（物理电子学专业论文）高速光纤通信系统中dqpsk调制格式的理论研究.pdf

北京邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着光纤通信系统传输容量的提升，新型调制格式在非线性效 应、色度色散容限和偏振模色散( p m d ) 容限等方面的传输性能的改 善，吸引了越来越多的关注。本论文从偏振模色散及其补偿的理论 和调制格式的原理出发，详细研究和分析了不同调制格式的原理和 具体调制和解调过程，特别是差分正交相移键控( d q p s k ) 格式，重 点讨论了不同调制格式与偏振模色散补偿技术的动态结合。本论文 的主要工作如下： 简明扼要地回顾和总结了偏振模色散的产生机理和补偿方 式，详细地讨论了反馈法光补偿中的偏振模色散补偿技术， 以及以偏振度( d o p ) 为反馈信号的研究。 详细讨论了不同占空比的通断键控( o o k ) 调制格式和差分 相移键控( d p s k ) 调制格式的原理和调制过程，得到了这些 码型调制后的时域图和频谱图。详细分析了d p s k 调制格 式的解调原理，通过数值模拟实现了d p s k 调制格式的平 衡接收，得到了不同占空比的d p s k 解调后的眼图。 详细分析了d q p s k 调制格式的调制和解调原理，推导出 d q p s k 的调制和解调公式。并通过数值模拟的方式，分别 编写d q p s k 的预编码、调制和解调模块的程序，验证了 此仿真系统，最终得到不同占空比的d q p s k 信号的时域 信号、频谱图、眼图以及解调后的电信号图。 详细研究了不同调制格式信号d o p 值和相位调制格式信 号相位随偏振模色散差分群时延( d g d ) 变化的关系，可以 看出相位调制格式相对于o o k 格式、高占空比码型相对 低占空比更适合于以d o p 作反馈信号的p m d 补偿系统。 将p m d 自适应补偿器应用于不同调制格式的传输系统中， 对比了各种调制格式补偿前后的d o p 值、剩余d g d 值和 眼图。最后综合传输速率、p m d 补偿效果、频谱利用效率 和p m d 容忍度等因素，c s r z d q p s k 是下一代光纤通信 系统中最具有优势的调制格式。 关键词：光纤通信偏振模色散偏振度调制格式差分正交相移键 控补偿技术 北京邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t _ t ht h ee n h a n c e m e n to fo p t i c a lf i b e rt r a n s m i s s i o ns y s t e m s c a p a c i t y , p e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n t i nn o n l i n e a re f f e c t , c h r o m a t i c d i s p e r s i o nt o l e r a n c ea n dp o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n ( p m d ) t o l e r a n c e h a sd r a w nr e s e a r c h e r s a t t e n t i o no fn e wm o d u l a t i o nf o r m a t s i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，t h ep r o c e s s e so fm o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o no ft h e d i f f e r e n t f o r m a t s ，e s p e c i a l l yd i f f e r e n t i a lq u a d r a t u r ep h a s e s h i f tk e y ( d q p s k ) ，a r ei n v e s t i g a t e d i n d e t a i l ，b a s e do n t h et h e o r i e so f p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n ( p m d ) ，p m dc o m p e n s a t i o na n dt h e p r i n c i p l e s o fd i f f e r e n tm o d u l a t i o n f o r m a t s t h ep m dm i t i g a t i o n p e r f o r m a n c e so fd i f f e r e n tm o d u l a t i o nf o r m a t si nt h et r a n s m i s s i o nl i n