（光学专业论文）wdm系统中偏振模色散缓解与补偿的研究.pdf

北京邮电人学硕+ 论文摘要 w d m 系统中偏振模色散缓解与补偿的研究 摘要 目前，波分复用( w d m ) 系统多信道偏振模色散( p m d ) 补偿 仍然是一个难题，如何有效的消除p m d 对系统的影响成为光纤通信 领域的一个研究热点。根据多信道的最差信道补偿方案，将粒子群 优化( p s o ) 算法用于多信道的p m d 补偿，只采用一个补偿器，在 补偿最坏信道的同时保障其它信道的性能；将新型调制格式( d p s k 、 d q p s k ) 引入w d m 系统多信道p m d 补偿系统，与传统o o k 调制 格式相比取得了很好的p m d 缓解效果；将f e c 技术中的r s 纠错码 应用于多信道p m d 补偿系统并取得了很好的性能；提出一个基于偏 时编码( p t c ) 技术与t u r b o 纠错码的p m d 补偿新方案，取得了很 好的p m d 的缓解性能和对系统误码率的改善性能。简而言之，将先 进的p m d 补偿技术与p m d 缓解技术( 包括新型调制技术、f e c 技 术、p t c 技术) 有机动态地结合，给出了高速率长距离w d m 系统 中偏振模色散更完善的解决方案，具有一定的理论意义和实用价值。 论文的主要工作如下： 夺简明扼要回顾总结了偏振模色散的产生机理和补偿方式，以 及以偏振度( d o p ) 为反馈信号的研究。 令根据最差信道补偿方案，将p s o 算法用于2 4 0 g b i t s 的 p m d 补偿系统仿真模型。仿真得到两信道补偿前后d o p 值、 剩余d g d 值和眼图，取得了很好的补偿效果。将新型调制 格式( d p s k 、d q p s k ) 引入w d m 系统多信道p m d 补偿 与缓解系统，与传统o o k 相对比具有很好的p m d 缓解性能， 并且d p s k 和d q p s k 的接收灵敏度提高了3 d b 。另外，相 同码元速率下，d q p s k 在获得与d p s k 几乎相同性能的同 时系统容量却是d p s k 的两倍。 夺介绍了f e c 技术中的r s 码的编码和解码原理，并将r s 码 用w d m 多信道p m d 补偿系统的纠错性能研究等，并进行 了数值模拟和具体讨论，仿真结果发现r s 纠错码降低了系 统的误码率，提高了系统对色散、q 值等的容忍度，有利于 信道高速率长距离的传输。 令建立了一个基于t u r b o 纠错码和偏时编码( p t c ) 技术的补 偿p m d 新方案，并进行数值模拟。仿真结果发现偏时编码 北京邮电大学硕士论文摘要 技术消除了p m d 对系统的影响，而t u r b o 纠错码更加降低 了系统的误码率，总体取得了很好的性能。另外，采用该系 统时的a l a m o u t i 码的误码率性能最好，v b l a s t 码和g o l d e n 码具有相似的性能，并且v b l a s t 码和g o l d e n 码的性能比 a l a m o u t i 码的性能差了3 d b ，然而a l a m o u t i 码的码率却仅为 v b l a s t 码或g o l d e n 码的一半。q p s k 调制的系统性能同 b p s k 调制的性能十分相似，唯一的不同是q p s k 调制的性 能相对于b p s k 调制有3 d b 的优势。 关键词：波分复用偏振模色散新型调制格式前向纠错空时编码 偏时编码 北京邮电大学硕士论文 摘要 t h es t u d yo fp o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n c o m p e n s a t i o na n dm i t i g a t i o ni nw d ms y s t e m s a b s t r a c t p o l a r i z a t i o n m o d ed i s p e r s i o n ( p m d ) c o m p e n s a t i o n i n m u l t i c h a n n e lw d ms y s t e mi ss t i l lac h a l l e n g i n gp r o b l e m h o wt o e l i m i n a t et h ee f f e c to fp m de f f e c t i v e l yb e c o m e sar e s e a r c hh o t s p o ti n o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n ( p s o ) a l g o r i t h mi si n t r o d u c e di n t op m dc o m p e n s a t i o ni n 、d ms y s t e m su s i n g as i n g l ep m dc o m p e n s a t o r , b a s e do nt h es t r a t e g