DP-16QAM相干光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、基于高階調(diào)制碼型、相干檢測(cè)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的相干光通信，由于其能夠?qū)崿F(xiàn)高頻譜效率、在電域?qū)崿F(xiàn)傳輸損傷補(bǔ)償?shù)葍?yōu)勢(shì)，成為下一代高速光通信系統(tǒng)發(fā)展方向。本論文結(jié)合國家863項(xiàng)目“160Gb/s一泵多纖光傳輸技術(shù)的研究”以及加拿大自然科學(xué)基金戰(zhàn)略基金項(xiàng)目“Digital signal processing for fiber opticcommunication”，圍繞基于偏振復(fù)用16進(jìn)制正交幅度調(diào)制(DP-16QAM)碼型、相干檢測(cè)和數(shù)字信

2、號(hào)處理技術(shù)的相干光通信系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。取得的主要研究成果如下:
　　1.提出一種改進(jìn)型四電平信號(hào)生成方案，實(shí)驗(yàn)生成了高質(zhì)量14Gbaud/s、28Gbaud/s、32Gbaud/s、40Gbaud/s四電平信號(hào)。實(shí)驗(yàn)研究了基于改進(jìn)型四電平信號(hào)生成方案的DP-16QAM發(fā)射機(jī)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示112Gb/s和224Gb/sDP-16QAM發(fā)射機(jī)性能與理論值分別僅有2.7dB和3.5dB的光信噪比(OSNR)代價(jià)。搭建

3、了112Gb/s DP-16QAM實(shí)驗(yàn)傳輸系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了其傳輸性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在僅補(bǔ)償光纖色散情況下單通道112Gb/s DP-16QAM傳輸系統(tǒng)最優(yōu)入纖功率點(diǎn)為-3.5dBm;當(dāng)前向糾錯(cuò)編碼(FEC)閾值為3.8×10-3時(shí)，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了112Gb/sDP-16QAM信號(hào)1470km傳輸。
　　2.開發(fā)了一套完整的適用于DP-16QAM的相干接收機(jī)數(shù)字信號(hào)處理算法，其中包括基于Gram-Schmidt正交法則的IQ非正交補(bǔ)償

4、算法;基于頻域均衡器的色散補(bǔ)償算法;數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù);偏振復(fù)用信號(hào)的偏振解復(fù)用及動(dòng)態(tài)均衡;載波頻偏估計(jì)與補(bǔ)償;載波相位噪聲估計(jì)與補(bǔ)償;判決及誤碼計(jì)算。仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了整套數(shù)字信號(hào)處理算法的性能。首次實(shí)驗(yàn)研究了基于Gram-Schmidt正交法則的IQ非正交補(bǔ)償算法在DP-16QAM系統(tǒng)中的性能。
　　3.研究了基于數(shù)字反向傳輸(DBP:Digital Back-Propagation)的光纖非線性補(bǔ)償技術(shù)在DP-16QAM長距離相干光

5、通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。分析了偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)中的光纖非線性效應(yīng)。仿真與實(shí)驗(yàn)研究了該補(bǔ)償技術(shù)中加權(quán)系數(shù)及補(bǔ)償步長兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)果顯示:對(duì)于特定的傳輸系統(tǒng)，DBP的加權(quán)系數(shù)對(duì)補(bǔ)償步長、入纖功率、傳輸距離等均不敏感。在綜合考慮補(bǔ)償性能及計(jì)算復(fù)雜度情況下，DBP的最優(yōu)補(bǔ)償步長為傳輸系統(tǒng)的中繼距離。采用該補(bǔ)償技術(shù)，112Gb/s DP-16QAM長傳輸系統(tǒng)的最優(yōu)入纖功率被提升了2dB;當(dāng)FEC閾值為3.8×10-3時(shí)，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了112Gb/s DP

6、-16QAM信號(hào)2400km傳輸，最遠(yuǎn)傳輸距離比未采用該技術(shù)情況下提升近63％。
　　4.提出三種基于改進(jìn)型四相移鍵控分區(qū)算法(MP)的級(jí)聯(lián)載波相位噪聲估計(jì)(CPE)算法。研究了算法線寬容忍度、相位噪聲估計(jì)性能、線性及非線性傳輸性能和硬件復(fù)雜度。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:三種算法性能均與相位盲搜索(BPS)算法相近，硬件復(fù)雜度卻比BPS算法分別降低了1.5～10倍。
　　5.為了進(jìn)一步降低硬件復(fù)雜度，提出一種基于準(zhǔn)零乘法器算法的級(jí)

7、聯(lián)CPE算法。仿真與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示:級(jí)聯(lián)CPE算法的線寬容忍度、相位噪聲估計(jì)性能、線性及非線性傳輸性能均與BPS算法相當(dāng)，但該算法硬件復(fù)雜度比BPS算法降低了17倍，是迄今為止報(bào)道的針對(duì)16QAM調(diào)制碼型的硬件復(fù)雜度最低的前反饋級(jí)聯(lián)CPE算法。
　　6.提出將線性插值算法應(yīng)用于載波相位噪聲補(bǔ)償技術(shù)中，提出基于線性相位插值(LPI)的增強(qiáng)型載波相位噪聲補(bǔ)償算法，理論與實(shí)驗(yàn)研究了該補(bǔ)償算法性能。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:LPI算法與滑動(dòng)窗