100G偏振复用正交调制光纤通信系统设计与实现-毕业论文
100G系统中PM-QPSK光解调器的研究
100G系统中PM-QPSK光解调器的研究摘要：PM-QPSK技术具有高的频谱效率，将传输符号的波特率降低为二进制调制的四分之一,并能使光信噪比极大改善，可以用强大的DSP来处理极化模复用信号。
文章分析了PM-QPSK 技术调制和解调的基本原理，对100G系统中接收机前端解调器光解调器进行详细分析。
关键词：偏振复用正交相移键控；解调器；平面光波导回路引言PM-QPSK(Polarization-multiplexed Quadrature Phase Shift Keying,偏振复用正交相移键控)的信号在接收侧采用相干检测技术可以实现高性能的信号解调，和直接解调、差分解调方式相比，相干检测所使用的本地激光器的功率要远大于输入光信号的光功率，所以光信噪比可以极大地改善[1]。
特别是相干检测技术充分利用强大的DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)技术来处理极化模复用信号，可以通过后续的数字信号处理补偿并进行信号重构，可以还原被传输的信号的特性（极化模、幅度、相位），大幅度消除光纤带来的传输损伤，如PMD（Polarization Mode Dispersion，偏振模色散）容忍度达30ps,无需线路色散补偿就可以容忍几万ps/nm,相比与其他的100G传输方案，如非相干PM-DQPSK或OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)，PM-QPSK结合相干检测提供了最优化的解决方案,这被大多数的系统供应商选择为100G传输方案。
PM-QPSK调制原理四进制移相键控(QPSK)是一种多元(4元)数字频带调制方式，其信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，第n个时隙的QPSK信号可以表达为： (1)其中，A是信号的振幅，为常数；θn为受调制的相位，其取值有四种可能，具体值由该时隙所传的符号值决定；fc是载波频率；Ts为四进制符号间隔。
100Gbps光纤传输技术和系统试验最新进展
摘要：随着100Gbps光纤传输系统商用部署的启动，超100Gbps光纤传输技术逐渐成为了光通信领域新的研究热点。
简要分析超100Gbps光纤传输所涉及的关键技术，并介绍目前较有代表性的超100Gbps系统试验成果。
英文摘要:关键词: 超100Gbps光纤传输，光正交频分复用，正交幅度调制英文关键词：Beyond 100Gbps，OFDM，QAM概述随着固定接入宽带用户的持续普及和未来LTE移动网络的部署以及各种宽带应用的大量涌现，骨干传送网带宽需求将持续快速增长。
据光互连论坛（OIF）公布的数据，商用网络运营商长期年均流量增长将超过50%，即不到2年流量就翻一倍；而来自中国电信的数据是每年传输容量增加接近100%，5年带宽增长10-20倍。
在带宽需求不断快速增长的驱动下，N×100Gbps DWDM开始走向规模商用，同时下一代DWDM技术即单信道超100Gbps技术的研究已经启动。
所谓“超100Gbps DWDM系统”一般指单波长信道速率400Gbps或1Tbps、而频谱效率大于目前主流的N×100Gbps DWDM的2bit/s/Hz的大容量波分复用系统。
超100Gbps系统单信道和客户侧接口速率主要有2种：100Gbps或1Tbps，按IP界速率演进规律1Tbps是一种选择，但综合技术实现难度等，400Gbps也是另外一种可能的选择。
近2、3年国际领先的研究机构和知名的光通讯设备商在超100Gbps技术上都积极开展了较为深入的研究，完成了若干对未来超100Gbps技术走向有影响力的系统试验。
本文将简要分析超100Gbps光纤传输系统所涉及的关键技术，并介绍具有代表性的超100Gbps系统试验成果。
超100Gbps系统关键技术分析偏振复用正交相位调制（PDM-QPSK）、相干光接收、电均衡补偿是目前业界共识的100Gbps系统实现方式，也应是未来超100Gbps系统的技术基础。
100G DWDM系统关键技术及实现原理
100G DWDM系统关键技术及实现原理刘志宁张华锋重庆市电信规划设计院，400041liu_zhining@；zhanghuafeng@摘要：通信网络中高速率业务的不断发展，对现有的网络的传输带宽提出了更高、更迫切的需求。
从目前主流的10/40Gbps光传输技术向100Gb/s演进成为光传输技术的发展趋势。
本文简述了100G DWDM系统关键技术的基本原理，分析了100G系统的技术特点及优点并详细介绍了100Gb/s线路侧光模块基本实现原理。