yo fc o m p e n s a t i n gt h e w o r s tc h a n n e la n dm a k i n gt h eb a l a n c e ；n e wm o d u l a t i o nf o r m a t sa st h e a d v a n c e dm o d u l a t i o nf o r m a tc o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lo o kf o r m a t a r eu s e dt om i t i g a t ep m da n db e t t e rp e r f o r m a n c ea r eo b t a i n e d ；r sc o d e i si n t r o d u c e di n t ot h ep m dc o m p e n s a t i o na n dm i t i g a t i o ns c h e m ea n d g o o dp e r f o r m a n c ei so b t a i n e d ；an e ws c h e m eo fp m dc o m p e n s a t i o na n d m i t i g a t i o nb a s e do np o l a r i z a t i o n t i m ec o d i n ga n dt u r b oc o d e i s p r o p o s e d ，w h i c hc a na c h i e v eg r e a tp m dm i t i g a t i o np e r f o r m a n c ea n d g o o db e ri m p r o v e m e n t i ns h o r t ，a d v a n c e dp m dc o m p e n s a t i o n t e c h n o l o g y , a n dp m dm i t i g a t i o nt e c h n o l o g ys u c ha sn e wm o d u l a t i o n f o r m a t ，f e ca n dp t ca r ec o m b i n e dd y n a m i c a l l y , o f f e r i n gi m p r o v e d s o l u t i o n s f o ra d a p t i v ep m dc o m p e n s a t i o ni n h i g h s p e e dl o n g h a u l w d m s y s t e m s a n dp r o v i d i n gu s e f u lr e f e ：r e n c ef o rt h e o r e t i c a ls t u d i e s a n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s t h er e s e a r c hw o r k si nt h ed i s s e r t a t i o na r e s u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 冷t h eb a s i cc o n c e p t so fp m da n dv a r i o u sc o m p e n s a t i o nm e t h o d s a r er e v i e w e da n ds u m m a r i z e d t h ep m dc o m p e n s a t i o n t e c h n o l o g yi nf e e d b a c ko p t i c a lc o m p e n s a t i o na n dt h es t u d yo f u s i n gd o p a st h ef e e d b a c kc o n t r o ls i g n a la r ed i s c u s s e di nd e t a i l 夺p s oa l g o r i t h mi si n t r o d u c e dt op m dc o m p e n s a t i o ni nw d m 1 1 北京邮电大学硕士论文摘要 s y s t e m su s i n g a s i n g l ep m d c ，b a s e do n t h e s t r a t e g y o f c o m p e n s a t i n gt h ew o r s tc h a n n e la n dm a k i n gt h eb a l a n c e t h e d o p v a l u e s ，r e s i d u a ld i f f e r e n t i a lg r o u pd e l a y ( d g d ) ，a n da l s o t h ee