發(fā)布時間：2020-08-21 18:51

【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)中心等技術(shù)和業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展,光網(wǎng)絡(luò)將會呈現(xiàn)高傳輸速率、彈性化網(wǎng)絡(luò)配置以及大傳輸容量等特征,這必將給接收機中的數(shù)字信號處理模塊帶來一系列新的挑戰(zhàn),例如快速跟蹤光信號偏振態(tài)、快速捕獲系統(tǒng)頻偏和相位噪聲。面臨這些挑戰(zhàn),常用的數(shù)字信號處理算法存在自身的不足,例如奇異性、收斂速度慢,偏振跟蹤速率低和估計精度低等問題。在此同時,由于其具有快速收斂、估計精度高等特性,卡爾曼濾波器及其改進濾波器已被廣泛應(yīng)用于相干光通信中相關(guān)系統(tǒng)損傷估計補償,例如偏振態(tài)跟蹤、頻偏估計、相位噪聲估計等。然而,卡爾曼濾波器的估計精度和收斂速度嚴重依賴于其調(diào)優(yōu)參量Q,在不同的工作環(huán)境中,所對應(yīng)的最佳Q值不一樣。因此,面對高度動態(tài)化、彈性化的光網(wǎng)絡(luò),使用固定Q值的傳統(tǒng)卡爾曼濾波器難以兼顧跟蹤速度和估計精度�；诖�,本論文圍繞自適應(yīng)卡爾曼濾波器開展了偏振態(tài)、頻偏估計和相位噪聲估計等多個參量的協(xié)同估計研究。在論文中,首先回顧了相干光通信理論基礎(chǔ)、相關(guān)損傷處理算法、卡爾曼濾波器原理以及自適應(yīng)卡爾曼濾波器原理。其次,通過理論分析和數(shù)值仿真分析了自適應(yīng)卡爾曼濾波的協(xié)同估計算法和傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理算法在不同工作場景下的技術(shù)性能。最后,在實驗系統(tǒng)中驗證自適應(yīng)卡爾曼濾波器在偏振跟蹤能力和頻偏估計精度等方面的性能。在基于自適應(yīng)卡爾曼濾波的偏振態(tài)和相位跟蹤研究中,本文通過數(shù)值仿真研究了自適應(yīng)卡爾曼濾波器和傳統(tǒng)卡爾曼濾波器在不同光信噪比、偏振旋轉(zhuǎn)速率和激光線寬等場景下的技術(shù)性能。仿真結(jié)果表明基于自適應(yīng)卡爾曼濾波的偏振態(tài)和相位恢復方案具有較小的OSNR代價、更高的偏振旋轉(zhuǎn)跟蹤能力以及更高的激光線寬容忍度。不僅如此,自適應(yīng)卡爾曼濾波器中Q在不同工作場景下可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié),其性能不受初始Q影響。其次,在實驗系統(tǒng)中對比分析了自適應(yīng)卡爾曼濾波器和傳統(tǒng)卡爾曼濾波器的偏振旋轉(zhuǎn)跟蹤性能,實驗結(jié)果進一步驗證了基于自適應(yīng)卡爾曼濾波的偏振態(tài)和相位恢復方案具有更高的偏振旋轉(zhuǎn)跟蹤速率和較好的魯棒性。在基于改進半自適應(yīng)卡爾曼濾波的載波恢復研究中,分析了基于半自適應(yīng)卡爾曼濾波的載波恢復算法中頻偏周跳出現(xiàn)的原因,并且提出一種可監(jiān)測并補償頻偏周跳的改進半自適應(yīng)卡爾曼濾波的載波恢復算法。并通過數(shù)值仿真驗證了改進半自適應(yīng)卡爾曼濾波器在不同頻偏條件下可以實現(xiàn)頻偏周跳的監(jiān)測和補償,消除了頻偏周跳對其頻偏估計精度的影響。在此同時,改進算法也具有優(yōu)異的頻偏快速跟蹤和激光線寬容忍度。由于改進半自適應(yīng)卡爾曼濾波器中Q是通過閾值切換的方式來實現(xiàn),因此不能算成完全意義上的自適應(yīng)卡爾曼濾波算法�；诖�,本文引入?yún)f(xié)方差匹配理論在卡爾曼濾波器遞歸過程中自適應(yīng)調(diào)整Q值,從而在不同的工作條件下實現(xiàn)Q的自動優(yōu)化。與傳統(tǒng)卡爾曼濾波器對比,本文分析了自適應(yīng)卡爾曼濾波器在不同光信噪比條件下的頻偏估計精度、頻偏估計范圍以及頻偏捕獲速度。仿真結(jié)果顯示自適應(yīng)卡爾曼濾波器在較大OSNR范圍內(nèi)具有更高的頻偏估計精度和頻偏捕獲能力。此外,自適應(yīng)卡爾曼濾波器在激光線寬容忍度上也有一定的性能提升。最后,我們通過實驗系統(tǒng)進一步驗證了自適應(yīng)卡爾曼濾波器的頻偏估計精度和Q自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN713
【圖文】：

