一、光传输网络性能与前向纠错(论文文献综述)
赵岩[1](2021)在《基于机器学习的相干光通信系统性能监测与损伤补偿技术研究》文中研究指明物联网、云计算和大数据等新兴业务的高速增长推动着光网络向具备高速长距离传输且精细化处理的大容量动态光网络方向演进。为满足繁杂多样的业务需求,光网络需通过实时感知光物理层链路质量且动态调度调制格式等网络资源来建立高谱效和高可靠的光连接,然而动态多变的光连接极大加剧了光网络的复杂性,导致需以较高的复杂度才能有效监测以光信噪比(Optical Signal to Noise Ratio,OSNR)为代表的物理层参数。高波特率、高阶调制格式和波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)等高速大容量传输使能技术显着地提升了光网络容量,但高入纤功率导致的显着光纤非线性效应成为限制大容量长距离网络性能的关键性因素之一。现有数字信号处理算法虽然能够有效地补偿光纤非线性损伤,但依旧存在着因计算复杂度过高而难以实际应用的局限性。高波特率传输需采用大带宽高采样率数模转换器(Digital Analog Converter,DAC),技术难度大且实现成本高。因此,本文针对相干光通信系统中物理层参数监测方案复杂度过高、光纤非线性补偿算法有效性与复杂度相互制约及高波特率传输系统实现代价大等问题,展开了深入的研究,主要研究工作及创新点如下。1、针对现有调制格式识别方案中低复杂度与光纤非线性损伤容忍性难以兼得的问题,本文提出了一种基于随机森林的低复杂度且非线性容忍的调制格式识别方案。得益于简单的二叉树结构以及决策树集成实现的群体智能,随机森林算法可以在显着降低计算复杂度的同时有效克服光纤非线性损伤对调制格式特征分布的不利影响。16 GBaud偏振复用-4/8/16/32/64星座正交幅度调制(Polarization Multiplexing-4/8/16/32/64 Quadrature Amplitude Modulation,PM-4/8/16/32/64QAM)三波长WDM相干光通信系统仿真结果表明,PM-4QAM、PM-8/16QAM和PM-32/64QAM调制格式下当入纤功率分别高达12、7和6 dBm,即比最佳入纤功率大11、6和5 dB时,所提方案仍可保持100%的识别准确率,而且仅需30棵深度为5的决策树,计算复杂度相比于性能相当的深度神经网络算法至少降低了一个数量级。此外,进一步在16 GBaud PM-4/16/32QAM三波长WDM离线实验系统中验证了仿真训练过程所得调制格式识别模型的有效性,实验结果表明在比最佳入纤功率至少大4 dB的情况下该模型仍可实现100%的识别准确率。2、OSNR与调制格式的联合监测有利于在相干接收机中实现成本有效的链路质量诊断及调制格式自适应数字信号处理,但现有联合监测方案大都存在计算复杂度过高的问题。针对该问题,本文提出了一种基于随机森林的低复杂度OSNR估计与调制格式识别联合监测方案。随机森林中集成的众多决策树仅需执行少量计算复杂度低的比较运算,不仅能够以并行模式运行,而且决策树间的群体投票策略和平均策略可有效保证监测精度。16 GBaud PM-4/8/16/32/64QAM系统仿真结果表明,所提联合监测方案中OSNR的平均估计误差均值分别为0.24、0.29、0.31、0.38和0.66 dB,而且当OSNR低至5.12、7.45、10.74、15.15和 1 8.22 dB时,即比软判决前向纠错(Soft Decision Forward Error Correction,SD-FEC)门限至少小1.5 dB情况下,所提联合监测方案的调制格式识别准确率仍可保持在100%。相比于需耗费数以千计乘法运算的支持向量机等算法,所提联合监测方案可在实现性能相当甚至更优的前提下将计算复杂度降低一个数量级以上。与此同时,16 GBaud PM-4/16/32QAM离线实验结果表明,不仅OSNR估计误差小于支持向量机和深度神经网络等算法,而且在低于SD-FEC门限时调制格式识别准确率依旧可保持在100%。3、深度神经网络与微扰法的结合可有效实现与系统参数无关的光纤非线性损伤补偿,然而深度神经网络的无记忆前馈式结构使其依旧面临着非线性损伤补偿性能和计算复杂度相互制约的矛盾。针对上述难题,本文提出了一种基于简单循环神经网络的低复杂度光纤非线性损伤补偿方案。该方案通过利用循环神经网络的时间记忆性,显着降低了均衡过程所需的可反映光纤非线性损伤特征的“三重积”数量。而且,相比于已有基于深度全连接神经网络的方案,所提方案的计算复杂度降低一半左右,训练复杂度可降低一倍以上。三波长16GBaud PM-16QAM相干传输离线实验结果表明,所提方案可将最佳入纤功率提升1dB,Q值提升0.49dB。30 GBaud PM-16QAM仿真结果表明,相比于仅线性损伤补偿情况,单波长和三波长WDM系统下所提方案可将最佳入纤功率提升1 dB,Q值分别提升0.59dB和0.38dB,在硬判决前向纠错(Hard Decision Forward Error Correction,HD-FEC)门限下最大传输距离可分别提升270 km和210 km。4、为突破高成本的高采样率大带宽DAC对高波特率/Tbps级相干光传输系统实现的限制,本文设计了一种基于模拟子载波复用(Analog Subcarrier Multiplexing,ASCM)的单通道 1 Tbps相干光传输系统实施方案。该方案在保持子载波复用系统所具有的光纤非线性容忍性增强等优势的同时,可显着降低对DAC器件采样率和带宽要求。同时,结合K近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)算法对非线性损伤进行抑制,进一步提升了系统性能。16 × 8 GBaud PM-16QAM ASCM系统仿真结果表明,相比于128GBaud PM-16QAM单载波系统,ASCM系统可将最佳入纤功率提升1dB,Q值提升2.02 dB,而且在KNN算法的均衡下,Q值还可以进一步提升0.46dB。在HD-FEC和SD-FEC门限下,ASCM系统最大传输距离可分别增加800km和900km。经KNN均衡后,HD-FEC门限下单载波和ASCM系统的最大传输距离可再增加200 km。
邓博优[2](2021)在《光纤通信系统中极化码的编解码优化》文中提出光纤通信技术作为—种有线光通信技术,已成为支撑现代网络通信,承载互联网发展的关键技术,可以实现大容量,长距离,高可靠性的通信传输。随着互联网的演进与发展,通过互联网传输交换的数据量指数级增长,提高数据的传输速率与通信可靠性已经成为光纤通信技术的一大需求,因此在光纤通信系统中应用信道编码技术获得编码增益从而支持更大传输速率的信息传输成为了业内研究的热点。2009年,极化码作为一种能够被数学方法严格证明达到香农信道容量极限的信道编码方法被提出,其编码结构清晰明确,译码复杂度低,且纠错性能的鲁棒性强,迅速引起业内广泛的关注与研究。极化码与信道紧密相关,具有非普遍性,在不同信道状态下极化信道的可靠性会发生变化,影响极化码构造过程进而影响其通信性能。在光纤通信系统中,开展根据光纤通信系统的特性对极化码编译码过程进行优化的研究,以提升极化码的通信传输性能,具有重要的研究意义与应用价值。本论文以采用极化码编码的光纤通信系统为主要研究背景,重点研究了极化码的编码、译码过程与码率选择方法,分别提出了基于神经网络信道检测模块获取光纤信道信息辅助极化码编码的优化方案以提升极化信道可靠性估计的准确性;基于获取信道SNR信息扩展输入信息的神经网络极化码译码器优化方案以提升译码器的译码性能;基于自适应码率调节算法的极化码传输码率优化方案以提升极化码通信效率。本论文主要工作如下:(1)提出了一种通过获取信道信息的极化码编码优化方案。在光通信系统中,引入神经网络构建的信道检测模块,对信道信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)值进行估计,将估计的SNR值作为发送端极化码编码时的design-SNR,提升极化信道可靠性估计的准确度,提升通信性能。将优化方案应用于相干光正交频分复用(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)系统中,并对 CO-OFDM 系统的调制解调与串并转换等步骤做相应调整以使其更匹配优化方案,发挥性能优势。仿真结果说明,通过获取每个子载波的信道SNR值进行差异化极化码编码可以为极化码带来性能提升,对于码长N=512,码率R=0.5的极化码,在BER为10-4时有约1.4dB的性能增益。(2)提出了一种极化码译码神经网络的优化方案。利用神经网络信道检测模块估计光纤信道的电SNR,计算接收码字的对数似然比(Log likelihood Ratio,LLR)值,并将SNR信息与LLR值共同作为神经网络译码器输入信息,以使网络在不同信道情况下对译码过程有针对性地优化。构建并训练以不同神经网络模型为基础的神经网络译码器,并分别在光纤通信系统中验证采用优化方案译码器的性能。仿真结果表明,采用优化方案的神经网络译码器相较未经优化的神经网络译码器具有性能优势。(3)提出了一种极化码自适应码率调节算法,并基于该算法提出极化码传输码率优化方案。所提出的自适应码率调节算法根据极化码码长、信道信噪比与传输信息重要度推荐极化码的编码码率,利用极化码接收错误概率对极化码的通信性能作近似估计降低算法的应用难度,同时在算法的基础上训练神经网络,以降低每次码率搜索的计算复杂度。仿真结果表明,优化方案可以根据系统通信可靠性要求选择适合的极化码编码码率,达到提升通信效率的目的。