y ed i a g r a m sb e f o r ea n da f t e rc o m p e n s a t i o na r eo b t a i n e d ， t h e ya r eo b v i o u s l yi m p r o v e dt h a nb e f o r ea n dg o o dp e r f o r m a n c e i so b t a i n e d d p s ka n dd q p s km o d u l a t i o nf o r m a t sa r eu s e dt o a c h i e v eb e t t e rp m dm i t i g a t i o np e r f o r m a n c et h a no o kf o r m a t t h ep e r f o r m a n c eo fd p s ka n dd q p s kf o r m a th a s3 d bb e t t e r t h a nt h a to fo o kf o r m a t d q p s kh a st h eb e s tp m d c m i t i g a t i o n p e r f o r m a n c et h a nb o t ht h eo o k a n dd p s kf o r m a t sb e c a u s ei t c a nd o u b l e ms p e c t r u m p a c k i n ge f f i c i e n c ya n du p g r a d et h e s y s t e mc a p a c i t yw h i l eh a st h es a m em i t i g a t i o np e r f o r m a n c ea s d p s kf o r m a t 夺乃ep r i n c i p l e so fr se n c o d i n ga n dd e c o d i n ga r ei n t r o d u c e da n d r sc o d ei si n t r o d u c e dt ot h ew d mm u l t i c h a n n e lp m d c o m p e n s a t i o na n dm i t i g a t i o ns c h e m e f r o mt h er e s u l t s ，r sc o d e d e c r e a s et h eb e ro ft h es y s t e m ，i n c r e a s et h et o l e r a n c ef o rp m d ， qv a l u ea n ds oo n ，w h i c hi sc o n d u c i v et ot h el o n g - d i s t a n c e h i g h s p e e dt r a n s m i s s i o n 夺an e ws c h e m eb a s e do np o l a r i z a t i o n t i m ec o d i n g ( p t c ) t e c h n i q u e sa n dt u r b oc o d et oc o m p e n s a t ep m di sp r o p o s e da n d s i m u l a t e d p t ce l i m i n i a t et h ee f f e c to fp m da n dt u r b oc o d e d e c r e a s e st h eb e ro ft h es y s t e m ，a n dg o o do v e r a l lp e r f o r m a n c e i so b t a i n e d f r o mt h er e s u l t s ，t h ep e r f o r m a n c eo fa l a m o u t ic o d e i sm u c hb e t t e rt h a nv b l a s ta n dg o l d e n t h e r ei sa l m o s tn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h ep e r f o r m a n c eo fg o l d e na n d v b l a s tc o d e t h e yb o t hp e r f o r m3 d bw o r s et h a na i a m o u t i c o d e b u t t h er a t eo fa i a m o u t ic o d ei sh a l fa sv b l a s ta n d g o l d e nc o d e t h ep e r f o r m a n c eo fq p s km o d u l a t i o nb e h a v i o ri s q u i t es