40Gbit/s光纤通信系统中偏振模色散补偿技术的研究

论文摘要

偏振模色散（PMD）是光纤通信系统中由于光信号在两个偏振模式上的群延时不同,而引起的脉冲展宽现象。在40Gbit/s的高速率光纤通信系统中, PMD已经成为限制系统传输性能的重要障碍。它引起信号脉冲的展宽,使接收系统的误码率上升。研究表明,单模光纤中的偏振模色散表现出一种统计随机规律,无法象色度色散那样可以较容易地进行补偿,因此解决PMD问题已经成为光纤通信领域的当务之急。本论文对40Gbit/s PMD补偿系统进行了深入的研究,下面是本论文完成的主要工作。1.理论分析了40Gbit/s RZ码伪随机序列光信号受PMD影响的情况下,电功率随差分群延迟（DGD）变化的关系,并进行了实验验证。详细分析了脉冲波形,分光比以及所选接收频率等因素对电功率作反馈信号的影响。完成了以电功率作为反馈控制信息的40Gbit/s PMD动态补偿系统的实验,给出了补偿前后的眼图。2.详细推导了DOP与DGD关系的数学表达式,分别得出了输入信号为单一高斯脉冲与40Gbit/s RZ码伪随机序列高斯脉冲的情况下,DOP随DGD变化的关系曲线,并分析了分光比和脉冲宽度对DOP-DGD曲线的影响,且得到了实验验证。在理论的指导下,完成了以DOP作为反馈控制信息的40Gbit/sPMD动态补偿系统的实验,得到了很好的补偿效果,并把该系统的全部控制单元移植到了DSP上,实现了PMD补偿系统小型化的要求。3.通过对反馈信号的分析和实验测量,提出了一种新颖快速的PMD补偿算法——自适应抖动跟踪算法。该算法具有收敛速度快,避免陷入局部极值点,减少线路信号的瞬间恶化以及抗噪声干扰性强等特点。补偿的响应时间能达到ms量级,补偿时间按计算最快为1～2ms;补偿精度为0.0017ps。4.提出了基于光信号偏振态（SOP）的PMD前馈补偿技术,并对如何确定光纤线路中的PMD大小和方向进行了理论和实验研究。提出了一种针对PMD前馈补偿的查表算法,理论上能以最快的响应速度实现PMD的精确补偿。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 40GBIT/S光纤通信系统中偏振模色散的影响
• 1.2 偏振模色散的基本概念
• 1.2.1 光偏振特性的描述方法
• 1.2.2 偏振模色散的数学表示
• 1.3 本文的主要工作和创新点
• 第二章 电功率反馈的40GBIT/S补偿系统理论和实验研究
• 2.1 电功率谱密度反馈技术的研究
• 2.1.1 电功率谱密度作为PMD反馈信号的理论分析
• 2.1.2 电功率谱密度与差分群延时关系的实验研究
• 2.2 40GBIT/S电功率反馈的补偿方案
• 2.2.1 补偿系统的实验装置
• 2.2.2 补偿系统的工作过程及实验结果
• 2.3 本章小结
• 第三章 偏振度反馈的40GBIT/S补偿系统理论与实验研究
• 3.1 偏振度的物理意义
• 3.2 偏振度与DGD关系的数学推导
• 3.3 偏振度公式中各影响因素的分析
• 3.3.1 分光比对偏振度的影响
• 3.3.2 光谱宽度对偏振度的影响
• 3.3.3 传输距离对偏振度的影响
• 3.3.4 m序列的阶数对偏振度的影响
• 3.4 DOP作反馈信息的40GBIT/S PMD补偿系统
• 3.4.1 40Gbit/s PMD补偿系统的实验装置
• 3.4.2 40Gbit/s PMD补偿系统的补偿效果
• 3.5 本章小结
• 第四章 反馈式PMD补偿算法的研究
• 4.1 补偿算法的特点
• 4.2 补偿算法的主要思想
• 4.3 补偿算法的工作过程
• 4.4 补偿算法所需解决的问题
• 4.5 补偿算法的实际效果
• 4.6 补偿算法所需的时间及补偿精度
• 4.7 本章小节
• 第五章 PMD补偿系统中控制单元的设计
• 5.1 数字信号处理器（DSP）
• 5.2 数模转换（ADC）模块
• 5.3 模数转换（DAC）模块
• 5.4 异步串口（UART）模块
• 5.5 本章小节
• 第六章 PMD前馈补偿系统的研究
• 6.1 基于光信号偏振态（SOP）的PMD监测技术
• 6.2 PMD前馈补偿系统
• 6.3 用于前馈补偿的查表算法
• 6.4 本章小节
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文与参加科研情况
• 致谢