关键字：100G DWDM PM-QPSK 相干接收 DSP算法1 背景介绍通信网络中高速率业务的不断发展，对现有的城域网络及省际、国际骨干通信网络的传输带宽提出了更高、更迫切的要求。
从目前主流的10/40Gbps光传输技术向100Gb/s演进成为光传输技术的发展趋势。
近年来大量研究表明，相位调制及相干接收时最具前景的100G 光传输方式，其中，采用相干接收技术的PM-QPSK传输系统最被业界认可，信道中的各种损伤，如色散，PMD，载波的频率和相位偏移等，都可以通过PM-QPSK系统接收机利用数字信号处理（DSP）技术在电域中进行灵活的补偿并进行信号重构。
因此，PM-QPSK结合相干检测提供了最优化的解决方案,这被大多数的系统供应商选择为100G传输方案。
2 100G系统关键技术2.1 偏振复用正交相移键控（PM-QPSK）正交相移键控（QPSK）是一种多元（4元）数字频带调制方式，其信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号。
PM-QPSK将单个100G信号分成2个具有不同偏振状态的50G载波信号，然后对每个载波做QPSK调制。
因此，该方式能将通道波特速率降到一半，同时，由于每个偏振态可以使用4个相位来表示bit信息，有可以实现通道波特速率降到一半，因此，经过PM-QPSK编码后，波特率可以降至bit率的四分之一。
下图为PM-QPSK编码方式示意图：图1 PM-QPSK编码示意图2.2 SD-FECFEC技术被广泛的应用于光通信系统，不同的FEC能获得不同的系统性能，根据接收信号处理方式的不同，FEC可分为硬判决码和软判决码。
100GOTN系统关键技术及常见故障
100GOTN系统关键技术及常见故障作者：孙茂河来源：《中国新通信》 2018年第12期【摘要】传送网作为各种业务网的承载网，为适应业务需求，100G OTN 成了目前传送网的主流技术，本篇就100Gbit/s OTN 关键技术及维护中常见故障及处理逐一阐述。
【关键词】 PM-QPSK 调制相干接收 SD-FEC近年来，随着云计算、物联网、互联网宽带等迅速发展，100Gbit/s 市场需求随之产生，掌握100G OTN 技术特点尤为重要。
一、100Gbit/s OTN 关键技术1、PM-QPSK 调制。
在100Gbit/s OTN 系统中，发射机采用PM-QPSK（偏振复用- 正交相移键控）调制方式。
PM-QPSK 光调制方式是OIF 推荐的100G 长距离光传输调制方式。
OTU4 速率分成4 路，即28G-32G 波特率，每两路做一个（差分）正交相位调制（QPSK），两个QPSK 光输出信号按偏振态正交复用，形成100G PM-QPSK 光信号。
2、相干接收。
在100G OTN 系统中接收机采用相干接收。
在接收端选用与发送端激光器相同中心波长的激光器（同频），通过同步电路处理，使接收端的相位保持与发送端相同（同相），从而形成相干条件，可以方便的还原出经过“相位调制”的信号。
采用相干接收的好处是可提供更高的OSNR 灵敏度，提高传输距离。
3、数字信号处理（DSP）技术。
DSP 技术是对经过相关接收的4 路模拟电信号，经过模拟数字转换器采样成数字信号，（X、Y 轴数字信号）在频域通过2 个有限脉冲响应滤波器实现大范围的色散补偿，然后再在时域通过4 个有限脉冲响应滤波器完成信号的偏振恢复、偏振解复用和PMD 补偿，以此完成光场上CD 和PMD 损伤补偿。
4、SD-FEC。
前向纠错FEC 是光传输技术中降低OSNR要求的重要技术，在100G OTN 系统中引入了基于软判决（SD）的第三代FEC 编码技术。
100G波分复用传输的关键技术4页word文档
100G波分复用传输的关键技术WDM远距离传输技术产生以来，始终向着大容量、更远距、更低比特传输成本的方向发展。
与单波10G速率向40G速率发展相比，单波40G速率演进到100G速率面临着更为严格的限制因素，需要更先进的编码技术和接收技术。
而且从保护投资、降低网络建设成本和运维成本角度考虑，100G传输技术也有可平滑升级的需求。
本文将从编码技术、新型接收技术和FEC技术三个方面，介绍近期100G线路传输解决方案的最新进展。
2100G系统中的关键技术2.1 编码技术从10G速率超长距离传输开始，编码技术始终是WDM的研究重点。
随着比特率的增大和传输距离的延长，WDM的长距传输受限于4项物理条件：光信噪比、色度色散、非线性效应、偏振模色散。
这些均与传输的波特率相关。
如：如果码型不变当波特率从10G提高到40G，OSNR的要求将提升6dB，色散容限将降低到前者的1/16，PMD容限将降低到前者的1/4，光纤非线性危害程度也随之增加。
为了提升线路，速率通常采用新型的编码技术避免以上这些物理效应的危害以上述关系增加，通常采用新型的编码技术，主要措施包括相位调制格式、多进制调制、RZ技术。