冉东升[3](2021)在《基于信号整形的光纤通信编码调制方法研究》文中进行了进一步梳理随着互联网、物联网和第五代移动通信(the fifth generation of mobile technology,5G)的发展,高清视频直播、增强现实(augment reality,AR)、虚拟现实(virtual reality,VR)、智能硬件设备等成为人们生活中不可缺少的一部分。这些网络应用丰富了人们的生活,同时也对现有的光通信网络提出了更高速率、更大带宽、更低延时的要求。不论是已有业务的升级迭代,还是新型业务的不断涌现,都需要以光纤通信技术为基础的骨干传输网络不断提升网络速率和传输带宽。在光通信系统中,制约通信系统性能的主要因素有功率利用率、频谱效率、信道噪声和干扰等。同时,通信光纤本身存在的色散、非线性效应等特性也对骨干传输网的长距离传输性能产生了许多不利影响。在香农理论中,信道容量定义为通信信道被定义为在给定带宽内可以承载的最大信息速率。在光通信发展的几十年来,提高信道容量乃至逼近香农极限一直是研究人员不懈追求的目标。新型的概率整形编码调制技术和超奈奎斯特脉冲整形技术是实现下一代光通信系统的关键技术,可以进一步提高系统的传输容量和传输距离,有效地提高光通信传输系统的性能,是近期光通信领域内的研究热点。本论文是基于信号整形的光纤通信编码调制方法研究。着重研究了基于概率整形编码调制的光通信传输方法、基于前向纠错码与概率整形结合方法的光通信传输方法、基于超奈奎斯特脉冲整形的光通信传输方法。研究目的在于提升功率受限的光通信传输系统系统容量,提升误码率性能和互信息。本论文的主要研究内容和创新点如下:(1)研究了概率整形编码调制方法的理论基础以及概率整形中的信号分布匹配算法,提出了概率整形编码调制的光传输方案,该方案在发射端采用CCDM分布匹配器结合QAM调制得到PS-64QAM信号,在光纤信道中采用SSFT算法引入非线性,在接收端使用DSP模块对接收信号进行相位恢复和噪声消除等操作,最终经过逆分布匹配得到解调信号。仿真表明,PS-64QAM信号能够得到整形收益,使信道容量更加逼近香农极限。(2)研究了前向纠错码与概率整形结合的相关方法。提出基于BCH-LDPC级联码的PS-64QAM光传输方案,该方案中级联码采用LDPC码作为内码,BCH码作为外码。接收端译码器对内码传输时存在编码错误的码字进行再次译码。仿真结果表明,接收端外部BCH解码器对LDPC译码器的输出再一次进行纠错,可以大大提高系统整体的纠错能力。(3)研究了超奈奎斯特脉冲整形方法在光通信系统中的应用,提出了基于FTN-THP的光通信传输方案,对四种不同的均衡方案进行了性能仿真,结果表明,提出的EAD方案比传统的THP检测方法具有更高的检测性能,并优于传统的PD检测方法。
刘欣雨[4](2021)在《基于高阶调制格式的相干光通信系统中非线性均衡技术研究》文中研究说明云计算、人工智能、移动互联网等新兴技术的不断突破和发展,推动现代社会迈入了“万物互联”的“大数据时代”。超大数据存储、传送、共享等业务的需求日益增强,进一步推动了网络流量的爆炸性增长。因此,现代通信网络需要更高的传输速率、更大的传输容量以及更好的传输质量来保障日益增长的网络流量需求。以光纤作为传输媒介的光纤通信系统具有衰减小、抗干扰能力强、传输容量大等优点,经过几十年来研究学者们的不断探索与突破,光纤通信系统已经发展成为实现全球互联互通的基石和现代通信网络的支柱。结合了高阶调制格式、相干检测技术以及数字信号处理技术的相干光纤通信技术可以实现高频谱效率、长距离、大容量的信号传输,是应对现代通信网络流量危机的重要技术。然而,在目前的高速相干光通信系统中,非线性损伤是限制高阶调制格式光信号大容量长距离传输的最重要因素。因此,对基于高阶调制格式的相干光通信系统的非线性均衡技术进行探索和研究具有重要的意义。本论文以单载波偏振复用相干光通信系统为研究背景,重点研究适用于高阶调制格式信号的非线性均衡技术,改善信号质量,实现系统传输性能的提升。具体的研究内容包括:具有非线性容忍度的判决算法、基于神经网络的非线性均衡方案、基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案。论文的创新点和主要研究成果如下:1.基于高斯混合聚类的M-QAM调制格式信号非线性判决算法针对传统的基于最大似然估计(MLE)的判决算法不能很好的对非线性失真信号进行有效的判决这一问题,将机器学习中的高斯混合(MoG)聚类算法引入到相干光通信系统数字信号处理的判决模块中,提出了基于高斯混合聚类的M-QAM调制格式信号非线性判决算法。同时,基于高斯混合聚类的优点,本文对直接判决-最小均方(DD-LMS)算法进行了优化和改进,在判决模块中将高斯混合聚类计算得到的均值向量代替标准星座点。经过单载波偏振复用16-QAM相干光通信系统实验验证,相比于传统的基于MLE的判决算法,基于高斯混合聚类的非线性判决算法对非线性损伤敏感度低,能够灵活地根据接收到的数据点的分布进行非线性判决区域划分,实现更准确的信号判决,提高相干光通信系统的非线性容限,提升系统的性能。2.基于特征工程-深度神经网络的非线性均衡方案在相干光通信系统中基于神经网络的非线性均衡技术的基础上,针对由于输入数据特征不丰富,导致神经网络非线性均衡性能受限的问题,提出了基于特征工程-深度神经网络的非线性均衡方案。该方案对接收到的方形M-QAM信号数据进行特征工程处理,丰富数据特征信息,以及在深度神经网络的训练阶段引入加权损失训练机制。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,所提出的特征工程方案和引入的加权损失训练机制可以有效地提升深度神经网络的收敛速度和非线性均衡性能,在发射光功率为0 dBm时,可以实现1.07 dB的Q因子提升量。3.基于双向门控循环单元神经网络的非线性均衡方案针对相干光通信系统中,非线性效应与色散造成脉冲展宽从而引入符号间干扰的问题,提出了基于双向门控循环单元神经网络的非线性均衡方案,对接收到的高阶调制格式信号数据进行序列化处理。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,在发射光功率为-3 dBm至3 dBm范围内,提出的非线性均衡方案实现了信号的Q因子超过8.53 dB硬判决前向纠错门限(对应于3.8×10-3的误码率),最佳发射光功率提升了 2 dB。4.基于双向长短期记忆神经网络-条件随机场的非线性均衡方案在基于循环神经网络的非线性均衡方案的研究基础上,提出了基于双向长短期记忆神经网络-条件随机场的非线性均衡方案。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,在发射光功率为-3 dBm至3 dBm范围内,提出的非线性均衡方案实现了信号的Q因子超过9.8dB前向纠错门限(对应于1.0×10-3的误码率),最佳发射光功率由-1 dBm提升至1 dBm,提升了 2 dB。5.基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案在相干光通信系统中基于微扰理论的非线性均衡技术的研究基础上,提出了基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案。不依赖于传输信道的精确参数信息,仅根据接收到的信号序列,使用信道内四波混频和信道内交叉相位调制三重积项作为输入特征,通过回归模型预测出信号在传输过程中受到的非线性损伤,在接收到的符号数据中减去预测的非线性损伤,实现信号的非线性均衡。经过单载波偏振复用64-QAM相干光通信系统实验验证,基于支持向量回归模型的非线性均衡方案实现了当信号发射光功率为1 dBm时误码率低于1.0×10-3,最佳发射光功率提升了 2 dB。