k a r ed i s c u s s e d ，e s p e c i a l l ya d y n a m i cc o m b i n a t i o no f t h ep m d m i t i g a t i o n t e c h n o l o g ya n dp m dc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g yi sa l s od i s c u s s e d t h e r e s e a r c hw o r k si nt h ed i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： t h eb a s i cc o n c e p t so fp m da n dv a r i o u sc o m p e n s a t i o nm e t h o d s a r er e v i e w e da n ds u m m a r i z e d t h ep m dc o m p e n s a t i o n t e c h n o l o g yi nf e e d b a c ko p t i c a lc o m p e n s a t i o na n dt h es t u d yo f u s i n gd e g r e eo fp o l a r i z a t i o n ( d o p ) a st h e f e e d b a c kc o n t r o l s i g n a la r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h et h e o r i e sa n dm o d u l a t i o np r o c e s s e so fd i f f e r e n td u t yc y c l e o n o f fk e y ( o o k ) m o d u l a t i o nf o r m a t sa n dd i f f e r e n t i a l p h a s e s h i f tk e y ( d p s k ) m o d u l a t i o nf o r m a t sa r ed i s c u s s e di n d e t a i l t h e p o w e rv e r s u s t i m ea n d o p t i c a lp o w e rs p e c t r a f i g u r e s o ft h e s em o d u l a t e d s i g n a l s a l eo b t a i n e d t h e d e m o d u l a t i o np r o c e s so fd p s ki sa n a l y z e di nd e t a i l t h e c o h e r e n tr e c e p t i o no fd p s ki sa c c o m p l i s h e da n dt h ee y e d i a g r a m so fd i f f e r e n td u t yc y c l ed p s kf o r m a t sa r eo b t a i n e d t h r o u g hn u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h em o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o np r i n c i p l e so fd o p s k m o d u l a t i o nf o r m a ta r ea n a l y z e di nd e t a i l t h em o d u l a t i o na n d d e m ，o d u l a t i o n e q u a t i o n s a l ed e r i v e d t h e p r e c o d i n g ， m o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o nm o d u l e so fd o p s ka r e a c c o m p l i s h e d a n dt h i ss i m u l a t i o ns y s t e mi sv e r i f i e d t h e 北京邮电大学硕士论文 摘要 f i g u r e so fp o w e ra n dp h a s ec h a n g ev e r s u st i m e ，e y ed i a g r a m a n dt h eo u t p u ts i g n a l sa f t e ri n t e r f e r o m e t e ro fd i f f e r e