因为QPSK在40G系统中应用较为广泛，所以成为100G调制方式的首选。
但是100G直接采用QPSK调制，其信号谱宽会超出50GHz，无法实现50GHz的波道间隔，所以采用偏振复用方案，PDM-QPSK采用恒定幅度四级相位调制和正交偏振复用相结合得方式将传输符号的波特率降低为二进制调制的四分之一，即100G传输中，采用PDM QPSK技术之后，实际线路上的波特率仍然是25G速率，这样就实现了50Hz的波道间隔。
2.2 相干接收和DSP技术采用PDM-QPSK的调制方式虽然降低了100G传输中光信号的波特率，因而降低传输码型的谱宽，实现了50GHZ波道间隔，但是由于在两个偏振上分别独立加载了业务信息，业务信息在在光纤传输过程中，不同偏振上的光信号会互相耦合，并在光纤PMD效应作用下产生误码。
基于100G DWDM系统的光网络保护方式探讨
基于100G DWDM系统的光网络保护方式探讨作者：何琴来源：《中国新通信》2017年第08期【摘要】本文对100G波分系统的新技术进行技术分析，通过对OMSP保护和OLP保护两种保护机制的对比，对100G DWDM网络中保护方案的设计提出了建议。
【关键字】 100G 光通道保护光线路保护一、前言波分复用传输技术自产生以来，一直向着超大容量、超远距离、超低成本的方向发展，现有的10G、40G波分技术并不能满足日益增长的网络带宽需求，而从逐渐稀缺的线路资源和运行维护成本等方面来考虑，长途传输网络对100G DWDM的需求日益迫切。
二、100GDWDM传输网络技术分析100GDWDM系统有其独特的优越性，该系统应用全新的技术——偏振复用多相位调制、相干检测、软判决FEC、数字信号处理等。
100G传输通过在发送端采用PDMQPSK （Polarization Division Multiplexed Quadrature Phase Shift Keying，偏振复用正交相位调制）技术，利用恒定幅度四级相位调制和正交偏振复用相结合的方式，降低100G传输中光信号的波特率和传输码型的谱宽，实现了50HZ的波道间隔，100GDWDM在接收端采用相干检测及DSP（Digital Signal Process，数字信号处理）技术消除色散和PMD导致的眼图畸变和码间干扰，重新恢复码元信息。
与10G、40G系统相比，这些技术的采用使得100G成为色散与PMD 不受限的系统，大大增强了100G对线路传输的适应能力。
三、OMSP与OLP保护原理分析下面将从实际应用中DWDM光层面保护最常用的两种保护手段，即光复用段保护（OMSP）和光线路保护（OLP）中来探讨不同的保护机制和效果。
1、OMSP保护分析。
OMSP称为光复用段保护，是提供不同路由的光纤和光放大器对DWDM的光复用段层进行1+1或1：1保护。
以省网四期烽火OMSP盘为例，该设备单元一般有6个光口：IN、OUT、P.RX、P.TX、W.RX、W.TX；其中 IN/OUT口连接合波器与分波器；P.RX/P.TX口连接主用光放大器；W.RX/W.TX连接备用放大器；其光路上的功能包括：（1）IN进入的光由P.TX、W.TX均分输出；（2） P.RX、W.RX输入的光选择其中一个路由从OUT输出。
相干光正交频分复用光纤通信系统的设计与研究-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要随着近几年的信息技术发展，对大容量信息的要求日益增加，有限的频带资源需要高频谱效率的通信系统。
尽管波分复用满足了大容量的传输要求，但固定的频率栅格造成了频带资源的浪费。
为了提高频谱利用率，相干光正交频分复用技术开始研究，它是一种结合了正交频分复用和相干光检测的技术，在保证了高频谱利用率，强抗干扰能力的同时又提升了系统的灵活度，大大增加了中继距离。
本文主要对相干光正交频分复用的原理和关键技术作了阐述，并研究了光纤信道对其传输性能的影响。
主要内容包括理论和仿真两个方面。
首先，理论上研究了基于正交频分复用的传输系统，从逆快速傅里叶变换/快速傅里叶变换，循环前缀切入，分析了它的高频谱利用率和高效的算法。
其次，利用商用OptiSystem软件仿真了CO-OFDM背靠背及传输系统，分析了光纤链路对CO-OFDM系统性能的影响。