i m i l a ra st h a tf o rb p s km o d u l a t i o n t h eo n l yd i f i e r e n c e i st h a tt h ep e r f o r m a n c eo fq p s ki s3d bb e t t e rt h a nt h a to f b p s k 北京邮电大学硕士论文 摘要 k e yw o r d s ：w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，p o l a r i z a t i o nm o d e d i s p e r s i o n ，n e w m o d u l a t i o n f o r m a t ，f o r w a r d e r r o r c o r r e c t i o n ， s p a c e - t i m ec o d i n g ，p o l a r i z a t i o n t u n ec o d i n g 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： r 期：掣k 生l 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。- ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：竺2 ：兰：三芝 嗍：叫址 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 偏振模色散的研究进展 第一章绪论 p m d 早在光纤问世时就已存在，只是由于当时通信速率较低，偏振模色散 还不足以影响系统传输，所以人们经过很长的时间才意识到p m d 是光纤通信系 统中的一个重要的问题。随着光纤通信和色散补偿方案的迅速发展，当单信道传 输码率达到1 0 g b s ，特别是4 0 g b s 以后，p m d 对系统的损害也就明显表现出来。 另外，智能光网络的发展，动态路由分配造成传输距离的不可预知性，使原本微 小的p m d 效应的不良影响在传输链路上不断积累，造成不可忽视的影响。从目 前的研究现状看，p m d 将成为限制高速光纤通信系统容量和距离的最终因素。 在单模光纤中，传输着两个相互正交的线性偏振模式，若光纤横截面理想圆 对称和理想使用情况下，这两个模式是相互简并的；但在实际情况下，由于生产 中造成的光纤的圆不对称、内应力等，成缆过程中形成的边应力、光纤扭曲等以 及使用过程中的压力、弯曲、环境温度变化等因素造成单模光纤中这两个模式之 间有微小的传输群速度差，从而形成偏振模色散( p m d ) 。光纤中的p m d 的大小 一般由p m d 系数表示。r r u t 规定了商用单模光纤p m d 系数应该小于 o 5 p s 、k m ，新型光纤p m d 系数一般比较小，大都小于这个值。但是对于2 0 世纪 9 0 年代以前敷设的光纤，一般p m d 系数都大于o 5p s k m ，有一部分甚至超过 o 8 p s i 锄，这些线路都面临着传输速率的升级。如果重新敷设光纤，费用巨大， 而对现有敷设光纤进行改造是比较经济的方案。因此研究p m d 本身的规律性， 以及研究减小或补偿p m d 对传输系统的影响，就越来越成为迫切的需要。 对于p m d 的研究，主要是从p m d 的统计特性、测量技术、对系统的影响及 如何减小p m d 的影响等几个方面来展开的。p m d 统计特性内容包括一阶和二阶 p m d 的统计特性【卜3 1 ，一阶与二阶p m d 的关联1 4 6 ，p m d 随距离和时间变化的统计 分布特性i 描】，偏振相关损耗的统计特性分布i “7 1 ，在考虑p d l 的情况下p m d 分布 情况等等【8 1 。而研究p m d 特性的一个重要实验手段就是测量，r r u t 推荐了测量 单模光纤p m d 的三种方法：琼斯矩阵特征分析法( j m e ) 1 9 j 、干涉仪法( i f ) u j 和波 长扫描周期读书法【1 1 l 。另外，还有偏分孤子法【1 2 l 、邦加球法【1 3 l 等等，可以根据 不同的情况选择不同的测量方法。研究p m d 对系统的影响，有的是只考虑p m d 单独的影响，也有的是和其他效应共同的影响。单独考虑p m d 的影响时，可以 是差分群时延( d g d ) 的影响，也可以是二阶p m d 的影响，还可以研究不同调制码 型对p m d 的缓解能力。当考虑与其他效应的共同作用时，可以是p m d 与色散、 非线性的影响，还可以考虑有p d l 的情况下p m d 对系统的影响及p m d 补偿系统 性能的变化i 1 5 j 。对于多信道的情况下，研究交叉相位调制对于p m d 卒f 偿的影 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 响【1 每1 7 1 、四波混频和p m d 对w d m 系统的影响【1 引。