相干检测中的载波同步DSP算法和仿真

论文摘要

近些年来,基于数字信号处理(DSP)的相干检测技术引起了人们的广泛关注。一方面,该技术的应用可以带来更高的频谱效率,从而提高系统单信道传输容量；另一方面,基于DSP的相干检测技术能够对诸如色度色散、偏振模色散、非线性效应等相关光纤损伤进行电域补偿,大大降低了系统成本。但是,由于发射激光器和接收激光器之间存在载波不同步的问题,导致接收信号的星座图发生旋转,从而大大降低采用相位调制系统(PSK和QAM)的性能。因此,在接收端需要做载波同步处理。本文首先就相干检测中的光纤信道线性均衡技术做了相应的分析和仿真,其中涉及到滤波器长度对色度色散补偿的影响以及抽头更新步长选择对估计琼斯矩阵的重要性。载波同步算法是本文研究的重点。针对载波同步中的频率偏移问题,我们首先在PSK调制系统下提出了一种不需要剔除信号相位信息的估计算法。和之前所有着眼于如何首先剔除相位信息的算法相比,该算法在设计理念上有了很大突破和创新。之后,我们利用部分星座点旋转的手段,提高了算法的抗噪性能,将其成功扩展到QAM系统。针对载波同步中的激光器相位噪声问题,我们基于Test Phase算法,提出了一种新颖的级联式系统结构,使得运算复杂度至少下降了约50%。同时,考虑到加性噪声对高阶QAM各区域的星座点影响不同,在相应的相位噪声估计算法中,引入了一组加权系数。并以基于QPSK分割的算法为例,进行改进,最终将该算法的线宽容忍度提升了约40%。文章最后,利用OptiSystem和MATLAB搭建了偏振复用QPSK相干通信系统,该仿真平台详细展示了基于数字信号处理的相干检测技术的相关操作流程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 相干检测中的数字信号处理
• 1.3 论文主要内容及结构
• 本章小结
• 第二章 相干检测技术
• 2.1 直接检测
• 2.2 相干检测
• 2.2.1 系统基本结构
• 2.2.2 无放大器噪声下的系统性能
• 2.2.3 有放大器噪声下的系统性能
• 2.3 直接检测和相干检测的比较
• 本章小结
• 第三章 光纤信道线性均衡
• 3.1 光纤信道的线性效应
• 3.1.1 色度色散
• 3.1.2 偏振模色散
• 3.2 CD补偿算法
• 3.2.1 时域CD补偿
• 3.2.2 频域CD补偿
• 3.2.3 CD补偿的未来
• 3.3 PMD补偿算法
• 3.3.1 DD-LMS
• 3.3.2 CMA
• 3.3.3 独立量分析
• 3.3.4 矩阵初始化设计
• 本章小结
• 第四章 载波同步
• 4.1 频率估计算法总结
• 4.1.1 基于共轭M次方的算法
• 4.1.2 基于预判决的算法
• 4.2 不需要剔除相位信息的频率估计算法
• 4.2.1 针对PSK的频率估计算法
• 4.2.2 针对QAM系统的算法改进
• 4.3 激光器相位噪声估计算法总结
• 4.3.1 基于M次方的相位噪声估计
• 4.3.2 不需要乘法器的预判决算法
• 4.3.3 部分星座点四次方算法
• 4.3.4 基于QPSK分割的算法
• 4.3.5 基于Test Phase的算法
• 4.4 针对高阶QAM调制的相位噪声估计改进算法
• 4.4.1 引入加权系数的改进算法
• 4.4.2 级联式Test Phase改进算法
• 本章小结
• 第五章 DP-QPSK系统仿真
• 5.1 OptiSystem简介
• 5.2 MATLAB简介
• 5.3 DP-QPSK仿真系统
• 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录