弹性城域光网络中相干接收DSP算法研究

1、弹性城域光网络中相干接收 DSP算法研究随着物联网、云计算、虚拟现实、自动驾驶、 5G等新兴网络业 务和应用的出现 ,城域网承载的数据流量快速增长 , 流量模式愈发多 样, 城域光网络成为数据流量的主要承载者。现行城域光网络主流的 基于固定调制格式、 固定连接配置、 固定频谱效率和功率效率的连续 传输方式 , 难以满足时延敏感、带宽需求多样、动态突发性强的新兴 业务需求。 未来城域光传输迫切需要调制格式灵活可变、 链路速率可 调、频谱 / 功率高效利用、传输损伤自适应补偿、适应动态突发传输 的调制解调技术支持。单载波偏振复用 m阶正交幅度调制(PM-mQAM) 相干检测方案采用灵活的调制格式并

2、结合数字信号处理 (DSP)算法， 可实现高速高效大容量长距离传输 , 成为弹性城域光网络的主流技术 方案。然而，随调制阶数升高，格式灵活的PM-mQAM统对残余色散、 偏振模色散、偏振串扰、激光器频偏 / 线宽、强滤波以及光纤非线性 等损伤更加敏感 , 现有针对固定调制格式、非突变信道损伤以及连续 传输模式设计的相干接收 DSP算法,格式通用性、复杂度、性能之间 矛盾突出 , 不同算法相互制约 , 难以实现多格式通用、 低复杂度、 高损 伤容忍度、动态自适应地高效补偿各种传输损伤。 围绕上述技术难题 , 本文针对弹性城域光网络中相干接收 DSP算法开展了深入研究，主要 研究工作和创新点如下。

3、 1、针对现有均衡解复用算法仅适用单一调 制格式, 不能满足弹性城域光网络所需要的对多种动态变化的 PM-mQA格式信号通用处理的问题，本文提出了一种基于星座坐标变 换的多格式通用盲均衡解复用算法。 该算法采用一种多格式通用的星座坐标变换方法，对高阶QAM信号进行统一坐标变换，将高阶QAM信号 转变为正交相移键控(QPSK)言号,在不增加额外计算复杂度下，实现 PM-mQA信号的残余色散、偏振模色散、偏振串扰等损伤的多格式通用补偿。16Gbaud PM-4/16/64-QAM系统仿真结果表明，该算法不仅能 对多种QAM言号实现格式通用地自适应均衡与偏振解复用，而且较传 统半径引导算法(RDA)

4、具有更快的收敛速度，PM-16/64QAM的收敛开销 分别降至RDA算法的12呀口 23% 16Gbaud PM-QPSK/16-QA光背靠背 和800km传输离线实验结果表明，所提算法可实现格式通用的均衡与 偏振解复用，且相比传统算法具有基本相当的 OSN容限。2、针对现 有主流载波恢复算法格式通用性与低复杂度之间的矛盾 , 本文提出了 一种基于极坐标下多符号间隔相位差分的载波频偏估计算法 , 不仅适 用于多种调制格式，且复杂度降低为四次方快速傅里叶变换(FFT)算 法的 13%通过 16Gbaud PM-QPSK/16QAM 8Gbaud PM-32QA离线实 验验证了算法的多格式估偏性能

5、 ;此外,基于接收信号到星座图对角 线的偏移距离与线宽引入的相位旋转角度之间的准线性关系 ,提出了 一种低复杂度、多格式通用的载波相偏估计算法 , 复杂度可降为主流 盲相位搜索(BPS)的14注右;为进一步提升相偏估计算法处理高阶 QAMt号时的线宽容忍性能，本文基于扩展QPSI分割方法设计了一种 大线宽容忍的多格式通用相偏估计算法，该算法采用扩展QPSK分割 将高阶QAM系统可用于相偏估计的符号比例成倍增加，在16GbaudPM-16/32/64-QAM系统仿真中分别实现了 25%、45%和51%勺线宽容忍 度提升，并在16Gbaud PM-QPSK/16QAM线实验中验证了与传统算法 基本

6、相当的OSNR容限。3、针对现有算法补偿Nyquist WDM系统中强 滤波和信道内光纤非线性损伤时算法性能和复杂度的突出矛盾 , 本文 提出了一种基于欧氏距离近似计算的低复杂度、 多格式最大后验概率 (MAP算法,接收端通过配置所有调制格式的训练码型查找表支持多 格式损伤抑制，采用近似欧氏距离计算去除了传统 MAP中的大规模乘 法运算,计算复杂度降低66%三载波20Gbaud PM-16QA系统仿真结 果表明，所提MAP算法较无MAP算法，在光背靠背条件下将BER=2E-2 所需的OSN降低1.5dB,长距离光纤传输下将传输距离提升 28%可容 忍-0.5 GHz-0.5 GHZ勺载波中心频

7、率漂移。三载波20GbaudPM-16QAM Nyquist WDM背靠背和700 km传输离线实验结果显示，该算法与传统 MAP算法OSNF容限及光纤非线性容忍度基本相当，较无MAP算法具有 1.5 dB的OSNF容限提升以及2.6 dB的入纤功率范围扩展。4、数据 流具有强突发性是弹性城域光网络的重要特征之一。 针对弹性城域光 突发相干接收系统中信道损伤快速变化、 调制格式动态切换、 均衡解 复用和相偏估计算法相互制约的问题 , 本文提出了一种基于训练序列 的均衡解复用与相偏估计联合处理方案。 该方案中均衡解复用算法采 用一种两阶段复合误差函数 , 可加快预收敛速度并提升稳态收敛精度 , 联合处理有效减轻了相位噪声对均衡解复用算法性能的恶化作用。20Gbaud PM-16/32QAM光突发相干接收系统仿真结果显示，该联合