n td u t 、， c y c l ed q p s kf o r m a t sa r eo b t a i n e db yn u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h er e l a t i o n s h i p so fd o pv a l u ea n dp h a s ev a r i a t i o nv e r s u s d i f f e r e n t i a lg r o u pd e l a y ( d g d ) a r es t u d i e di nd e t a i l i ti st h e p h a s em o d u l a t i o nf o r m a ta n dh i g h e rd u t yc y c l ew h i c hi st h e m o s ta p p r o p r i a t ef o r m a t si nt h ep m dc o m p e n s m i o ns y s t e m u s i n gt h ed o pa sf e e d b a c ks i g n a l t h ep m dc o m p e n s a t i o np e r f o r m a n c e so fd i f f e r e n tm o d u l a t i o n f o r m a t sa r es i m u l a t e d t h ed o pv a l u e s t h er e s i d u a ld g d v a l u e sa n de y ed i a g r a m sb e f o r ea n da f t e rp m dc o m p e n s a t i o n a r eo b t a i n e d t h er e s u l t ss h o wt h a tc s i 湿d o p s kh a s t w o f o l di n c r e a s ei nt h eb i tr a t eo nt h eb a s i sw i t hm a i n t a i n i n g t h es a m ep e r f o r m a n c eo fd p s ka n d0 0 kf o r m a t s ，b e t t e r p m d c o m p e n s a t i o np e r f o r r n a n c e ，h i g h e rs p e c t r a le f f i c i e n c y a n dp m dt o l e r a n c e s oi ti st h em o s ta d v a n t a g e o u sf o r m a t si n t h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s k e yw o r d s ：o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n s ，p o l a r i z a t i o nm o d e d i s p e r s i o n ，d e g r e eo fp o l a r i z a t i o n ，m o d u l a t i o nf o r m a t ，d i f f e r e n t i a l q u a d r a t u r ep h a s e s h i f tk e y , c o m p e n s a t i o nt e c h n i q u e 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也彳 4 ，这样p s o 的速度更新表 达式为： v j d = k ( v o + 缟* r a n d ( ) * ( p i d 一勃) + 唬难r a n d ( ) 宰( p 耐一d ) ) ( 2 - 5 ) 此外，在实验过程中，根据不同码型，不同链路，我们用p s o 算法与其他算 法相结合，以达到更好的搜索和跟踪效果。例如加抖动的p s o 算法( d p s o ) ，梯 度型p s o 算法( g t p s o ) ，在此不再一一赘述。 2 3 3 以偏振度作为反馈信号 偏振模色散缓解技术离不开补偿技术的参与和实施，而作为偏振模色散自适 应补偿组成部分之一，偏振模色散在线取样监测系统起着重要的作用。由于实际 光纤链路中偏振模色散是随机变化的，因此一个p m d 补偿系统如果不能做到自 适应，一旦光纤线路中p m d 发生变化，补偿器不能自动调整本身的参数以补偿 已经发生变化了的p m d ，那么这种补偿器就会失去p m d 的补偿作用，因此没有 自适应的p m d 补偿是不能实用化的。这就要求偏振模色散取样监测系统能够实 时监测链路中的偏振模色散，及时为控制系统提供反馈或前馈信号，从而控制补 偿单元，以反应p m d 的变化，达到自动补偿偏振模色散的目的。 