基於數字信號處理的光纖通信

余建軍教授在高速光傳輸領域進行了20余年的研究,在大容量、高速率光纖傳輸方面創造了許多項世界紀錄。包括**實現頻譜效率達到 4bit /(s·Hz )的相幹光傳輸,**實現 100Gbps的 8PSK信號的傳輸,**實現從 400Gbps到1Tbps 再到 10Tbps的相幹光信號的傳輸和探測。在高波特傳輸方面**實現了**波特率的 160Gbaud QPSK和 128Gbaud 16QAM信號的產生和相幹探測。在高波特率傳輸方面,**實現 256QAM 信號產生傳輸速率每信道400Gbps。先後在北京郵電大學、丹麥技術大學、美國朗訊貝爾實驗室、美國佐治亞理工學院、美國 NEC 研究所、中興通訊美國光波研究所和復旦大學從事高速光傳輸技術方面的研究。發表了 1000 余篇學術論文,獲得 100 余項美國專利授權。先後擔任 Journal of Optical Networking( OSA ), Journal of Lightwave Technology ( IEEE/ OSA ), Journal of Optical Communications and Networking ( OSA / IEEE )和 IEEE Photonics Journal 的編委,美國光學學會會士( OSA Fellow )和電氣工程師學會會士( IEEE Fellow ),長江特聘教授和國家傑出青年基金。在本領域以第一作者或**作者出版專著10本。

