模式復用系統(tǒng)中的模式耦合問題及均衡技術研究.pdf

1、進入21世紀后，互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展、云計算以及大數(shù)據(jù)等技術的興起，使得人們對信息數(shù)據(jù)的需求量呈爆炸式增長，傳統(tǒng)光通信技術在時間、頻率、及調制編碼等維度遭遇瓶頸。在現(xiàn)有光通信系統(tǒng)的基礎設施條件下，如何降低投入成本，盡可能提高光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量已成為重點研究的課題。
　　在這樣的背景下，模式復用技術作為一種具有巨大應用潛力的系統(tǒng)擴容方式引起了國內外學者的高度關注。通過利用模式這一新的空間維度，結合適用于長距離信號傳輸?shù)纳倌９饫w，使光

2、纖傳輸系統(tǒng)的容量成倍提升。然而信道的線性損傷，如差分模式群時延、模式耦合等卻嚴重影響了系統(tǒng)的傳輸性能。模式之間的相互影響使模式復用系統(tǒng)的信道狀況復雜化，導致接收端的解復用難度大幅度提升，成為少模光纖模式復用技術中一個關鍵性的難題。因此，本文的主要研究目標是通過對少模光纖信道特性的理論分析，開發(fā)一種有效且具有更低復雜度的模式解復用均衡算法。圍繞上述中心目標，本文進行以下的工作:
　　第一，簡要介紹了少模光纖的概念和少模光纖中的傳輸模

3、式，分析了少模光纖中的主要串擾來源:模式耦合（強，弱）和差分模式群時延對模式復用信號的具體影響，并在以上理論基礎上建立少模光纖鏈路的數(shù)學模型。
　　第二，研究接收端模式解復用的時域均衡技術。介紹了自適應信道估計的基本概念及自適應估計的基本算法:最小均方算法(least mean square，LMS)，在LMS算法基礎上理論推導了單信道恒模算法(constant modulus algorithm，CMA)及時域多模盲均衡算法(t

4、ime-domain multimodulus blind equalization algorithm，TD-MMA)的原理。最后，將單信道自適應均衡算法進行擴展得到MIMO均衡算法的結構模型及計算公式。
　　第三，研究接收端模式解復用的頻域均衡技術。使用塊處理和快速傅里葉變換(FFT)實現(xiàn)頻域多模盲均衡算法(frequency-domain MMA，F(xiàn)D-MMA)下的模式解復用。FD-MMA包含了TD-MMA的所有的優(yōu)勢，且相

5、比于TD-MMA，計算復雜度降低，足以滿足模式復用系統(tǒng)的要求。最后，基于模式復用系統(tǒng)鏈路的理論分析建立包含LP01模、LP11a模和LP11b模的3×3少模光纖仿真系統(tǒng)，在接收端進行相干檢測，將解調后的信號通過DSP模塊處理。解復用時的均衡算法分別使用FD-MMA和TD-MMA，算法的性能通過星座圖、誤碼率和計算復雜度來分析。仿真證明，采用QPSK信號調制，在誤碼率為10-3時，F(xiàn)D-MMA均衡算法相較于TD-MMA均衡算法的光信噪比平