零差接收机相位噪声消除和IQ不平衡补偿技术研究

摘要

本论文首先回顾了相干光通信有关的研究和发展的历史，并简述了相干检测的基本原理和若干关键技术，其中包括相位噪声消除和同相（I,in-phase）正交（Q，quadrature）不平衡补偿，这两大关键技术也是本论文重点讨论的对象。 对于相位噪声的消除，本论文介绍了前向相位噪声消除技术、光锁相环以及用于差分相移调制格式的相位分集方法。相比于光锁相环，相位分集不仅能消除信号光和本振光之间的随机相位差，而且能消除光路不匹配造成的相位噪声，结构上也容易实现。本论文介绍了用于某些调制格式的相位分集方法，并且提出了适用于多进制差分相移键控的相位分集接收机。利用optisystem和Matlab软件联合仿真正交差分相移键控和八进制差分相移键控两种调制格式发现，相位分集方法能够很好的消除各种相位噪声。然而当存在IQ不平衡时，相位分集对相位噪声的消除效果没有任何改善，因为此方法运算的前提是同相正交分量振幅相等相位正交，所以当存在IQ不平衡时一定要补偿之后再异步解调。 针对IQ不平衡补偿，本论文介绍了数字补偿算法，自适应有限脉冲响应滤波器补偿法，和本论文提出的自适应相位分集法。数字补偿算法首先要进行模数转化并依靠高速DSP，计算复杂且一般不适用于高阶正交振幅调制；16结构的有限脉冲响应滤波器虽然适用于正交振幅调制，但是结构太过复杂；本论文分析了造成IQ不平衡的原因，提出的自适应相位分集法在理论上能够对多进制差分相移键控和正交振幅调制进行IQ不平衡补偿。自适应相位分集系统将传统的2×290°混频器中的90°移相器替换为电光调制器，该电光调制器有π2的固有相移，然后根据反馈的相位误差信号再产生一个附加相移完成相位不平衡补偿，相位误差信号由IQ分量输入乘法器，低通滤波器得到；振幅不平衡补偿由自动增益放大器根据振幅误差信号完成，振幅误差信号由IQ分量分别输入峰值检波器，差分放大器得到。仿真结果表明，对于正交差分相移键控和八进制差分相移键控调制格式，IQ信道之间的不平衡可以在很大的不平衡范围内完全得到补偿，并且该方法系统简单，对环境等外在因素可耐性大，有望在相干通信或相干探测领域提供一种可行的方案。

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