宽带多模光纤传输链路电色散补偿技术的研究

摘要

本文的主要研究内容是宽带多模光纤链路的电色散补偿（EDC：Electronic dispersion compensation）技术。在建立多模光纤传输链路仿真模型的基础上，对现有的主要电色散补偿方案进行了仿真和对比研究。论文各章的内容如下： 第一章简要介绍了多模光纤局域网所遇到的问题和解决方案。多模光纤以太网标准IEEE802．3（10GBASE-LRM2005）建议在已安装的旧标准MMF上用电均衡技术来补偿带宽不足，从而满足标准规定的300米传输距离。阐明了多模光纤传输链路中的电色散补偿技术的实际意义。 第二章详细介绍了多模光纤传输链路的仿真模型。尤其是对多模光纤的传输特性进行了研究，采用最小均方误差算法得到MMF的仿真模型，并与采用三次样条插值法的建模结果进行了对比和分析，最终确定采用最小均方误差法建立MMF链路的仿真模型。 第三章介绍了电均衡器的主要类型、结构及其算法。仿真比较了线性均衡器、判决反馈均衡器、最大似然序列估计（MLSE：Maximum Likelihood Sequence Estimation）均衡器以及IIR（无限冲击响应）均衡器的性能。本章还对最新发展的自适应均衡算法进行了研究，包括最小均方（LMS：Least Mean Square）算法和递归最小二乘（RLS：Recursive Least Square）算法。仿真对比的结果表明，RLS算法自适应均衡对眼开度的改善优于LMS法。本章为后续章节对均衡器的仿真设计奠定了理论基础。 第四章对线性均衡器和判决反馈均衡器进行了仿真分析，链路建模考虑了传输链路中模间色散、损耗、噪声等因素的影响。分析和比较了线性均衡器和判决反馈均衡器的结构和参数对链路输出信号的眼开度、噪声和码间干扰的影响。 第五章对线性均衡器、判决反馈均衡器和最大似然序列估计（MLSE）均衡器的误码率和突发错误进行了仿真。首先验证了MLSE均衡器良好的误码率性能，然后通过仿真结果的对比说明了第四章中线性均衡效果不理想的原因，并进一步研究了线性均衡器、判决反馈均衡器和MLSE均衡器的突发错误特性。接着又以IEEE802．3ae工作组推荐的6类典型光纤为研究对象分析了LMS自适应算法和RLS自适应算法的性能优劣。 第六章考察使用3阶无限冲激响应（IIR）滤波器均衡10Gb/s数据流在MMF链路中传输发生的码间干扰，仿真比较了3阶IIR均衡器与同阶以及高阶有限冲激响应（FIR）均衡器的性能。基于Levenberg-Marquardt（LM）法线性搜索非线性最小二乘函数，从而迭代优化IIR均衡器的抽头系数。仿真表明，只有少数个抽头的IIR均衡器比高阶（13抽头）FIR均衡器有更好的性能表现，且实现起来更加经济。 第七章总结了论文的主要研究内容和成果，并对下一步的研究工作提出了初步建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 光纤以太网及多模光纤的发展

1.1.1 多模光纤的特点及应用

1.1.2 多模光纤的类型

1.2 提高多模光纤带宽距离积的方法

1.2.1 光纤色散与码间干扰(ISI)

1.2.2 多模光纤应用中的基本问题

1.2.3 提高带宽距离积的方法

1.3 本论文主要内容及研究目标

第二章 多模光纤传输链路模型

2.1 链路结构及其仿真模型

2.1.1 仿真模型的建立与假设条件

2.1.2 系统设计

2.1.3 多模光纤系统仿真模型描述

2.2 多模光纤模型

2.2.1 损耗

2.2.2 色散

2.2.3 多模光纤的仿真及性能分析

2.3 发射单元模型

2.3.1 垂直腔面发射激光器的注入

2.3.2 发送滤波器

2.4 接收单元模型

2.4.1 Bessel滤波器

2.4.2 噪声

2.4.3 判决

2.5 多模光纤链路的性能评价方法

2.5.1 时域信号波形分析

2.5.2 眼图分析

2.5.3 误码率

2.6 本章小结

第三章 电色散补偿方法及其原理

3.1 均衡原理

3.2 均衡器类型

3.3 线性均衡

3.3.1 线性均衡器结构

3.3.2 均方误差(MSE)设计准则

3.4 判决反馈均衡器

3.4.1 判决反馈均衡器结构与原理

3.4.2 判决反馈均衡器的设计

3.5 自适应均衡器(AE)

3.5.1 最小均方(LMS)算法设计准则

3.5.2 递归最小二乘(RLS:Recursive Least Square)设计准则

3.6 无限冲击响应(IIR)均衡器

3.6.1 IIR结构原理

3.6.2 Levenberg—Marquardt(LM)法设计准则

3.7 本章小结

第四章 线性和判决反馈均衡器性能仿真

4.1 线性均衡器仿真结果及分析

4.2 判决反馈均衡器(DFE)仿真结果分析

4.3 线性均衡与判决反馈均衡性能仿真对比

4.4 本章小结

第五章 最大似然序列估计(MLSE)及自适应均衡器性能仿真

5.1 MLSE均衡仿真结果及分析

5.2 自适应均衡

5.2.1 LMS算法自适应均衡

5.2.2 RLS算法自适应均衡

5.3 仿真结果对比

5.4 本章小结

第六章 无限冲击响应(IIR)均衡器性能仿真

6.1 IIR均衡器仿真结果

6.2 性能分析

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献