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高速光纤通信系统中码型调制技术与偏振模色散补偿技术的研究

2020-12-07阅读(596)

高速光纤通信系统中码型调制技术与偏振模色散补偿技术的研究

论文摘要

高速光纤通信系统,特别是40Gb/s以上的超高速光纤通信系统在传输容量得到增加的同时,面临光纤群速度色散、偏振模色散、非线性效应的影响等日益突出的问题,其中在低速率下可以忽略的偏振模色散效应,将成为影响光纤传输系统性能的主要因素。而不同的调制格式在色散容限、非线性的容纳能力、频谱利用率等方面具有各自的特点,根据实际情况,选择合适的调制码型,并将码型调制技术和其他光纤传输技术相结合,是提高通信传输质量的有效途径。本论文从偏振模色散的理论和调制格式的原理出发,详细研究和分析了不同调制格式的原理和具体调制过程,重点讨论了不同调制格式光信号在光纤中传输时对偏振模色散的抑制能力,以及偏振模色散缓解技术与补偿技术动态结合的的研究,本论文的主要工作如下（黑体部分为创新性工作）:◆简明扼要的回顾和总结了偏振模色散的产生机理、主态模型、数值计算模型、统计分布情况。◆详细讨论了各种调制格式（如占空比分别为33%和50%的归零码（RZ）、载波抑制归零码（CSRZ）、差分相移键控归零码（RZ-DPSK）和基于差分相移键控的载波抑制归零码（CSRZ-DPSK）等）的原理和调制过程,详细分析了DPSK调制格式的解调原理,编写了DPSK格式平衡接收的仿真程序,成功实现了DPSK格式接收,得到了NRZ-DPSK、RZ-DPSK和CSRZ-DPSK解调后的眼图。◆依据不同调制格式的调制原理,设计了OOK格式和DPSK格式的调制、解调实验,得到了调制后的眼图和频谱;其中对于DPSK格式,克服了不利的实验条件,成功实现了DPSK的解调,得到了“加口”和“减口”的眼图和频谱。◆详细阐述了现有的几种偏振模色散补偿方式,并做了全面的比较;详细介绍了PSO算法作为偏振模色散补偿控制算法的工作原理以及拓扑结构。◆介绍了偏振度的基本概念,详细讨论了以偏振度（DOP）作反馈信号时,不同调制格式的偏振度和一阶偏振模色散（DGD）之间的关系。若以偏振度作反馈信号,对于OOK格式来说,NRZ码的偏振度动态变化范围较小,而RZ和CSRZ系统的偏振度动态波动性变化较大,这容易使搜索算法陷入局部极值;对于DPSK格式来说,DOP与DGD之间是单调变化的,这对于搜索算法和整个补偿系统来说是非常有利的,因此DPSK格式相对于OOK格式更适合于以DOP作反馈信号的PMD补偿系统。◆将调制后的OOK格式和DPSK格式应用到偏振模色散补偿系统中,从实验上成功的实现了码型调制技术与PMD补偿技术的动态结合,得到了补偿前后的眼图,补偿效果明显。◆深入分析了不同调制格式的PMD补偿性能。比较补偿前后的DOP值、剩余DGD值和眼图可以看出:DPSK格式的PMD补偿性能明显好于OOK格式,这是因为DPSK格式有着更窄的频谱,受PMD影响较小,所以补偿效果好。在所有的OOK和DPSK格式中以CSRZ-DPSK的补偿效果最好,因此是最理想的传输格式。◆从调制器的调制原理出发,理论推导出了多级相位调制码的调制和解调的原理公式,并对它们的调制方式做了详细的介绍。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 光纤通信系统的发展与现状
  • 1.2 偏振模色散的研究意义
  • 1.3 本论文的结构安排
  • 参考文献
  • 第二章 偏振模色散的基本理论
  • 2.1 偏振模色散产生的机理及研究模型
  • 2.1.1 偏振模色散产生机理
  • 2.1.2 偏振模色散主态模型
  • 2.1.3 高阶PMD理论模型
  • 2.1.4 PMD矢量级联规则
  • 2.2 偏振模色散的统计特性研究[14-17]
  • 2.3 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 高速光传输系统中的码型调制技术
  • 3.1 光调制器和调制方式
  • 3.2 马赫—曾德尔调制器的基本码型调制技术
  • 3.2.1 马赫—曾德尔调制器的基本调制原理
  • 3.2.2 OOK调制格式的实现
  • 3.2.3 DPSK调制格式的实现
  • 3.2.4 小结
  • 3.3 不同调制格式的实验研究
  • 3.3.1 100b/s速率OOK格式的调制实验
  • 3.3.2 10Gb/s速率DPSK格式的调制实验
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 PMD补偿技术的研究
  • 4.1 PMD补偿方式分类
  • 4.2 粒子群优化算法
  • 4.2.1 PMD补偿的数学模型
  • 4.2.2 粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization）
  • 4.3 偏振度作反馈信号
  • 4.3.1 偏振度的基本概念
  • 4.3.2 不同调制格式的DOP-DGD关系
  • 4.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 不同调制格式应用于PMD补偿系统的研究
  • 5.1 不同调制格式的PMD补偿性能研究
  • 5.2 不同调制格式的PMD补偿性能的研究
  • 5.2.1 不同调制格式补偿前后DOP的对比
  • 5.2.2 不同调制格式补偿前后剩余DGD的对比
  • 5.2.3 不同调制格式补偿前后眼图的对比
  • 5.3 不同调制格式的PMD缓解与补偿动态结合的实验研究
  • 5.3 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 DQPSK和08DPSK调制格式的研究
  • 6.1 DQPSK的调制与解调
  • 6.1.1 DQPSK调制原理
  • 6.1.2 DQPSK解调原理
  • 6.2 08DPSK的调制与解调
  • 6.2.1 08DPSK调制原理
  • 6.2.2 08DPSK解调原理
  • 6.3 本章小结
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表论文情况
  • 致谢

    • 相关论文文献

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