在减小p m d 影响方面，一种就 是改进光纤的结构，来降低光纤本身的p m d 系数【1 9 】，这能从根本上消除p m d 的 影响，但是对于已铺设的光纤意义不大；另一种就是缓解技术。缓解技术又分为 主动缓解和被动缓解，像偏振主态传输i 冽和补偿器补偿就属于主动缓解技术； 被动缓解技术主要包括采用新型调制格式 2 2 1 、前向纠错( f o r w a r de r r o r c o r r e c t i o n = f e c ) 2 3 。2 4 、新型f g p m d 值的光纤和孤子传输系统1 2 5 1 。在很多情况下， 被动缓解技术往往缓解不充分，因此必须用到主动缓解技术才能完全补偿p m d 。 随着w d m 技术的迅速发展和日趋成熟，宽带p m d 补偿变得越来越重要， 目前w d m 系统多信道p m d 补偿仍然是一个难题。对于多信道的补偿，大致分 为两种基本方案，第一种是使用解复用器，对解复用下来的每一路信号都补偿i ， 第二种是使用较少的补偿器，只对性能最差的一个或者几个信道进行补偿l z 副。 目前，国内外很多公司和研究机构纷纷开展w d m 和d w d m 多信道p m d 补偿 的研究和实验工作 2 6 - 3 。 1 2 前向纠错技术对光传输系统性能的影响 前向纠错是数字通信系统中应用的基本差错控制方式之一，其原理 是：发端在信息比特后附加冗余的校验比特，即进行编码，接收端在译码 的同时，在纠错能力范围内，自动纠正传输中的错误，而无需信息的重发 【3 2 1 。这种技术早已被应用于无线和移动通信( 包括蜂窝电话、微波链路) ； 卫星通信：数字电视d v d ；高速m o d e m ，如a d s l 、x d s l 等；存储器件， 包括磁带、c d 、v c d 等领域中，而在光纤通信系统中，早先一方面由于 光纤及与系统相关的光电子器件的发展，系统性能优于一般电缆及无线通 信，因而无需采用f e c 技术；另一方面由于光传输信息速率相对较高，没 有与其匹配的纠错编译码器。直到上个世纪8 0 年代未，光传输速率提高 到g b i t s ，并且光放大延长了无中继传输距离，一些在短距离、低速系统 中表现不出的因素，如色散，限制了系统性能的进一步改善，于是才开始 了将f e c 应用于光通信系统的研究。 f e c 应用于光通信系统中，是通过电域中的数字信号处理来改善系统性能 的，因而有明显的优势。一般来说，采用f e c 可以减小系统的损耗而不影响系 统现有的功能，从而提高系统的可靠性，降低b e r 。这样，即使在恶劣的传输 环境下，也能为用户提供可接受的b e r ；其次f e c 已是一项比较成熟的技术， 不需花费太多人力物力去研究开发，仅用很少开销就可大幅度降低系统b e r 。 另一方面，对于任何一种f e c 码型来说，其纠错能力均有一定的限制，当 突发错误很长，超出其纠错能力范围时，f e c 将无能为力。并且f e c 增加了系 统的复杂度，加大了系统节点处理时延量。 2 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 在一些文献中，通常将f e c 编码增益定义为：有无前向纠错技术时，系统 达到相同误码率所需o s n r 的比值1 3 删。f e c 降低了系统误码率，产生的编码 增益给系统提供了一定的富余量，从而可以： ( 1 ) 降低对系统器件灵敏度的要求，减小器件老化对系统的影响。 引入前向纠错技术，可使光传输系统工作在相对较高的误码条件下，这样系 统设备的缺陷不会明显表现出来，从而可以选用大规模生产的成本相对较低的光 电子器件，降低系统成本而不影响系统性能。另一方面也可以降低器件老化对系 统性能的影响，延长系统寿命。 ( 2 ) 延长光放大系统的无中继传输距离。 光放大器的产生实现了长距离系统传输，但随着传输线路中放大器级数的增 加，a s e 噪声增强，由此导致光接收机中的误码率平台【3 5 1 ，限制了系统中可接 入的放大器级数。f e c 可以提高接收机灵敏度，从而可以增大放大器间隔或增加 在线放大器级数，整体上延长系统无中继传输距离1 3 6 】。 ( 3 ) 增加w d m 传输系统或网络可利用的信道数。 光放大及w d m 技术的应用，使光通信系统容量增大，传输距离延长，并使 构造大流量、低成本的全光网络成为可能。而e d f a 在c 和l 波段都能实现约 4 0 n m 的带宽【了7 。3 引，r a m a n 放大器在s + c + l 波段的总带宽则达1 0 0 n m ，因此，利 用w d m 技术在系统或网络中增加信道波长数是很有潜力的。但随着信道数的增 加或信道问隔的缩小，系统尤其是网络中无源( 或有源) 光复用解复用器、路 由器及光开关的使用，使信道间的串扰增强，并且光纤非线性效应也恶化了系统 性能，限制了系统可接入的波长数。由于f e c 可以降低接收机的信噪比要求， 这样一方面可以使系统容忍更强的串扰噪声，另一方面也可以减小平均入纤光功 率，减弱光纤非线性，以增加信道数来提高系统总容副3 9 删。 首先我们解释一下编码增益，假定单位时间内传输的信息量恒定，增加的冗 余码元则反映为带宽的增加；在同样的误码率要求下，带宽增加可以换取比特信 噪比e b n 0 值的减小。