Stokes空間中的偏振解復(fù)用技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的大規(guī)模發(fā)展，人們對(duì)信息傳輸速率和帶寬的需求日益增加。目前，光纖通信作為一種高速率、大容量且相對(duì)穩(wěn)定的信息傳輸方式，成為了解決這一需求的必由之路。
　　偏振復(fù)用技術(shù)(Polarization Division Multiplexing，PDM)通過(guò)利用光波的偏振特性，在同一信道中傳輸兩路同波長(zhǎng)偏振態(tài)相互垂直的信號(hào)，能直接提高兩倍的頻譜利用率。目前，PDM技術(shù)已經(jīng)非常成熟地應(yīng)用到長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)中。而

2、在短距離光纖傳輸系統(tǒng)中，相較于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高且計(jì)算量大的相干探測(cè)解復(fù)用技術(shù)，直接探測(cè)解復(fù)用技術(shù)成本低廉且復(fù)雜度低，更加適合作為該系統(tǒng)的檢測(cè)手段。同時(shí)，相對(duì)于Jones矩陣，Stokes空間由于采用了獨(dú)特的三維空間表示方法，可以更加直觀和具體地表示信號(hào)偏振態(tài)(State of Polarization，SOP)及其在傳輸中的變化過(guò)程，因此將其與電域的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(Digital Signal Processor,DSP)相結(jié)合，可

3、以靈活地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的偏振解復(fù)用與鏈路損傷補(bǔ)償。本論文以PDM的技術(shù)原理為依據(jù)，主要針對(duì)直接探測(cè)短距離光纖傳輸系統(tǒng)，采用軟件仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，研究和驗(yàn)證了Stokes矢量分析算法的可行性。
　　首先，本論文從PDM的基本理論分析出發(fā)，介紹了偏振光的定義、分類、描述方式以及幾種常用的偏振器件和PDM的實(shí)現(xiàn)方法，簡(jiǎn)要分析了傳輸過(guò)程中色散(Chromatic Dispersion，CD)、隨機(jī)雙折射(Randomly Varying B

4、irefringence)、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD)和偏振相關(guān)損耗(Polarization Dependent Loss，PDL)等對(duì)PDM系統(tǒng)性能的影響。并分別針對(duì)相干探測(cè)和直接探測(cè)簡(jiǎn)要介紹了偏振解復(fù)用的常用辦法，同時(shí)針對(duì)強(qiáng)度調(diào)制直接探測(cè)(Intensity Modulation-Direct Detection，IM/DD)系統(tǒng)提出了一種簡(jiǎn)化的斯托克斯矢量算法，簡(jiǎn)化了偏振解復(fù)用

5、的結(jié)構(gòu)，降低了算法復(fù)雜度以及系統(tǒng)的成本。
　　其次，利用VPItransmissionMakerTM光通信仿真平臺(tái)，搭建了PDM-IM/DD系統(tǒng)的仿真模型。驗(yàn)證了Stokes空間與簡(jiǎn)化Stokes矢量分析算法的可行性，并得出了兩種算法的偏振解復(fù)用效果基本相同的結(jié)論。同時(shí)，分析了色散、偏振模色散(PMD)以及偏振相關(guān)損耗(PDL)對(duì)PDM-IM/DD系統(tǒng)傳輸性能的影響。仿真結(jié)果表明在PDM-IM/DD短距離傳輸系統(tǒng)中PMD和PDL對(duì)

6、系統(tǒng)傳輸性能的影響可以忽略不計(jì)。
　　最后，搭建了20-Gbit/s的單偏振態(tài)OOK信號(hào)傳輸系統(tǒng)與2×10-Gbit/s的PDM-IM/DD傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在不同的傳輸距離(背靠背、10-km、25-km)下，兩種系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了簡(jiǎn)化Stokes算法在PDM-IM/DD系統(tǒng)中的實(shí)際可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，誤碼率相同(10-4)的情況下，對(duì)于不同的傳輸距離(背靠背、10-km、25-km)PDM系統(tǒng)與單偏振態(tài)系統(tǒng)相比