评价反馈信号优劣的标准有【17 】：( 1 ) 灵敏度，即p m d 的变化对反馈信号的 北京邮电大学硕士论文第二章偏振模色散的基本理论及其补偿原理 影响有多大。例如p m d 变化一点就能引起反馈信号发生很大的变化，这样的灵 敏度高，也就是反馈控制单元能够识别小的p m d 变化，相应的补偿精度较高。 ( 2 ) 与误码率( b e r ) 的相关性。相关性越高，反馈信号的质量越好。( 3 ) 响应时间， 指从p m d 发生变化到反馈信号发生变化之间的时间间隔。为了使补偿器能够实 时的跟上光纤p m d 的变化，反馈信号的响应时间应该远远小于执行算法所需的 时间，以便于算法有时间对反馈信号进行处理。但是响应时间短很可能意味着准 确率差，所以有时候不得不在响应时间和准确率两者之间作折中。( 4 ) 与码速率 无关，便于系统的升级。 补偿系统中常见的反馈信号有：( 1 ) 单偏振态偏振度法( d e g r e eo f p o l a r i z a t i o n d o p ) ；偏振模色散导致的脉冲分裂造成了脉冲的偏振态随时间变化， 因而导致d o p 减小。这种反馈信号应用于光补偿的方案中，但是它与比特率无 关。( 2 ) 偏振度椭球法( d o pe l l i p s o l d ) ；它利用d o p 椭球的短轴作为反馈信号，适 合用于多自由度的补偿系统中。( 3 ) 功率反馈法；光域上脉冲的展宽导致了电域 上功率的减小。然而在宽谱范围内测量功率是困难的。( 4 ) q 因子或眼图法；通 过对眼图的分析来判断补偿的好坏。( 5 ) 相位检测法；( 6 ) 扰偏光到达时间测量法【2 5 】 等。 这些检测方法中，最为广泛采用的是( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 三种，在我们的p m d 补偿实 验研究中，反馈信号的提取也是采用了功率反馈法、偏振度法及偏振度椭球法， 本论文中的p m d 补偿研究中采用了偏振度作反馈信号。 单偏振态取样方式是目前实验当中最为常用的一种反馈方式，它不受码速率 的影响。首先从偏振度的概念来讲一下d o p 取样方式。 对于一束单频光，它在斯托克斯( s t o k e s ) 空间的四个分量分别为 ( ，焉，邑) ，则d o p 的定义为【1 8 j d 卯：匝 s o ( 2 - 6 ) 这样，对于完伞偏振光，d o p 为l ；对于部分偏振光，d o p t b 2 时，超过了相干时间，合成光 d o p = 0 ；当0 d g d t d 2 时，合成光为部分偏振光，0 d o p c 3 一t ， 2 0g h zd d v es i g n a l 图3 - 6 ( a ) r z 3 3 调制过程 i 一 l d r i v ev o l t a g e 卜 i ) | 卜 ； l 、二习4 0g h z d r i v es 卜k 1 i 【v 】 【 i g n a l 图3 - 6 ( b ) r z 5 0 调制过程 而r z 码根据占空比不同分为两种：占窄比3 3 的r z 码和占空比5 0 的 北京邮电大学硕士论文第三章光调制原理与码型调制技术 r z 码，产生不同r z 码的原因在于加载时钟的调制器的偏置电压及时钟信号的 频率设置不同。如图3 - 6 ( a ) 所示，当第二个调制器工作于调制曲线的峰值处时( 输 入电时钟信号频率2 0 g h z ，振幅为v 0 ，调制器输出占空比3 3 的r z 脉冲信号； 图3 - 6 ( b ) q b ，当第二个调制器工作于调制曲线的半峰值处( 输入电时钟信号频率 4 0 g h z ，振幅为v 以) ，则输出的是占空比5 0 的r z 脉冲信号。 图3 - 7 ( a ) 速率为4 0 g b s 的r z 3 3 信号时域图( 左) 和频谱图( 右) 1 - 8 008 01 6 0 f r e q u e n c y ( g h z ) 图3 7 ( b ) 速率为4 0 g b s 的r z 5 0 信号时域图( 左) 和频谱图( 右) 图3 - 7 ( a ) 所示是r z 3 3 码型信号的时域图和频谱图，图3 - 7 ( b ) 为r z 5 0 码型信 号的时域图和频谱图。由时域图可以看出脉冲宽度与其占空比是相对应的；由频 谱看出，r z 码的两个主峰( 最靠近中心频率的峰值) 间隔为输出信号频率的2 倍。 总体来看，r z 码的频谱要比n r z 码的更宽一些。r z 码由于每个码元归零，有 利于时钟恢复和减小相邻码间相关效应。且由于占空比降低，平均发射功率减小， 可以更好地抑制光纤非线性效应的影响，适合于在大功率长距离传输条件下工 作。但r z 码频谱较宽，色散容限大大降低，不利于色散管理。 3 3 3c s r z 码的产生 1 9 9 9 年新的r z 码被提出，即载波抑制归零( c s r z ) 码。c s r z 码的调制过程 一般也需要两个调制器，经过第一个加载数据的调制器产生n r z 码，然后再经 第二个调制器调制后产生c s r z 码，如图3 - 8 ( a ) 所示。