翟惠敏[5](2021)在《高速光通信系统中四维调制技术研究》文中提出当今社会正处在信息急速发展的时代,随着5G的正式商用,互联网产业得到进一步发展。光通信传输网络作为信息时代的基础传输建设,为新技术的发展奠定了基础,同时急剧增长的流量及带宽需求也给通信网络造成巨大的挑战。面对海量数据的传输需求,提高光通信传输网络的性能是通信领域研究者的研究重点。四维调制是在光载波的两个正交偏振上的同相和正交分量构成的四维空间进行调制的方式,增加了星座点之间的最小欧氏距离,解决谱效率和渐进功率效率之间的矛盾,进而在不增加硬件复杂度的基础上有效提高系统传输容量。本论文在研究高速光通信系统中四维调制技术理论的基础上,重点探索了采用聚类算法进行判决译码的四维调制光传输方案、基于概率整形和信道编码的四维调制光传输方案以及适用于自由空间光通信系统的四维调制光传输方案。本文主要的研究工作如下:(1)提出基于聚类算法的四维调制光传输方案,该方案采用聚类算法对接收四维信号进行判决译码,降低了信号在经过传输后受到非线性影响产生误码的情况。仿真结果表明,当BER=1×10-3时,采用聚类算法判决的128-SP-QAM方案的误码率性能比传统128-SP-QAM提高0.4dB,采用聚类算法判决的PS-QPSK方案要比传统PS-QPSK提高约1dB的性能优势,有效提升了系统的误码率性能。(2)提出了一种基于聚类算法和概率整形技术相结合的四维PSKM-128-SP-QAM调制方案,该方案通过采用概率整形实现信号的非均匀映射,以解决均匀星座图调制的信道容量难以接近香农极限的问题,并采用K-means算法进行信号判决,仿真研究了该方案在不同光信噪比、不同传输距离下的传输性能。仿真结果表明,所提方案对比传统四维调制格式,获得明显的整形编码增益。在传输50km时,PSKM-128-SP-QAM 与 128-SP-QAM 相比获得了 2.7dB 的信噪比增益。(3)提出基于概率整形和纠错编码的四维PSKM-LDPC-SP-QAM调制方案,该方案在PSKM-128-SP-QAM调制方案的基础上采用信道编码提升系统传输的可靠性,以解决非均匀星座点更易受到噪声等因素的影响。仿真结果表明,在背靠背系统和传输距离为50km时,PSKM-LDPC-SP-QAM的性能均提升了约4.5dB,因此采用LDPC码对PSKM-128-SP-QAM进行信道编码可以明显降低系统的误码率,适合用于高速长距离光通信传输系统。(4)提出自由空间光通信系统中四维调制光传输方案,通过研究在自由空间光通信中采用四维调制格式实现信息传输,以提升系统的传输容量,改善误码率性能,分别仿真实现PS-QPSK以及KM-128-SP-QAM调制格式在自由空间光通信系统中的信息传输,仿真结果表明自由空间光通信系统中采用四维调制方案的可行性,并且采用聚类算法进行判决的KM-128-SP-QAM能够降低系统的误码率,更适合在高速长距离传输下进行传输信息。
周洪航[6](2021)在《单载波高速光通信系统中数字信号处理技术研究》文中认为随着物联网、云计算、虚拟现实、超高清多媒体和移动数据通信等新兴业务和新技术的迅速发展,网络带宽的需求出现爆发式地增长。高速光通信系统作为目前通信网络的基础物理层,正在朝着大容量、高速率等方向不断发展。其中,数据中心光互联和光接入网等短距离传输网络面临着容量和部署成本快速增长等多重压力,下一代短距通信系统成为当下研究热点之一。本论文围绕单载波高速光通信系统,聚焦于短距离高速低成本PAM传输系统中数字信号处理技术,进行了涉及时钟恢复、均衡、FEC编译码和概率整形调制模块的分析与研究工作。本文的主要工作内容与创新点如下:1.研究了 PAM传输系统的总体架构,对发射端和接收端的不同方案进行了对比,分析了链路中常见的包括时钟相位偏移、带宽受限、啁啾效应、幅度相关噪声、色散与功率衰落效应等信号损伤因素。分别对数字信号处理技术中的时钟恢复、均衡、FEC编译码和概率整形调制模块在PAM系统中应用现状进行了调研,分析了不同时钟恢复算法的应用场景,对比各种均衡技术的性能和复杂度,总结了前向纠错编码方案的发展趋势,研究了概率整形调制技术在PAM传输中的特性,分析了现有模块存在的问题。2.提出了基于均衡器抽头权重的全数字时钟恢复与信道均衡联合处理算法(CR-FFE),在基于10 GHz带宽DML的50 Gbit/s速率PAM4传输系统中进行了离线实验验证,采用CR-FFE实现了 40 km光纤传输后1000 ppm的时钟频率偏移容忍度,相对传统方案将容忍度提升了 50倍,实现了时钟恢复与信道均衡的同步进行,解决了 PAM传输中时钟恢复与信道均衡先决条件不兼容问题。3.提出了基于多维基扩展和聚类的增强型硬判决方法,在基于10 GHz带宽DML调制50 Gbit/s速率下的PAM4传输系统中进行了实验验证。30 km传输后,在采用FFE均衡时,该增强型硬判决方法相对于传统硬判决,实现了误码率在3.8×10-3硬判决门限以下的可靠性传输;在采用VNLE均衡时,该增强型硬判决方法相对传统硬判决,在硬判决阈值处实现了 0.6dB的光功率预算增益。同时,相对于记忆深度为5的传统MLSE算法,该方法在二维基扩展下可实现了 2.5 dB的接收光功率增益。4.首次实验分析了 polar软判决编译码在PAM传输中的性能,基于商用10 GHz带宽DML调制器,完成了 polar编译码的28 Gbaud速率PAM4和PAM8系统C波段10 km单模光纤传输,通过研究非线性传输后PAM信号的概率密度函数,提出基于非等同高斯分布LLR估计的改进型polar软判决译码方法,实验结果表明,相对polar基于等同高斯分布LLR估计的传统译码器,所提出的改进型译码方法在PAM4和PAM8系统中分别获得了 0.7 dB和1 dB的额外光功率预算。5.研究并分析了基于CCDM的概率整形幅度调制方案和基于多对一映射的BICM-ID方案,提出了低复杂度的基于多对一映射的无迭代BICM方案用于概率整形编码调制,采用该方案搭建了 polar编译码的PS-PAM8传输实验平台,提出了针对PS-PAM8的时钟恢复优化技术对抗10 km传输后的眼图倾斜效应,在BTB、2 km和10 km传输后分别实现了 1.2 dB、0.8 dB、0.4 dB的整形增益。最后对概率整形下LDPC码和polar码在不同码长时进行了误码率性能和复杂度对比,实验结果表明,在码长为1024,512,256 时,polar码相对LDPC码分别实现了 1 dB,1.4 dB和2.2 dB的灵敏度增益,所需乘法器数量分别降低了 35%,27%和20%,反映出了所提方案在性能和计算复杂度上的优越性。
李依桐[7](2021)在《光子毫米波/太赫兹波通信理论与关键技术研究》文中研究指明近年来移动通信行业的飞速发展,给人们的生活带来了巨大的便利。在当前我国“互联网+”、大数据蓬勃发展的时代,对移动通信的传输容量及传输速度的需求日益增长。毫米波(Millimeter-wave,mm-wave)及太赫兹(Tera Hertz,THz)频段拥有丰富的频谱资源,将在“5G+人工智能”全面落地应用及下一代高速移动通信进程中发挥至关重要的作用。然而,毫米波及太赫兹信号具有较高的频率,容易在无线传输过程中受到各种损伤的影响,会限制其传输的距离。光纤无线融合通信(Radio over Fiber,RoF),结合了光纤通信和无线通信的优点,能够同时满足未来通信网络对通信带宽、传输距离及移动性的需求,已经成为当今社会的研究热点。本论文研究了光子毫米波/太赫兹波通信过程中的理论和关键技术,通过结构改进、算法优化、器件减省等方式完成对毫米波/太赫兹信号生成系统的优化,并采用数字信号处理算法对信号传输过程中的损伤进行了补偿,提高了系统的频谱效率及传输容量;之后探究了自适应的光子毫米波/太赫兹技术,在调制格式自适应、生成频率多样化、波束追踪自反馈三个方面对光子毫米波/太赫兹波通信系统中的技术进行了创新;整个系统无缝融合光纤通信与无线通信,在提高传输过程中可用频谱资源的同时克服了光纤传输中可能存在的断裂问题,实现了高速率、低成本的光纤-无线一体化方案。主要工作和创新点如下:1、提出并通过实验证明了一种生成光学频率梳源的新结构,可在光传输系统中用来进行多载波调制。该方案将一个电吸收调制激光器和一个相位调制器相连,并运用共同的正弦射频信号对两者进行驱动和同步。文章通过VPI软件进行仿真得到了功率波动小于3 dB的光谱平坦度的最佳工作范围,并据此实验生成了 10个平顶锁频的光学频率梳,每个载波的频率间隔为12.5 GHz。利用所生成的光频梳源,可以实现3.125 Gb/s和12.5 Gb/s的开关键控(OOK)强度调制的毫米波信号在20公里标准单模光纤(SSMF)上的传输。2、提出并实验验证了一种新颖而简单的方法来实现D波段毫米波单边带(SSB)倍频矢量信号的产生。利用该系统生成的毫米波最高可达210 GHz,已经进入太赫兹领域。该方案使用一个单驱动的马赫-曾德尔调制器(MZM)和一个推挽模式的MZM级联,第一个MZM由20GHz的射频驱动,生成具有六个平坦化载波的光频率梳;再使用一个由10 GHz SSB矢量信号驱动的推挽MZM,实现对光梳的单边带调制过程。