基于cma的cd監(jiān)測(cè)補(bǔ)償算法研究及fpga實(shí)現(xiàn)

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1.1課題的研究背景近年來(lái)，隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求的迅速提高，特別是視頻和音頻信息傳輸量的[1]爆炸增長(zhǎng)，提高光纖主干網(wǎng)和接入網(wǎng)的傳輸速度成了國(guó)內(nèi)外光傳輸業(yè)內(nèi)的當(dāng)務(wù)之急。主干光網(wǎng)絡(luò)由10Gbit/s傳輸速度向40Gbit/s升級(jí)的商業(yè)部署已經(jīng)拉開(kāi)了序幕，100Gbit/s及以上光傳輸技術(shù)的研究也已展開(kāi)。甚至部分前沿研究已經(jīng)著眼于Tbit級(jí)速度的光傳輸系統(tǒng)。隨著傳輸速度的提升，信道畸變給光傳輸系統(tǒng)帶來(lái)的性能瓶頸也越來(lái)越嚴(yán)重。在光通信中，影響高速光纖傳輸系統(tǒng)的因素主要有三個(gè)：衰

2、減、色散和非線性效應(yīng)。其中，傳輸?shù)乃p問(wèn)題隨著摻餌光纖放大器（EDFA）的商用得到很好的解決，在實(shí)際工程應(yīng)用中，光纖的非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響也往往被忽略。而隨著高速光傳輸系統(tǒng)傳輸速度的提升，色散越來(lái)越成為制約超高速光通信傳輸技術(shù)發(fā)展的瓶頸。如何降低乃至消除色散對(duì)光通信傳輸系統(tǒng)的影響，顯得愈發(fā)重要。色散是光纖傳輸系統(tǒng)中光隨著光纖傳輸距離的增大而產(chǎn)生的頻寬延展現(xiàn)象。不同頻率的光從起點(diǎn)到終點(diǎn)的時(shí)間不同，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，光信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)脈沖展寬而失真，形成碼間串?dāng)_（ISI）。色散可分為模間色散、色度色散（CD）、偏振

3、模色散（PMD）。色散補(bǔ)償是有效解決色散現(xiàn)象的最好方法，也是業(yè)界采用最普遍的方法。如何利用新的技術(shù)緩解CD和PMD給系統(tǒng)性能帶來(lái)的負(fù)面影響，提高光纖傳輸距離成為下一代[2]光傳輸系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一。而VLSI以及DSP技術(shù)的發(fā)展，為電子色散補(bǔ)償（EDC）技術(shù)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。作為降低色散效應(yīng)的重要方法，色散補(bǔ)償技術(shù)主要分為光學(xué)色散補(bǔ)償和電子色散補(bǔ)償。其中，光學(xué)色散補(bǔ)償主要是利用各種光學(xué)儀器直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行畸變校正。光傳輸系統(tǒng)中電子色散補(bǔ)償技術(shù)（EDC）又稱(chēng)電子失真均衡（EDE），是在接收機(jī)端通[

4、3]過(guò)探測(cè)器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)后進(jìn)行失真均衡。隨著VLSI技術(shù)的不斷發(fā)展，相干光傳輸系統(tǒng)在光通信領(lǐng)域中得到了更為廣泛的應(yīng)用。通過(guò)在電域中采用數(shù)字濾波器來(lái)均衡色散，而不是通過(guò)光域的色散補(bǔ)償光纖或者色散補(bǔ)償模塊進(jìn)行補(bǔ)償，相干光傳1萬(wàn)方數(shù)據(jù)華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文輸系統(tǒng)可直接在電子設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，適用于長(zhǎng)距離高速高頻譜利用率的光網(wǎng)絡(luò)中。作為應(yīng)用于相干光傳輸系統(tǒng)中的重要的電子色散補(bǔ)償技術(shù)，CD監(jiān)測(cè)補(bǔ)償技術(shù)具有精度高、靈活性好、易于實(shí)現(xiàn)等突出優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)基于CMA的CD監(jiān)測(cè)補(bǔ)償算法的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，從硬件

5、開(kāi)銷(xiāo)和補(bǔ)償效果兩方面，對(duì)基于CMA的CD監(jiān)測(cè)補(bǔ)償算法的硬件實(shí)現(xiàn)的可行性和有效性進(jìn)行評(píng)估，能很好地指導(dǎo)和推動(dòng)整個(gè)電子色散補(bǔ)償算法的硬件實(shí)現(xiàn)，為超高速光通信傳輸系統(tǒng)尋求高效高精度低成本硬件實(shí)現(xiàn)途徑，對(duì)于電子色散補(bǔ)償技術(shù)在單通道Tbit級(jí)長(zhǎng)距離光傳輸系統(tǒng)中高精度高實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)具有重大意義，為加快我國(guó)的下一代光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀電子色散補(bǔ)償（EDC）技術(shù)的研究成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外光纖通信領(lǐng)域研究的前沿課題，得益于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的推陳出新和超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)的突

6、破。近年來(lái)由于微納電子技術(shù)飛速發(fā)展，DSP技術(shù)取得了突破性成果，結(jié)合DSP技[4]術(shù)的新一代電子色散補(bǔ)償技術(shù)在性能上也得到飛躍式的提高。電子色散補(bǔ)償技術(shù)在光纖通信領(lǐng)域是一種非常重要的技術(shù)，特別是在數(shù)字信號(hào)處理方面起著非常關(guān)鍵的作用。作為一種新一代光纖通信技術(shù)，國(guó)內(nèi)外政府都大力扶持對(duì)該技術(shù)的研究。在國(guó)外，光互聯(lián)網(wǎng)論壇（OIF）與國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）共同建立了基于SONET超長(zhǎng)距離應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)G.959.1。幾乎于此同時(shí)，IEEE提出基于10Gb/s短距離以太網(wǎng)的EDC新標(biāo)準(zhǔn)802.3aq，也就是為大家熟

7、知的10Gb/s-BASE-LRM。隨后，40Gb/s到100Gb/s的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范也逐漸成熟。隨著40Gb/s光纖通信系統(tǒng)已大量投入商用，一些大型企業(yè)已提出相關(guān)的產(chǎn)品及解決方案，IEEE推出針對(duì)100Gb/s以太網(wǎng)領(lǐng)域的802.3ba和802.3bg標(biāo)準(zhǔn)。ITU-T也開(kāi)發(fā)了100Gb/s傳輸網(wǎng)方面的新標(biāo)準(zhǔn)G.709及G.959.1。OIF則對(duì)前向糾錯(cuò)（FEC)、光電接口、發(fā)射機(jī)、相干接收機(jī)等進(jìn)行深入的研究和探討[5][6-8]。此后，自2009年開(kāi)始，100Gb/s的偏振復(fù)用相干檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)逐漸問(wèn)世。B

8、ell、NEC等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)已做出了100Gb/s系統(tǒng)的樣機(jī)。2萬(wàn)方數(shù)據(jù)華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文國(guó)內(nèi)的科研工作者也不斷對(duì)高速光纖通信的更長(zhǎng)傳輸距離、更高傳輸速率發(fā)展而做出努力。早在2009年，華為公司做了傳輸距離為1000km、傳輸速度為100Gb/s的實(shí)際鏈路試驗(yàn)，并對(duì)100Gb/s光纖傳輸系統(tǒng)投入了大量的研發(fā)資金和極大的科研力量。目前，國(guó)內(nèi)已啟動(dòng)100Gb/s傳輸系統(tǒng)網(wǎng)試項(xiàng)目，爭(zhēng)取到2015年開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的商用。早期的相干檢測(cè)技術(shù)利