【摘 要】
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随着互联网的高速发展,大数据,云计算,5G等新兴技术的出现,使得人们对数据流量的需求急剧增高,无论是对于长距离的光传输骨干网还是短距互联的数据中心,都面临着传输容量趋向极限等挑战。而数字相干光通信系统依靠着高阶调制格式,相干探测,数字信号处理等技术极大的提升了光通信网络的传输性能,凭借其拥有大容量,高速率,长距离等特点,逐渐成为未来高速光网络的发展方向。然而光信号在光纤中传输,不可避免的会受到光纤
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随着互联网的高速发展,大数据,云计算,5G等新兴技术的出现,使得人们对数据流量的需求急剧增高,无论是对于长距离的光传输骨干网还是短距互联的数据中心,都面临着传输容量趋向极限等挑战。而数字相干光通信系统依靠着高阶调制格式,相干探测,数字信号处理等技术极大的提升了光通信网络的传输性能,凭借其拥有大容量,高速率,长距离等特点,逐渐成为未来高速光网络的发展方向。然而光信号在光纤中传输,不可避免的会受到光纤信道的影响,包括色度色散（Chromatic Dispersion,CD）、偏振效应损伤、载波频率偏移（Carrier Frequency Offset,CFO）、载波相位噪声（Carrier Phase Noise,CPN）、非线性效应等损伤。集成在相干接收机中的数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）模块能有效的在电域均衡部分影响,然而随着光纤通信系统的传输速率和传输距离的增大,光纤信道中的损伤加剧,现有的信号处理算法性能趋于瓶颈,因此,改进数字相干接收机DSP模块中的信号损伤均衡算法,对于光纤传输系统的性能提升具有重大意义。本文围绕着光纤信道中的部分信道损伤进行了研究,并改进了相关算法,本文的主要工作如下:1.针对现存的色散频域均衡器（Frequency Domain Equalizer,FDE）和时域均衡器（Time Domain Equalizer,TDE）在信号传输带宽过大的情况下,存在抽头数过多而导致性能下降的问题,本文提出了一种基于动量因子的判决引导最小均方（Momentum Decision-Directed Least Means-Square,MDD-LMS）算法用于优化色散均衡器的影响,并通过搭建的56GBaud偏分复用-正交相移键控（Polarizaton Division Multiplexing-Quadrature Phase Shift Keying,PDM-QPSK）相干光传输系统仿真平台来验证本方案的可行性,仿真实验结果显示MDD-LMS算法迭代次数在4000左右即可达到稳态,在TDE后端添加此算法,可以有效的消除色散对信号的影响。2.针对实际光纤通信系统中存在色散值波动的问题,利用卡尔曼滤波器（Kalman Filter,KF）具有跟踪速度快,收敛精度高等优势,本文采用了一种基于重叠保留法的频域扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter,EKF）结构来均衡光纤中的残余色散（Residual Chromatic Dispersion,RCD）影响,并通过56GBaud PDM-QPSK相干光传输系统仿真平台探究了其方案的可行性,在光信噪比（Optical Signal-to-Noise Ratio,OSNR）为15dB,补偿信号块长度为4096时,本方案可以消除累计色散值为384ps/nm左右的影响。另一方面针对于极端条件下光纤偏振效应中的偏振旋转损伤,本文采用一种基于三参量偏振旋转（Rotation of State of Polarization,RSOP）模型的时域EKF均衡算法,研究了RSOP模型中的不同参数对于EKF性能影响。实验结果显示,本方案可以追踪13Mrad/s左右的RSOP;在某一参量从10Mrad/s变化到20Mrad/s,另外两参量变化率为13Mrad/s时,本算法可以满足误码率（Bit Error Rate,BER）为2.4e-2的前向纠错（Forward Error Correction,FEC）的阈值要求。与传统的恒模算法（Constant Modulus Algorithm,CMA）对比,所研究的EKF算法在光纤信道损伤的容忍性方面以及计算复杂度上更具有优势。
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