圖 2-1 相干光通信系統(tǒng)框架圖射機結(jié)構(gòu)和原理檢測通信系統(tǒng)對比，多維度調(diào)制信號使得相干光通信系統(tǒng)在不的前提下進一步提高了傳輸容量和速率。在相干光通信系統(tǒng)中調(diào)制器(Mach-Zehndermodulator,MZM)來調(diào)制光載波。MZM 的 所示，光載波 ( )inE t 從輸入端進入，經(jīng)過 5:5 的光分束器將其分波。驅(qū)動電壓 ( )rfu t 和偏置電壓 ( )dcu t 分別驅(qū)動兩個對稱相位調(diào)路信號生成③和④兩路調(diào)制光信號。調(diào)制光信號③和④經(jīng)過光MZM 調(diào)制器輸出調(diào)制光信號 ( )outE t 。

償對應(yīng)的系統(tǒng)損傷，例如色散、非線性、頻偏和相位等。圖 2-1 相干光通信系統(tǒng)框架圖射機結(jié)構(gòu)和原理檢測通信系統(tǒng)對比，多維度調(diào)制信號使得相干光通信系統(tǒng)在不的前提下進一步提高了傳輸容量和速率。在相干光通信系統(tǒng)中調(diào)制器(Mach-Zehndermodulator,MZM)來調(diào)制光載波。MZM 所示，光載波 ( )inE t 從輸入端進入，經(jīng)過 5:5 的光分束器將其波。驅(qū)動電壓 ( )rfu t 和偏置電壓 ( )dcu t 分別驅(qū)動兩個對稱相位調(diào)路信號生成③和④兩路調(diào)制光信號。調(diào)制光信號③和④經(jīng)過光MZM 調(diào)制器輸出調(diào)制光信號 ( )outE t 。

111( )( )u ttV ,212( )( )u ttV 2V 分別是 MZM 中上下兩個相位調(diào)制器對應(yīng)的半波M 中上下兩個相位調(diào)制器的驅(qū)動電壓。 的電壓關(guān)系，MZM 可以處于兩種工作模式。當u臂的相位相反，MZM 處于推挽模式(push-pull)，相當2 (t )時，MZM 中上下兩臂的相移相同，MZM 處于雙個相位調(diào)制器。信系統(tǒng)中，光 IQ 調(diào)制器被廣泛用于生成 QPSK 信號 MZM 和一個 90°相移器，如圖 2-3 所示。光信號(Q)兩路分量。I 路和 Q 路分別經(jīng)過不同的傳輸路徑，調(diào)制，Q 路信號先后經(jīng)過 90°相移器和 MZM 強度調(diào)制 90°的絕對相移，最后進行干涉輸出。為了實現(xiàn)高階般使用多個 MZM 進行光載波信號的調(diào)制。

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 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;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 張群;基于半徑導向線性卡爾曼濾波的偏振解復用和均衡技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

本文編號：2799736