简化数字相干光接收机中恒模算法的设计与优化

作     者：童政 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔晟

授予年度：2020年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：简化数字相干光接收机 数字信号处理 恒模算法 光场重建算法 简化恒模算法 

摘      要：传统的数字相干光接收机（DCR）支持偏振复用高阶调制解调技术和链路损伤的数字化补偿,在超高速、超长距离骨干网领域应用广泛。但DCR光学前端结构复杂,价格昂贵,不适合于城域网、数据中心和光接入网这类对成本敏感的应用领域。最近简化数字相干光接收机（S-DCR）逐渐成为人们的研究热点之一。S-DCR在光学前端单个偏振方向只使用单个探测器,通过数字信号处理（DSP）技术实现光场重建,具有低成本,低功耗,高灵敏度的特点。本文为围绕着S-DCR中恒模算法（CMA）的设计与优化展开工作。首先,研究了S-DCR的系统结构和工作原理,介绍了其DSP算法体系中的关键算法,包括光场重建算法,色散补偿算法,自适应均衡与偏振解复用算法等,重点研究了光场重建算法的原理和实现流程。其次,重点研究了恒模算法的工作原理和优化方法,针对传统恒模算法存在的不足,如不适用于BPSK信号,收敛速度慢、稳态误差大和计算复杂度高等问题进行了改进和优化。之后,基于对S-DCR光场重建算法和恒模算法流程的分析,提出了一种新型与光场重建算法融合的适用于S-DCR的简化恒模算法（S-CMA）,通过共用光场重建算法中的FFT/IFFT运算消除了恒模算法中的卷积运算,大大降低了恒模算法的计算复杂度,当FIR滤波器抽头数为31时,S-CMA相比于CMA的计算复杂度降低了74.8%。最后,利用VPI Transmission Maker和Matlab软件搭建了基于S-DCR的单模与少模光纤传输系统,分别针对偏振复用系统的偏振模色散（PMD）、少模光纤中的差分模式群时延（DMGD）和收发器件带宽受限造成的码间干扰（ISI）采用改进CMA和S-CMA进行补偿。仿真结果表明算法性能达到了预期要求。