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光纤通信系统中DQPSK调制及PMD补偿性能的研究

作　者: 王盖
导　师: 张阳安
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 差分正交相移键控(DQPSK) 并行差分预编码偏振模色散(PMD) 偏振度(DOP) 偏振态(SOP) 粒子群优化(PSO)
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着光纤骨干网中传输的数据和视频业务的迅速增长,系统中的波分复用(WDM)波长数及单波长传输速率逐渐提高,单波长40Gb/s及100Gb/s传输技术成为业界研究的热点。与此同时,高速光纤通信系统中的色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)、非线性效应及链路中光放大器的自发辐射噪声(ASE)成为制约其发展的主要因素,解决高速光纤通信系统中的信号损伤问题已变得越来越迫切。针对系统中出现的信号损伤问题,提出了两种解决思路,这两种思路也构成了论文的主线,贯穿论文的始终：1、从信号调制格式入手,采用新型调制码型抵抗信号损伤；2、设计一个光域补偿器或电域均衡器来消除或减弱信号损伤的影响；根据所提出的两个解决思路,本论文的主要工作及创新如下：1、详细分析了DQPSK调制系统的调制及解调原理,推导了DQPSK差分预编码公式,研究了DQPSK调制系统的优点：其PMD容限为17ps；2、参与设计了基于并行预前缀网络(Parallel Prefix Network)结构的并行DQPSK差分预编码算法,采用2Mb/s低速数据对算法进行了硬件验证,证明了所设计算法的正确性与可行性；同时完成了基于Xilinx Virtex5 FX100T FPGA硬件平台的20Gb/s数据的并行DQPSK差分预编码算法；3、理论分析了PMD的产生机理及测量方法,详细讨论了几种PMD缓解和补偿技术,阐述了采用偏振度(DOP)作为反馈信号、粒子群优化算法(PSO)作为反馈控制算法进行光域PMD补偿的工作原理及可行性；4、设计并实现了PMD补偿单元、PMD在线检测单元硬件系统,参与研制了基于上述硬件系统、可用于单波长40Gb/s DWDM系统中的自适应PMD补偿样机；5、搭建了20Gb/s NRZ-DQPSK调制系统,完成了一阶PMD补偿实验,所测样机指标如下：在不陷入局部极值的情况下,该自适应PMD补偿样机可以跟踪信号偏振态(SOP)的变化为65rad/s;在1dBOSNR条件下,可使系统的PMD容限提高26ps,从加入补偿器前的17ps提高至加入补偿器后的43ps；该自适应PMD补偿器的响应时间小于1ms,平均补偿时间小于8ms。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-17
  1.1 光纤通信系统的发展及现状  12-14
  1.2 相位调制格式的提出与应用  14
  1.3 偏振模色散的研究意义  14-15
  1.4 本论文的结构安排  15-17
第二章并行DQPSK差分预编码算法研究  17-34
  2.1 DQPSK调制系统优点  17-18
  2.2 DQPSK调制系统组成  18-25
    2.2.1 M-Z调制器  18-19
    2.2.2 串联调制与并联调制  19-20
    2.2.3 差分预编码  20-23
    2.2.4 平衡接收  23-25
  2.3 并行DQPSK差分预编码算法研究  25-28
    2.3.1 PPN并行计算原理  25-26
    2.3.2 并行DQPSK差分预编码算法基础  26-27
    2.3.3 并行DQPSK差分预编码算法实现  27-28
  2.4 并行DQPSK差分预编码算法验证  28-33
    2.4.1 硬件及软件设计  29-32
      2.4.1.1 硬件设计  29
      2.4.1.2 软件实现  29-32
    2.4.2 系统实现及验证  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章高速数据差分预编码功能实现  34-46
  3.1 偏分复用DQPSK系统设计  34-35
  3.2 5Gb/s数据差分预编码方案设计与实现  35-38
    3.2.1 系统方案设计  35-36
    3.2.2 编码方案设计及实现  36-38
      3.2.2.1 FPGA内部编码加译码验证  37-38
      3.2.2.2 FPGA内部编码验证  38
  3.3 20Gb/s数据差分预编码方案设计与仿真  38-45
    3.3.1 数据处理过程  38-39
    3.3.2 系统方案设计  39-41
    3.3.3 编码方案设计及仿真  41-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章偏振模色散基本理论  46-57
  4.1 偏振模色散的基本理论  46-51
    4.1.1 偏振模色散的产生机理  46-47
    4.1.2 偏振模色散的测量方法  47-51
      4.1.2.1 时域测量法  47-48
      4.1.2.2 频域测量法  48-51
  4.2 偏振模色散缓解及补偿技术  51-56
    4.2.1 偏振模色散缓解技术  51-52
      4.2.1.1 低偏振模色散系数光纤  51
      4.2.1.2 孤子传输技术  51-52
      4.2.1.3 新型码型调制技术  52
      4.2.1.4 纠错编码技术  52
    4.2.2 偏振模色散补偿技术  52-56
      4.2.2.1 电域均衡技术  52-55
      4.2.2.2 光域补偿技术  55-56
      4.2.2.3 光电结合补偿技术  56
  4.3 本章小结  56-57
第五章自适应PMD补偿器的设计与实现  57-71
  5.1 系统结构设计与实现  57-68
    5.1.1 偏振模色散补偿单元  57-59
      5.1.1.1 偏振模色散补偿单元设计  57-58
      5.1.1.2 驱动电路设计与实现  58-59
    5.1.2 偏振模色散在线检测单元  59-63
      5.1.2.1 在线检偏器检偏原理  59-60
      5.1.2.2 差分群时延与偏振度  60-61
      5.1.2.3 在线检测单元设计与实现  61-63
    5.1.3 逻辑控制单元  63-68
      5.1.3.1 逻辑控制单元结构  63-65
      5.1.3.2 逻辑控制算法  65-68
  5.2 一阶偏振模色散补偿实验  68-70
    5.2.1 自适应PMD样机系统  68-69
    5.2.2 实验装置  69-70
    5.2.3 实验结果  70
  5.3 本章小结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 总结  71
  6.2 展望  71-73
缩略词汇表  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-79
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  79

光纤通信系统中DQPSK调制及PMD补偿性能的研究

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