光纤通信中的偏振模色散及其补偿的研究

论文摘要

目前偏振模色散已成为长距离传输、高速率数据和模拟系统的主要限制因素。特别是当光纤通信系统单信道传输速率达到40Gbit／s或以上时，偏振模色散效应已不可忽略，它严重影响了信号传输质量，造成数字通信的码间干扰。由于偏振模色散在传输过程中易受外界环境影响而呈统计特性，它的补偿相对色度色散补偿比较复杂，因此偏振模色散被认为是影响光纤传输系统性能的最终因素。本文首先介绍了国内外的发展状况，指出研究偏振模色散的测试和补偿技术对提高我国高速光纤通信技术的水平具有非常重要的意义。对描述偏振模色散的有关概念及其特性等作了总结。对偏振模色散的描述方法和测试技术进行了分析，对各种描述方法及测试技术的优缺点进行了比较。从偏振主态的概念出发，推导了一阶偏振模色散引起的脉冲展宽的均方值表达式，描述了偏振模色散对信号的展宽作用。随后研究了偏振模色散引起的脉冲展宽对接收机灵敏度的恶化以及对接收信号频谱的影响。偏振模色散的补偿技术是本文研究的重点。文中首先描述了一阶偏振模色散补偿的基本原理，在此基础上，分析并比较了偏振度、基带射频带宽、眼图以及误码率等各种偏振模自动补偿系统的反馈控制信号。给出了偏振模色散补偿系统的一般模型，对各个模块和关键技术进行较为详细的讨论。对现有的各种偏振模色散补偿技术的优缺点作了比较。为了对高速光通信系统中偏振模色散进行补偿，构建了一个较完整的光通信系统的仿真模型，并对模型进行了简要的分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国际国内的研究状况和进展
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 偏振模色散的理论研究
• 2.1 典型光纤标准的特点
• 2.2 偏振模色散的定义
• 2.2.1 主偏振态的概念
• 2.2.2 偏振模色散矢量
• 2.2.3 偏振模色散系数的定义
• 2.3 偏振模色散的数学描述
• 2.3.1 琼斯矢量法
• 2.3.2 邦加球描述法
• 2.4 差分群时延
• 2.5 单模光纤中 PMD 的测量方法（线性）
• 2.5.1 时域 PMD 测量方法
• 2.5.2 频域 PMD 测量方法
• 2.5.3 各种方法比较
• 2.6 本章小结
• 第三章 PMD 对传输系统的影响
• 3.1 判断 PMD 对系统影响的几个基本概念
• 3.1.1 功率代价
• 3.1.2 误码率 BER （Q因子）
• 3.1.3 眼图与眼图代价
• 3.2 PMD 引起的脉冲展宽
• 3.2.1 具有 PMD 效应的脉冲传输
• 3.2.2 PMD 引起的脉冲展宽—时域分析
• 3.2.3 PMD 引起的脉冲展宽—频域分析
• 3.3 PMD 对接收信号频谱的影响
• 3.3.1 理论推导
• 3.3.2 光孤子传输与 PMD
• 3.4 本章小结
• 第四章 PMD 补偿的原理与方法
• 4.1 PMD 补偿的基本原理
• 4.1.1 PMD 前置补偿（PSP传输法）
• 4.1.2 PMD 后置补偿技术
• 4.1.3 PMD 补偿的两种工作状态
• 4.2 PMD 的补偿的一般模型
• 4.2.1 PMD 补偿单元（补偿器）
• 4.2.2 反馈控制信号（误差信号）
• 4.2.3 控制算法
• 4.3 PMD 的补偿方案
• 4.4 本章小结
• 第五章 一阶 PMD 自动补偿系统的设计
• 5.1 补偿系统概述
• 5.1.1 系统的组成
• 5.1.2 工作原理
• 5.2 PMD 模拟器
• 5.2.1 PMD 模拟器设计
• 5.2.2 PMD 模拟器的实验
• 5.3 PMD 补偿器
• 5.3.1 补偿器元件
• 5.3.2 一阶 PMD 补偿器的结构
• 5.4 反馈控制信号的提取
• 5.4.1 反馈信号提取电路原理
• 5.4.2 滤波器带宽对反馈信号的影响
• 5.5 补偿的反馈算法
• 5.5.1 基本思想
• 5.5.2 反馈框图
• 5.6 PMD 补偿的实验结果
• 5.6.1 PMD 补偿实验系统的构成
• 5.6.2 实验结果与分析
• 5.6.3 对固定 DGD 补偿的改进
• 5.7 本章小结
• 第六章 PMD 补偿技术的应用前景
• 参考文献
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文
• 致谢