关键词：相干光检测，正交频分复用，色散作者：仇佳指导老师：高明义Design and research of coherent optical orthogonal frequency division multiplexing optical communication systemAbstractWith the development of information technology in recent years, the demand for large-capacity information is increasing. The limited frequency band resources require a highly spectrum-efficient communication system. Although wavelength division multiplexing meets large-capacity transmission requirements, fixed frequency grids cause waste of frequency band resources. In order to improve the spectrum utilization, coherent optical orthogonal frequency division multiplexing technology has begun to be studied. It is a technology that combines orthogonal frequency division multiplexing and coherent optical detection to ensure high spectrum utilization and strong anti-interference ability. At the same time, the flexibility of the system is increased, and the relay distance is greatly increased. This paper mainly describes the principle and key technologies of coherent optical orthogonal frequency division multiplexing, and studies the influence of fiber channel on its transmission performance. The main content includes both theoretical and simulation aspects. First of all, the transmission system based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing is theoretically studied. From the Inverse Fast Fourier Transform/Fast Fourier Transform, cyclic prefix cut-in, its high spectral efficiency and efficient algorithm are analyzed.Secondly, using commercial OptiSystem software to simulate the CO-OFDM back-to-back and transmission system, the influence of the optical fiber link on the performance of the CO-OFDM system is analyzed.Keywords: Coherent light detection, Orthogonal frequency division multiplexing, DispersionWritten by QiuJiaSupervised by Gao Mingyi第一章绪论1.1 引言我们生活在一个信息时代中，随着社会对于信息传递的要求日益增长，通信系统的结构也在日渐复杂和多元化。
正交频分复用光通信实验系统设计与实现
正交频分复用光通信实验系统设计与实现
陈彪;高爽;顾典
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2014(033)009
【摘要】设计了基于直接检测的正交频分复用(DD-OFDM)光通信实验系统,能够反映出OFDM光通信系统的主要特征,且离实用距离较近.DD-OFDM光通信系统包括OFDM信号的构造、OFDM信号的析构以及光纤传输3个部分功能,在实验中分别由任意信号发送器、数字系列分析仪以及自行搭建的光纤传输链路实现,实现了10 Gbit/s二进制序列经16QAM映射、64载波传输、在25 km单模光纤中的可靠传输.给出星座图和不同接收光功率条件下系统的误码性能的实验结果.为OFDM高速光通信的教学与科研提供实验平台和实验样板.