在给定误码率下，编码与非编码传输相比节省的信噪比 e b n 0 称为编码增益。由于f e c 对系统性能的改善是以提高信道速率为代价的， 由此引发的负面效应是不可避免的。而实验表明，即使采用级联码，f e c 带来的 线性及非线性传输代价也较小( = 1 d b ) 【4 。但无论如何，此代价消耗了编码增益， 减小了f e c 为系统提供的富余度。因此引入了f e c 净增益的概念，其定义为编 码增益与f e c 引发的传输代价之差【3 9 】，而后者一般很小，许多文献中对f e c 的 编码增益与净增益并不加以区分。此外，f e c 在实现时带来的问题还有码字同步 和译码延时，接收端要正确译码首先必须实现码字同步，并且只有在接收完一个 码字后才能译码，同时进行纠错。随着集成电路制作工艺的发展，码字同步可由 3 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 集成的数字锁相环来实现，而高速的并行编译码芯片已可满足实时光通信的要 求，因而进一步促进了f e c 技术在光通信领域中的应用。 1 3 空时编码技术的发展及其分类 空时编码的模型最早是由美国的l u c e n tb e l l 实验室提出的，并于1 9 9 6 年提 出了在无线通信中用多元天线( m e a ) 构造的分层空时结构【4 列，在此基础上他开 发出了b l a s t 试验系统。随后，美国a t & t 实验室的v h a d i t a r o k h 在此启下， 首先提出空时码( s t c ：s p a c e t u n ec o d e ) 概念t 4 3 1 ，信号在时间域和空间上都引入 编码就称之为空时码。空时码集发射分集和编码于一体，具有较好的频谱有效性 和功率有效性。在该文献中用格状编码调制( t c m ) 构造了一些分集度不高的空 时码，称为空时格状码( s 丌c ：s p a c e t i m et e r l l i s ec o d e ) ，所谓的空时格状码实 际上已经进行调制。后来，s m a l a m u o t i 发现了一种简单的发射分集技术一正交 发射分集【删，在此分集技术中他实际上采用了简单的正交分组码，这在后来的文 献1 4 5 j 中被归纳为分组空时码f s t b c ：s p a c e t i m eb l o c kc o d e ) 。 概括起来空时编码技术大致可分为三类： ( 1 ) 空时格状编码( s t t c ：s p a c e t i m et r e l l i sc o d i n g ) 技术： a t & t 实验室的t a r o k h 等人提出的用于高速数据无线通信的空时格状编码 ( s t r c ) 技术同时利用了传输分集和信道编码技术。这种空时码以格型编码调制 ( t c m ) 为基础，具有很高的编码增益和分集增益，能够有效地抵抗衰落、抑制 干扰和噪声，在各种信道环境下都能获得较好的性能。但空时格状码也有不足之 处：空时格状码的译码是利用v i e t b r i 算法完成的，译码复杂度随分集度和传输 速率的增加而成指数增长，即使对较小的分集度和输速率，其相应的译码复杂度 也比较大，这也成为限制空时格状码在实际通信统中应用的关键。此外，空时格 状码的好码设计也是一个难点，其关键在于如确定编码器的状态转移图。在状态 数大的情况下，好码的格型图设计十分困难，前多用计算机搜索来完成。 ( 2 ) 分组空时编码( s t b c ：s p a c e t i m eb l o c kc o d i n g ) 技术： 由于空时格状码的编译码比较复杂，t a r o k h 等人提出了一种基于正交设计的 空时码空时分组码。虽然它的性能比空时格状码的性能略差，但由于其构造容 易，译码简单，并且分集度和传输速率的增加不会对空时分组码的译码复杂度造 成大的影响，所以很快引起了通信界的广泛关注。分组空时码最大的不足之处在 于：在保证获得最大分集增益的前提下它的传输速率不能达到最大。 ( 3 ) 分层空时编码( l s t c ：l a y e r e ds p a c e t i m ec o d i n g ) 技术： 1 9 9 6 年，美国b e l l 实验室提出了分层空时编码的概念，在此基础上开发出 b l a s t ( b e l ll y a e r e ds p a c e 。t i m e ) 试验系统。这种系统的结构简单，易于实现。 分层空时编码技术的基本思想是把高速数据业务分接为若干低速数据业务，经过 4 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 普通的并行信道编码器编码后，对其进行并行的分层编码。编码信号经调制后用 多个天线发射，实现发射分集。分层空时编码的最大优点是其频带利用率随着发 射天线的增加线性增加。它所能达到的频带利用率和传输速率是单天线系统所无 法想象的，但其抗衰落性能不是很好。从目前的研究结果看，空时编码是一种很 具潜力的技术，有着很好的应用前景。