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16-QAM高速相干光接收机的载波恢复算法研究

张琪  
【摘要】:随着信息时代的来临,传统基于强度调制/直接检测的低速光通信系统已无法满足日益增长的带宽需求。而基于高阶调制、相干检测和数字信号处理技术的高速相干光通信网络具有高速率、高频谱利用率、低成本等优势,是下一代高速通信网的发展方向之一。结合相干检测和数字信号处理技术的数字相干光接收机,不仅可以充分保留载波幅度、相位及偏振等信息,还可以在电域中对光纤链路损伤及噪声进行很好的恢复和补偿,成为近年来光通信领域的研究热点。本文主要围绕基于16-QAM调制码型、相干检测及数字信号处理技术的高速相干光通信系统进行研究,重点研究了发射端激光器与本地振荡器间引入的频偏及相位噪声对系统性能的影响,实现了数字相干光接收机对载波频偏和载波相位的准确估计及恢复。主要完成以下工作:(1)研究方型16-QAM光信号的生成方式及原理,采用四电平驱动IQ调制器的光信号生成方式搭建112Gb/s 16-QAM相干光通信系统仿真平台,并利用载波频偏估计算法及载波相位估计算法对接收信号进行载波恢复。(2)研究基于部分星座点和基于训练序列的载波频偏估计算法。比较分析在112Gb/sl6-QAM调制格式相干光通信系统中,两种载波频偏估计算法的估计范围、估计精度和运算复杂度,讨论了系统残余频偏对载波相位估计的影响。(3)研究多种载波相位估计算法。本文对目前性能较好、可适用于16-QAM及其他高阶调制码型的载波相位估计算法进行研究,并从改进型ViterbiViterbi算法和盲相位搜索(BPS,Blind Phase Search)级联算法对其进行分类阐述,比较并分析八种载波相位估计算法在16-QAM相干光通信系统中的线宽容忍度及硬件复杂度。(4)提出了一种基于BPS的线性逼近(LA,Line Approximation)载波相位估计算法。阐述了 LA载波相位估计算法的基本原理和实现流程,通过仿真得到该算法的最佳测试相位点,同时分析了 LA载波相位估计算法的误码率、线宽容忍度、硬件复杂度及频偏容忍度。利用LA载波相位估计算法对112Gb/s 16-QAM相干光通信系统接收信号的相位进行恢复,仿真结果显示,LA算法的激光器线宽容忍度与BPS算法相近;其硬件复杂度比BPS算法的硬件复杂度降低了2.13/2.18/2.91/2.06(乘法器/加法器/比较器/判决器)倍;当残余频偏超过30MHz时,LA算法对接收信号的恢复能力优于BPS算法。


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