DP-16QAM相干光通信系統(tǒng)關鍵技術的研究.pdf

1、基于高階調制碼型、相干檢測和數(shù)字信號處理技術的相干光通信，由于其能夠實現(xiàn)高頻譜效率、在電域實現(xiàn)傳輸損傷補償?shù)葍?yōu)勢，成為下一代高速光通信系統(tǒng)發(fā)展方向。本論文結合國家863項目“160Gb/s一泵多纖光傳輸技術的研究”以及加拿大自然科學基金戰(zhàn)略基金項目“Digital signal processing for fiber opticcommunication”，圍繞基于偏振復用16進制正交幅度調制(DP-16QAM)碼型、相干檢測和數(shù)字信

2、號處理技術的相干光通信系統(tǒng)進行了深入的理論和實驗研究。取得的主要研究成果如下:
　　1.提出一種改進型四電平信號生成方案，實驗生成了高質量14Gbaud/s、28Gbaud/s、32Gbaud/s、40Gbaud/s四電平信號。實驗研究了基于改進型四電平信號生成方案的DP-16QAM發(fā)射機性能，實驗結果顯示112Gb/s和224Gb/sDP-16QAM發(fā)射機性能與理論值分別僅有2.7dB和3.5dB的光信噪比(OSNR)代價。搭建

3、了112Gb/s DP-16QAM實驗傳輸系統(tǒng)，實驗研究了其傳輸性能。實驗結果顯示，在僅補償光纖色散情況下單通道112Gb/s DP-16QAM傳輸系統(tǒng)最優(yōu)入纖功率點為-3.5dBm;當前向糾錯編碼(FEC)閾值為3.8×10-3時，實驗實現(xiàn)了112Gb/sDP-16QAM信號1470km傳輸。
　　2.開發(fā)了一套完整的適用于DP-16QAM的相干接收機數(shù)字信號處理算法，其中包括基于Gram-Schmidt正交法則的IQ非正交補償

4、算法;基于頻域均衡器的色散補償算法;數(shù)字時鐘恢復;偏振復用信號的偏振解復用及動態(tài)均衡;載波頻偏估計與補償;載波相位噪聲估計與補償;判決及誤碼計算。仿真及實驗驗證了整套數(shù)字信號處理算法的性能。首次實驗研究了基于Gram-Schmidt正交法則的IQ非正交補償算法在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)的光纖非線性補償技術在DP-16QAM長距離相干光

5、通信系統(tǒng)中的應用。分析了偏振復用傳輸系統(tǒng)中的光纖非線性效應。仿真與實驗研究了該補償技術中加權系數(shù)及補償步長兩個關鍵參數(shù)，結果顯示:對于特定的傳輸系統(tǒng)，DBP的加權系數(shù)對補償步長、入纖功率、傳輸距離等均不敏感。在綜合考慮補償性能及計算復雜度情況下，DBP的最優(yōu)補償步長為傳輸系統(tǒng)的中繼距離。采用該補償技術，112Gb/s DP-16QAM長傳輸系統(tǒng)的最優(yōu)入纖功率被提升了2dB;當FEC閾值為3.8×10-3時，實驗實現(xiàn)了112Gb/s DP

6、-16QAM信號2400km傳輸，最遠傳輸距離比未采用該技術情況下提升近63％。
　　4.提出三種基于改進型四相移鍵控分區(qū)算法(MP)的級聯(lián)載波相位噪聲估計(CPE)算法。研究了算法線寬容忍度、相位噪聲估計性能、線性及非線性傳輸性能和硬件復雜度。仿真與實驗結果表明:三種算法性能均與相位盲搜索(BPS)算法相近，硬件復雜度卻比BPS算法分別降低了1.5～10倍。
　　5.為了進一步降低硬件復雜度，提出一種基于準零乘法器算法的級

7、聯(lián)CPE算法。仿真與實驗研究結果顯示:級聯(lián)CPE算法的線寬容忍度、相位噪聲估計性能、線性及非線性傳輸性能均與BPS算法相當，但該算法硬件復雜度比BPS算法降低了17倍，是迄今為止報道的針對16QAM調制碼型的硬件復雜度最低的前反饋級聯(lián)CPE算法。
　　6.提出將線性插值算法應用于載波相位噪聲補償技術中，提出基于線性相位插值(LPI)的增強型載波相位噪聲補償算法，理論與實驗研究了該補償算法性能。仿真與實驗結果表明:LPI算法與滑動窗