PM-16QAM相干光通信中偏振复用及追踪技术的研究

摘要

随着宽带信息网络的快速发展，先进的调制格式、偏振复用、相干检测和数字信号处理成为下一代400Gb/s甚至1Tb/s光传输系统的关键技术，基于此背景，本论文对相干光通信系统中偏振复用涉及的关键技术——偏振及追踪技术进行了研究。具体完成的工作有以下几点:
　　(1)针对偏振复用技术，重点研究了偏振光的三种描述方法，然后结合常用的偏振复用器件研究了偏振复用技术的实现，详细分析了仿真中的偏振分束器和偏振合束器原理以及角度选择问题。
　　(2)针对高阶调制格式，研究了四种16QAM的调制方式，设计了基于QAM序列发生器、脉冲产生器和基于IQ调制器的方形16QAM光信号的调制方式，在此基础上设计了PM-16QAM偏振复用系统的发射机，仿真实验结果显示该发射机误码率性能十分接近理论值。
　　(3)研究了PM-16QAM相干光通信系统中链路损伤和接收机。仿真分析了色散和偏振模色散对信号传输的影响，详细研究了相干检测原理及相干接收机，引出数字信号处理技术，介绍了仿真软件并设计搭建了112Gb/s的PM-16QAM相干光通信仿真系统。
　　(4)对PM-16QAM相干光通信系统偏振追踪算法进行了研究和仿真。研究了CMA算法、RD-CMA算法以及RD-KF算法基本原理，仿真得到不同线宽下三种算法处理后的星座图，对比分析星座图的收敛性和清晰度。数值仿真分析了CMA算法和RD-CMA算法中参数N和μ对算法收敛速度和收敛精度的影响、RD-KF算法中参数Q对算法追踪性能影响。详细对比分析RD-CMA算法与CMA算法的误差与误码性能以及RD-KF算法与RD-CMA算法偏振态追踪性能，RD-KF算法所能跟踪的最大偏振态旋转速率是RD-CMA算法的100倍，而且具有很好的收敛精度，其收敛速度和精度可以通过调优参量控制。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 PM-16QAM相干光通信系统研究现状

1．3 复用及追踪技术的研究现状

1．4 论文组织结构

2 偏振复用理论基础

2．1 光偏振概述

2．2 偏振光描述方法

2．2．1 斯托克斯参量与米勒矩阵

2．2．2 琼斯矢量

2．2．3 邦加球

2．3 偏振复用的实现

2．4 本章小结

3 PM-16QAM相干光偏振复用系统及仿真

3．1 发射端

3．2 DD-MZM调制器

3．2．1 16QAM信号调制

3．2．2 PM-16QAM信号调制

3．3 传输链路

3．3．1 光纤损耗

3．3．2 色散

3．3．3 偏振模色散

3．3．4 非线性效应

3．4 接收端

3．4．1 相干探测的基本原理

3．4．2 相位与偏振分集相干接收机

3．4．3 数字信号处理

3．5 相干光通信系统仿真

3．5．1 仿真软件

3．5．2 仿真系统

3．6 本章小结

4 偏振追踪及仿真

4．1 CMA算法

4．1．1 基本原理

4．1．2 CMA算法仿真

4．1．3 算法性能分析

4．2 RD-CMA算法

4．2．1 基本原理

4．2．2 RD-CMA算法仿真

4．2．3 算法性能分析

4．3 RD-KF算法

4．3．1 基本原理

4．3．2 RD-KF仿真

4．3．3 算法性能分析

4．4 偏振追踪性能比较

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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