对照表

四、40Gb/s光通信系统中光域偏振模色散补偿的实验研究(论文参考文献)

  • [1]光载射频信号处理若干技术及应用研究[D]. 陈光. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [2]基于高阶调制格式的相干光通信系统中非线性均衡技术研究[D]. 刘欣雨. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [3]高速光纤通信系统中基于卡尔曼滤波器的线性损伤均衡的研究[D]. 张楠楠. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [4]面向超高速光传输的信号处理技术研究[D]. 岳磊. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [5]光纤偏振稳定技术的研究[D]. 王思尧. 北京邮电大学, 2020(05)
  • [6]高速相干光通信系统中针对极端场景下偏振损伤的均衡算法研究[D]. 易玮. 北京邮电大学, 2020(05)
  • [7]基于卡尔曼滤波器的偏振旋转损伤均衡算法的硬件实现研究[D]. 郭瑞璞. 北京邮电大学, 2020(05)
  • [8]反射式相干光通信系统相位调制/解调及相关实验研究[D]. 闫淼. 电子科技大学, 2020(08)
  • [9]高速高阶相干光通信系统中关键技术的研究[D]. 胡学东. 内蒙古大学, 2020(01)
  • [10]超100G光传输高级调制解调和概率星座整形技术研究[D]. 彭家昕. 武汉邮电科学研究院, 2020(11)

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40Gb/s光通信系统光域偏振模色散补偿实验研究
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