發(fā)布時間：2020-08-19 12:37

【摘要】：近年,隨著大批高速率、高質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用,人們對通信帶寬的要求也逐漸增加。作為目前主流通信方式之一的光纖通信也被驅(qū)使著向長距離、大容量以及高頻譜效率的方向發(fā)展。而傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制/直接探測技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足這樣的需求,因此,基于相干光通信系統(tǒng),高階調(diào)制格式、偏振復(fù)用、波分復(fù)用和數(shù)字信號處理相結(jié)合是最能有效滿足當(dāng)前需求的方案之一。本文首先介紹了高速相干光通信系統(tǒng)及其相關(guān)數(shù)字信號處理算法的發(fā)展?fàn)顩r和研究現(xiàn)狀;然后對相干光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及卡爾曼濾波器基本模型進(jìn)行了詳細(xì)介紹;最后對數(shù)字信號處理中的頻偏補(bǔ)償算法和載波相位估計算法進(jìn)行了研究,并研究了基于卡爾曼濾波器的雙偏振并行載波相位恢復(fù)算法。到目前為止,大部分頻偏估計算法都分為兩步完成:首先去除信號的調(diào)制信息,然后進(jìn)行頻偏估計。常用去除信號調(diào)制信息的方法主要有訓(xùn)練序列(TS)和M次冪操作(M’th)兩種。TS方法的噪聲容忍性比M’th高,并且適用于各種調(diào)制格式,但是TS降低了系統(tǒng)的頻譜利用率、增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。而M’th雖然頻譜效率高、系統(tǒng)相對簡單,但是該方法有調(diào)制格式的限制并且頻偏估計范圍小。本文對基于訓(xùn)練序列和M次冪的頻域FFT變換頻偏補(bǔ)償算法的性能進(jìn)行了仿真比較。在數(shù)據(jù)量較大的情況下兩者均可完成頻偏估計,但是隨著符號數(shù)量減小,頻譜分辨率降低,估計精度下降。基于訓(xùn)練序列估計范圍更大并且對噪聲的容忍性更高,但是M次冪操作的估計精度更高。但是在這兩種情況下,均需要大量的符號來進(jìn)行頻域FFT變換,使得算法的計算復(fù)雜度較高。近年來,大量研究利用卡爾曼濾波器來進(jìn)行頻偏估計,該算法收斂速度快、復(fù)雜度低、估計精度高。本文對基于訓(xùn)練序列的卡爾曼濾波器頻偏估計算法進(jìn)行了研究,并通過仿真對這三種算法的估計范圍和估計精確度進(jìn)行了分析比較。在載波相位估計算法部分,本文首先介紹了Viterbi-Viterbi載波相位恢復(fù)算法、盲相位搜索(BPS)算法和卡爾曼濾波器載波相位恢復(fù)算法。然后在Takashi Inoue發(fā)表的并行卡爾曼濾波器實(shí)現(xiàn)載波相位恢復(fù)算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),給出了一種基于卡爾曼濾波器的雙偏振并行載波相位恢復(fù)算法。對于偏振復(fù)用系統(tǒng),考慮兩個偏振態(tài)上的信號相位噪聲是相同的,所以本文算法針對偏振復(fù)用16QAM(PDM-16QAM)調(diào)制格式,選擇兩個偏振態(tài)上內(nèi)環(huán)和外環(huán)上的信號來進(jìn)行載波相位估計。仿真結(jié)果表明,在224 Gb/s傳輸速率下,基于卡爾曼濾波器的雙偏振載波相位恢復(fù)算法(最大線寬容忍2800 kHz)相比于單偏振卡爾曼濾波器載波相位恢復(fù)算法(最大線寬容忍400 kHz)線寬的容忍性提高了7倍;最大并行處理符號個數(shù)提升了3.5倍左右,提升了算法實(shí)時性、降低了復(fù)雜度;復(fù)雜度下降了一倍。最后,在224 Gb/s PDM-16QAM傳輸實(shí)驗中對雙偏振并行卡爾曼濾波器載波相位恢復(fù)算法進(jìn)行了驗證。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.1;TN713
【圖文】：

南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論證模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣率與符號速率完機(jī)的取樣時刻，使接收機(jī)的時鐘與用作為一種常用的傳輸方式利用光正交的偏振態(tài)在傳輸過程中會產(chǎn)生。要消除這種干擾，就需要使用偏LMS 線性均衡濾波器或者卡爾曼濾在實(shí)際系統(tǒng)中，本振激光器頻率和號產(chǎn)生相位偏移。要實(shí)現(xiàn)正確的解頻偏補(bǔ)償算法也是數(shù)字信號處理中由于激光器存在線寬，使相位調(diào)制算法估計由線寬產(chǎn)生的隨機(jī)相位變進(jìn)行正確解碼。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 5頁第 2 章 相干光通信系統(tǒng)及卡爾曼濾波器基本模型高速相干光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，其基本結(jié)構(gòu)主要由三個部分構(gòu)成：發(fā)射機(jī)，傳輸信道和接收機(jī)[30]。本章將對這三個部分的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行描述，并對卡爾曼濾波器基本結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析。

圖 2-2 激光器中單次自發(fā)輻射對信號影響矢量模型受到受到一次自發(fā)輻射后可認(rèn)為信號的幅度0000sin() )cos() sin() arctan(EEEEEssssss 射后，信號的相位變?yōu)椋?nssnEE100sin() 內(nèi)所受到的相位噪聲可表示為： ()10sin() ()ntssEEt 表示自發(fā)輻射率。則相位噪聲在連續(xù) t 時間 ()sin()] [1[()]ntssEEEE t

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 曹國亮;楊彥甫;王非;崔瀾濤;榮寧;谷健;姚勇;;基于擴(kuò)展卡爾曼的PDM-16QAM偏振態(tài)和載波相位快速跟蹤[J];光學(xué)學(xué)報;2014年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 易安林;偏振復(fù)用光通信系統(tǒng)信號處理技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2013年

2 易小剛;數(shù)字相干PM-QPSK光傳輸系統(tǒng)中的非線性損傷與系統(tǒng)的性能估計[D];北京郵電大學(xué);2013年

3 汪靈杰;基于平面光波導(dǎo)的100Gb/sDP-QPSK接收機(jī)的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

4 王大偉;數(shù)字信號處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張曼麗;PM-16QAM相干光通信中偏振復(fù)用及追蹤技術(shù)的研究[D];北京交通大學(xué);2016年

本文編號：2797103