【总页数】3页(P61-63)
【作者】陈彪;高爽;顾典
【作者单位】浙江大学光电工程学系,浙江杭州310058;浙江大学光电工程学系,浙江杭州310058;浙江大学光电工程学系,浙江杭州310058
【正文语种】中文
【中图分类】TN913.6
【相关文献】
1.级联 RS 码的自由空间光通信正交频分复用系统性能分析 [J], 赵黎;佘彬华
2.基于翻转正交频分复用的光通信LED失真抑制 [J], 石晓娟
3.弱湍流下逆向调制光通信直流偏置光正交频分复用系统性能分析 [J], 唐芳;徐智勇;汪井源;赵继勇;李建华
4.M分布星地激光通信链路相干正交频分复用系统误码性能研究 [J], 王怡;王亚萍
5.可见光通信中正交频分复用调制技术 [J], 徐宪莹;岳殿武
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正交幅度调制通信系统仿真设计—毕业设计论文
正交幅度调制通信系统仿真设计—毕业设计论文正交幅度调制QAM通信系统1 课程设计的任务(1)通过本次课程设计，理解16QAM调制原理，并仿真出16QAM调制波形以及星座图。
(2)对16QAM调制信号解调还原，并掌握16QAM解调原理。
(3)对16QAM与16PSK性能进行分析比较。
2 QAM调制研究背景及应用领域2.1 QAM调制研究背景正交振幅调制具有高频谱利用率、高功率谱密度、带宽利用率高等优点。
在现在通信中提高频谱利用率一直是人们关注的焦点。
近些年来，随着通信业务的需求的不断增长，寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目的之一。
正交振幅调制就是一种频谱利用率很高的调制方式。
随着微蜂窝和微微蜂窝系统的出现，使得信道传输特性发生很大的变化，接收机和发射机之间通常具有很强的支达分量，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率很高的WAM已引起人们的注意，许多学者已对16QAM及其它变形的QAM在PCN中的应用进行了深入的研究。
QAM是幅度、相位联合调制技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图可以容纳更多的星座点，即实现更高的频带利用率，目前QAM星座点最高已可达256QAM。
12.2 QAM调制应用领域正交振幅调制在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到广泛应用。
在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大的变化。
过去在传统的蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起了人们的注意。
QAM数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB网关视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可以根据需求选择中频输出。
它以其灵活地配置和优越的性能指标，广泛地应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。
正交频分复用(OFDM)的研究与仿真毕业设计
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正交频分复用(OFDM)，实际上是多载波调制(MCM)的一种。其主要思想是： 将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制 到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开， 这样可以减少子信道之间的相互干扰( ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道 的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落信道，从而可以消除符号间干 扰。论文首先介绍了无线通信的发展历程和 OFDM 的研究状况，接着讲述了 OFDM 和 QAM 的基本原理，最后通过对 OFDM 和 QAM 系统的输入输出信号波形及频谱比 较分析得出结论。结论表明，多载波 OFDM 技术的传输性能优于单载波 QAM 技术。
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Keywords：OFDM；MCM；basic principle of OFDM and QAM；the analysis of waveform and spread spectrum
