長(zhǎng)距離大容量光纖傳輸電子信道損傷補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電子信道損傷補(bǔ)償技術(shù)最初是作為高速長(zhǎng)距離光傳輸系統(tǒng)中色散補(bǔ)償光纖的一個(gè)補(bǔ)充，用來(lái)擴(kuò)展主干光纖鏈路的傳輸距離，而被納入到sonet oc-192方案中去的。而隨著人們對(duì)光纖傳輸速率爆炸式的需求增長(zhǎng)，具有極高的能量效率和頻帶效率，結(jié)合了先進(jìn)調(diào)制方式的相干檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始成為新型高速長(zhǎng)距離光通信傳輸系統(tǒng)廣泛采用的技術(shù)。利用電子技術(shù)領(lǐng)域強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能，相干光接收機(jī)可以良好地綜合處理色度色散、偏振模色散、激光相位噪聲以及光纖非線(xiàn)性效應(yīng)等多種傳

2、輸損傷，而電子信道補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)逐漸取代光學(xué)信道損傷補(bǔ)償技術(shù)成為主流的信號(hào)恢復(fù)解決方案。該技術(shù)展示出了對(duì)高速光傳輸系統(tǒng)很強(qiáng)的適應(yīng)性及非常巨大的發(fā)展?jié)摿?，相關(guān)的信道損傷均衡補(bǔ)償算法及實(shí)現(xiàn)已成為相干光通信系統(tǒng)中的研究熱點(diǎn)。回顧電子信道損傷補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，按照高速長(zhǎng)距離光傳輸系統(tǒng)從直接光檢測(cè)技術(shù)向相干光檢測(cè)技術(shù)發(fā)展并不斷引入新的調(diào)制和復(fù)用技術(shù)，電子信道補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展大致也分為三個(gè)階段。
　　本文針對(duì)直接檢測(cè)光傳輸系統(tǒng)、單載波相干光傳輸系統(tǒng)

3、及引入正交頻分復(fù)用技術(shù)的多載波相干光傳輸系統(tǒng)中電子信道損傷補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)的算法、實(shí)現(xiàn)及性能展開(kāi)研究。主要工作包括如下幾個(gè)方面：
　　針對(duì)采用能量調(diào)制和直接檢測(cè)（IM/DD）技術(shù)的直接光傳輸系統(tǒng)，本文深入分析了直接光傳輸系統(tǒng)中色度色散（CD）補(bǔ)償技術(shù)的功能局限性，結(jié)合適用于直接光傳輸系統(tǒng)的最小均方差（LMS）自適應(yīng)算法，理論分析并仿真研究了由前饋均衡（FFE）和判決反饋(DFE）結(jié)構(gòu)自適應(yīng)均衡器構(gòu)成自適應(yīng)微量色度色散補(bǔ)償器，對(duì)于盲的

4、MLS E色散補(bǔ)償器在光傳輸系統(tǒng)中用于色散補(bǔ)償?shù)姆桨?，提出一種優(yōu)化的快速傅立葉變換的信道估計(jì)方法，在現(xiàn)有基于快速傅立葉變換的信道估計(jì)算法的框架范圍內(nèi)通過(guò)精簡(jiǎn)補(bǔ)零計(jì)算環(huán)節(jié)減少了數(shù)字運(yùn)算量。采用Opti-wave公司的專(zhuān)用光學(xué)仿真平臺(tái)軟件和聯(lián)合數(shù)學(xué)仿真平臺(tái)工具聯(lián)合對(duì)直接光傳輸系統(tǒng)中使用不同均衡器結(jié)構(gòu)對(duì)經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償光纖的微量殘余色散信號(hào)均衡補(bǔ)償進(jìn)行了仿真，對(duì)仿真結(jié)論進(jìn)行了性能和系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)評(píng)估。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的優(yōu)化的基于快速傅里葉變換的

5、信道估計(jì)算法在保證信道估計(jì)精度的前提下大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。
　　本文還針對(duì)偏振復(fù)用相干光傳輸系統(tǒng)，對(duì)基于DSP的集成了信道損傷補(bǔ)償及信號(hào)解調(diào)及解復(fù)用功能的接收器展開(kāi)研究，聚焦于CD全盲均衡技術(shù)和偏振模色散（PMD）自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)。提出一種新穎的基于自相關(guān)矩陣特征值最小均值掃描的CD監(jiān)測(cè)均衡算法，該算法在保留了傳統(tǒng)的基于自相關(guān)矩陣特征值算法對(duì)調(diào)制格式的廣泛適應(yīng)性的同時(shí)，克服了該類(lèi)算法掃描精度差的缺陷。仿真結(jié)果表明該算法掃描精度的提

6、高明顯改善了系統(tǒng)地誤碼率（BER）表現(xiàn)。對(duì)采用恒定模算法（CMA)進(jìn)行偏振復(fù)用光傳輸系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理時(shí)幾率性出現(xiàn)的錯(cuò)誤收斂現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究。對(duì)這種被稱(chēng)為奇異點(diǎn)問(wèn)題的算法缺陷產(chǎn)生的本質(zhì)原因進(jìn)行了解釋和仿真。并根據(jù)該問(wèn)題出現(xiàn)的本質(zhì)機(jī)理對(duì)用于偏振色散補(bǔ)償及解復(fù)用處理的CMA算法進(jìn)行了大量的改進(jìn)嘗試。結(jié)果表明，采用約束CMA和改進(jìn)的多用戶(hù)CMA算法都可以有效地克服奇異點(diǎn)問(wèn)題。
　　高級(jí)調(diào)制格式及正交頻分復(fù)用（OFDM）等先進(jìn)傳輸技術(shù)

7、的引入進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的頻譜效率，同時(shí)也給電子信道補(bǔ)償精度帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。在OFDM傳輸中，光的自激放大效應(yīng)引發(fā)了信號(hào)強(qiáng)度的隨機(jī)波動(dòng)。而克爾效應(yīng)使得這種非線(xiàn)性幅度波動(dòng)影響到了信號(hào)相位，使信號(hào)的相位產(chǎn)生了無(wú)法消除的隨機(jī)波動(dòng)。非線(xiàn)性效應(yīng)限制了系統(tǒng)載入能量，因此光系統(tǒng)的傳輸能力就取決于所采用的非線(xiàn)性效應(yīng)消除算法。本文針對(duì)多載波相干光傳輸系統(tǒng)中單通道信道估計(jì)-多通道信道均衡的信道損傷補(bǔ)償機(jī)制及算法結(jié)構(gòu)展開(kāi)研究，對(duì)光學(xué)性能監(jiān)測(cè)（OPM）技術(shù)和基

8、于數(shù)字信號(hào)處理（DPS）的反向傳播電子信道損傷補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了深入研究和仿真，提出了一種OPM信道在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的反向傳播（BP）的信道損傷綜合補(bǔ)償方案展開(kāi)深入研究，對(duì)引入了非線(xiàn)性效應(yīng)抑制技術(shù)的多載波OFDM相干光傳輸系統(tǒng)中電子信道損傷監(jiān)測(cè)及補(bǔ)償方案進(jìn)行仿真，對(duì)綜合性能及開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)行評(píng)估。仿真結(jié)果顯示，利用OPM技術(shù)和BP的電子信道損傷綜合補(bǔ)償處理方案能有效地降低OFDM光傳輸系統(tǒng)中色散和非線(xiàn)性效應(yīng)引發(fā)的信號(hào)畸變和劣化，改善系統(tǒng)有效載入能量和系統(tǒng)魯