【摘要】：在當(dāng)今飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時代,人們對于帶寬的要求呈指數(shù)級增長,與此同時,隨著科學(xué)技術(shù)的進步及光纖加工工藝的進步,骨干網(wǎng)的傳輸帶寬也在飛速增長,隨著調(diào)制格式,波分復(fù)用、偏振復(fù)用技術(shù)及數(shù)字相干技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,光纖傳輸系統(tǒng)的容量大大提高,逐步向著400Gb/s,甚至1Tb/s的傳輸速率邁進。在這些應(yīng)用的技術(shù)中,有的需要對光纖媒介,進行升級換代,有的則可以在原有傳輸鏈路上實現(xiàn)系統(tǒng)增容,但是極大地增加了傳輸系統(tǒng)升級的成本。其中尤以偏振復(fù)用(Polarization Multiplexing,PM)技術(shù)的實現(xiàn)最為簡單。由于光纖鏈路中傳輸?shù)墓庑盘柶駪B(tài)隨機發(fā)生變化,產(chǎn)生RSOP(Rotation of State of Polarization,RSOP)效應(yīng),在接收端通過解復(fù)用后不能得到狀態(tài)穩(wěn)定的兩束光路,需要在接收端對其偏振態(tài)進行控制后實現(xiàn)解復(fù)用。由偏振復(fù)用實現(xiàn)的光通信系統(tǒng),接收端采取的解復(fù)用方式分為了基于直接檢測的光域?qū)崿F(xiàn)和基于數(shù)字相干檢測的電域?qū)崿F(xiàn)。相干檢測能夠很好的抑制PMD(Polarization Mode Dispersion,PMD)、偏振相關(guān)損耗、非線性偏振旋轉(zhuǎn)等,相較于直接檢測有諸多優(yōu)點,但是直接檢測以其結(jié)構(gòu)簡單,簡易操作,低成本等優(yōu)點而仍有廣泛應(yīng)用。本文將對該兩種方式實現(xiàn)的解復(fù)用系統(tǒng)分開展開研究,論文的主要工作和成果如下:(1)研究并設(shè)計了基于直接檢測方式實現(xiàn)的偏振解復(fù)用系統(tǒng)。首先對基于本方案實現(xiàn)解復(fù)用過程進行詳細(xì)的分析,給出其實現(xiàn)理論依據(jù)并經(jīng)公式推導(dǎo)出反饋變量△V,給出了該反饋變量與輸入光信號方位角和橢圓率的關(guān)系,通過實驗驗證了基于該方案實現(xiàn)的解復(fù)用系統(tǒng)對傳輸光信號的調(diào)制格式和速率透明。接著對基于粒子群優(yōu)化算的反饋控制算法進行研究,在其基礎(chǔ)上進行改進,提出了權(quán)重自適應(yīng)調(diào)節(jié)的PSO(Particle Swarm Optimization,PSO),根據(jù)反饋值所處的區(qū)間動態(tài)的調(diào)整粒子搜索步長的大小。接著基于該方案,設(shè)計硬件,搭建實驗平臺,主要包括AD(Analog to Digital,AD)、DA(Digital to Analog,DA)轉(zhuǎn)換模塊,反饋變量采集部分,偏振控制器模塊及電源管理模塊。在該實驗平臺下完成上述的驗證實驗。最后通過實驗對比了PSO和權(quán)重自適應(yīng)調(diào)節(jié)PSO在偏振穩(wěn)定和解復(fù)用方面的性能,后者無論在收斂成功率和收斂速率均有較大的提升。(2)對基于卡爾曼濾波器實現(xiàn)的數(shù)字相干解復(fù)用系統(tǒng)進行研究。首先對相干光通信系統(tǒng)進行了論述,研究了其系統(tǒng)的構(gòu)成,發(fā)射端產(chǎn)生高階調(diào)制格式的偏振復(fù)用光的原理,重點分析了接收端采取的偏振分集相干接收的原理。接著由淺入深的研究了擴展卡爾曼濾波器,并對其在應(yīng)用中存在的不足提出了自適應(yīng)的卡爾曼濾波器,動態(tài)的改變Q值,給出了相關(guān)的理論分析和公式推導(dǎo)。設(shè)計并構(gòu)建了基于PM-16QAM的相干光通信仿真系統(tǒng),首先對EKF(Extended Kalman Filter,EKF)在不同Q值下的解復(fù)用性能進行仿真,取其性能最優(yōu)時的參數(shù)設(shè)置。接著研究了AKF(Adaptive Kalman Filter,AKF)對于偏振旋轉(zhuǎn)頻率的容忍度,得到105rad/s的限值遠(yuǎn)高于目前商用103rad/s的要求。最后則對比了在不同傳輸距離和OSNR(Optical Signal To Noise Ratio,OSNR)下EKF和AKF實現(xiàn)偏振解復(fù)用的性能,AKF相較于EKF,其收斂速度快了將近三倍,驗證了Q值的動態(tài)變化對于系統(tǒng)實現(xiàn)收斂和解復(fù)用的重要性。
【圖文】：

第一章緒論度的算法加以配合，以較低的成本實現(xiàn)復(fù)用信號的完全分離，是研究常看來，接收端采用直接檢測方式的偏振復(fù)用系統(tǒng)，，基本上都是由ＰＣ、逡逑和ＤＡ、ＭＣＵ等構(gòu)成，由于在ＰＢＳ端實現(xiàn)的解復(fù)用采用的是純物理光路要在前面使用ＰＣ控制光信號的偏振態(tài)。直接檢測方式實現(xiàn)的偏振解下圖所不。逡逑偏振分析儀

頻時的相位差等，較好的實現(xiàn)信號的均衡與補償�；谙喔山邮占夹g(shù)的偏振復(fù)用逡逑通信系統(tǒng)中，其接收端的數(shù)字信號處理技術(shù)一直是研宄的重點，而尋找更快，更逡逑穩(wěn)定的控制算法則是重中之重。一般的數(shù)字相干接收方案如圖１－２所示。逡逑，！邋ＰＢ＼邋｜逡逑接收光信號邋１＾１邐ｊ逡逑［ｌｉｉｌＭ］逡逑ＰＢＳ邐邐邋，邐匚二＃里承１邋二］逡逑本地光信號邐ＺＩ邐‘邋度光混頻器＋罕—＾邋＃？每板夏振食…：逡逑＾ｅ邋士４………：：……逡逑Ｉ邐）逡逑相干接收邐數(shù)字信號處理逡逑圖１－２數(shù)字相干接收方案逡逑采用數(shù)字相干接收技術(shù)實現(xiàn)的偏振解復(fù)用方案，由于其傳輸?shù)墓庑盘柌捎酶咤义想A調(diào)制和較高的傳輸速率，且伴隨著ＲＳＯＰ效應(yīng)，傳輸中造成的信號損傷需要在逡逑接收端進行均衡與補償，在用數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)偏振解復(fù)用的同時完成對鏈逡逑路信號損傷的補償。本文在介紹相干通信系統(tǒng)及相干接收機的原理后，搭建了基逡逑于ＰＭ－１６ＱＡＭ的光通信仿真系統(tǒng)，并針對擴展卡爾曼濾波器中的不足提出了自逡逑適應(yīng)卡爾曼濾波器
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.11

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本文編號：2700134