优秀电力论文范文篇一
第 1 章 绪论
1.1 论文的研究背景及意义
进入 21 世纪以来，信息技术飞速发展，人类的生活和经济也随之发生了前所未有的改变。从塞班系统到安卓系统，从闭路电视到小卫星再到现在的网络电视，还有即将进入人们生活的物联网[1]等等，无时无刻都在让人类的生活越来越便捷。2015 年 3 月，李克强总理在政府工作报告中提处出要制定“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合[2]。一时之间，这些词成为人们讨论的热点。 OFweek 光通讯网在 2013 年出版了一篇报道[3]，称随着互联网的发展，网络带宽、互联网用户数以及互联网应用种类等都呈现出爆炸式的增长，尤其互联网应用的点到点技术、在线视频、移动互连等流媒体业务正在快速的吞噬着网络带宽。与此同时，云计算快速进入人类的生活领域，具有超级数据中心的云网络对带宽的需求更加迫切。2011 年 3 月，IEEE 802.3 成立了带宽评估工作组，负责对网络带宽需求和端口速率趋势进行详实的分析，旨在探索 Beyond 100G 时代人类对互联网业务的需求趋势以及网络流量的发展趋势，如图 1.1 所示。由图可知，今年已经增加到 10 倍，到 2020 年网络流量将增加 100 倍。2013 年 3 月，IEEE美国会议正式开启了 400G 的标准化进程。当前华为，阿尔卡特朗讯，美国讯远通信 Ciena 公司等光传输主流设备供应商均已开始 400G 光传输系统产品的研发[4-5]。但人类对于带宽的容量远远不止这些，在达到 400G 后，以太网速率还会进一步演进到 Tbit/s 量级。
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1.2 国内外研究现状
首先来看模分复用技术，这一概念始于 1982 年，法国学者 S. Berdagué和 P. Facq 在 10m 长的阶跃型多模光纤中实现了双模式信号的传输[17]。但当时的技术水平和光纤制造工艺均不支持双模式传输，进而模分复用并没有被广泛应用。直到 2010 年，美国中佛罗里达大学的 Faith Yaman、Li Guifang 等人为了减小光纤的非线性效应运用了模场面积大并且耦合小的少模光纤作为传输媒介，实现并成功传输了 1050km 的光信号[18]。此后少模光纤模分复用技术开始被各大实验室以及研究机构广泛研究，其中有阿尔卡特朗讯公司旗下的贝尔实验室、美国斯坦福大学、日本 NTT 网络创新实验室、诺基亚西门子公司、日本东京大学等。一时之间，模分复用掀起了学术界乃至各大权威学术会议的热潮。 2010 年，美国中佛罗里达大学的 Fatih Yaman 等人再次采用 10×112Gb/s 速率的 PDM-QPSK 信号成功在少模光纤上传输 5032km[19]，为此后研究的人们奠定了有力的基础。 2011 年日本 NTT 实验室的 Nobutomo Hanzawa 等人完成 2×10Gb/s 速率的信号在双模光纤上传输 10km 的实验[20]，在接收端使用直接检测。 同年，美国阿尔卡特朗讯公司贝尔实验室的 Sebastian Randel 等人在 OFC年会上向人们展示了 3 模光纤的偏振复用实验，速率达到 6×28Gb/s，成功传输 10km [21]。 2012 年，美国的阿尔卡特朗讯贝尔实验室联合美国 OFS 公司的 S.Randel 等人利用差分模式时延补偿的光纤成功的传输了 6×20Gb/s 速率的信号，传输距离长达 1200km [22]。 2013 年，英国南安普顿大学、德国慕尼黑工业大学、德国的诺基亚西门子网络等研究机构，采用美国 OFS 公司研制的少模光纤进行 MDM-8QAM-OFDM 信号的传输实验，速率高达 337.5Gb/s，并且成功传输 150km[23]，接收端更是采用了低复杂度的 DSP 算法。
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第 2 章 模分复用技术概述
