高速光纤通信系统中多级相位调制码及其PMD缓解的研究

摘要

目前，光纤通信系统正朝着高速率、大容量的方向发展。骨干网传输速率的提高，使得光纤色度色散、非线性及偏振模色散对信号的影响将不能再被忽略。近年来，各种容忍度较高的新型调制格式纷纷被提出。同时，随着系统速率的提高，对偏振模色散的缓解必不可少，需要有响应速度高、稳定的偏振模色散自适应补偿器。此外，随着偏分复用系统和相干通信系统的发展，需要在接收端引入偏振态稳定装置。
　　 本文分别针对新型调制格式、光纤偏振模色散自适应补偿器、光信号偏振态稳定装置等三个方面进行了理论、仿真和实验研究。主要工作包括：回顾了光的码型调制技术及在光调制中常用的马赫—曾德尔调制器的原理；并通过理论和仿真分析了DQPSK信号的时域及频域特性，得到了星座图、相位差图、眼图及不同占空比信号的频谱图；回顾了光信号偏振态的相关概念、表示方法，及光纤偏振模色散产生的机理和补偿方法，详细介绍了光域补偿方法；从理论上分析了光的8-DPSK格式的调制、解调原理；搭建仿真系统，分析了其时域和频域特性，包括星座图、相位差图、眼图及不同占空比信号的频谱图；并在“背靠背”系统的基础上，引入偏振模色散，分析了8-DPSK信号的偏振模色散补偿性能；从理论上分析了光的双偏振态DPSK信号和双偏振态DQPSK信号的调制、解调原理；搭建仿真系统，分析了它们的时域、频域特性，包括星座图、相位差图、眼图及不同占空比信号的频谱图；并通过仿真得到了两种调制格式的偏振模色散容忍度；另外，搭建了双偏振态DPSK格式的实验系统，实验上首次得到了双偏振态DPSK信号；将偏振模色散自适应补偿器应用到DPSK和DQPSK系统中，得到了用作反馈信号的DOP与反应链路中偏振模色散一阶分量DGD的关系曲线，以及反应DOP信息的DOP地图；通过实验验证了补偿器的性能，得到了补偿前后信号的眼图，并验证了补偿器的在线跟踪性能；提出了一种新的偏振态稳定方案，可以将输入光信号的偏振态转换到任意输出偏振态，并将输出信号稳定在目标偏振态；通过实验验证了该方案的性能，分别以电脑系统和DSP系统作为中央处理单元，验证了该方案的偏振态转换能力和在线跟踪能力。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

第一章 绪论

1.1 光纤通信系统研究进展

1.2 码型调制技术的研究意义和进展

1.3 偏振模色散补偿技术的研究意义和进展

1.4 偏振态稳定技术的研究意义和进展

1.5 论文的结构安排

参考文献

第二章 光纤通信系统中的码型调制技术

2.1 调制技术概述

2.2 马赫—曾德尔调制器的工作原理

2.3 DQPSK调制解调原理

2.3.1 DQPSK信号的调制原理与仿真结果

2.3.2 DQPSK信号的解调原理与仿真结果

2.4 本章小结

参考文献

第三章 偏振模色散补偿技术概述

3.1 偏振光的基本概念

3.1.1 琼斯(Jones)矢量法

3.1.2 斯托克斯(Stokes)矢量法

3.1.3 邦加球表示法

3.2 偏振模色散的起因

3.3 偏振模色散的缓解及补偿方式分类

3.4 光域反馈补偿技术

3.4.1 PMD补偿单元

3.4.2 PMD监测单元

3.4.3 控制单元

3.5 本章小结

参考文献

第四章 8—DPSK调制解调原理及偏振模色散补偿性能分析

4.18—DPSK调制原理

4.28—DPSK解调原理

4.38—DPSK信号的偏振模色散补偿性能

4.3.1 反馈信号的研究

4.3.2 不同占空比信号的DOP与DGD关系

4.3.3 不同占空比信号的PMD补偿性能分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章 双偏振态的n—DPSK信号及其偏振模色散容忍度

5.1 双偏振态的DPSK系统(DPol—DPSK)

5.1.1 DPol—DPSK信号的调制解调原理

5.1.2 DPol—DPSK信号的PMD容忍度分析

5.1.3 DPol—DPSK的实验实现

5.2 双偏振态的DQPSK系统(DPol—DQPSK)

5.2.1 DPol—DQPSK调制解调原理

5.2.2 DPol—DQPSK信号的偏振模色散容忍度

5.3 预编码公式推导方法

5.4 本章小结

参考文献

第六章 相位调制码偏振模色散补偿性能的实验研究

6.1 PMD补偿实验系统概述

6.1.1 补偿器的PMD补偿单元

6.1.2 补偿器的PMD监测单元

6.1.3 补偿器的反馈控制单元

6.210Gb/s DPSK信号的PMD补偿实验

6.320Gb/s DQPSK信号的PMD补偿实验

6.3.1 电脑作为反馈控制单元

6.3.2 DSP系统作为反馈控制单元

6.4 本章小结

参考文献

第七章 光信号偏振稳定态装置的实验研究

7.1 偏振稳定装置的原理

7.1.1 偏振态稳定装置的硬件构成

7.1.2 偏振态稳定装置的反馈信号

7.1.3 偏振态稳定装置的算法

7.2 基于电脑系统的偏振态稳定装置实验

7.2.1 偏振态稳定装置的搜索效果

7.2.2 偏振态稳定装置的跟踪效果

7.2.3 偏振态稳定装置的耗时分析

7.3 基于DSP系统的偏振态稳定装置实验

7.4 本章小结

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