高速光纖通信系統(tǒng)中電子色散補(bǔ)償技術(shù)的研究.pdf

1、當(dāng)前,隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,海量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求引發(fā)了各式各樣的致力于低成本、高速率的光纖傳輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究。光纖傳輸網(wǎng)正經(jīng)歷著從10Gb/s系統(tǒng)到40Gb/s系統(tǒng)甚至到100Gb/s系統(tǒng)的飛躍,傳輸距離也大大增加。然而,隨著數(shù)據(jù)量的增加,許多光纖傳輸中的有害機(jī)制成為系統(tǒng)進(jìn)一步升級(jí)的制約因素。色散,作為制約因素的一種,在高速光纖通信系統(tǒng)中對(duì)性能的影響起著舉足輕重的作用。色散會(huì)造成脈沖展寬,并最終導(dǎo)致碼間干擾、誤碼率增加和系統(tǒng)傳輸性能降

2、低。相較于傳統(tǒng)的基于光域的色散補(bǔ)償方法,電子色散補(bǔ)償技術(shù)由于低成本、自適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注,成為近幾年研究的熱點(diǎn)。
　　針對(duì)光纖鏈路中隨著傳輸速率的提高、傳輸距離的增加所帶來(lái)的信號(hào)嚴(yán)重?fù)p失,電子色散補(bǔ)償技術(shù)具有強(qiáng)大的處理能力來(lái)消除信號(hào)畸變帶來(lái)的影響。被動(dòng)均衡技術(shù)與主動(dòng)均衡技術(shù)可以看作是電子色散補(bǔ)償?shù)膬煞N方案。被動(dòng)均衡采用新型調(diào)制碼型,充分利用其具有的較高色散容限和非線性容限、頻譜利用率等特性來(lái)提升系統(tǒng)系能。該方案是是一種色

3、散緩解措施。在傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)光纖通信系統(tǒng)中,最常見(jiàn)的NRZ碼型已經(jīng)不能適應(yīng)長(zhǎng)距離傳輸?shù)囊?。新型的基于?qiáng)度調(diào)制的不同占空比RZ碼型和基于相位調(diào)制的DPSK、DQPSK等由于具有上述的特性更加受到人們關(guān)注。目前,伴隨著調(diào)制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,產(chǎn)生了頻率效率更高的偏振復(fù)用系統(tǒng)和正交頻分復(fù)用系統(tǒng)。信息載體也從基本的幅度、相位信息延伸到偏振態(tài)、頻率等參量中去。
　　被動(dòng)均衡技術(shù)是為一種“預(yù)防式”的均衡技術(shù),其消除信號(hào)損傷的作用弱于

4、“主動(dòng)式”補(bǔ)償均衡技術(shù)。信號(hào)損傷對(duì)系統(tǒng)的影響不能完全消除被被動(dòng)均衡技術(shù)消除,因而為了能更為有效的減少信號(hào)損傷的影響,使得系統(tǒng)性能得以提升,必須采用另外一種具有補(bǔ)償功能的主動(dòng)均衡技術(shù)。幾種典型的均衡器可以作為這種主動(dòng)式電子色散補(bǔ)償方案,包括前饋均衡器、判決反饋均衡器和最大似然序列估計(jì)均衡器。這些均衡器可以相應(yīng)的對(duì)光纖傳輸中的色度色散、偏振模色散進(jìn)行有效補(bǔ)償。而且隨著電子技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展,被人遺忘的相干檢測(cè)技術(shù)由于其具有卓越的

5、性能得到了重生。在接收機(jī)的數(shù)字信號(hào)處理模塊中絕大多數(shù)電子色散方案都可以進(jìn)行。
　　本文針對(duì)光纖中的色散現(xiàn)象研究了新型調(diào)制格式及其傳輸性能,直接檢測(cè)光纖通信系統(tǒng)的電子色散補(bǔ)償技術(shù)以及偏振復(fù)用相干檢測(cè)光纖通信系統(tǒng)的電子色散補(bǔ)償技術(shù)。主要工作可以分為如下幾個(gè)部分:
　　(1)分析光纖色散的成因以及色度色散、偏振模色散的數(shù)學(xué)描述形式。簡(jiǎn)要介紹了基于光學(xué)方法的色散補(bǔ)償技術(shù)和基于電域處理的色散補(bǔ)償技術(shù);
　　(2)研究和分析了包括

6、不同占空比的強(qiáng)度調(diào)制和各種相位調(diào)制的新型碼型。通過(guò)Optisystem建立起完整的系統(tǒng)性能綜合評(píng)估仿真平臺(tái),對(duì)新型調(diào)制格式的色散效應(yīng)和其他的性能指標(biāo),包括非線性容限、接收機(jī)靈敏度、噪聲靈敏度等進(jìn)行仿真比較分析。
　　(3)研究了前饋均衡器、判決反饋均衡器和最大似然序列估計(jì)均衡器的結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)。分析了基于最小均方誤差估計(jì)的LMS自適應(yīng)算法。針對(duì)最大似然序列估計(jì)均衡器在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用,提出了一種基于柱狀圖概率密度函數(shù)的信道估計(jì)方

7、法和基于轉(zhuǎn)換的Viterbi算法。通過(guò)Optisystem和Matlab聯(lián)合仿真了不同均衡器結(jié)構(gòu)在不同調(diào)制格式下的色散補(bǔ)償性能。
　　(4)分析了一種偏振復(fù)用QPSK相干檢測(cè)光纖通信系統(tǒng)。研究產(chǎn)生偏振復(fù)用調(diào)制格式產(chǎn)生的方法,分析偏振模色散和偏振相關(guān)損耗對(duì)偏振復(fù)用系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響。詳細(xì)介紹了接收機(jī)DSP模塊中的關(guān)鍵技術(shù)。
　　(5)針對(duì)解復(fù)用算法進(jìn)行了分析和研究。對(duì)恒模算法(CMA)在解復(fù)用過(guò)程中產(chǎn)生的奇異點(diǎn)現(xiàn)象進(jìn)行探討。闡明