第二个调制器工作于其调 2 7 北京邮电大学硕士论文 第三章光调制原理与码型调制技术 制器曲线的谷底时( 输入电时钟信号频率2 0 g h z ，振幅为v 冗) ，则调制器输出占 空比为6 7 的c s r z 码脉冲信号，图3 - 8 ( b ) 形象说明c s r z 码的产生。在这种条 件下加偏压的调制器使得信号频率加倍，光脉冲序列的相位在“0 ”和“7 【 之间 来回交替。而且第二个调制器只需要数据速率带宽的一半，从而减轻系统的复杂 度。 c s i 屹t r a n s m i t t e r c s r z c l o c k ( e l e c t r i c ) 图3 - 8 ( a ) c s r z 发射机框图 图3 - 8 ( b ) c s r z 调制过程 这种码型在调制时，输入电时钟信号和3 3 r z 码相同，都是： 圪= 圪s i n ( t ) 。仅在偏置电压上有区别，这里偏置电压取吃。= 圪，代入式( 3 - 3 ) 可得： 驯= 黜) s i n 阻( 删 ( 3 - 1 2 ) 与3 3 i 屹码一样，它输出的脉冲串频率为2 ，但占牢比为6 7 ，输出功 率为： = 每 1 - - c o s 【万s i n ( c o o ，) 】) ( 3 1 3 ) c s r z 码与r z 码不同之处在于每相邻比特之间相差兀相位；也正因为在光域 出现相位的改变，使得此码型没有载波分量，因此其载波被抑制，如图3 - 9 所示， 北京邮电大学硕士论文第三章光调制原理与码型调制技术 这就是载波抑制的由来，由此c s r z 码相比r z 码有更高的非线性和色度色散容 忍度。 图3 - 9 为c s r z 码型信号的时域图和频谱图，从图中可以看出：c s r z 码的 两个主峰间隔与输出信号频率相等。而且因为c s r z 码通过调制使相邻两个脉冲 的相位相反，从而使得整个传输码的平均载波量为零，实现了调制信号载波的抑 制。c s r z 码频谱宽度介于n r z 码和r z 码之间，由于其采用相邻码间脉冲相 位反相传输，因此既可抑制载波又降低光谱宽度的目的，不但增加了色散容限， 而且抵抗s p m 、f w m 等光纤非线性效应的能力更强。 1 6 0 - 8 008 01 6 0 f r e q u e n c y ( g h z ) 图3 - 9 速率为4 0 g b s 的c s r z 信号时域图( 左) 和频谱图( 右) 对以上几种调制格式的4 0 g b s 脉冲波形，我们采用m a t l a b 进行仿真，结果如 图3 一l o 所示，图中由里到外依次为占空比为3 3 的r z 3 3 码、占窄比为5 0 的r z 5 0 码和占空比为6 7 的c s r z 码。 ii r n e ( p s ) 图3 - 104 0 6 s 0 0 k 调制格式的脉冲波形 3 4d p s k 调制格式的产生 上一节所讨论的各种调制格式，都是利用光信号的功率幅度来携带信息的， 在各乖 - 传输损伤的作用下，容易造成1 码和0 码之间的串扰，从而造成误判。当 利用光信号的相位来携带信息时，1 码和o 码的光功率幅度相等，因此可大大降 北京邮电大学硕士论文第j 章光调制原理与码型调制技术 低传输损伤的影响，相移键控( p s k ) 信号正是利用了这一特性。早期研究的p s k 信号都要进行相干检测，由于实现困难，因此并没有得到应用。近几年，关于相 位调制信号的研究又重新热了起来，原因是利用马赫曾德尔干涉仪( m z i n t e r f e r o m e t e r ) 可将差分相移键控( d p s k ) 信号恢复成光强度调制信号，然后再进 行光强检测，避免了相干检测的麻烦，而且d p s k 信号和r z 、c s r z 相结合时， 表现出更强的抗非线性性能。 i m ( a ) 一 2 主r + 1 2 厂 弋歹 f0 。 -ll k 。 + 一x： 。l m ( a ) 。 = 嗉x ) 1 x ) 、1 ， 一 。 i 万 彳协母c正 北京邮电大学硕士论文第五章不同调制格式p m d 补偿性能的研究 的传输系统。这个p m d 补偿系统模块如图5 3 所示，包括码型发射部分、模拟 器部分、补偿和控制算法部分【5 j 。码型发射部分用于信号源的产生；三阶段模拟 器由三个偏振控制器( p c ) 和三段保偏光纤( p m f ) 组成，这样的模拟器能够产生二 阶和更高阶p m d 。补偿器是两阶段的，由两个偏振控制器、一段保偏光纤和一 个可变时延线组成，总共有7 个可变自由度。由光源发出的光脉冲经过调制器调 制出码型，再经过p m d 模拟器、p m d 补偿器，再经光接收机滤波和放大后转化 为电信号进入示波器观测波形及眼图的变化。在图中，p m d 模拟器与补偿器级 联。由于受到偏振模色散的影响，其偏振态发生变化，这时偏振度小于l ，大小 与p m d 有关，通过图中的检偏器检测，所检测到的偏振度送至偏振模色散反馈 控制单元，如果小于某一阈值，说明偏振模色散对信号产生的影响需要进行补偿， 控制单元不断调节偏振模色散补偿器中的偏振控制器和可变群时延，我们采用人 工智能控制的粒子群优化算法来搜索d o p 最大值，当检测到的d o p 达到最大 时，偏振模色散便能自动得到补偿。 