目录 11 无线通信的发展历史与现状……………………………………5 1.2 无线信道的传播特性 ……………………………………………6 1.2.1 快衰落 ……………………………………………………………6 1.2.2 慢衰落 …………………………………………………………7 1.3 OFDM 研究现状及前景 …………………………………………7 2. OFDM 系统的基本原理……………………………………………8 2.1 OFDM 基本原理 ……………………………………………………8 2.1.1 OFDM 信号的产生………………………………………………8 2.1.2 用 FFT 实现 OFDM ……………………………………………9 2.2 OFDM 优缺点 ……………………………………………………10 2.2.1 OFDM 优点………………………………………………………10 2.2.2 OFDM 缺点………………………………………………………10 3.QAM 系统基本原理 ………………………………………………11 3.1 QAM 调制原理 …………………………………………………11 3.2 QAM 解调原理 …………………………………………………11 4. OFDM 的多载波调制技术性能研究 ………………………12 4.1 文本文档 ………………………………………………………12 4.1.1 文本文档信号波形 …………………………………………12 4.1.2 文本文档信号频谱分析 ……………………………………14 4.2 音频文档 ………………………………………………………15
最新对100g波分复用传输系统关键技术运用的探讨
对100g波分复用传输系统关键技术运用的探讨对100G波分复用传输系统关键技术运用的探讨对100G波分复用传输系统关键技术运用的探讨摘要：本文主要是对目前国内100G波分传输系统的迫切需求以及针对100G波分复用传输系统的运用面临的问题进行分析，结合自己的实践工作经验，对100G波分传输系统相关关键技术的运用进行分析与探讨。
关键词：100G；传输系统；关键技术中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：引言当前宽带需求快速发展，各运营商光纤宽带竞争加剧，随着宽带业务的持续发展，承载网骨干层面临着越来越大的带宽压力。
同时，路由器100GE端口需求开始出现，10G/40G传送承载网已经不能满足超宽带和100GE端口的需求，在骨干层实现100G传输将已经是网络建设的主流。
1．当前传输系统的迫切需求(1)传输距离：长途骨干网要求传输距离至少达1000~1500km，包含6个ROADM（可重构型光分插复用设备）；城域网要求包含20个ROADM；(2)传输容量：通道间隔为50GHz，与现有10G波分系统相同；(3)应用场景：可在现有光纤通信系统上进行升级，无需更换新型光纤或光放大器；(4)成本：100G波分系统相比10G在成本/速率/距离上应有优势；(5)功耗：100G波分系统相比10G在功耗/速率以及设备集成度上应有优势。
2．影响100G传输发展凸显因素2.1系统OSNR光信噪比是在光有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值。
波分传输系统采用光放大器来克服光纤损耗，延长无电中继传输距离，光放大器在对光信号进行功率放大的同时也引入了噪声信号，另外，在波特率提升时，光接收机的带宽也需要随之而线性增加，而更宽的接收机带宽将使得更高功率的噪声进入接收机的判决电路，从而会造成误码率的增加，这样就必须要求OSNR容限提升。
2.2色散容限光纤中光信号传输，其脉冲的前沿和后沿存在红移和蓝移，导致脉冲前后沿的传输速度不一样，从而导致经过长距离传输后信号展宽直至无法判决甚至无法恢复，致使相邻光脉冲之间的码间干扰，从而产生误码。
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---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---Abstract (2)前言 (3)摘要随着近年来流量业务的高速增长，现有的光传输网络已不能满足需求，单信道100 Gb/s及以上速率超高速长距离光传输系统是目前研究的热点。
相比传统二进制启闭键控（OOK）调制技术，偏振复用正交调制（PDM-QPSK）技术可以提高四倍的传输速率。
本文主要研究了单信道PDM-QPSK技术，并结合数字信号处理（DSP）的补偿技术提高性能，利用Optisystem软件搭建了完整的相干光纤通信系统模型，最终实现数据在光纤链路上以100 Gb/s 速率的可靠传输。
本文首先介绍偏振复用和正交相移键控调制的基本原理，之后探讨了链路中不同损伤与串扰的成因，提出相应的数字信号理算法，即有限脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计、恒模算法（CMA）、共轭M次方算法和M次方算法，以补偿链路损伤。