在运用光电二极管拍频检测后,得到频率为130GHz和150GHz的D波段SSB毫米波矢量信号。基于此方案生成的4 Gbaud D波段QPSK和16 QAM毫米波信号,分别在10公里/25公里的单模光纤加1米无线链路上进行传输,计算的误码率(BER)可达到小于3.8 × 103的7%硬判决前向纠错(FEC)门限阈值。3、提出并验证了一种基于光载波抑制和单边带调制的D波段毫米波信号产生方案。该方案省去了发射端的预编码过程,且不需要任何滤波器,从而使整个系统得到简化。首先,采用50 GHz射频信号(fRF)驱动的强度调制器来产生两个频率间隔为2 × fRF的载波,实现了光载波抑制的过程。随后,使用另一个由30 GHz射频信号驱动的同相/正交(I/Q)调制器,通过独立边带调制从而产生单边带矢量信号。在使用D波段光电混频器进行检测后,最终生成了 130 GHz的矢量毫米波。通过基于该系统产生的D波段毫米波信号,携带4 Gbaud/8 Gbaud的QPSK信息,在22.5公里的SSMF和1米的光纤无线距离链路上进行了传输。最后对传输结果进行了分析,并分别给出了在两种不同信号传输速率下,硬/软判决前向纠错门限下的误码率性能。4、提出并实验验证了一种可用于光子毫米波/太赫兹波通信系统中的自适应的N2-QAM调制格式的矢量信号生成技术。采用两个MZM及并联的移相器、衰减器和单个光混频器,实现了两个N-ASK信号合成N2-QAMW波段毫米波矢量信号的过程。该方案在发射端省去了数模转换器(DAC)及额外的数字信号处理过程,可以在用户端获得双倍的比特率。本文用N=2的情况举例,最终利用两个2-ASK信号,生成了 80 GHz 4 QAM的W波段毫米波,并完成了其在1米无线链路上的高性能传输,测量的误码率达到了低于3.8×103的7%硬判决前向纠错门限。5、探究了太赫兹波的应用前景,设计并实验验证了一种具有470 GHz大带宽的全波段发射机,涵盖Q、V、W、D波段的毫米波以及最高510 GHz的太赫兹波信号。该方案将独立的毫米波信道和太赫兹波信道结合起来,极大提高了无线网络的灵活性,同时也将促进功率放大器的发展。该方案可以同时产生多种频段的毫米波与太赫兹波,并集成了宽带多天线的发射系统和具有高工作带宽和动态范围的光混频器,可以实现频带的自适应切换与动态的无线传输,对于5G及6G具有巨大的应用价值。6、提出了一种基于机器学习算法的用于毫米波/太赫兹波束追踪的定位技术,可以为无线基站提供精准的方位来满足自适应波束赋形的需要。由于毫米波/太赫兹波的载波频率较高,在大气中衰减较大。波束赋形可以减小毫米波/太赫兹波的波束宽度,故需要知道用户的准确位置来进行波束赋形。本文结合室内高频电波应用场景,创新性的设计了基于人工神经网络(ANN)进行室内定位从而服务于光束赋形的系统。通过实验得到误差小于1厘米的精确度,是目前室内定位系统可以达到的精确性最高的方案,将为5G及下一代无线波束追踪提供新型的解决方案,对实现光载无线通信系统的高效率、大容量传输有着重要意义。
陈成[8](2020)在《光空分复用系统中双向传输及ROADM技术研究》文中研究指明随着数据业务的快速发展,IP网络的集成速度日益加快,因此网络的扩展显得尤为重要。研究表明,波分复用(WDM)光传输的容量增长明显放缓,系统实验接近非线性光纤传输的香农极限,限制了全光通信的发展。由此引入空间模式维度,基于空间自由度的空分复用(SDM)技术被认为是进一步提升传输容量的重要方案,其中基于少模光纤的模分复用(MDM)技术被广泛地应用,因为光纤中各个模式相互正交,MDM技术利用这种正交性,将每个模式作为独立的信道加载信号,从而有效地提高传输容量和频谱效率。同时随着传输容量的快速增长,对交换系统也带来了压力和动力,由于电子交换技术达到瓶颈,人们便引入了光子技术,其中可重构光分插复用(ROADM)技术可以灵活地进行业务疏导、路由选择和监视等功能,能够显着的提高整个网路的透明性、吞吐量、生存性,引起了人们的注意。本文在研究光传输交换技术的基础上,设计了两种如下结构:一种是无多进多出(MIMO)WDM-MDM带宽可调的光纤双向传输系统,利用6模式选择光子灯笼(PL)分别作为模式复用器与解复用器,选取LP21模式和LP01模式2个非简并模式作为正向传输信道,LP02模式和LP01模式作为反向传输信道,同时通过光开关控制选择LP11的2个简并模式作为正反向传输信道,从而实现12.5km的双向带宽可调传输。该结构通过光交换矩阵调节传输模式数来调节带宽。我们还对该系统结构进行实验搭建,并在C波段和L波段上对系统传输性能进行测量,3个模式的模间交调均小于-24d B,分析了12.5km多模光纤(MMF)传输的误码率和眼图性能,得出了当LP01模式和LP11a模式在接受功率低至-17d Bm和-16d Bm时,2路模式信号的误码率都能达到10-3的结论。验证了该传输系统的可行性和可靠性,适用于低成本大容量等通信场景。另一种是新颖的SDM-OADM结构,光节点是一个简单的两层体系结构,具有全光多粒度交换,业务疏导,通道分插和在线监控等功能。我们演示了多芯光纤(MCF)级和光纤级交换,光纤级粒度和波长级粒度业务疏导,通过搭建实验系统,测量其传输性能,实验结果表明,光信号在该交换系统中平均传输损耗为-10.5d B,平均串扰为-40d B,平均误码率(BER)为10-10,证明该结构有较高的可行性和可靠性。最后通过眼图测试单元监测光信号的传输质量,从得到的眼图可验证该系统具有良好的通信质量。
李隆胜[9](2020)在《面向5G移动前传的数字与模拟光纤传输关键技术》文中研究表明2018年,3GPP Release 15的冻结标志着第一个可商用的5G标准正式确立。随后,于2020年冻结的Release 16进一步丰富了5G应用场景,加快了全球5G部署进程。传统分布式无线接入网(D-RAN)基于宏基站组网,基站具有完整的基带处理功能。为节省无线接入网建设与运维成本,5G独立组网对集中化无线接入网架构(C-RAN)进行了重构,基带处理功能被解耦并分配到中央单元(CU)、分布单元(DU)和射频单元(RU),其中DU与RU之间的数据传输由光纤前传链路(fronthaul)承载。“5G部署,承载先行”,前传需提供大容量、高谱效率、低时延与高保真的传输性能且保持低成本,是5G组网中极具挑战的关键环节。前传解决方案可分为基于通用公共无线接口(CPRI)或演进版CPRI(e CPRI)的数字传输、模拟光载无线电(Ro F)传输以及数字模拟集成传输三类技术。本文围绕前传传输性能需求,针对上述三类前传技术方向开展了研究,其关键问题、主要学术贡献及创新点如下:一、面向CPRI数字前传的跃变四电平幅度调制技术基于下一代无源光网络(NG-PON)承载的CPRI链路中,低成本、低带宽器件的使用会造成高带宽信号的畸变,且PAM4等高阶调制格式的引入也会导致链路抗噪声能力降低。CPRI对传输链路的10-12误码率要求给NG-PON带来了巨大的挑战。本文提出了跃变四电平幅度调制(T-PAM4)的光调制格式以提升高速PON传输的可靠性与功率预算并满足CPRI的严苛误码率要求。T-PAM4符号由工作在2倍过采样的数模转换器(DAC)结合特殊设计的电平映射产生,接收端基于2倍过采样对T-PAM4进行二维判决以提升信号的抗噪声性能。实验验证了T-PAM4相较PAM4有5-d B的灵敏度提升。此外,该方案具有较低的硬件实现成本与计算复杂度。二、面向e CPRI数字前传的弹性量化技术相较于CPRI标准,5G前传最新标准e CPRI中传输的数据主要为量化后的频域无线IQ信号,具有更低的带宽开销。然而,采用e CPRI将导致前传数据量随无线网络负载的波动而动态变化。在满足前传峰值请求速率的前提下,过大的负载波动将导致前传带宽部署的冗余,影响了传输效率。此外,无线信道具有时变与频率选择性的功率衰落,加剧了上行IQ信号的量化噪声。针对以上问题,本文进行了如下研究:1)理论分析了频域IQ信号量化后的数据冗余度,提出了一种新型的弹性量化精度方案以缓解e CPRI前传流量的动态特性,减少冗余带宽部署。利用e CPRI功能划分的优势,该方案根据IQ信号的无线信号质量与前传实时负载,自适应地调整IQ信号的量化精度。本工作主要贡献为搭设了符合3GPP标准的无线接入仿真系统,其结果为方案的实际应用提供了可靠的参考价值。系统实现了Low-MAC层与物理层基带功能及无线信道的传输,实验实现了前传IQ信号数据通过光链路的传输。结果表明仅以满载时牺牲1.2~1.9%的终端速率为代价,方案降低了~40%的前传峰值速率,提升了传输效率并节约了链路带宽。此外,本方案基于5G前传广泛部署的e CPRI,比基于CPRI的传输与压缩技术更具实际应用价值。2)理论分析了无线信道衰落对e CPRI前传量化噪声的影响,并据此提出了利用无线系统已有的信道估计结果或解调参考信号对IQ信号进行补偿的方案。