基于cma的cd监测补偿算法研究及fpga实现

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题的研究背景近年来，随着人们对网络服务需求的迅速提高，特别是视频和音频信息传输量的爆炸增长，提高光纤主干网和接入网的传输速度成了国内外光传输业内的当务之急[1]。主干光网络由10Gbit/s传输速度向40Gbit/s升级的商业部署已经拉开了序幕，100Gbit/s及以上光传输技术的研究也已展开。甚至部分前沿研究已经着眼于Tbit级速度的光传输系统。随着传输速度的提升，信道畸变给光传输系统带来的性能瓶颈也越来越严重。在光通信中，影响高速光纤传输系统的因素主要有三个：衰减、色散和非线性效应。其中，传输的衰减问题随着掺饵光纤

2、放大器（EDFA）的商用得到很好的解决，在实际工程应用中，光纤的非线性效应对系统的影响也往往被忽略。而随着高速光传输系统传输速度的提升，色散越来越成为制约超高速光通信传输技术发展的瓶颈。如何降低乃至消除色散对光通信传输系统的影响，显得愈发重要。色散是光纤传输系统中光随着光纤传输距离的增大而产生的频宽延展现象。不同频率的光从起点到终点的时间不同，到达终点时，光信号就会出现脉冲展宽而失真，形成码间串扰（ISI）。色散可分为模间色散、色度色散（CD）、偏振模色散（PMD）。色散补偿是有效解决色散现象的最好方法，也是业界采用最普遍的方法。如何利用新的技术缓解CD和

3、PMD给系统性能带来的负面影响，提高光纤传输距离成为下一代光传输系统能否实现的关键因素之一[2]。而VLSI以及DSP技术的发展，为电子色散补偿（EDC）技术的实现奠定了基础。作为降低色散效应的重要方法，色散补偿技术主要分为光学色散补偿和电子色散补偿。其中，光学色散补偿主要是利用各种光学仪器直接对光信号进行畸变校正。光传输系统中电子色散补偿技术（EDC）又称电子失真均衡（EDE），是在接收机端通过探测器把光信号转化成电信号后进行失真均衡[3]。随着VLSI技术的不断发展，相干光传输系统在光通信领域中得到了更为广泛的应用。通过在电域中采用数字滤波器来均衡色散

4、，而不是通过光域的色散补偿光纤或者色散补偿模块进行补偿，相干光传1万方数据华中科技大学硕士学位论文输系统可直接在电子设备上实现，适用于长距离高速高频谱利用率的光网络中。作为应用于相干光传输系统中的重要的电子色散补偿技术，CD监测补偿技术具有精度高、灵活性好、易于实现等突出优点。本文通过对基于CMA的CD监测补偿算法的FPGA实现进行研究，从硬件开销和补偿效果两方面，对基于CMA的CD监测补偿算法的硬件实现的可行性和有效性进行评估，能很好地指导和推动整个电子色散补偿算法的硬件实现，为超高速光通信传输系统寻求高效高精度低成本硬件实现途径，对于电子色散补偿技术在

5、单通道Tbit级长距离光传输系统中高精度高实时性的实现具有重大意义，为加快我国的下一代光网络的建设提供坚实的实验基础。1.1国内外研究现状电子色散补偿（EDC）技术的研究成为当前国内外光纤通信领域研究的前沿课题，得益于数字信号处理（DSP）技术的推陈出新和超大规模集成电路（VLSI）技术的突破。近年来由于微纳电子技术飞速发展，DSP技术取得了突破性成果，结合DSP技术的新一代电子色散补偿技术在性能上也得到飞跃式的提高[4]。电子色散补偿技术在光纤通信领域是一种非常重要的技术，特别是在数字信号处理方面起着非常关键的作用。作为一种新一代光纤通信技术，国内外政府

6、都大力扶持对该技术的研究。在国外，光互联网论坛（OIF）与国际电信联盟（ITU）共同建立了基于SONET超长距离应用的新标准G.959.1。几乎于此同时，IEEE提出基于10Gb/s短距离以太网的EDC新标准802.3aq，也就是为大家熟知的10Gb/s-BASE-LRM。随后，40Gb/s到100Gb/s的标准及规范也逐渐成熟。随着40Gb/s光纤通信系统已大量投入商用，一些大型企业已提出相关的产品及解决方案，IEEE推出针对100Gb/s以太网领域的802.3ba和802.3bg标准。ITU-T也开发了100Gb/s传输网方面的新标准G.709及G.9

7、59.1。OIF则对前向纠错（FEC)、光电接口、发射机、相干接收机等进行深入的研究和探讨[5]。此后，自2009年开始，100Gb/s的偏振复用相干检测实验系统逐渐问世[6-8]。Bell、NEC等国内外知名企业已做出了100Gb/s系统的样机。2万方数据华中科技大学硕士学位论文国内的科研工作者也不断对高速光纤通信的更长传输距离、更高传输速率发展而做出努力。早在2009年，华为公司做了传输距离为1000km、传输速度为100Gb/s的实际链路试验，并对100Gb/s光纤传输系统投入了大量的研发资金和极大的科研力量。目前，国内已启动100Gb/s传输系统网

8、试项目，争取到2015年开始进行大规模的商用。早期的相干检测技术利