基于DSP的40Gbit/s动态色度色散补偿系统中控制单元的设计

摘要

目前,动态可调节色散补偿技术已经成为光通信系统向高速发展的关键技术之一.补偿系统中需要设计一个快速、稳定的控制单元,将色散补偿器件和色散检测单元连接为一个整体,通过算法将检测到的反馈信号转化为驱动色散补偿器件的控制信号.本文设计了用于40 Gbit/s RZ码光纤通信色散补偿系统的反馈信号控制单元,并且设计了利用光开关级联色散补偿光纤实现动态色度色散补偿的补偿器件.控制单元的设计基于DSP技术,可以实现高速、实时地提取色散补偿反馈信号,并通过算法计算得到对补偿器件的驱动信号. 本文主要完成了如下工作: 1.设计了控制单元硬件部分并编写了软件部分.根据控制单元所要完成的功能将硬件系统分为几个模块,对各模块的组成器件和其功能进行了详细地说明并讨论了选用器件的标准和其实现功能.控制算法部分是整个软件系统的核心.本文对算法本身的设计思想进行了阐述并对算法的收敛性等进行了理论和实验验证. 2.进行了DSP系统的实验调试,包括通用I/O口的调试、AD的调试、存储器和SPI接口模块的调试,证实了补偿单元设计的可行性. 3.分析了光纤中的色散效应对光信号形状和频谱的影响.给出了色散补偿光纤的补偿原理、评价参数的具体理论依据,并且对色散补偿光纤在光纤链路中常用的三种补偿方案一前补偿、后补偿及对称补偿一进行了理论分析和补偿效果的实验仿真. 4.介绍了补偿系统的组成,提出了采用光开关级联色散补偿光纤的方法作为补偿器件.对整个色散补偿系统进行了仿真实验,分析了本文提出的补偿方案的特性.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1光线通信发展现状简介

§1.2光纤通信中的动态色散补偿

§1.2.1动态色散补偿的必要性

§1.2.2动态色散补偿的研究进展

§1.3利用DCF实现40 Gbit/s光纤通信系统色散补偿

§1.3.1 40 Gbit/s光纤通信系统的可行性及存在的问题

§1.3.2 DCF实现40 Gbit/s系统色散补偿

§1.3.3色散补偿光纤模块的应用

§1.4 DSP技术在光电信号探测和处理中的应用

§1.4.1 DSP技术简介

§1.4.2 DSP技术在光通信中的应用

§1.5本论文的主要工作

第二章光纤的色散理论

§2.1光纤色散的分类

§2.2光纤色散的数学表示

§2.3色散对光脉冲形状和频谱的影响

§2.4色散补偿光纤

§2.4.1补偿原理及评价指标

§2.4.2色散补偿光纤的优缺点

§2.4.3色散补偿光纤在光通信系统中的应用

§2.5本章小结

第三章电功率反馈法实现40Gbit/s补偿系统的理论和实验研究

§3.1电功率实现色度色散反馈控制信号提取

§3.1.1电功率法实现检测色度色散的基本原理

§3.1.2电功率法实现检测色度色散的实验验证

§3.2 40 Gbit/s电功率反馈的补偿方案

§3.2.1补偿系统的实验装置

§3.2.2补偿单元器件的选择

§3.3本章小结

第四章DSP控制单元的硬件设计

§4.1硬件系统的划分及介绍

§4.2低频接收模块设计及主要器件的选择

§4.2.1功率放大器

§4.2.2模数转换模块(A/D)

§4.2.3 DSP和外部存储器接口

§4.2.4总线收发器

§4.2.5供电电源/电平转换模块

§4.2.6 JTAG仿真接口模块

§4.3本章小结

第五章控制单元的软件设计

§5.1 DSP主芯片—TMS320LF2407

§5.1.1 TMS320C24x系列的DSP的内部结构

§5.1.2外设资源

§5.1.3内存管理

§5.2 DSP的程序编写和调试环境

§5.2.1开发环境CCS的介绍

§5.2.2程序编写和调试

§5.3控制单元软件系统的详细设计

§5.3.1利用命令文件.CMD分配DSP的存储空间

§5.3.2初始化模块

§5.3.3 AD数据采集模块

§5.3.4外部存储器访问模块

§5.3.5光开关控制模块

§5.4算法

§5.4.1算法的主要思想

§5.4.2补偿算法的理论验证

§5.5本章小结

第六章实验测试及结果分析

§6.1 DSP系统调试

§6.1.1 DSP调试的准备工作

§6.1.2通用I/O口调试

§6.1.3 AD调试

§6.1.4 SPI接口存储器模块调试

§6.2色散补偿系统的仿真实验

§6.3色散补偿光纤的仿真实验

§6.4本章小结

第七章总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录1控制单元的电路原理图

附录2 I/O复用控制寄存器C的配置表

附录3数据和方向控制寄存器与对应的I/O引脚

致谢