该方案在低计算复杂度的基础上能够抑制前传量化噪声高达6.5 d B,可显着提升e CPRI对无线信号的保真度,该效果优于现有针对CPRI的时域补偿方案。三、基于模拟前传的片段时分复用传输技术相较于数字前传,模拟Ro F前传具有更高的传输谱效率。将多路无线IQ信号合并为单路高速模拟信号的复用技术是模拟前传中的关键问题,其中低复杂度的模拟TDM技术是备受业界青睐的候选方案。综合考虑5G多天线(MIMO)场景与低时延要求,TDM方案可采用MIMO信号采样点交织排列的技术以缩短复用时延。该技术依靠大量保护间隔时隙和变频结构来消除光纤传输后采样点间的干扰,分别导致链路传输效率的下降和复杂度上升。本文相应工作如下:1)理论分析了模拟TDM光纤传输对MIMO信号损伤,并针对MIMO交织TDM中采用过多保护时隙导致传输带宽浪费的问题,提出以信号片段为时分复用粒度的改进方案(Se-TDM)。该方案拥有低复杂度的系统结构,在传输谱效率与时延性能间取得平衡。在等效162-Gbps CPRI速率的模拟TDM传输实验中,该方案将传输谱效率提升21%,且支持的QAM阶数从64提升至256。2)提出了一种无变频操作的MIMO交织方案,进一步简化了前传复用结构,并通过理论分析和实验证明了该方案能够实现相同于现有技术的干扰消除效果。该方案直接复用基带IQ信号,更易于减小复用后的信号带宽,提升频谱效率。四、面向数字模拟集成传输的频谱零点填充技术单波长集成共传数字、模拟信号能够实现二者优势互补。集成传输面临硬件结构复杂、谱效率低和信号参数不兼容行业标准等问题。为此,本文开展如下研究:提出了频谱零点填充的集成传输方案,其创新点在于利用56-Gbps PAM4信号在28 GHz处固有的频谱零点,插入5G毫米波射频信号以实现无频谱间隔的高谱效率集成传输;方案中数字信号只需低成本低精度DAC产生,且数字和模拟射频信号分别遵从NG-EPON和5G标准;理论推导了光纤色散对集成传输系统中模拟射频信号质量的影响,并实验演示了频段选择策略以最大化模拟信号传输带宽;基于首次提出的发射机结构,实现了56-Gbps PAM4叠加10×400-MHz模拟射频信号的25-km传输,为目前报道的强度调制直检集成传输方案中最高的容量。综上所述,本文通过理论分析、仿真与实验验证对前传传输中的关键技术开展了一系列研究,为促进光纤承载的5G移动前传演进提供可行的参考方案。
罗鸣[10](2020)在《新型超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究》文中指出超高速、超大容量光纤通信系统架构是光纤通信最基础和最重要的工程科技问题。单信道传输速率从40Gbit/s提高至100Gbit/s甚至1Tbit/s已经成为必然趋势。业界亟待新的系统架构和技术导入以实现传输性能和容量的革命性提升。针对以上这些问题,本文对新型超高速、超大容量光纤通信系统架构中最重要的三个方面:相干光超大容量光纤传输系统架构、超高速强度调制直接检测(IM-DD)城域网系统架构以及超大容量相干波分复用无源光网络(WDM-PON)系统架构开展了一系列理论与实验研究。在相干光超大容量光纤传输系统架构方面,如何提高单纤传输容量是最核心的问题。随着单模光纤传输容量的潜力即将耗尽,为了进一步提升传输容量,空分复用光纤传输系统的关键技术成为该领域研究的重点。在超高速IM-DD城域网系统架构方面,随着PAM-4调制格式脱颖而出,迅速进入商用阶段,研究如何利用新型数字信号处理算法优化和改进PAM-4调制格式的发送与接收性能成为学术界研究的热点问题。在超大容量相干WDM-PON系统架构方面,由于简化型相干结构与经典相干结构各有其优势,有必要在研究新型简化相干接收技术并将其引入WDM-PON架构的同时积极推进经典相干收发技术在WDM-PON系统中的应用。本文主要成果与创新点如下:(1)针对新型超大容量光纤传输系统架构的特点,提出运用DFT-S OFDM调制格式,在达到高频谱效率的同时,实现信号峰均功率比(PAPR)的降低,减轻光电器件和光纤传输中的非线性效应,并结合该调制格式实现了一系列相干光超大容量光纤传输系统实验。(2)在超大容量空分复用光纤传输系统领域,本文设计制造了一种3模式光纤,提出了利用同步头一致性校验峰值确定少模光纤中模式耦合和模式色散参数的创新方法,并由此确定了应用于少模光纤传输实验中DFT-S OFDM信号循环前缀的长度数值,设计实施了200Tbit/s相干光信号1公里少模光纤传输系统实验。在单模多芯光纤传输方面,分别本文沿着提升纤芯数量的技术路线先后设计制造了低耦合系数的单模7芯光纤和单模19芯光纤,分别实施了560Tbit/s相干光信号10公里传输系统实验以及1.068Pbit/s相干光信号单模19芯光纤传输系统实验。(3)为改进PAM-4调制的发送性能,提出了双二进制编码PAM-4调制格式,从而达到压缩PAM-4信号频谱宽度、提升频谱效率以及降低光纤色散和器件带宽对信号传输性能限制的目的。设计并实施了单通道112Gbit/s双二进制编码PAM-4信号12公里单模光纤传输实验,接收端仅使用一个50GSa/s采样速率的ADC模数转换器,系统整体的-3d B带宽仅为20GHz。在PAM-4信号的接收端,提出了一种较为简化的基于神经网络的非线性均衡接收算法,希望通过该算法提升PAM-4信号的接收性能。设计并实施了基于该神经网络接收算法的4×50 Gbit/s PAM-4信号传输80公里标准单模光纤实验,验证了该算法的可行性,且接收性能相比于常用的基于Volterra滤波器的非线性均衡算法获得了2d B的提升。(4)提出了一种简化型相干检测结构,降低了相干接收系统的成本与复杂度。紧接着,分别基于简化型相干结构和经典相干结构设计了新型超大容量相干WDM-PON系统架构。并针对这两种新型相干WDM-PON系统架构分别进行了实验验证,为相干接收技术在光接入网中的应用提供了有益的指导。实验结果形成的论文在2019年获得国际光通信领域顶级学术会议OFC高分论文称号。
二、光传输网络性能与前向纠错(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光传输网络性能与前向纠错(论文提纲范文)
(1)基于机器学习的相干光通信系统性能监测与损伤补偿技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 大容量动态光网络的发展趋势和研究意义 |
1.2 光性能监测与光纤非线性损伤抑制技术的研究现状和技术难题 |
1.2.1 研究现状 |
1.2.2 技术难题 |
1.3 论文的主要研究内容和结构安排 |
参考文献 |
第二章 低复杂度且非线性容忍的调制格式识别方案设计 |
2.1 引言 |
2.2 基于随机森林的调制格式识别方案设计 |
2.2.1 基于随机森林的调制格式识别方案原理 |
2.2.2 随机森林算法的训练过程 |
2.2.3 复杂度对比分析 |
2.3 仿真验证和性能分析 |
2.3.1 三波长16GBaud PM-MQAM系统仿真模型 |
2.3.2 仿真结果及性能分析 |
2.4 离线实验验证和性能分析 |
2.4.1 离线实验平台及关键参数 |
2.4.2 离线实验结果及分析 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第三章 低复杂度的OSNR估计与调制格式识别联合监测方案设计 |
3.1 引言 |
3.2 基于随机森林的低复杂度ONSR估计与调制格式识别联合监测方案设计 |
3.2.1 基于随机森林的低复杂度ONSR估计与调制格式识别联合监测方案原理 |
3.2.2 分类随机森林和回归随机森林在训练方面的区别 |
3.2.3 复杂度对比分析 |
3.3 仿真验证和性能分析 |
3.2.1 16GBaud PM-MQAM相干光通信系统仿真模型 |
3.2.2 仿真结果及性能分析 |
3.4 离线实验验证和性能分析 |
3.4.1 离线实验平台 |
3.4.2 离线实验结果及分析 |
3.5 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于简单循环神经网络的低复杂度光纤非线性补偿方案研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于简单循环神经网络的低复杂度光纤非线性补偿方案设计 |
4.2.1 基于SRNN的低复杂度光纤非线性补偿方案原理 |
4.2.2 算法计算复杂度对比分析 |
4.3 仿真验证和性能分析 |
4.3.1 仿真模型 |
4.3.2 仿真结果及性能分析 |
4.4 离线实验验证和性能分析 |
4.4.1 离线实验平台及关键参数 |
4.4.2 离线实验结果及性能分析 |
4.5 本章小结 |
参考文献 |
