基于无约束频域均衡的模分复用系统解复用技术研究

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1、———————————————————————————————基于无约束频域均衡的模分复用系统解复用技术研究———————————————————————————————ResearchonDemultiplexingTechnologyBasedonUnconstrainedFrequencyDomainEqualizationinModeDivisionMultiplexingSystem作者姓名：黄成斌专业名称：信号与信息处理指导教师：胡贵军教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年6月2日摘要基于无约束频域均衡的模分复用系统解复用技术研

2、究摘要在当今社会，互联网与各传统行业深度融合，信息化技术几乎渗透到了社会每个角落，人们对网络带宽的需求量呈爆炸性增长。而与此同时，由于传统的单模光纤通信系统容量趋近香农极限，作为数据传输主要媒介之一的光纤通信网络面临着前所未有的挑战。为了应对单模光纤的容量极限问题，在时间、波长、偏振态、频率等自由度得到应用的情况下，模式这一自由度受到了人们的广泛关注。基于少模光纤的模分复用技术利用相互正交的模式传输信号，极大地提升了单根光纤的系统容量。然而，在实际的模分复用系统中，差分模式群时延和模式耦合等损伤严重影响了信号的传输质量。因此，有效补偿模分复用系

3、统中的损伤，提高信号传输质量是亟待解决的问题。本文深入研究了模分复用系统中损伤的作用机理，搭建出了模分复用仿真系统，提出了复杂度较低的无约束频域最小均方算法，在此基础上，提出了改进的变步长无约束频域最小均方算法，并利用这两种算法对系统中存在的损伤进行补偿，最终实现了高效的模式解复用。本文的主要工作安排如下：首先，以麦克斯韦方程组理论为基础，对少模光纤中所支持模式的模式理论进行了详细的分析，给出了少模光纤中支持的一些低阶模式的光场分布情况，并对少模光纤中模式之间的正交性进行了验证。其次，深入探究了模分复用系统中差分模式群时延和模式耦合等损伤对信号

4、产生的影响，根据系统损伤特性构造出了模分复用系统的传输模型，并基于此搭建出了一个完整的6×6模分复用仿真系统。再次，针对传统频域最小均方算法计算复杂度高的问题，提出了基于无约束频域最小均方算法的模式解复用方法，并利用搭建的6×6模分复用仿真系统验证所提出算法的解复用性能。仿真结果表明：无约束频域最小均方算法解复用效果与传统有约束频域最小均方算法相当，但其计算复杂度远低于传统频域最小均方算法。然后，针对传统算法收敛速度慢的问题，对提出了变步长无约束频域最小均方算法。该算法通过消除信号的后向误差而得到数据块每个频率柜的最优步长值，达到快速收敛的目的

5、。同时，本文从理论上验证了该算法的收敛性，通过仿真系统证明了该算法在收敛速度方面的巨大优势。仿真结果表明：相对于传统有约束频域最小均方算法，在80km的传输链路中，该算法在收敛速度方面提升了45.1%；I吉林大学硕士学位论文而随着传输距离的提高，该算法在收敛速度上的优势更加明显。最后，对全文所有内容进行了全面而又深入的总结，同时指出了模分复用系统中需要进一步解决的问题，并对后续需要开展的工作进行了展望。关键词：光纤通信，模分复用系统，少模光纤，模式解复用算法，数字信号处理IIABSTRACTResearchonDemultiplexingTec

6、hnologyBasedonUnconstrainedFrequencyDomainEqualizationinModeDivisionMultiplexingSystemABSTRACTAtpresent,theInternetandtraditionalindustriesaredeeplyintegrated.Asaresult,Informationtechnologyhaspenetratedalmosteverycornerofthesocietyandthedemandfornetworkbandwidthhasincreased

7、explosively.Atthesametime,sincethecapacityofthetraditionalsingle-modeopticalfibercommunicationsystemapproachestheShannonlimit,oneofthemainmediaofdatatransmission-theopticalfibercommunicationnetworkfacesunprecedentedchallenges.Inordertodealwiththecapacitylimitofthesinglemodef

8、iber,expertsandscholarshaveputintotheresearchofthecapacityexpandingtechnolo