【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的廣泛普及,全球數(shù)據(jù)流量需求呈爆發(fā)式增長,使得單模光纖通信系統(tǒng)容量越來越趨近非線性香農(nóng)極限�；谏倌９饫w的模分復(fù)用技術(shù)利用少模光纖中相互正交的模式作為獨立信道進(jìn)行信息傳輸,從而成倍提升光纖系統(tǒng)容量。然而,在實際的少模光纖中存在著模式耦合、差分模群時延和模式相關(guān)損耗等特有損傷,這些特有損傷使信號在模分復(fù)用系統(tǒng)中的傳輸存在著信道串?dāng)_和碼間干擾,嚴(yán)重影響模分復(fù)用系統(tǒng)性能。其中,模式耦合和差分模群時延可以通過傳統(tǒng)的信號均衡技術(shù)實現(xiàn)損傷補(bǔ)償。然而,模式相關(guān)損耗將直接劣化信道矩陣的正交性,特別是在長距離模分復(fù)用系統(tǒng)中,模式相關(guān)損耗較大,造成信道矩陣正交性嚴(yán)重劣化。此時,傳統(tǒng)均衡技術(shù)的損傷補(bǔ)償效果急劇下降,限制系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸距離。因此,尋求一種新的信號均衡技術(shù)實現(xiàn)模式相關(guān)損耗存在條件下模分復(fù)用系統(tǒng)的損傷補(bǔ)償,是實現(xiàn)長距離光纖系統(tǒng)傳輸?shù)年P(guān)鍵問題之一。圍繞上述問題,本文首先綜合考慮少模光纖中的特有損傷,搭建少模光纖模分復(fù)用仿真系統(tǒng)。隨后,探究模式相關(guān)損耗的損傷特性,分析模式相關(guān)損耗對傳輸矩陣正交性的影響,驗證傳統(tǒng)的信號均衡算法難以實現(xiàn)模式相關(guān)損耗存在條件下模分復(fù)用系統(tǒng)的信號損傷補(bǔ)償。最后,提出了基于格基規(guī)約的模式相關(guān)損耗存在條件下模分復(fù)用系統(tǒng)信號均衡技術(shù),用于實現(xiàn)信號的損傷補(bǔ)償,取得了較好的效果。本文的具體工作如下:首先,對少模光纖的基本概念進(jìn)行介紹,驗證了少模光纖模式的正交性,探究了少模光纖中的主要傳輸損傷的產(chǎn)生機(jī)理以及對傳輸信號的影響,包括:模式耦合、差分模群時延和模式相關(guān)損耗。其次,根據(jù)矩陣傳輸模型,對模分復(fù)用仿真系統(tǒng)進(jìn)行建模。在此基礎(chǔ)上,通過VPI仿真平臺,聯(lián)合Matlab編程軟件,搭建6×6雙偏振模分復(fù)用仿真系統(tǒng)。通過估計信道脈沖沖激響應(yīng),驗證仿真系統(tǒng)的正確性。再次,對模式相關(guān)損耗的損傷特性進(jìn)行分析,驗證模式相關(guān)損耗的大小隨耦合強(qiáng)度和傳輸距離的變化關(guān)系。研究了頻域最小均方算法、頻域多模盲均衡算法和最小均方誤差算法對模式相關(guān)損耗存在條件下模分復(fù)用系統(tǒng)的信號損傷補(bǔ)償能力,對比了三者均衡后輸出信號的誤碼性能隨模式相關(guān)損耗的變化情況。仿真結(jié)果表明,隨著傳輸距離的增加,模式相關(guān)損耗不斷增大,此時傳統(tǒng)信號均衡算法難以實現(xiàn)模分復(fù)用系統(tǒng)的信號損傷補(bǔ)償。最后,提出了基于格基規(guī)約的模式相關(guān)損耗存在條件下模分復(fù)用系統(tǒng)信號均衡技術(shù)。對格基規(guī)約和基于格基規(guī)約的信號均衡算法的原理進(jìn)行介紹,通過仿真對該算法性能進(jìn)行驗證,對比了格基規(guī)約前后信道矩陣的條件數(shù),驗證了格基規(guī)約對信道矩陣正交性的規(guī)約能力。在系統(tǒng)傳輸距離變化的情況下,研究了基于格基規(guī)約的信號均衡算法的解復(fù)用性能,證明了該算法可以有效實現(xiàn)模式相關(guān)損耗存在條件下的信號損傷補(bǔ)償,且算法復(fù)雜度低,易于實現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.11
【圖文】：