模分复用技术作为一种新兴的空分复用技术，是将少模光纤或多模光纤中正交且不同的模式作为独立信道来承载信息的技术。利用少模光纤中少量但稳定的模式进行模分复用，既减小了模间色散，又可以借助不同的正交模式作为独立信道进行信息传送，成倍提升系统传输容量。模分复用技术在研究阶段，并没有商用，因此还有很多问题需要商榷。本章将着重介绍模分复用系统的基础架构和它的关键技术。
2.1 模分复用系统构成
模分复用系统分为三部分，发送端、传输链路和接收端，首先发送端将电域信号调制到 Mach-Zehnder 调制器上转化为光信号；然后将多路模分复用信号送入少模光纤中进行传输，模式耦合就发生在少模光纤内，随机且不定时；其次在接收端将混合并且有其它损伤的信号进行相干接收，其中不同模式的信号也会在这里由模式解复用器分开；最后将接收到的信号送入 DSP 信号处理单元，经过模数转换、色散补偿、偏振模色散补偿、模式解耦合等处理，得到源信号。图2.1 为模分复用系统的典型框图。人们比较熟悉的光纤有两种，单模光纤和多模光纤[41]。单模光纤作为新一代通信媒质被广泛应用于长距离大容量传输系统，而多模光纤由于包含的模式过多，其固有的模间色散相对严重，大大限制了多模光纤的应用领域。因此少模光纤应运而生。少模光纤的模式数介于多模光纤和单模光纤之间，在模分复用技术中则使用少量的相对稳定的模式来进行复用，不仅可以减少模式之间的模间色散，又能使用正交的模式作为独立的通信信道来传送信息，成倍的提升了系统的传输容量。
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2.2 模分复用系统的理论模型
根据少模光纤的传输特性，我们将使用 VPI Transmission Maker8.7 仿真平台对少模光纤进行建模，由于该仿真平台中还没有少模光纤的模块，只能用单模光纤来代替。首先我们使用 Mode solver 软件对 LP01模和 LP11模进行仿真求解，得出其不同的性能参数，然后在 VPI 中将两根独立的单模光纤进行参数的设置，使之在性能参数上与 LP01模和 LP11模一致。LP01模和 LP11模的具体参数如表 2.1所示：为了模拟光纤链路中的随时随机性耦合，我们将光纤分段，如果将光纤分成无数段，那么将完全符合光纤链路的随时耦合特性。但为了计算方便，文中设置的光纤总长为 100km，分成五段，每段为 20km。本文所建立的少模光纤的传输链路模型如图 2.4 所示：
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第 3 章 高维调制技术......... 21
3.1 高维调制的基础知识及实现方法 ...... 21
3.2 高维调制的星座点选取 ........ 26
3.2.1 星座点的随机选取 ....... 26
3.2.2 星座点的距离选取 ....... 27
3.3 高维调制的映射技术 ..... 27
3.3.1 概率映射 ......... 28
3.3.2 距离映射 ......... 28
3.4 高维系统的理论模型 ..... 29
3.5 本章小结 .......... 30
第 4 章 高维调制的模分复用系统传输特性 ........ 33
4.1 高维调制的模分复用系统建立 .......... 33
4.2 理想的高维调制模分复用系统传输 ......... 34
4.3 高维调制的模分复用系统的传输特性 ...... 36
4.3.1 光信噪比对系统的传输性能影响分析 .... 36
4.3.2 距离对系统的传输性能影响分析 ..... 37
4.3.3 模式耦合对系统的传输性能影响分析 .... 38
4.4 本章小结 .......... 39
第 5 章 高维调制的模分复用系统的均衡技术 ..... 41
5.1 高维调制的模分复用系统色散补偿技术 ......... 41
5.2 高维调制的模分复用系统偏振模色散补偿技术 .... 43
5.3 高维调制的模分复用系统模式解复用技术 ..... 46
5.4 本章小结 .......... 49
第 5 章 高维调制的模分复用系统的均衡技术
基于高维调制的模分复用系统在系统的传输容量上是无限扩充的，在大容量长距离传输中高维调制和模分复用均起到了至关重要的作用，但是在具体的实施中，色散、偏振
