【摘 要】
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随着5G时代的到来,云虚拟现实、车联网、云计算等新兴技术对数据的吞吐量提出了更高的要求。超长传输距离、超大容量的相干光通信系统成为当前光通信领域的研究热点。由于激光器产生的光信号包含不同的频率成分,这些不同频率成分在光纤中传输的速度不同而引起色散效应,色散效应引起的码间串扰会影响接收端的相干解调和阈值判决。如今光通信网络朝着高速长距离方向发展,色散效应对光通信质量的影响更加严重,因此均衡色散效应的
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随着5G时代的到来,云虚拟现实、车联网、云计算等新兴技术对数据的吞吐量提出了更高的要求。超长传输距离、超大容量的相干光通信系统成为当前光通信领域的研究热点。由于激光器产生的光信号包含不同的频率成分,这些不同频率成分在光纤中传输的速度不同而引起色散效应,色散效应引起的码间串扰会影响接收端的相干解调和阈值判决。如今光通信网络朝着高速长距离方向发展,色散效应对光通信质量的影响更加严重,因此均衡色散效应的影响在光通信领域具有重要意义。如何合理利用现有硬件资源,实现低成本的色散均衡器是当前数字相干光通信系统应用的重要问题之一。本文围绕相干光通信系统,概要介绍了发射机、光纤链路、接收机的结构和基本原理,主要研究了色散形成机理及均衡方法,设计了一种时域色散均衡器并对其进行了理论分析和硬件验证,主要内容包括:1、设计一种基于动量梯度下降优化算法的色散均衡器CMGD-FIR,在提高收敛速度的同时能够保证色散均衡效果。该算法采用动量梯度下降（MGD）在每次更新迭代时对梯度进行指数加权平均优化并进行偏差修正。使用MATLAB软件完成算法的实现,此外基于OptiSystem仿真平台搭建了单载波相干光传输系统,并与MATLAB进行联合仿真,验证算法的性能。仿真结果表明动量梯度下降算法更新抽头权值能更快地接近最小值,学习率越高速率越快;在学习速率为0.1、动量系数为0.98时,所提优化算法收敛值达到0.015461;在不同信噪比条件下,采用优化算法设计的均衡器的均衡效果优于GD-FIR和经典时域FIR均衡器;同时利用脉冲成形滤波器限制基带信号带宽,将色散均衡放在窄频带进行,抽头数目减少大约1/3仍有较好的均衡效果,且降低了硬件实现复杂度;2、基于FPGA硬件开发平台设计了CMGD-FIR色散均衡系统,并进行了实验验证。其核心部分色散均衡模块采用直接型串行结构进行设计,数据量化位数为12bit,时钟频率采用50MHZ,该模块配合内存模块、均衡器系数控制模块、数据流控制模块进行数据计算。所有模块功能仿真通过之后进行实验验证,均衡结果通过串口通信模块以115200波特率传回上位机中,并使用OptiSystem与MATLAB进行联合分析,结果表明本文设计的CMGD-FIR综合后使用了较少的硬件资源,且均衡系统效果较好,误码率较低,接近于系统仿真结果,验证了色散均衡系统的可行性。
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