過去的近 40 年，不斷涌現(xiàn)的各種擴(kuò)容技術(shù)使光纖通信不斷變?nèi)萘考眲≡鲩L。如圖 1.1 所示[2]，從上世紀(jì) 80 年代至今，低損導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)以及與時分復(fù)用（Time Division Multiplexin結(jié)合，摻鉺光纖放大器[4]（Erbium-doped Optical FiberAmplifie及與波分復(fù)用[5]（Wavelength Division Multiplexing，WDM）相干通信技術(shù)的應(yīng)用以及偏振復(fù)用[6]技術(shù)的出現(xiàn)，光纖通信經(jīng)變革，這些不斷涌現(xiàn)的擴(kuò)容技術(shù)使得通信系統(tǒng)容量以每年近 1升，從 100Mb/s 提升到 100Tb/s。然而，隨著波分復(fù)用系統(tǒng)中加和高階調(diào)制格式的使用，單模光纖受到了光纖非線性的影響接效果的影響和光放大器帶寬的限制，造成單模光纖系統(tǒng)容量香農(nóng)極限[7,8]，目前單模光纖通信系統(tǒng)正在逐漸逼近這個理論究證明[8,9]，單模光纖系統(tǒng)容量的香農(nóng)極限正是 100Tb/s，這將危機(jī)”即將出現(xiàn)。為了滿足帶寬需求的爆發(fā)式增長，應(yīng)對這場索一種新的擴(kuò)容技術(shù)勢在必行。

圖 1.2 光纖通信系統(tǒng)復(fù)用技術(shù)在過去的數(shù)十年里，多種擴(kuò)容技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使得目前單模光纖中的時間、頻率、偏振、幅度和相位等多個自由度已被開發(fā)并充分利用，如圖 1.2 所示。然而，面對著爆炸式增長的帶寬需求，進(jìn)一步提高光纖通信系統(tǒng)容量迫在眉睫。通過借鑒無線通信中的多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)，研發(fā)人員得知光纖系統(tǒng)中還有空間這個自由度未被全面開發(fā)，由此基于空間這個自由度的空分復(fù)用（Space Division Multiplexing，SDM）技術(shù)應(yīng)運而生[10-12]。目前，可以用于空分復(fù)用光纖通信技術(shù)的光纖主要有兩類：多芯光纖[13]（MulticoreFiber，MCF）和少模光纖（Few Mode Fiber，F(xiàn)MF）或者多模光纖[14]（MultimodeFiber，MMF），其中少模光纖因其較小的非線性效應(yīng)和低損耗、低色散等優(yōu)點，近年來得到了廣泛的關(guān)注。因此，基于少模光纖的模分復(fù)用（Mode DivisionMultiplexing，MDM）技術(shù)成為了目前通信領(lǐng)域一大研究熱點技術(shù)[15,16]。基于少模光纖的模分復(fù)用技術(shù)采用少模光纖中穩(wěn)定且相互正交的模式作為獨立信道傳輸信息，由于少模光纖“完美的正交性”，使得系統(tǒng)容量得以成倍提

···················· （2.2）（a）階躍型少模光纖（b）漸變型少模光纖圖 2.1 折射率分布示意圖2.1.2 少模光纖模式光纖中的模式是指在光纖特定的幾何模型和折射率分布下電磁場在光纖內(nèi)部的一種空間分布形式，因此它必然滿足一切電磁現(xiàn)象最基本的規(guī)律，即Maxwell 方程[53]。下面我們將對少模光纖的模式進(jìn)行求解，Maxwell 方程組的微分表達(dá)式如下：

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本文編號：2763293