引用本文:
钟昆,杨怀栋:超高速PM-QPSK相干光通信系统恒模算法解调性能分析[J]. 光通信技术,2019,43(4):1-7.
钟 昆,杨怀栋
(清华大学 精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京 100084)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:在超高速偏振态复用的正交相移键控(PM-QPSK)相干光通信系统中,相干接收机数字信号处理(DSP)解调技术对光纤色散、激光器频偏和随机相位噪声的线性补偿具有较复杂的相互影响作用,有必要研究系统对这3种噪声提出的边界补偿要求。以通用恒模算法(CMA)为基础,分别探讨在标准的EVM/BER要求下,色散补偿、载波频偏补偿和载波相位补偿的边界值,即上述3种噪声对CMA解调性能的影响。研究结果表明:光纤残余色散、激光器残余频偏和相位噪声以及光纤长度和跨度均具有一定边界值。
关键词:光纤通信;偏振复用;相干解调;恒模算法;误码率
中图分类号:TN913.7 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)04-0001-07
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.04.001
0 引言
高性能激光器、低成本高速电子芯片以及快速发展的数字信号处理(DSP)技术等,都给相干光通信注入了新活力。相位敏感的编码和传输技术被认为是下一代超高速大容量长距离光纤通信系统的主要技术[1-3]。由于光具有独特的偏振态效应,偏振复用的光通信系统得到了广泛研究[4,5]。随着DSP技术的快速发展,基于超高速偏振态复用的正交相移键控(PM-QPSK)相干光通信系统被相继报道[6-12]。该技术结合了相干技术的相位信息提取以及光学自有的偏振态正交性来提升频谱利用率[13-15]。在超高速PM-QPSK相干光通信系统中,线性传输损伤主要包括来自光纤的群速度色散(GVD)、偏振模色散(PMD)、激光器的频率偏移和相位随机噪声[16,17]。对偏振解复用的损伤恢复、PMD的补偿,在DSP中广泛采用恒模算法(CMA)来实现[18-20]。然而以往的工作都未较细致地研究CMA解调性能,以及光纤色散、激光器残余频偏和相噪对CMA的影响。CMA的解调性能依赖于DSP中的色散补偿以及激光器残余频偏和随机相位补偿,因此有必要找出CMA解复用补偿和其它补偿间的关系,即获得在常用解调算法下,系统光纤残余色散和激光器残余频率偏移、相噪等参数指标的取值限制。
本文将CMA实现的PMD补偿及偏振复用解调,分别与色散、频偏和随机相位噪声(来源于激光器线宽)相结合,找出在特定的误差矢量幅度(EVM)、误码率(BER)等指标要求下,DSP所需达到的最低定量指标要求或劣化补偿性能边界要求,即定量分析通用CMA的边界局限性,从而获得对PM-QPSK相干光纤通信系统更为全面的参数指标掌控。
5 结束语
本文分别讨论超高速相干偏振复用光通信系统的3个参数(光纤的色散和激光器的残余频率偏移、相噪)对CMA解调性能的影响,包括采样点数、色散补偿边界、残余频偏、相噪、3种噪声星座图分析等。这些分析可判断在特定BER、EVM性能指标下,系统的光纤残余色散、激光器残余频偏和相噪的补偿边界。研究了在系统EVM、BER分别为10%、0.1×10-2时的指标要求,以及通用CMA步长系数最优的情形下,残余频率偏移和相噪对色散补偿边界值的影响,并给出了光纤的色散和激光器的残余频率偏移、相噪对CMA抽头数、最佳补偿系数的影响。随着光纤长度L的增加,色散补偿、频率偏移和相位噪声的补偿边界值都呈现指数或线性下降趋势。从理论角度来说,光纤链路的长度越长,其累计的各种误差、噪声越大,因此上述3个参量的补偿边界值呈现单调下降趋势。而CMA对跨度补偿能力有限。进一步的研究工作可在上述通用CMA研究的基础上,寻找优化算法来提高EVM和BER性能指标。