第五章 基于模拟子载波复用的单波长通道1Tbps级系统方案设计 |
5.1 引言 |
5.2 基于模拟子载波复用的单波长通道1Tbps级系统方案设计 |
5.2.1 基于ASCM的单波长通道1Tbps级系统方案原理 |
5.2.2 K近邻算法的训练和工作机制 |
5.3 仿真验证和性能分析 |
5.3.1 仿真条件 |
5.3.2 仿真结果及性能分析 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第六章 论文总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
缩略词索引 |
致谢 |
攻读博士期间发表学术论文、申请发明专利及参与科研项目情况 |
(2)光纤通信系统中极化码的编解码优化(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及目的 |
1.2 国内外相关研究发展及现状 |
1.3 论文的主要内容 |
1.4 论文的结构安排 |
第二章 极化码理论 |
2.1 引言 |
2.2 信道极化 |
2.3 极化信道可靠性选择 |
2.3.1 极化信道BPM可靠性估计 |
2.3.2 极化信道DEM可靠性估计 |
2.3.3 极化信道GAM可靠性估计 |
2.4 极化码编码 |
2.5 极化码译码 |
2.6 光纤通信中的极化码 |
2.7 本章小结 |
第三章 通过获取信道信息的极化码编码优化方案 |
3.1 引言 |
3.2 获取信道信息的极化码编码优化方案 |
3.3 长短时记忆网络信道检测模块 |
3.3.1 神经网络 |
3.3.2 循环神经网络与长短时记忆网络 |
3.3.3 信道检测网络的训练以及性能结果 |
3.4 系统方案仿真与性能分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 极化码译码神经网络的优化方案 |
4.1 引言 |
4.2 神经网络译码器的优化方案 |
4.3 MLP神经网络译码器设计及性能分析 |
4.4 CNN神经网络译码器设计及性能分析 |
4.5 RNN神经网络译码器设计及性能分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 极化码传输码率优化方案 |
5.1 引言 |
5.2 极化码码率与性能表现分析 |
5.3 极化码自适应码率调节算法 |
5.4 仿真性能结果与分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录 缩略语表 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
(3)基于信号整形的光纤通信编码调制方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 概率整形编码调制方法研究现状 |
1.2.2 光纤通信系统中前向纠错编码研究现状 |
1.2.3 超奈奎斯特脉冲整形方法研究现状 |
1.3 论文的主要工作内容 |
1.4 本论文的组织结构 |
第二章 基于概率整形编码调制的光通信传输方法研究 |
2.1 概率整形编码调制方法研究 |
2.1.1 概率整形编码调制方法理论基础 |
2.1.2 概率整形中的信号分布匹配算法 |
2.2 基于概率整形编码调制的光传输方案 |
2.2.1 基于成对MB分布的PS-PAM-8信号生成方法 |
2.2.2 基于概率整形编码调制的光传输方案原理 |
2.2.3 性能分析 |
2.3 本章小结 |
第三章 前向纠错码与概率整形结合方法研究 |
3.1 LDPC码研究 |
3.1.1 LDPC码的表示 |
3.1.2 LDPC码的编码原理 |
3.1.3 LDPC码的译码原理 |
3.2 极化码研究 |
3.2.1 信道极化 |
3.2.2 极化码的构造方式 |
3.2.3 系统极化码编码 |
3.2.4 极化码译码算法研究 |
3.2.5 性能仿真 |
3.3 基于BCH-LDPC级联码的PS-64QAM传输方案 |
3.3.1 基于BCH-LDPC级联码的PS-64QAM光传输方案原理 |
3.3.2 性能仿真 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于超奈奎斯特脉冲整形的光通信传输方法研究 |
4.1 超奈奎斯特脉冲整形方法 |
4.1.1 非正交波分复用及FTN原理 |
4.1.2 FTN信号生成 |
4.1.3 FTN信号均衡 |
4.2 基于FTN-THP的光通信传输方案 |
4.2.1 系统模型 |
4.2.2 性能仿真 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
(4)基于高阶调制格式的相干光通信系统中非线性均衡技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 论文研究背景和意义 |
1.2 非线性均衡技术的研究现状 |
1.2.1 相位共轭法 |
1.2.2 Volterra级数非线性均衡技术 |
1.2.3 数字后向传播算法 |
1.2.4 基于微扰理论的非线性均衡技术 |
1.2.5 基于机器学习的非线性均衡技术 |
1.3 论文的主要研究内容和创新点 |
1.4 论文的组织结构 |
第二章 相干光通信系统 |
2.1 引言 |
2.2 相干光通信系统的高阶调制 |
2.2.1 马赫增德尔调制器(MZM)及其工作原理 |
2.2.2 I/Q调制器的结构及其工作原理 |
2.2.3 高阶调制格式 |
2.3 相干光通信系统中的信号损伤 |
2.3.1 放大器自发辐射噪声 |
2.3.2 激光器引入的频差和相位噪声 |
2.3.3 光纤损耗 |
2.3.4 色度色散 |
2.3.5 偏振模色散 |
2.3.6 光纤非线性效应 |
2.4 相干检测技术 |
2.5 数字信号处理技术 |
2.5.1 IQ不平衡补偿和正交归一化 |
2.5.2 色散补偿 |
2.5.3 时钟恢复 |
2.5.4 偏振解复用和偏振模色散补偿 |
2.5.5 频偏估计 |
2.5.6 载波相位恢复 |
2.6 本章小结 |
第三章 相干光通信系统中非线性判决算法研究 |
3.1 引言 |
3.2 基于高斯混合聚类的非线性判决算法 |
3.2.1 高斯混合聚类的基本原理 |
3.2.2 基于高斯混合聚类的M-QAM信号非线性判决算法 |
3.2.3 高斯混合-最小均方算法(MoG-Least Mean Square) |
3.3 实验验证与结果分析 |
3.3.1 实验系统设置 |
3.3.2 实验结果分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 相干光通信系统中基于神经网络的非线性均衡技术研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于特征工程-深度神经网络(FE-DNN)的非线性均衡方案 |
4.2.1 神经网络基本原理 |
4.2.2 用于方形M-QAM信号的基于FE-DNN的非线性均衡方案 |
4.3 基于双向门控循环单元神经网络的非线性均衡方案 |
4.3.1 双向门控循环单元神经网络(Bi-GRU)架构 |
4.3.2 用于M-QAM信号的基于Bi-GRU的非线性均衡方案 |
4.3.3 复杂度分析 |
4.4 基于双向长短期记忆神经网络-条件随机场的非线性均衡方案 |
4.4.1 双向长短期记忆神经网络(Bi-LSTM)架构 |
4.4.2 条件随机场(CRF)基本原理 |
4.4.3 用于M-QAM信号的基于Bi-LSTM-CRF的非线性均衡方案 |
4.4.4 复杂度分析 |
4.5 实验验证与结果分析 |
4.5.1 实验系统设置 |
4.5.2 实验结果与分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 相干光通信系统中基于微扰理论和回归算法的非线性均衡技术研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于微扰理论和回归算法相结合的非线性均衡方案 |
5.2.1 基于微扰理论的光纤传输模型 |
5.2.2 线性回归基本原理 |
5.2.3 支持向量回归(SVR)基本原理 |
5.2.4 用于M-QAM信号的基于回归算法的非线性均衡算法 |
5.3 实验验证与结果分析 |
5.3.1 实验系统设置 |
5.3.2 实验结果与分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结和展望 |
6.1 本文工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
