高速光纤通信系统中的LDPC信道编码技术研究

摘要

随着云计算、物联网、大数据时代的到来，人们对数据流量井喷式增长的需求无疑对作为信息通信网络基础的光纤通信提出了更高的要求。在高速传输链路中，相干光正交频分复用（CO-OFDM）技术及奈奎斯特波分复用（Nyquist-WDM）技术的应用一方面使系统在传输容量和频谱效率等方面得到了较大幅度地提升，另一方面，当单信道速率从100Gb/s逐渐向1Tb/s演进时，光纤链路中的偏振模色散（PMD）及非线性效应将会使系统在传输距离与传输质量方面受到较严重的影响。因此，为了进一步改善高速光纤通信系统的误码率性能及对信道非线性和色散效应的容忍性，需要与优良的信道编码技术相结合。
　　低密度奇偶校验（LDPC）码作为一种前向纠错（FEC）技术，虽然具有优异的性能，但是其实现复杂度较高。针对这一问题，本文主要利用置换多项式的方法对多元LDPC（NB-LDPC）码进行构造，并通过仿真证明该方案能有效地提升CO-OFDM系统及Nyquist-WDM系统对色散效应及非线性效应的容忍性，改善系统的传输性能。
　　本文研究的主要内容为：
　　（1）采用基于置换多项式的原理构造准循环 NB-LDPC码并将其应用于基于偏分复用的CO-OFDM（PDM-CO-OFDM）系统中，基于仿真软件得出系统的星座图、误码率（BER）曲线图、平均迭代次数图及频谱图。与传统NB-LDPC码相比，基于改进型NB-LDPC编码的系统其误码性能改善了0.65dB，频谱效率提高了2.16bit/s/Hz，且在抑制信道色散能力和实现复杂度方面也得到了改善。
　　（2）利用改进型NB-LDPC码辅助载波算法对PDM-CO-OFDM系统在不同调制方式下进行载波同步，通过软件仿真对系统的同步范围、均方误差及误码率性能进行了研究。由研究结果可知，该算法在较低信噪比（SNR）的情况下可以同时满足对PDM-CO-OFDM系统进行载波同步的估计范围和估计精度的要求且能有效改善其误码性能。
　　（3）利用改进后的NB-LDPC码对28.8Tb/s Nyquist-WDM PM-64QAM相干检测系统进行信道编码，通过仿真对系统中的符号间干扰(ISI)、非线性效应等进行了研究。通过对BER图进行分析表明，通过采用改进型 NB-LDPC编码，可以有效地抑制Nyquist-WDM系统的ISI，降低系统对发送端光信噪比（OSNR）的要求。同时， Nyquist-WDM系统通过采用改进型 NB-LDPC码可以有效改善系统对非线性效应的容忍度，增加系统的传输距离。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光通信系统模型与发展趋势

1.3 光通信系统中LDPC码的研究现状

1.4 光纤中的PMD效应

1.5 光纤中的非线性效应

1.6 论文的结构安排

第二章 LDPC信道编码理论

2.1 引言

2.2 二元LDPC码概述

2.3多元LDPC码概述

2.4 小结

第三章 高速光纤通信系统中的关键技术

3.1 引言

3.2 CO-OFDM技术

3.3 Nyquist-WDM技术

3.4 适用于高速光纤通信系统的调制技术

3.5 PDM技术

3.6 小结

第四章 NB-LDPC码的构造及其在PDM-CO-OFDM系统中的应用

4.1引言

4.2 NB-LDPC码的构造及系统传输模型

4.3系统仿真及结果分析

4.4 小结

第五章 基于NB-LDPC编码辅助同步算法的

5.1引言

5.2系统模型

5.3 NB-LDPC码辅助载波同步算法

5.4系统仿真及结果分析

5.5小结

第六章 基于NB-LDPC码的Nyquist-WDM系统性能分析

6.1引言

6.2基于NB-LDPC码的Nyquist-WDM系统传输模型

6.3系统仿真及结果分析

6.4小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文