p m d c o m p e n s a t o r 图5 - 3d o p 做反馈信号的p m d 补偿系统模块框图 5 3 不同调制格式的p m d 补偿性能的研究 5 3 1 不同调制格式补偿前后d o p 对比 对于以d o p 作反馈信号的p m d 补偿系统来说，反馈信号在系统中起着非 常重要的作用。反馈信号的好坏直接影响和反映了系统p m d 补偿的效果。 依据5 2 节巾的p m d 补偿系统，模拟过程巾所运用的装置参数如下：模拟 器参数为d g d i = g p s ，d g d 2 = i l p s ，d g d 3 = i l p s ，补偿器有7 个可变自由角度， 第一段保偏光纤值为1 6 p s ，第二段为可变时延。在7 个可变自由度下，得到了 不同码型经两段补偿器补偿后输出的1 0 0 0 个数据的d o p 样点统计值。如图5 4 所示，阴影柱为补偿前统计分布，白色柱为补偿后统计分布。 d o p ( a2 ) n r z - d p s k 5 2 i1 一i l h o 一 瞳叫 目 1 _， 一 一 一 迎 一6iili呲 一 呻 一 _ 粼 m州川iu硼 一 哪川剥 一 犷 一 北京邮电大学硕士论文 第五章不同调制格式p m d 补偿f l f l p 。的研究 jbix帕 铷i 一 l401j ” *【l壤 垮 0 君 d o p ( b 3 ) r z 3 3 - d q p s k d o p ( c 3 ) r e 50 一d q p s k l 朋pu u pl k ) r ( d 1 ) c s r z( d 2 ) c s r z d p s k( d 3 ) c s r z d q p s k 图5 - 4 不同调制格式补偿前( 阴影柱) 后( 白色柱) d o p 的对比 比较补偿前的d o p 值，n i 辽码的d o p 值分布范围是比较小，而其它码型 的d o p 值分布范围相对较大，这与5 1 中的结果相符。比较各种调制格式在补 偿前后的d o p 值可以看出，n r z 、n r z d p s k 、n r z d q p s k 和c s r z 、 c s r z d p s k 、c s r z d q p s k 补偿后d o p 值较好，几乎全部分布在0 9 5 l 。两 种r z 码以占空比5 0 的r z 码补偿后的d o p 值好一些。但与其它o o k 码型相 比，以c s r z 码补偿后的d o p 值要比r z 码的好得多。同样地，d p s k 格式和 d q p s k 格式补偿后的d o p 值都优于或不弱于o o k 格式，补偿前后d o p 值变 化也比较明显。这对于以d o p 做反馈信号的p m d 补偿系统来说是有利的。 5 3 2 不同调制格式补偿前后剩余d g d 对比 为了更好的比较这几种调制格式的p m d 补偿效果，又计算了补偿前后的剩 余d g d 值。因为光纤的偏振模色散是指光纤巾的两个正交偏振模式之间的差分 群时延( d g d ) 。由于光纤并非是理想的圆形从而使两偏振光到达终点时产生时 延。这种时延会使光纤传输中使脉冲展宽而产生误码。偏振模色散补偿的目的就 是补偿系统中产生差分群时延，使其达到最小，所以通过比较这个参数可以看出 补偿效果的好坏。补偿结果如图5 ，5 所示，阴影柱为补偿前统计分布，白色柱为 补偿后统计分布。 北京邮电大学硕士论文第五章不同调制格式p m d 补偿性能的研究 d g d ，b ( a 2 ) n r z - d p s k d g d f ( b 2 ) r z 3 3 - d p s k d g d ，d 亭 ( c 2 ) r z 5o - d p s k d g d p s ( a3 ) n r z - d q p s k d g 嘶 ( b 3 ) r z 3 3 - d q p s k d g d i p s ( c3 ) r z 50 - d q p s k u u u ，u u u ，p sd g d i ；x t ( d 1 ) c s r z( d 2 ) c s r z - d p s k( d 3 ) c s r z - d q p s k 图5 - 5 不同调制格式补偿前( 阴影柱) 后( 白色柱) d g d 的对比 从图巾可以看出，对于o o k 、d p s k 及d q p s k 来说，占窄比越小，补偿效果 越差。这是因为占卒l l d , 的信号对应其带宽比较大，因此受高阶p m d 的影响更 加严重，这就限制了系统的p m d 补偿效果。对于相同的占空比的调制格式来说， d q p s k 的补偿性能要好于d p s k 军h o o k 。在o o k 格式巾，如图5 5 ( a 1 ) ( b 1 ) ( c 1 ) ( d 1 ) 所示，c s r z 和n l 屹格式的p m d 补偿效果要好于i 屹3 3 和r z 5 0 格式，这对补偿来 说是有利的。