高速光纤传输系统中数字信号处理算法的研究

摘要

近年来，随着多媒体业务、P2P网络和IP流媒体业务（特别是IPTV）快速发展，对宽带通信的需求剧增，超带宽业务正在推动全球运营商向下一代光传送技术演进。传统的光纤传输系统中使用的强度调制/直接检测已经越来越不能满足未来超大距离超大容量数据传输的需求。具有高频谱效率的相干光通信技术开始引起人们的广泛关注。随着高速数字信号处理技术和模数转换技术（ADC）的发展，经过光电转换后光纤传输中的所有损伤都可以在电域中得到补偿，简化传输链路，降低传输成本。因此结合高级调制、相干检测技术，数字信号处理技术与偏振复用的相干光传输系统将是下一代光纤传输系统发展的重要方向。在此背景下，本文对100Gbps PM-QPSK与100Gbps16-QAM相干光传输系统接收机端的数字信号处理核心算法进行了详细研究，主要内容如下：
　　(1)研究了相干光通信系统的结构和原理，重点研究接收机后端数字信号处理核心算法，包括解偏振串扰，频率估计和相位估计算法。
　　(2)针对传统频率估计算法中的频率模糊性造成的相位跳变的缺陷，本文提出一种改进的无需训练序列的频率估计算法，避免了传统算法中由M次方运算造成的频率估计模糊性，将纠偏范围从传统算法的[-RS/2M, RS/2M]扩大到[-RS/2, RS/2](RS为符号速率，M为调制阶数)。仿真结果表明，该改进算法完全可以覆盖大部分商用激光器的频偏范围?5 GHz。
　　(3)由于传统载波相位估计的盲搜索算法具有计算复杂度高的缺陷，在经典算法的基础上，本文提出一种低复杂度的二级载波恢复算法，将原始的盲搜索算法的测试相位从32个降低到4个，仿真结果表明，本文的改进算法在保持激光器线宽容忍度的同时能将整体计算复杂度降低超过3倍。
　　(4)结合VPItransmissionMaker8.3和Matlab软件搭建了100Gbps PM-QPSK和100Gbps16-QAM数字相干光传输系统，并在该平台上验证上述数字信号处理算法的可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容和创新点

1.4 论文结构安排

第2章 相干光传输系统原理

2.1 相干光通信系统结构

2.2 零差接收机中的载波同步技术

2.3 数字信号处理单元核心算法

2.4 本章小结

第3章 相干光传输仿真系统的研究与设计

3.1 100Gbps PM-QPSK相干光传输系统仿真系统

3.2 100Gbps16-QAM背靠背相干光传输系统仿真系统

3.3 基于Matlab的接收机后端数字信号处理算法仿真

3.4 本章小结

第4章 改进的载波频偏估计算法的研究与仿真

4.1 基于FFT的频偏估计算法

4.2 残留频差引入相位的影响

4.3 改进的载波频偏估计算法原理

4.4 改进的载波频偏估计算法仿真

4.4 本章小结

第5章 改进的载波相位恢复算法的研究与仿真

5.1 QPSK分类算法

5.2 改进的QPSK分类算法

5.3 盲相位搜索算法

5.4改进的载波相位恢复算法原理

5.5载波相位恢复算法性能与复杂度比较

5.6本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文