光纤通信PDM及MGDM系统中解复用算法的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文光纤通信PDM及MGDM系统中解复用算法的研究论文作者：刘蓓蕾学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：通信与信息系统指导教师：刘剑飞职称：教授资助基金项目：天津市自然科学基金（15JCYBJC17000）、河北省自然科学基金青年项目（F2015202331）、河北省高层次人才资助项目（C2013001048）ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofCommunicationandInformationSystemResearcho

2、nDe-multiplexingAlgorithmsforPDMandMGDMSystemsbyLiuBeileiSupervisor:Prof.LiuJianfeiMarch2016ThisworksupportedbyNaturalScienceFoundationofTianjin,No.15JCYBJC17000,theScienceFoundationfortheYouthofHebeiProvince,No.F2015202331andtheHigh-levelTalentsProgramofHebeiProvince,No.C2013001048.摘要偏振复

3、用（PDM）技术将单模光纤传输波长的两个独立正交的偏振态作为独立信道分别传输两路信号，而模式群分集复用（MGDM）技术以多模光纤中不同模式群作为独立信道传输不同用户信息。这两种技术都大幅度提升了光纤通信系统容量和频谱利用率，可快速、低成本的升级已铺设完成的光纤网络。然而PDM系统传输的两个偏振态因受到偏振模色散、偏振相关损耗等因素的影响而发生变化产生串扰。类似地，MGDM系统模间色散的存在使各模式群信道间发生串扰。串扰的产生导致了接收到的各路信号为源信号的加权叠加，降低了系统传输性能。因此在接收端采用数字处理方法消除串扰以实现解复用成为研究热点。本文针对PDM系统的解复用

4、算法进行了研究，同时对MGDM系统的解复用算法也进行了初步探讨。首先，介绍了本文主要采用的解复用算法的基础—独立成分分析（ICA）算法，在说明了用于实信号分离的FastICA算法原理后，利用MATLAB仿真时域波形图验证了FastICA分离实信号的有效性。其次，对CO-PDM系统复信号经单模光纤传输、偏振分集相干接收机后的特点进行了分析，提出了用两次实FastICA算法解决偏振复信号串扰问题的方法，对该算法与复数ICA中的复数非高斯性最大化（CMN）算法作计算复杂度对比，证明了该算法可明显降低复杂度；再利用MATLAB在无噪和噪声环境下的理论仿真结果验证了其解复用的有效性

5、，并通过MATLAB和VPI联合仿真星座图和误码率曲线进一步得到该算法可有效分离偏振复信号的结论。再次，将混沌粒子群优化（CPSO）算法与ICA结合以分离偏振复信号，在无噪和噪声环境下的信号星座图、联合仿真粒子状态图和迭代曲线图说明CPSO-ICA可分离复信号、收敛性能较好；再将CPSO-ICA与两次实FastICA的解复用性能通过误码率对比得到：在x方向上，两次实FastICA算法的解复用性能优于CPSO-ICA算法，而对y方向信号而言，CPSO-ICA算法的解复用性能要更加优于两次实FastICA算法的结论。最后，对MGDM技术进行了介绍，并将FastICA应用到3×

6、3NRZ-OOK-MGDM系统解复用中，通过对MATLAB理论仿真波形图分析得到FastICA可对三路复用后发生串扰的信号实现解复用分离的结论。关键字：光纤通信偏振复用模式群分集复用解复用独立成分分析IIIABSTRACTPolarizationdivisionmultiplexing(PDM)techniqueaimsatcreatingtwoindependentcommunicationchannelsoverthetransmissionwavelengthinthesinglemodefiberbyusingtheindependentandmutuallyor

7、thogonalstatesofpolarization,andthemodegroupdiversitymultiplexing(MGDM)techniquecanusedifferentmodegroupsinthemultimodefiberasdifferentandindependenttransmissionchannels.BothPDMandMGDMtechnologiescannotonlyincreasethecapacityofopticalfibercommunicationsystemandspect