附录: 缩略词列表 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
(5)高速光通信系统中四维调制技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 相干光通信四维调制格式研究现状 |
1.2.2 概率整形技术研究现状 |
1.2.3 前向纠错编码技术研究现状 |
1.3 论文的主要工作内容 |
1.4 本论文的组织结构 |
第二章 四维调制格式的基本理论 |
2.1 四维调制格式基本概念 |
2.1.1 四维调制技术简介 |
2.1.2 谱效率和渐进功率效率 |
2.2 典型的四维调制格式 |
2.2.1 DP-QPSK |
2.2.2 6Pol-QPSK |
2.2.3 基于球填充的四维调制格式 |
2.3 PS-QPSK |
2.3.1 PS-QPSK调制与解调 |
2.3.2 PS-QPSK调制格式性能分析 |
2.4 128-SP-QAM |
2.4.1 128-SP-QAM调制 |
2.4.2 128-SP-QAM调制格式性能分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于聚类算法的四维调制光传输方案 |
3.1 聚类算法 |
3.1.1 基于划分的聚类分析算法 |
3.1.2 基于模型的聚类分析算法 |
3.2 基于聚类算法的四维调制光传输方案 |
3.2.1 128-SP-QAM信号接收 |
3.2.2 基于K-means算法的信号接收 |
3.2.3 基于GMM算法的信号接收 |
3.3 基于聚类算法的四维调制光传输方案仿真与分析 |
3.3.1 基于聚类算法的128-SP-QAM光传输方案仿真与分析 |
3.3.2 基于聚类算法的PS-QPSK光传输方案仿真与分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于概率整形的四维编码调制方案 |
4.1 概率整形 |
4.2 PSKM-128-SP-QAM编码调制方案 |
4.2.1 PSKM-128-SP-QAM编码调制方案原理 |
4.2.2 PSKM-128-SP-QAM系统性能分析 |
4.3 基于概率整形技术的四维调制纠错编码方案 |
4.3.1 低密度奇偶校验码 |
4.3.2 PSKM-LDPC-SP-QAM方案原理 |
4.3.3 PSKM-LDPC-SP-QAM方案性能分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 自由空间光通信中四维调制技术研究 |
5.1 自由空间光通信系统 |
5.2 自由空间光通信系统中四维调制方案 |
5.2.1 发送端 |
5.2.2 大气信道模型 |
5.2.3 接收端 |
5.3 自由空间光通信系统中四维调制方案性能分析 |
5.3.1 FSO中PS-QPSK调制系统性能分析 |
5.3.2 FSO中KM-128-SP-QAM调制系统性能分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录:缩略语 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
(6)单载波高速光通信系统中数字信号处理技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 高速光通信系统研究背景 |
1.1.1 高速光通信的产业需求 |
1.1.2 高速光通信的发展历程 |
1.1.3 高速光通信的总体架构与先进技术 |
1.2 单载波强度调制直接检测技术 |
1.2.1 IM/DD系统中的先进调制格式 |
1.2.2 短距离PAM传输的研究现状 |
1.3 本文主要工作与结构 |
参考文献 |
第二章 短距离PAM传输系统中的数字信号处理技术 |
2.1 基于IM/DD的短距离PAM光传输系统 |
2.1.1 传输系统总体架构 |
2.1.2 收发机方案对比 |
2.1.3 DSP总体方案 |
2.2 传输系统常见信号损伤分析 |
2.2.1 时钟相位偏移 |
2.2.2 带宽受限 |
2.2.3 啁啾效应 |
2.2.4 幅度相关噪声 |
2.2.5 色散与功率衰落效应 |
2.3 时钟恢复技术 |
2.3.1 PAM系统中时钟恢复算法研究现状 |
2.3.2 典型时钟恢复算法原理介绍 |
2.3.3 小结 |
2.4 均衡技术 |
2.4.1 PAM系统中均衡技术的研究现状 |
2.4.2 典型均衡器原理介绍 |
2.4.3 小结 |
2.5 前向纠错编码(FEC)技术 |
2.5.1 PAM系统中FEC技术的研究现状 |
2.5.2 典型FEC技术原理介绍 |
2.5.3 小结 |
2.6 概率整形调制技术 |
2.6.1 PAM系统中的应用 |
2.6.2 概率整形调制基本原理 |
2.6.3 技术分析 |
2.7 本章小结 |
参考文献 |
第三章 基于抽头权重的时钟恢复与信道均衡联合处理技术 |
3.1 时钟恢复与信道均衡技术研究背景 |
3.2 传统处理方案与联合处理技术基本原理 |
3.2.1 传统CR级联FFE方案 |
3.2.2 基于抽头权重的CR-FFE联合处理技术 |
3.3 基于均衡器抽头权重的联合处理技术性能仿真与分析 |
3.3.1 CR-FFE性能仿真 |
3.3.2 CR-FFE方案复杂度对比 |
3.3.3 CR-FFE收敛速度分析 |
3.4 基于抽头权重的CR-FFE技术实验平台验证及结果分析 |
3.4.1 实验平台设计与搭建 |
3.4.2 实验结果分析与讨论 |
3.5 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于聚类算法的高性能判决与译码技术 |
4.1 高性能判决与译码技术研究背景 |
4.2 基于多维基扩展的增强型硬判决技术 |
4.2.1 增强型硬判决的基本原理 |
4.2.2 多维基展开复杂度研究 |
4.2.3 传输实验平台验证及结果分析 |
4.3 基于非等同高斯分布LLR估计的改进型polar软判决译码技术 |
4.3.1 polar编译码的PAM传输系统 |
4.3.2 改进型polar软判决译码基本原理 |
4.3.3 传输实验平台验证及结果分析 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 基于多对一映射的概率整形编码调制技术 |
5.1 概率整形编码调制技术实现方案 |
5.1.1 基于CCDM的PAS实现方案 |
5.1.2 基于多对一映射的BICM-ID实现方案 |
5.1.3 基于多对一映射的无迭代BICM实现方案 |
5.2 PAM系统中概率整形调制技术理论性能分析 |
5.3 基于多对一映射的概率整形调制技术实验平台验证及结果分析 |
5.3.1 实验平台设计与验证 |
5.3.2 实验结果与性能分析 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结和展望 |
6.1 工作与成果总结 |
6.2 工作展望 |
附录索引表 |
致谢 |
博士期间论文成果与工作 |
(7)光子毫米波/太赫兹波通信理论与关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 光子毫米波/太赫兹波生成与RoF传输 |
1.2.2 毫米波/太赫兹的波束追踪及定位 |
1.3 论文的课题来源和创新点 |
1.4 论文的主要研究内容和结构安排 |
第二章 光载无线系统的理论研究和关键技术介绍 |
2.1 光子毫米波/太赫兹波通信系统 |
2.1.1 毫米波/太赫兹波生成技术 |
2.1.2 毫米波/太赫兹波接收技术 |
2.2 信号调制方式 |
2.2.1 调制解调技术及相关器件 |
2.2.2 数字信号处理技术 |
2.3 毫米波/太赫兹信号的波束赋形与追踪定位 |
2.3.1 自适应高频天线波束赋形技术 |
2.3.2 基于机器学习的精密室内定位技术 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于电吸收调制激光器的平坦化光频梳源毫米波系统 |
3.1 引言 |
3.2 基于EML和相位调制器级联生成光频梳的原理分析 |
3.2.1 平顶化脉冲串的产生原理 |
3.2.2 基于电吸收效应的强度调制器 |
3.2.3 基于EML和相位调制器级联的光频梳生成结构 |
3.3 基于EML和相位调制器生成最佳工作范围的仿真分析 |
3.4 平坦化光频梳源生成系统搭建和实验结果 |
3.4.1 实验装置 |
3.4.2 实验结果讨论 |
3.5 本章小结 |
第四章 D波段矢量毫米波生成技术及在RoF系统中的传输与探测 |