最后利用Optisystem软件搭建模型并进行仿真，着重分析了算法中重要参数的影响。
关键词：偏振复用；正交相移键控；相干光通信；数字信号处理算法作者：王婉指导教师：高明义AbstractWith the rapid growth of traffic services in recent years, the optical transmission networks which are existing can no longer-distance optical transmission systems with speeds of 100 Gb/s and above are currently hot topics. Compared with the traditional On-Off Keying(OOK) Modulation technology, the Polarization Multiplexing Quadrature phase modulation (PDM-QPSK) technology is four times faster than it, and it has strong anti-interference performance, so it is suitable for long-distance transmission. In this paper, the single-channel PDM technology is studied, and the performance is improved by combining digital signal processing (DSP) compensation techniques. A complete model of coherent fiber-optic communiation system was bulit by using Optisystem software, and finally the data was reliably transmitted at a rate of 100 Gb/s on the optical fiber link. The article first introduces the basic principles of polarization multiplexing and quadrature phase shift keying modulation. Afterwards, the principles of different algorithms in DSP is discussed, namely the design of finite impulse response (FIR) digiatal filters, costant modulus algorithm (CMA), and conjugated M power algorithm, which are used to compensate fot different damages and crosstalk in the link. Finally by using Optisystem software, we built a coherent fiber-optic communication system and go through some simulations, focusing on analyzing the effects of important parameters of different algorithms.Keywrods: Polarization Multiplexing; Quadrature Phase Shift Keying Modulation; Digital Signal Processing; Coherent Optical Communication前言由于光纤潜在的超大容量和光纤器件性能的持续提高，国内外学者一直致力于实现高速高性能低成本的光纤系统，实现过程中运用到了多种光纤通信技术，例如光时分复用（OTDM）、波分复用（WDM）、偏振复用（PDM）等多路复用技术，以及其中偏振复用技术存在于各个复用的基础上，并与先进的码元调制技术相结合，便能在单波上成倍增长传输容量。
其中将偏振复用与正交相移键控调制相结合的技术，因其频带利用率高、抗干扰性强，成为了主流技术之一。
近几年，国内已有学者实现了在1200km的光纤下成功传输速率高达614 Gb/s的PDM-QPSK信号传输，国外也有学者结合波分复用实现1Tb/s 以上超大容量的传输。
与此同时，随着数字信号处理技术的发展，使相干检测也再次成为了研究的热点。