目錄

第1章導論

1.1光通信的發展與現狀

1.2光通信系統中的信號劣化

1.3光通信系統

1.3.1直接探測光通信系統

1.3.2相幹光通信系統

1.3.3直接檢測與相幹檢測

1.4光通信系統發展趨勢

思考題

參考文獻

第2章單載波先進調制格式

2.1調制格式概述

2.2光調制器

2.2.1相位調制器

2.2.2馬赫曾德爾調制器

2.2.3IQ調制器

2.2.4電吸收光調制器

2.3單載波高階調制

2.3.1QPSK實現方式

2.3.28PSK實現方式

2.3.38QAM實現方式

2.3.416QAM實現方式

2.3.5高階QAM調制

2.3.6多維多階調制格式比較研究

2.4軟件定義光收發機 

2.4.1軟件定義的多格式收發機

2.4.2軟件定義的偏振轉換的收發機

2.4.3自適應復用PON的軟件定義收發器

2.5小結

思考題

參考文獻

第3章單載波相幹探測中的正交歸一化與時鐘恢復技術

3.1相幹光通信

3.1.1單載波相幹探測基本原理

3.1.2使用相位和偏振分集接收的相幹檢測系統

3.2正交化與歸一化

3.2.1正交不平衡效應的影響

3.2.2Gram-Schmidt正交化過程

3.2.3L-wdin正交化過程

3.3時鐘恢復

3.3.1數字濾波平方定時估計算法

3.3.2Gardner算法

3.3.3Godard算法

3.3.4Muller算法

3.3.5反饋式全數字時鐘同步方案

3.4小結

思考題

參考文獻

第4章單載波相幹探測中的色散補償與偏振動態均衡技術

4.1色散補償與靜態均衡

4.2偏振動態信道均衡算法

4.2.1盲均衡的基本原理

4.2.2經典常模算法

4.2.3針對偏振復用信號的常模算法

4.2.4針對高階非恒模調制的CMMA

4.2.5改進級聯多模算法

4.2.6獨立成分分析

4.3小結

思考題

參考文獻

第5章單載波相幹探測中的載波恢復算法

5.1頻率偏移補償算法

5.2基於V-V的頻偏估計算法

5.3基於FFT的頻偏估計算法

5.4基於四次方頻偏估計算法

5.5相位補償算法

5.5.1基於V-V的相位補償算法

5.5.2基於前饋的相位旋轉相位補償

5.5.3修正的V-V相偏算法與最大似然相結合的恢復算法

5.5.4盲相位搜索算法及其改進算法

5.6算法演示與總結

思考題

參考文獻

第6章多載波Nyquist調制格式

6.1Nyquist信號的產生

6.1.1光Nyquist信號產生方法

6.1.2電Nyquist脈沖信號產生方法

6.2Nyquist信號的處理

6.2.1基於雙二進制頻譜壓縮的PM-QPSK產生方案

6.2.2基於Viterbi算法的MLSD方法

6.3基於多模的9QAM信號恢復算法

6.3.1Nyquist強濾波

6.3.2多模9QAM數據恢復原理與算法

6.4小結

思考題

參考文獻

第7章光正交頻分復用調制格式

7.1OFDM原理

7.2相幹光OFDM 

7.3全光OFDM

7.3.1基於光相移器的全光OFDM

7.3.2全光正交多載波

7.4小結

思考題

參考文獻

第8章直接探測OFDM中的數字信號處理技術

8.1直接探測光OFDM

8.1.1強度調制

8.1.2上變頻調制及解調

8.2直接探測OFDM算法

8.2.1同步算法 

8.2.2信道估計

8.3降低OFDM的PAPR

8.3.1PAPR 的定義

8.3.2降低PAPR 的常用方法

8.3.3降PAPR方法性能的改善

8.4小中心載波和子載波幹擾的原理和算法

8.4.1SSMI和FF產生的原理

8.4.2抗SSMI和FF技術

8.5直接探測光OFDM傳輸系統的研究進展

思考題

參考文獻

第9章OFDM相幹探測及其關鍵技術

9.1正交頻分復用基本原理

9.2相幹光正交頻分復用原理及其關鍵技術

9.2.1相幹光正交頻分復用的實現

9.2.2符號同步

9.2.3頻偏估計

9.2.4信道估計

9.2.5相位估計

9.2.6偏振復用的實現

9.3基於偏振復用的相幹光正交頻分復用系統的實驗實現

9.4相幹檢測的光正交頻分復用的研究現狀和展望

9.5小結

思考題

參考文獻

第10章無載波幅相調制技術

10.1CAP的調制與解調原理

10.1.1單帶CAP-mQAM的調制與解調原理

10.1.2多帶CAP信號的調制與解調原理

10.2多帶多階CAP用於WDM-PON接入網的研究

10.3無載波幅度相位調制的數字信號處理

10.3.1CAP-16格式

10.3.2預色散方法

10.3.3SSB信號的生成

10.4CAP調制的研究應用現狀和展望

10.4.1100 Gb/s帶電色散補償的CAP長距離傳輸

10.4.2基於DML的60 Gb/s CAP-64QAM傳輸實驗

10.4.3CAP-64QAM在無線接入網的應用 

10.5小結

思考題

參考文獻

第11章PAM-4信號調制和基於數字信號處理的探測技術

11.1PAM-4調制原理與相關算法

11.1.1PAM-4調制原理

11.1.2DD-LMS算法

