相干光通信系统中载波相位恢复的研究

摘要

随着大数据时代的到来，互联网+技术的快速发展，各种高清视频、远程会话、电子交易等多媒体业务的不断涌现，大量的数据存储、传输、共享需求不断增加，使得信息能够实现高速大容量传输才能满足人们的需求。传统光通信接收机采用强度调制直接检测，只能传输强度调制的信号，导致系统传输速率比较低，若提高传输速率，造成系统结构复杂，成本提高，近距离的通信时常采用传统的光通信系统。相干光通信系统能够实现高速远距离的传输，但其结构复杂成本高。随着技术不断发展，更高阶调制方式能够提高系统的传输速度，相干检测技术可以提高系统接收端对光信号灵敏度，还可以通过数字信号处理技术来消除噪声，补偿色散非线性效应等以及相位恢复，基于高阶调制的相干光通信系统采用相干检测技术和数字信号处理技术进行数据信息传输时，能够实现高速大容量远距离的传输，这也是未来通信发展的主流趋势。
　　在相干光通信中，传输介质造成的链路损伤以及传输中的噪声等问题都影响着数据信息的传输，同时实现原始数据的恢复也是光通信的关键，针对这些问题本文对相干光通信系统中载波相位恢复展开了研究，主要从以下几个方面进行相关研究:
　　1、课题的背景意义，相干光通信系统研究的现状和发展，载波相位恢复的研究现状，以及OptiSystem光学软件和Matlab软件的学习使用，为后续载波相位恢复的研究做铺垫。
　　2、通过对传统的光通信系统与相干光通信系统在结构上进行比较，突出相干光通信系统在通信中的优势。研究了相干光通信系统中链路损伤问题，提出补偿方法来改善由于光纤传输造成的系统性能下降，通过搭建仿真系统来模拟真实的补偿效果。
　　3、研究了载波相位的估计技术，从光学相位估计和载波相位估计两种方法着手展开研究，在光学相位估计中对常见的光锁相环技术进行相关研究，如结构原理以及存在的缺陷和不足。研究了相位噪声对系统性能的影响，通过M次幂相位估计算法对相位恢复的理论分析，来消除相位噪声，并通过仿真分析噪声对相位估计的影响以及算法补偿后的相位估计。
　　4、研究了常见的几种载波相位恢复技术，对这几种技术所采用的算法进行了理论研究，通过降低盲相位搜索算法的计算复杂度提出改进的盲相位搜索算法，在进行数字信号处理的过程中，采用改进的盲相位搜索算法来消除相位噪声带来的影响并取得了一定的成果。在软件仿真方面，搭建了DP-QPSK和QAM两种类型的相干光通信仿真系统，将系统的数据导入，加载到数字信号处理程序进行相位恢复，在仿真的过程时对光纤传输中的链路损伤进行了补偿使得系统性能得到提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景意义

1．2 相干光通信的国内外发展现状

1．2．1 相干光通信的发展

1．2．2 相干光通信的现状

1．3 本文应用软件概述

1．3．1 OptiSystem软件

1．3．2 MATLAB软件

1．3．3 软件应用方法

1．4 主要研究内容和论文结构

第2章 相干光通信系统概述

2．1 直接检测光通信系统

2．2 相干检测光通信系统

2．3 相干光通信的优势

2．4 光纤传输的链路损伤

2．4．1 光纤损耗

2．4．2 光纤色散

2．4．3 非线性效应

2．5 本章小结

第3章 色散及非线性补偿研究及仿真

3．1 色散补偿技术

3．2 DCF光纤色散补偿

3．2．1 DCF光纤色散补偿法

3．2．2 DCF光纤色散补偿仿真

3．3 FGB色散补偿

3．3．1 FGB色散补偿法

3．3．2 FGB色散补偿仿真

3．4 PMO色散补偿

3．4．1 PMD色散补偿法

3．4．2 PMD色散补偿法仿真

3．5 非线性效应补偿

3．5．1 改进的反向传输补偿算法

3．5．2 改进的反向传输补偿算法仿真

3．6 本章小结

第4章 载波相位恢复算法研究及仿真

4．1．1 相位估计模型

4．1．2 相位估计的必要性

4．1．3 相位估计技术

4．2 光学相位估计

4．2．1 光锁相环OPLL原理

4．2．2 光锁相环OPLL关键技术

4．2．3 光锁相环PPL主要缺点

4．3 载波相位估计

4．3．1 M次幂相位估计

4．3．2 盲相位搜索算法

4．3．3 新型分割算法

4．4 改进的BPS算法

4．4．1 改进的BPS算法原理

4．4．2 改进的BPS算法的仿真

4．5 本章小结

第5章 相干光通信仿真系统

5．1．2 DSP处理模块

5．1．3 仿真结果分析

5．2 16QAM相干光通信仿真系统

5．2．1 搭建16QAM相干光通信系统

5．2．2 系统仿真结果分析

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果