本课题主要研究通过PDM-QPSK技术实现数据以100 Gb/s速率传输的相干光通信系统。
利用Optisystem软件进行光纤系统的框架搭建，主要有发送、传输、接收和数字信号处理模块。
本文研究重点便是DSP内部具体算法的选择与设计，并通过Matlab编程实现。
尽管目前100 Gb/s传输已经商用化，但本课题的研究为更高速率的传输提供了理论基础，依然是十分有意义的。
全文共分为五章，第一章绪论部分，更加具体地介绍了PDM-QPSK技术的研究背景和现状，并说明了本文所作的工作；第二章是阐述了偏振复用技术和正交相移键控技术的原理，结合具体框图介绍了信号的形成过程；第三章在相干接收的基础上，根据信号在链路传输过程中经历的不同损伤选择了不同的DSP算法，并对算法原理进行了详细介绍；第四章先简要介绍Optisystem软件，然后通过该软件构建由五大模块构成的光纤系统模型，依次介绍各模块的内部框图，通过不断仿真对参数进行优化，利用图标分析不同参数下信号的性能，最终确定最优参数，实现可靠传输；第五章是对光通信目前发展的总结和对未来的展望。
第一章绪论1.1研究背景近几年来，全球4k高清视频，云计算，物联网，网络游戏等服务不断涌现，全球IP 流量将以复合增长，未来五年的年增长率将达到21％，这就对通信的容量提出了很高的要求。
光频比电信系统所用的频段要高好几个数量级，尤其在激光器和低损耗光纤问世后，使光纤的大容量通信成为了可能。
为适应不断增长的带宽需求，我们需要不断寻找能扩大光纤链路信息承载容量的新技术。
这些技术包括波分复用、模分复用、偏振复用和空分复用等，它们把许多独立信息通道集中在一根光纤中。
其中偏振复用技术因其利用光在单模光纤中传输时的偏振特性，在不需要增加额外的带宽资源的情况下能够成倍提高单信道容量和传输速率，一直以来都是研究的热点。
该技术是在原有光纤通信系统基础上进行升级实现高速，因此避免了网络的重复建设。
除此以外，不同的码元调制技术对系统性能也能造成影响，常见的与偏振复用技术结合码元调制技术的有16QAM、DPSK、8PSK、QPSK 等，本论文主要研究QPSK技术。
已知单信道的传输速率已从90 年代的2.5 Gb/s提高到目前商用的40 Gb/s，甚至100 Gb/s、400 Gb/s。
单信道传输速率的不断提高，一些光纤损耗、串扰、色散等因素的影响也逐渐显露。
它们使光信号发生畸变，降低系统性能。
基于数字信号处理技术的相干光通信可在电域对信号进行各种损伤的补偿，将两者结合，能够实现可靠的高速相干光通信。
1.2 偏振复用正交调制技术的发展及现状早期偏振复用技术的实验是要采用保偏光纤，但实际铺设的大多是单模光纤，这就使得以普通单模光纤作为传输媒质的偏振复用系统成为研究热点[1]。
除此以外，偏振复用技术结合先进的码元调制技术，可以进行更高效的传输。
对于PDM-QPSK技术，国外一直处领先地位。
但近年来我国学者也进行了广泛的研究并取得了一定的成果。
例如14年杜文涛等人使用数值模拟，证明了均衡PDM-QPSK信号的平均偏振度（DOP）是评估系统性能的一个很好的方法，为光纤系统设计和优化提供重要参考[2]；17年于建军等人基于电气时分复用生成了153.6 Gbaud的PDM-QPSK信号并采用相干检测，在仅使用掺饵放大器（EDFA）的情况下，实现数据在单模光纤上传输了2800 km[3]；李欣颖等人实验性地在W 频带上采用基于马赫曾德尔调制器（MZM）的光子频率八进制和相位预编码技术，生成了PDM-QPSK调制的矢量信号。
这也是第一次有人在W波段通过一个外部强度调制器实现偏振复用矢量信号的产生和接收[2]。
1.3本文所作的工作首先了解了偏振复用技术的研究意义和现状，之后从偏振光的特性切入研究了偏振光在单模光纤中的传输。
然后通过分析光纤链路中色散、偏振膜色散、频率偏差、相位噪声等各种损伤的成因，选择相应的DSP算法分别进行补偿。
针对色度色散提出了FIR数字滤波器的设计；针对偏振串扰提出了CMA算法，设计出自适应滤波器；针对频率偏差和相位补提出共轭M次方和M次方算法。
具体步骤均是根据算法的原理框图列出推算公式，确定参数的初始值。
最后利用Optisystem软件搭建仿真模型，联合Matlab进行多次仿真，分析算法关键参数值对系统性能的影响，最后确定最优参数值，实现PDM-QPSK信号以100 Gb/s的高性能传输。
第二章 偏振复用正交调制技术的理论基础2.1偏振复用技术原理简介2.1.1偏振光的特性光是一种电磁波，根据麦克斯韦方程组可知，磁场、电场与光的传播方向相互垂直。
建立一个三维坐标系，为了研究方便，选定光是平面简谐波的情况。
假设光波沿着z 轴方向传播，磁场方向为y 轴，电场为x 轴。
则电场的表达式为()()0,=cos x x x E z t e E t kz ω→→- （2.1）其中0x E 为电场沿x 轴的最大幅度，x e →为平行于x 轴的单位矢量。