4.1 引言 |
4.2 基于强度调制器的D波段SSB矢量毫米波的生成系统 |
4.2.1 基于单驱动MZM产生光频梳原理 |
4.2.2 基于推挽MZM实现单边带调制技术 |
4.2.3 系统方案与实验装置 |
4.2.4 实验结果分析 |
4.3 基于I/Q调制器的D波段SSB矢量毫米波的生成系统 |
4.3.1 光载波抑制的原理分析与仿真 |
4.3.2 基于I/Q调制器实现单边带调制技术 |
4.3.3 系统方案与实验架构 |
4.3.4 实验结果分析与讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于强度调制器的自适应N~2-QAMW波段矢量毫米波生成技术 |
5.1 引言 |
5.2 基于单个强度调制器实现光子倍频信号产生方案 |
5.3 N~2-QAM调制格式生成原理 |
5.3.1 N~2-QAM格式的生成条件 |
5.3.2 N~2-QAM实现的公式推导 |
5.4 N~2-QAMW波段矢量倍频毫米波生成的实验装置 |
5.5 实验结果分析与讨论 |
5.6 本章小结 |
第六章 毫米波与太赫兹波的全波段发射与波束追踪定位 |
6.1 引言 |
6.2 基于光混频器的毫米波与太赫兹波全波段无线发射机 |
6.2.1 全波段无线电波波发射机实验装置 |
6.2.2 实验结果讨论 |
第七章 总结与展望 |
7.1 论文工作总结 |
7.2 未来工作展望 |
参考文献 |
图目录 |
附录一 缩略语列表 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
(8)光空分复用系统中双向传输及ROADM技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 光纤通信发展历程及面临的挑战 |
1.1.2 空分复用技术的发展 |
1.2 基于PL的双向光纤传输系统研究现状 |
1.3 ROADM研究现状 |
1.4 研究内容及结构安排 |
第二章 光传输交换技术 |
2.1 光纤双向传输技术 |
2.2 光交换技术 |
2.2.1 光交换的原理 |
2.2.2 光交换技术的分类 |
2.3 光交换网络和交换节点 |
2.3.1 光交换网络 |
2.3.2 节点设备OADM功能与结构 |
2.3.3 节点设备OXC的功能和结构 |
2.4 ROADM结构特性及原理分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于PL的双向传输实验研究 |
3.1 双向光纤传输系统设计 |
3.1.1 网络节点设备 |
3.1.2 双向传输系统的结构设计 |
3.2 双向光纤传输系统实验 |
3.2.1 传输模式性能测试 |
3.2.2 误码率测试及讨论 |
3.3 双向带宽可调传输的实现演示 |
3.4 本章小结 |
第四章 多粒度SDM-ROADM实验研究 |
4.1 SDM-ROADM结构和工作原理 |
4.2 SDM-ROADM实验系统及性能分析 |
4.3 多粒度交换和业务疏导演示 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
参考文献 |
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
致谢 |
(9)面向5G移动前传的数字与模拟光纤传输关键技术(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 光纤承载的无线接入网研究背景 |
1.2 光纤前传关键问题及研究现状 |
1.3 本论文的研究内容和创新点 |
1.4 本文的结构安排 |
参考文献 |
第二章 高可靠CPRI数字传输与压缩技术 |
2.1 基于跃变PAM4 调制格式的低误码传输技术 |
2.2 基于椭圆滤波重采样的前传数据压缩 |
2.3 CPRI前传FPGA系统仿真及时延验证 |
2.4 本章小结 |
参考文献 |
第三章 针对e CPRI数字前传的弹性量化精度技术 |
3.1 针对无线信号质量多样性的灵活量化精度技术 |
3.2 负载自适应的链路弹性容量方案 |
3.3 基于无线衰落补偿的量化噪声抑制技术 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 承载MIMO信号的模拟光纤传输技术 |
4.1 基于片段时分复用的模拟前传传输技术 |
4.2 无中频变换的基带MIMO交织时分复用方案 |
4.3 本章小结 |
参考文献 |
第五章 数字与模拟前传集成传输 |
5.1 零点填充技术原理及信号质量分析 |
5.2 实验系统与结果分析 |
5.3 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结和展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 工作展望 |
附录 缩略语 |
致谢 |
攻读博士学位期间已发表的论文 |
攻读博士学位期间申请的发明专利 |
攻读博士学位期间参与的科研项目 |
(10)新型超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题的研究意义 |
1.2 光纤通信的兴起与发展 |
1.3 超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究背景及现状 |
1.4 超高速、超大容量光纤通信系统架构中的关键技术 |
1.5 论文的主要工作和结构安排 |
2 相干光超大容量光纤传输系统架构的研究与实验 |
2.1 引言 |
2.2 相干光超大容量光纤传输系统架构中的关键技术研究 |
2.3 100Tbit/s相干光DFT-S OFDM单模光纤传输系统实验 |
2.4 200Tbit/s相干光DFT-S OFDM少模光纤传输系统实验 |
2.5 560Tbit/s相干光DFT-S OFDM单模7 芯光纤传输系统实验 |
2.6 1Pbit/s相干光DFT-S OFDM单模19 芯光纤传输系统实验 |
2.7 本章小节及主要创新点 |
3 超高速PAM-4调制城域网系统架构的研究与实验 |
3.1 引言 |
3.2 超高速PAM-4调制城域网系统架构中的新型收发技术研究 |
3.3 双二进制编码PAM-4信号单模光纤传输实验 |
3.4 基于神经网络接收算法的PAM-4信号单模光纤传输实验 |
3.5 本章小节及主要创新点 |
4 超大容量相干WDM-PON系统架构的研究与实验 |
4.1 引言 |
4.2 适用于接入网的相干调制解调技术及波分复用架构的研究 |
4.3 基于新型简化相干结构的UDWDM-PON实验 |
4.4 基于经典相干结构的实时UDWDM-PON实验 |
4.5 本章小节及主要创新点 |
5 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
附录2 攻读博士学位期间发表的专利目录 |
附录3 攻读博士学位期间参与项目 |
附录4 论文中英文缩写简表 |
附录5 1Pbit/s系统实验平台及第三方检测报告 |
四、光传输网络性能与前向纠错(论文参考文献)
- [1]基于机器学习的相干光通信系统性能监测与损伤补偿技术研究[D]. 赵岩. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]光纤通信系统中极化码的编解码优化[D]. 邓博优. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]基于信号整形的光纤通信编码调制方法研究[D]. 冉东升. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]基于高阶调制格式的相干光通信系统中非线性均衡技术研究[D]. 刘欣雨. 北京邮电大学, 2021(01)
- [5]高速光通信系统中四维调制技术研究[D]. 翟惠敏. 北京邮电大学, 2021(01)
- [6]单载波高速光通信系统中数字信号处理技术研究[D]. 周洪航. 北京邮电大学, 2021(01)
- [7]光子毫米波/太赫兹波通信理论与关键技术研究[D]. 李依桐. 北京邮电大学, 2021(01)
- [8]光空分复用系统中双向传输及ROADM技术研究[D]. 陈成. 南京邮电大学, 2020(03)
- [9]面向5G移动前传的数字与模拟光纤传输关键技术[D]. 李隆胜. 上海交通大学, 2020(01)
- [10]新型超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究[D]. 罗鸣. 华中科技大学, 2020