實時數(shù)字相干光通信系統(tǒng)中時鐘恢復(fù)算法的FPGA實現(xiàn)
發(fā)布時間：2021-06-29 10:51
隨著社會的發(fā)展與進步,人們對實時數(shù)字相干光通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。在以往的低速率實時數(shù)字相干光通信系統(tǒng)中,由于數(shù)據(jù)傳輸速率低,所以接收端數(shù)字信號處理（DSP）算法的并行度低,并且在現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）中實現(xiàn)簡單,但是隨著數(shù)據(jù)速率的提升,就需要在有限資源的FPGA中實現(xiàn)并行化更高的DSP算法。在本文中主要著眼于DSP算法中的時鐘恢復(fù)算法的并行化,通過對傳統(tǒng)并行化時鐘恢復(fù)算法的改進來得到一種復(fù)雜度低、占用資源量少的改進并行化時鐘恢復(fù)算法。本文的具體研究內(nèi)容分為以下兩部分:首先,完成了基于Matlab的并行化時鐘恢復(fù)算法偽代碼,并對傳統(tǒng)并行時鐘恢復(fù)算法進行改進,通過使用共享數(shù)控振蕩器（SNCO）來代替獨立數(shù)控振蕩器（INCO）,在性能不變的情況下,節(jié)省算法資源量16%以上,并在2.5Gbaud的QPSK和16QAM實驗平臺上對上述算法進行了離線實驗驗證。主要是對浮點型QPSK/16QAM傳統(tǒng)并行時鐘恢復(fù)算法、定點型QPSK/16QAM傳統(tǒng)并行時鐘恢復(fù)算法、浮點型QPSK/16QAM改進并行時鐘恢復(fù)算法、定點型QPSK/16QAM改進并行時鐘恢復(fù)算法的性能進行了對比分析。...
【文章來源】：北京郵電大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【圖文】：
圖１－１數(shù)字相干光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖??數(shù)字相干光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１－１所示
相干光通信系統(tǒng)的接收端采用零差檢測Ｗ。通過在零差檢測中使??用一個相移９０°的本振光，可以探測出信號光的ＩＱ成分，這個功能可以通過使??用一個９０°混頻器來實現(xiàn)，如圖１－２所示，可以從兩個輸入￡ｓ和中獲得四個輸??出Ｅｐ五２，Ａ和丑４，如下所不：??Ｅ＾＾Ｅｓ?＋?Ｅ＾）?（１－１）??Ｅ２?＝?１－（＜Ｅｓ－ＥＬ０）?（１－２）??Ｅｘ＝ｌ＜ｉＥｓ＋ｊＥＬ０）?（１－３）??４＝沐－瓜〇）?（１－４）??則平衡探測器的輸出為：??ｈ?＝?ｈｉ?￣?ｈｉ?＝?＾ｙ／Ｐｓｈｏ?ｃ〇ｓ｛Ｑｓｉｇ（ｔ）?－?ｅＬ０（ｔ）｝?（１－５）??１ｑ?＝?Ｉｑｉ?—?＝?ＲＪＰｓＰｌｏ?—?０＾０?（ｔ）｝?（１－６）??使用公式（１－５）和（１－６），可得得到輸出復(fù)振幅如下：??／ｃ（０?＝?ｈ?＋ｊｈ?＝?Ｒ機Ｐｌｏ?ｅｘｐ｛ｉ｛ｅｓｉｇｉｔ）?－?０ＬＯ（ｔ））｝?（１－７）??２??
早遲門算法［７，３（Ｗ４］對ＡＤＣ的采樣速率要求較高，即至少三倍采樣速率［７，３（）］。??早遲門算法在計算時鐘誤差時是利用一個符號周期內(nèi)的三個采樣點，從而來判斷??時鐘的偏移方向和時鐘誤差大小。早遲門算法的示意圖如圖２－４所示［３（ｙｌ：??（ａ）?＾?（ｂ）?（〇）??／ＵＫ?Ａｈ?／Ｍ＼??ｙ（？ｉ?－?１）?ｙ（ｎ?＋?１）?ｙ（ｎ?—?１）?ｙ（ｎ?＋?１）?ｙ（ｎ?—?１）?ｙ（ｎ?＋?１）??圖２－４早遲門算法示意圖（⑷時鐘準(zhǔn)確：（ｂ）時鐘滯后；（ｃ）時鐘超前）［３０］??在圖２－４中，ｙ（ｎ?—?ｌ）、ｙ（ｎ）和ｙ（ｗ?＋?ｌ）是一個符號內(nèi)連續(xù)的三個采樣值。??從圖中可以看出，當(dāng)ｙ（ｎ?—ｌ）＝＞＜ｎ?＋?ｌ）時，此時時鐘是準(zhǔn)確的，采樣位置沒有??發(fā)生偏移；當(dāng)７〇－１）＞７（７１?＋?１）時，此時時鐘是滯后的，采樣位置向后發(fā)生了??偏移；當(dāng)ｙ（ｎ－ｌ）?＜；Ｋｎ?＋?ｌ：）時，此時時鐘是超前的，采樣位置向前發(fā)生了偏移。??２．２．４數(shù)字濾波平方定時算法??數(shù)字濾波平方定時算法［８］可以簡稱為〇＆Ｍ算法［Ｗ。０＆Ｍ算法是一種在頻??率域進行時鐘誤差估計的算法，并且０＆Ｍ算法對載波相位是不敏感的。????Ｔ／Ｎ????＾＿?－７７＾７?丨‘丨２?????Ｉｓ?（ｔ）?ｓｋ?＿＿??｜—?＇ｘ（ｋ）??Ｚ．?ｉ?＾〇Ｍ??ｘ（／ｃ）ｅ－＾＂２７Ｔｆｃ／＾???：—？??Ｋ＝ｍＬＮ????圖２－５?Ｏ＆Ｍ算法基本原理框圖［８】??Ｏ＆Ｍ算法的基本原理框圖如圖２－５所示，在圖中，Ｓ（ｔ）是輸入到Ｏ＆Ｍ算法??內(nèi)部的模擬信號
