论文部分内容阅读
目前，光纤通信的发展方向是往超高速超高频谱效率的技术路线演进，高调制速率、高阶调制格式的应用，都将会提高通信的传输容量，同时也对光信号的畸变损伤越发敏感。本文围绕相干光通信实验系统的设计、高阶调制格式光信号畸变评估、接收信号损伤补偿技术进行了深入的研究，设计了一个可动态调节关键参数的相干光通信实验系统，并提出了光发射机信号畸变评估方法和光收发机损伤信号的补偿技术，通过采用数学仿真和实验验证相结合的手段，对相干光通信实验系统的性能进行验证和信号畸变评估研究，验证信号评估方法和损伤补偿算法的有效性。 在相干光通信实验系统的设计中，完成了可调谐激光光源、单/双偏振发射机、相干接收机三大部分的样机设计工作。在单/双偏振光发射机的设计中，实现多路电基带信号的放大增益和偏置电压的独立可调，可避免光发射机信号的同相/正交（I/Q）增益不平衡畸变问题，同时优化供电电路的设计，提高了单/双偏振发射机的工作稳定性。在相干光接收机设计中，可实现对单/双偏振信号的相干接收，并具备自动/手动增益控制切换，以及采集带宽调节功能，保证相干接收机满足不同信号的最佳采集性能。 在高阶调制光信号畸变评估研究中，提出了一种在信号光和本振光链路长度相等的双链路系统中，借助K均值（K-means）聚类算法和盲相位估计（BPS）算法进行精确的畸变系数估计和星座图恢复的方法。该系统须确保本振光和信号光传输链路的长度基本相等，使得在一定的时间窗口内信号光和本振光之间的相位差近似为恒定的，因此可以基于接收星座图数据进行聚类分析，对聚类质心点的二维位置进行计算可估计畸变类型和畸变系数，此外后续的信道均衡和载波相位恢复也是以聚类质心点作为参考点。该方案避免在信号畸变与相位噪声同时存在下的信号恢复难题，可精确实现高阶调制格式光信号的畸变评估。 针对接收信号存在畸变损伤的问题，研究了传统的格拉姆施密特正交化（GSOP）算法、盲自适应源分离-恒模算法/半径判决均衡器（BASS-CMA/RDE）算法的性能，提出采用盲自适应源分离-扩展卡尔曼算法（BASS-EKF）算法具有更出色的损伤补偿性能。针对 GSOP 算法存在不能补偿 I/Q 增益不平衡损伤和不适用于系统存在频偏的场景的局限性，BASS-CMA/RDE算法具有解偏时收敛速度慢、奇异性的缺点，本文中采取BASS算法进行I/Q不平衡补偿和EKF算法偏振解复用的联合使用，既可以提升解偏振的收敛速度，同时让I/Q不平衡补偿的性能更加出色。 本文结果对于研究相干光通信实验系统和样机有着较强的参考意义，同时双链路实验系统和 K-means 聚类算法对光发射机的信号质量评估研究提出了一种可以简化实验数据处理难度来评估发射机信号畸变系数的方法，而 BASS-EKF 算法可以实现对接收信号中的I/Q不平衡损伤补偿和偏振解复用的联合恢复，得到理想的星座图。本课题对发射机模块性能检测、畸变评估、损伤补偿等实际应用有重要意义。