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基于FPGA的实时数字相干光接收机并行算法设计与实现

王晓东  
【摘要】:随着社会对于更大带宽,对更长距离的需求不断上升,数字相干光通信技术在光通信领域的作用越来越凸显,所占的分量也越来越大,并逐渐成为下一代光通信中的关键技术。在数字相干光通信技术领域,需要使用DSP相关算法来实现。目前在该领域中,相关算法主要以离线算法为主,但并行的实时算法更能够满足高速处理的需求,本文主要研究在数字相干光通信中的IQ正交不平衡补偿算法和相位补偿算法的并行化及在FPGA开发板上的实现。本文的主要研究内容包括:(1)详细介绍了数字相干光通信中的相关算法,介绍了QPSK系统平台的组成和数字相干光通信的流程,搭建了QPSK相干光通信系统的实验平台,并研究了对正交不平衡补偿算法和相位补偿算法进行并行化的可行性分析。(2)利用MATLAB对正交不平衡补偿算法和相位补偿算法进行串行研究,通过计算实验数据选择出较好的并行路数,进而得到在不同接收机光功率情况下的误码率曲线。根据离线算法中得到的最优并行路数,在Quartus上利用Verilog语言写出并行化代码,并将实验数据输入到Quartus中,通过modulesim观察计算结果,从而用Verilog语言实现了相关算法的并行化。(3)搭建QPSK相干光通信系统的实验平台,将在Quartus软件上调试成功的并行化代码烧写到FPGA开发板上。通过将实验平台中相干接收机发送出的实时数据传送给FPGA,从而在FPGA上完成相关算法对于实时信号的计算。用signaltap抓取实时数据,在MATLAB上画出星座图并计算出误码率,从而实现了相关算法的并行化。


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