【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]100Gbps PM-（D）QPSK相干光傳輸系統(tǒng)DSP算法研究[D]. 周嫻.北京郵電大學(xué) 2011
碩士論文
[1]高速相干傳輸系統(tǒng)中數(shù)字信號處理算法研究[D]. 周思遠(yuǎn).北京郵電大學(xué) 2015
本文編號：3256311
【文章來源】：北京郵電大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【圖文】：
圖１－１數(shù)字相干光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖??數(shù)字相干光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１－１所示
相干光通信系統(tǒng)的接收端采用零差檢測Ｗ。通過在零差檢測中使??用一個相移９０°的本振光，可以探測出信號光的ＩＱ成分，這個功能可以通過使??用一個９０°混頻器來實現(xiàn)，如圖１－２所示，可以從兩個輸入￡ｓ和中獲得四個輸??出Ｅｐ五２，Ａ和丑４，如下所不：??Ｅ＾＾Ｅｓ?＋?Ｅ＾）?（１－１）??Ｅ２?＝?１－（＜Ｅｓ－ＥＬ０）?（１－２）??Ｅｘ＝ｌ＜ｉＥｓ＋ｊＥＬ０）?（１－３）??４＝沐－瓜〇）?（１－４）??則平衡探測器的輸出為：??ｈ?＝?ｈｉ?￣?ｈｉ?＝?＾ｙ／Ｐｓｈｏ?ｃ〇ｓ｛Ｑｓｉｇ（ｔ）?－?ｅＬ０（ｔ）｝?（１－５）??１ｑ?＝?Ｉｑｉ?—?＝?ＲＪＰｓＰｌｏ?—?０＾０?（ｔ）｝?（１－６）??使用公式（１－５）和（１－６），可得得到輸出復(fù)振幅如下：??／ｃ（０?＝?ｈ?＋ｊｈ?＝?Ｒ機Ｐｌｏ?ｅｘｐ｛ｉ｛ｅｓｉｇｉｔ）?－?０ＬＯ（ｔ））｝?（１－７）??２??
早遲門算法［７，３（Ｗ４］對ＡＤＣ的采樣速率要求較高，即至少三倍采樣速率［７，３（）］。??早遲門算法在計算時鐘誤差時是利用一個符號周期內(nèi)的三個采樣點，從而來判斷??時鐘的偏移方向和時鐘誤差大小。早遲門算法的示意圖如圖２－４所示［３（ｙｌ：??（ａ）?＾?（ｂ）?（〇）??／ＵＫ?Ａｈ?／Ｍ＼??ｙ（？ｉ?－?１）?ｙ（ｎ?＋?１）?ｙ（ｎ?—?１）?ｙ（ｎ?＋?１）?ｙ（ｎ?—?１）?ｙ（ｎ?＋?１）??圖２－４早遲門算法示意圖（⑷時鐘準(zhǔn)確：（ｂ）時鐘滯后；（ｃ）時鐘超前）［３０］??在圖２－４中，ｙ（ｎ?—?ｌ）、ｙ（ｎ）和ｙ（ｗ?＋?ｌ）是一個符號內(nèi)連續(xù)的三個采樣值。??從圖中可以看出，當(dāng)ｙ（ｎ?—ｌ）＝＞＜ｎ?＋?ｌ）時，此時時鐘是準(zhǔn)確的，采樣位置沒有??發(fā)生偏移；當(dāng)７〇－１）＞７（７１?＋?１）時，此時時鐘是滯后的，采樣位置向后發(fā)生了??偏移；當(dāng)ｙ（ｎ－ｌ）?＜；Ｋｎ?＋?ｌ：）時，此時時鐘是超前的，采樣位置向前發(fā)生了偏移。??２．２．４數(shù)字濾波平方定時算法??數(shù)字濾波平方定時算法［８］可以簡稱為〇＆Ｍ算法［Ｗ。０＆Ｍ算法是一種在頻??率域進行時鐘誤差估計的算法，并且０＆Ｍ算法對載波相位是不敏感的。????Ｔ／Ｎ????＾＿?－７７＾７?丨‘丨２?????Ｉｓ?（ｔ）?ｓｋ?＿＿??｜—?＇ｘ（ｋ）??Ｚ．?ｉ?＾〇Ｍ??ｘ（／ｃ）ｅ－＾＂２７Ｔｆｃ／＾???：—？??Ｋ＝ｍＬＮ????圖２－５?Ｏ＆Ｍ算法基本原理框圖［８】??Ｏ＆Ｍ算法的基本原理框圖如圖２－５所示，在圖中，Ｓ（ｔ）是輸入到Ｏ＆Ｍ算法??內(nèi)部的模擬信號
【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]100Gbps PM-（D）QPSK相干光傳輸系統(tǒng)DSP算法研究[D]. 周嫻.北京郵電大學(xué) 2011
碩士論文
[1]高速相干傳輸系統(tǒng)中數(shù)字信號處理算法研究[D]. 周思遠(yuǎn).北京郵電大學(xué) 2015
本文編號：3256311
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