但是n r z 功率较高，受非线性影响较大，不适合长距离传输，这也 是长距离大容量光线通信系统不选用n r z 的原因。r z 格式虽然具有较好的光纤 非线件容忍度，但因其频带较宽，受p m d 的影响很大，补偿效果比较差。c s r z 格式相比n i 屹和r z 有更高的色散和p m d 容忍度，而且它还具有r z 脉冲的形状， 所以对自相位调匍j ( s p m ) 、交叉相位调制( x p m ) 等非线性效应也有较好的容忍度。 而且由于其载波被抑制特性，将c s r z 格式用于p m d 补偿系统中，更能缓解p m d 5 4 北京邮电大学硕士论文第五章不同调制格式p m d 补偿性能的研究 的影响，其补偿性能要比n i 讫和r z 码好的多。因此在o o k 格式中，综合考虑p m d 补偿效果、色散和非线性效应容忍度来说，c s r z 是最理想的格式。 从图5 5 中还可以看出，相对于o o k 和d p s k 格式，d q p s k 格式的p m d 补偿 性能有明显提高。而其中的d q p s k 格式具有两倍于d p s k 的传输速率、更窄的带 宽以及受高阶p m d 的影响最小，因此具有最好的p m d 补偿效果。相比于c s r z 和 c s r z d p s k 格式，c s r z d q p s k 的p m d 容忍度更高，p m d 补偿效果更好。综上 所述，如果要综合考虑p m d 容忍度、p m d 补偿效果容量、距离、光谱效率等因 素的话，c s r z d q p s k 无疑是最具优势的调制方式。 5 3 3 不同d o p s k 格式补偿前后眼图对比 为了衡量传输系统的性能优劣，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分 析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。所谓“眼图”，就是由 解调后经过低通滤波器输出的基带信号，以码元定时作为同步信号在示波器屏幕 上显示的波形。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。 粤 3 菪0 e 0 8 r 一 0 4 i 一 萋。k ， - 0 4 - 7 0 一乡 夕j ) 0 8 0 4 粤 3 盖0 e m 8 l ：方f 蠢一。8 0 t i m e ( p s ) 图5 - 6 ( b ) r z 3 3 - d q p s k 补偿前后的眼图 0 t i m e ( p s ) 北京邮电大学硕士论文 第五章不同调制格式p m d 补偿性能的研究 粤 3 羞0 e t i n 怕( p s ) 图5 - 6 ( c ) r z s o - d q p s k 补偿前后的眼图 0 t i m e ( p s ) 图5 - 6 ( d ) c s r z d q p s k 补偿前后的眼图 图5 - 6 所示的是不同占窄比d q p s k 格式补偿前后的眼图，从图中可以看出不同 占空比的d q p s k 信号的眼图通过补偿都得到了不同程度的恢复，眼图由杂乱变 整齐，眼图张开度也增大了。 5 4 本章小结 本章先是比较了不同调制格式信号d o p 值受d g d 影响的关系，并对相位 调制格式d q p s k 信号的相位受d g d 影响进行了比较。然后，进一步地对比了 各利调制格式补偿前后的d o p 值。为了更好的比较不同调制格式的p m d 补偿 效果，又对补偿前后的剩余d g d 值和眼图做了比较。研究结果表明，信号的占 空比越大，对应的带宽就越窄，受高阶p m d 的影响就越小，补偿效果就越好。 对于相同占空比下，d q p s k 格式的补偿效果要好于o o k 和d p s k 格式。 c s r z d q p s k 具有两倍于d p s k 和o o k 的传输速率，更好的p m d 补偿效果， 加之其较高的光谱效率和p m d 容忍度，是高速率、大容量、长距离光纤通信系 统巾最具有优势的调制格式。 北京邮电大学硕士论文第五章不同调制格式p m d 补偿性能的研究 参考文献 【l 】z h a n gx i a o g u a n g ，y ul i ，z h e n g y u a ne t a 1 ，t w o s t a g ea d a p t i v ep m d c o m p e n s a t i o ne x p e r i m e n tf o r10 一g b so p t i c a lc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，c h i n e s e o p t i c a ll e t t e m ，2 0 0 3 ，1 ( 11 ) ：6 3 0 6 3 3 【2 】l it a n g j u n , w a n gm u g u a n g ，j i a ns h u i s h e n g