11.1.3預色散補償原理

11.1.4查找表算法

11.2PAM-4高速傳輸系統

11.2.14通道IM/DD 112.5 Gb/s PAM-4傳輸系統

11.2.250 Gb/s/λ和64 Gb/s/λ PAM-4 PON下行傳輸系統

11.2.34通道IM/DD 112 Gb/s PAM-4預色散補償傳輸系統

11.2.4極化復用的400 G PAM-4信號產生和相幹探測

11.2.5基於概率整形及高階PAM調制的超高速光互聯傳輸

11.3小結

思考題

參考文獻

第12章概率整形技術研究

12.1概率整形技術的基本原理

12.1.1概率整形技術的定義和實現方法

12.1.2概率整形技術改善誤碼性能的原因分析

12.1.3概率整形技術的算法

12.2仿真探究概率整形技術的可行性

12.2.1仿真裝置

12.2.2仿真結果及分析

12.3PAS方案的原理

12.4概率整形與混合QAM的比較

12.5系統性能衡量指標NGMI

12.6概率整形和混合QAM傳輸實驗

12.6.1實驗裝置

12.6.2PS-64QAM和混合32/64QAM的比較

12.7截斷概率整形技術

12.7.1概率整形的整形程度

12.7.2截斷概率整形的原理

12.7.3TPS提高概率整形信號對相幹光通信系統和DSP的適應度仿真結果

12.7.4截斷概率整形的優勢

12.8小結

思考題

參考文獻

第13章前向糾錯碼

13.1引言

13.2分組碼

13.2.1線性分組碼

13.2.2循環碼

13.2.3BCH碼

13.2.4RS碼

13.2.5奇偶校驗碼

13.3Turbo編碼

13.3.1Turbo碼的編碼

13.3.2Turbo碼的疊代譯碼

13.3.3MAP譯碼

13.3.4Turbo均衡技術

13.3.5OFDM信號Turbo疊代均衡

13.3.6基於MIMO-CMA均衡算法

13.4LDPC編碼

13.4.1LDPC碼的基本概念

13.4.260 GHz LDPC-TCM OFDM光毫米波信號傳輸系統原理

13.4.3實驗結果及分析

13.5級聯編碼

13.6總結

思考題

參考文獻

第14章高譜效率光四維調制基本原理與關鍵技術

14.1二維、三維恒模調制的星座點分布與性能分析

14.2四維多階調制的原理與實現

14.2.1四維多階調制基本原理

14.2.2四維多階調制的實現

14.3多維多階調制星座圖的設計依據

14.3.1“簇形”問題

14.3.2“球形”問題

14.4典型多維多階星座圖性能分析

14.4.1N=2

14.4.2N=4

14.5四維高階幾何整形星座圖的設計方案

14.5.1基於GMI的四維幾何整形優化

14.5.2正交對稱條件下的四維幾何整形

14.5.34D-OS128設計方案

14.6總結與展望

思考題

參考文獻

第15章光通信系統中的機器學習算法

15.1支持向量機

15.1.1間隔與支持向量

15.1.2對偶問題

15.1.3核函數

15.1.4基於SVM的IM-DD系統的非線性消除

15.1.5基於SVM的調制格式識別

15.2主成分分析

15.2.1PCA聚類算法原理

15.2.2基於PCA的調制格式識別

15.3聚類算法

15.3.1K-means聚類算法原理

15.3.2算法流程

15.3.3算法展示與分析

15.3.4聚類算法在光通信系統中應用原理

15.3.5聚類算法性能

15.4人工神經網絡

15.4.1BP神經網絡原理

15.4.2循環神經網絡原理

15.4.3神經網絡計算復雜度討論

15.4.4低計算復雜度神經網絡非線性均衡器設計

15.4.5基於特征增強循環神經網絡的非線性均衡器

15.4.6基於BP神經網絡的OSNR估計器

思考題

參考文獻

第16章Kramers-Kronig算法原理與應用

16.1KK接收器原理

16.1.1Z拓展

16.1.2共軛信號和信號功率的Z拓展

16.1.3最小相位信號具有最大載波

16.1.4最小相位信號的KK關系

16.1.5需要升采樣

16.1.6可以不做升采樣

16.1.7實際應用 

16.2仿真設置和結果

16.2.1仿真裝置 

16.2.2仿真結果與討論

16.3研究進展

16.3.1典型實驗裝置和結果

16.3.2實驗結果和討論

16.3.3代表性研究進展

16.4結論

思考題

參考文獻

第17章多維復用光信號傳輸

17.1光時分復用多信道光傳輸

17.1.1OTDM原理和關鍵技術

17.1.2高速 OTDM傳輸

17.2波分復用多信道光傳輸

17.2.1波分復用系統結構

17.2.2波分復用關鍵技術

17.2.3波分復用工作特性

17.2.4波分復用傳輸系統實驗

17.3空分復用多信道光傳輸

17.3.1基於多模光纖的空分復用多信道光傳輸

17.3.2基於多芯光纖的空分復用多信道光傳輸

17.4光碼分復用多信道光傳輸

17.4.1OCDM原理及系統構成

17.4.2OCDM關鍵技術

17.4.3OCDM應用

17.5OAM復用

17.6小結

思考題

參考文獻