空时编码体制已被纳入第三代移动通信( 3 g ) 的标准( i m t - 2 0 0 0 卜d m a 2 0 0 0 和w - c d m a 之中，也必将成为第四代移动通信 系统中的关键技术。 1 4 本论文的结构安排 本论文根据p m d 的基本理论、偏振模色散的补偿技术，重点研究了波分复 用系统多信道p m d 补偿，另外还讨论了将f e c 技术( 包括r s 以及t u r b o ) 用于系 统p m d 缓解的性能，论文的具体安排如下： 第一章为绪论，主要内容为光通信系统的现状、p m d 的研究意义和研究背 景；本论文的结构安排。 第二章主要回顾了偏振模色散的基本理论，包括偏振色散的产生机理、补偿 方式、补偿单元、监控信号提取方案以及采用偏振度( d o p ) 为反馈信号的相关 理论等内容。 第三章介绍了波分复用系统多信道p m d 补偿方案、多信道p m d 补偿的数学 模型及粒子群优化算法。对比新型调制格式与传统o o k 调制格式的p m d 缓解性 能，采用c s r z 、c s r z d p s k 、c s r z d q p s k 三种码型，以两信道为例进行了数 值模拟和具体讨论。另外还介绍了另外两种p m d 缓解与补偿相结合的有效方法。 第四章介绍了f e c 技术中r s 码的编码与解码原理、r s 码用于w d m 系统的纠 错性能研究等，并进行了数值模拟和具体讨论。 第五章介绍了f e c 技术中的具有更好纠错性能的t u r b o 码的编码与解码原 理、t u r b o 码的软判决译码算法( m a p 算法、m a x l o g m a p 算法、改进的 m a x l o g m a p 算法) ；建立了一个基于空时编码技术与t u r b o 纠错编码的p m d 补偿系统模型，进行数值仿真并对仿真结果进行分析。 5 参考文献 【1 】gj f o s c h i n i ，c d p o o l e ，s t a t i s t i c a lt h e o r yo fp o l a r i z a t i o nd i s p e r s i o ni ns i n g l em o d ef i b e r s ，j l i g h t w a v et e c h n o l o g y ，1 9 9 1 ，9 ( 1 1 ) ：1 4 3 9 - 1 4 5 6 【2 】r m j o p s o n ，le n e l s o n , h k o g e l n i k , e ta 1 ，p r o b a b i l i t yd e n s i t i e so fd e p o l a r i z a t i o n a s s o c i a t e d 、) l r i t hs e c o n d - o r d e rp m di no p t i c a lf i b e r s ，o f c 2 0 0 1 ，t h a 4 - 1 【3 】gj f o s c h i n i ，le n e l s o n ，r m j o p s o n ，e ta 1 ，p r o b a b i l i t yd e n s i t i e so fs e c o n do r d e r p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o ni n c l u d i n gp o l a r i z a t i o nd e p e n d e n tc h r o m a t i cf i b e rd i s p e r s i o n ， i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，2 0 0 0 ，1 2 ( 3 ) ：2 9 3 2 9 5 【4 】qs h t e n g e l ，e 1 b r a g i m o v , m r i v e r ae ta l ，s t a t i s t i c a ld e p e n d e n c eb e t w e e nf i r s ta n d s e c o n d - o r d e rp m d ，o f c 2 0 0 1 ，m 0 3 1 【5 】n g i s i n ，j ep e l l a u s p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n ：t i m ev e r s u sf r e q u e n c yd o m a i n s ，o p t c o m m u n 1 9 9 2 ，8 9 ，p p 3 1 6 - 3 2 3 【6 】c d p o o l e ，r e w a g n e r , p h e n o m e n o l o g i c a la p p r o a c ht op o l a r i z a t i o nd i s p e r s i o ni nl o n g s i n g l e - m o d ef i b e r s ，e l e c t r o n l e t t ，1 9 8 6 ，2 2 ( 1 9 ) ：1 0 2 9 - 1 0 3 0 忉n g i s i n ，s t a t i s t i c so fp o l a r i z a t i o nd e p e n d e n tl o s s e s ，o p t c o m m u n 1 9 9 5 ，1 1 4 ，p p 3 9 9 - 4 0 5 【8 】a e la m a r i ，n g i s i n ，b p e m y , e ta l ，s t a t i s t i c a lp r e d i c t i o na n de x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no f c o n c a t e n a t i o n so ff i b e ro p t i cc o m p o n e n t sw i t hp o l a r i z a t i o nd e p e n d e n tl o s s ，j l i g h t w a v e t e c h n 0 1 ，1 9 9 8 ，1 6 0 ) ：3 3 2 3 3 9 【9 】lc h e n ，j c a m e r o na n dx b a o ，s t a t i s t i c so fp o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o ni np r e s e n c eo ft h e p o l a r i z a t i o nd e p e n d e n tl o s si ns i n g l em o d ef i b e r s ”，o p t c o m m u n 1 9 9 9 ，1 6 9 ，p p 6 9 - 7 3 【1 0 】b lh e f f n e r , a u t o m a t e dm e a s u r e m e n to fp o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o nu s i n gj o n e sm a t r i x a n a l y s i s ，1 e e ep h o t o t e c h l e t t ，1 9 9 2 ，4 ：1 0 6 6 1 0 6 9 1 1 】km o c h i z u k i ，yn a m i h i r a ，h w a k a b a y a s h i ，p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o nm e a s u r e m e n t si n l o n gs i n g l em o d ef i b r e s e l e c t r o nl e t t ，1 9 8 1 ，1 7 ：1 5 3 1 5 4 【1 2 】c d p o o l e ，d lf a v i n ，p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o nm e a s u r e m e n t sb a s e do nt r a n s m i s s i o n s p e c t r at h r o u g hap o l a r i z e r , j l i g h t w a v e t e c h n o l ，1 9 9 4 ，1 2 ：9 1 7 9 2 9 【1 3 】s ge v a n g e l i d e s ，lem o l l e n a u e r , j p g o r d o ne ta 1 ，p o l a r i z a t i o nm u l t i p l e x i n gw i t hs o l i t o n ， j l i g h t w a v e t e c h n o l o g y 1 9 9 2 ，1 0 ：2 8 3 5 【1 4 】d a n d r e s c i a n i ，ec u r t i ，em a t e r a ，b d a i n o ，m e a s u r e m e n to ft h eg r o u pd e l a yd i f f e r e n c e b e t w e e nt h ep r i n c i p l es t a t e so fp o l a r i z a t i o no nal o wb i r e f r i n g e n c et e r r e s t r i a lf i b e rc a b l e ，o p t l e t t ，1 9 8 7 ，1 2 ：8 4 4 - 8 4 6 【1 5 】h e h a u n s t e i na n dh m k a l l e r t ，i n f l u e n c eo fp m do nt h ep e r f o r m a n c eo fo p t i c a l t r a n s m i s s i o ns y s t e m