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基于FPGA的高速扰偏器设计

作　者: 魏祥淦
导　师: 李唐军
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 扰偏器 FPGA 伪随机数 Maxwell分布
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


摘要：随着单通道光传输速率的不断提高,偏振特性引起的偏振相关损耗阻碍光传输系统速率和容量的提升凸显而出。抑制偏振相关损耗的一个有效方法就是使用偏振扰偏器,偏振扰偏器的主要性能指标有：扰偏速率、扰偏均匀性、插入损耗、工作波长及体积等。随着光通信系统速率的提高,对扰偏器也提出了更高的要求。以偏振光的相关理论及偏振态控制为基础,结合项目组承担的863研究课题——"160Gbit/s一泵多纤光传输技术的研究(2007AA01Z258)”,基于FPGA设计并实现了一种可用于单波160Gb/s光时分复用系统的高速扰偏器,主要工作如下：(1)基于偏振光的相关理论及偏振态控制原理,分析对比了多种偏振控制器的实现方法、主要性能及优缺点,最后选择电控铌酸锂偏振控制器来实现应用于160Gb/s光传输系统的高速偏振扰偏器。(2)分析了160Gbit/s系统对扰偏器性能的要求,主要研究在160Gbit/s传输系统中扰偏速度对于扰偏效果的影响。按照系统的要求进行器件选型,完成偏振扰偏器原理图设计和PCB板的绘制。(3)研究基于FPGA的伪随机数产生算法,主要研究线性反馈移位寄存器(LFSR)算法和元胞自动机(CA)算法。用verilog编码实现LFSR算法、CA90算法和CA150算法,并对各种算法进行仿真,对各自的统计特性和随机特性进行比较,选择统计特性和随机特性较好的CA算法为扰偏器产生随机数。(4)研究Maxwell分布函数,并用Matlab编写能产生符合Maxwell分布数据的函数。量化符合Maxwell分布的数据,并将量化后的结果与Maxwell分布函数进行比较。用verilog编码实现扰偏器的控制器部分的功能,主要是迅速产生符合Maxwell分布的随机数,并利用Modelsim进行仿真验证。最终用Quartus综合verilog代码并下载到FPGA,上板调试实现高速扰偏的功能。(5)实验研究了自制扰偏器的扰偏效果和对10GHz超短脉冲时间抖动的影响,并与国外某商用挤压光纤型偏振扰偏器进行对比分析。实验结果表明在采用自行设计扰偏器的系统中没有观测到相位噪声及残余幅度调制,并且降低了非线性相位扰动,符合高速光通信系统要求。最后总结本文的主要工作及不足点和今后拟进一步研究的工作。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-17
  1.1 引言  11-14
    1.1.1 光通信的发展进程  11-12
    1.1.2 光通信的发展趋势  12-14
    1.1.3 高速光通信的限制因素  14
  1.2 课题的背景和意义  14-15
  1.3 论文的结构和内容  15-17
2 偏振光相关理论及偏振态控制原理  17-30
  2.1 偏振光相关理论  17-23
    2.1.1 光波的偏振态  17-18
    2.1.2 偏振光的描述  18-23
  2.2 偏振态控制原理  23-27
    2.2.1 相位延迟器  23-24
    2.2.2 相位延迟器的琼斯矩阵和密勒矩阵  24-26
    2.2.3 相位延迟器改变偏振态  26-27
  2.3 偏振控制器选择  27-29
  2.4 小结  29-30
3 高速扰偏器硬件设计  30-45
  3.1 高速扰偏器需求分析  30-31
  3.2 高速扰偏器的器件选择  31-33
  3.3 PC-B4-00-SFU-PFU偏振控制器控制分析  33-37
  3.4 高速扰偏器原理图及PCB设计  37-44
    3.4.1 配置电路及晶振电路  37-38
    3.4.2 电源转换及复位电路  38-39
    3.4.3 串口通信电路  39-40
    3.4.4 数模转换电路  40-41
    3.4.5 放大电路  41-42
    3.4.6 PCB设计  42-44
  3.5 小结  44-45
4 高速扰偏器软件设计  45-55
  4.1 高速扰偏器软件构架  45-46
  4.2 符合Maxwell分布数据的产生  46-48
  4.3 随机地址的产生  48-52
    4.3.1 线性反馈移位寄存器法  48-50
    4.3.2 元胞自动机法  50-52
  4.4 串口通信接口设计  52-54
  4.5 小结  54-55
5 扰偏效果与脉冲抖动实验研究  55-62
  5.1 挤压光纤型偏振扰偏器特性  55-57
  5.2 自制的铌酸锂扰偏器特性  57-61
  5.3 小结  61-62
6 总结  62-64
  6.1 本论文的主要工作及不足  62-63
  6.2 拟进一步研究的工作  63-64
参考文献  64-67
附录  67-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信 > 光纤通信
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