高速光传输系统中自适应偏振模色散补偿 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

窝固 中文核心期刊 高速光传输系统中自适应偏振模色散补偿 黄春明1 ，陶金晶：，张阳安2 ，张锦南2 ，袁学光z ，张明伦z ，张晓光2 ( 1 江西电力科学研究院。南昌市3 3 0 0 9 6 ： 2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室( 筹) 北京1 0 0 8 7 6 ) 摘要：偏振模色散( P M D ) 是影响高速光传输系统性能的关键因素之一，如何构建一个适合有效的偏振模 色散补偿器极具挑战性。新型光偏振模补偿( P M C ) 系统利用D S P 和C P L D 平台实现逻辑控制单元。该系统 中引入了高速控制模块，使得每个周期的补偿时间缩短了将近1 0 0ps 。利用粒子群优化( P S O ) 算法，整 个系统能够完成一阶和二阶的偏振模色散补偿。 关键词：D S P ；C P L D ；P M D ；自适应O P M D C 系统；P S 0 中图分类号：T N 9 2 9 11文献标识码：A文章编号：1 0 0 2 - 5 5 6 1 ( 2 0 11 ) 1 0 0 0 4 8 0 3 A d a p t i v eP M Dc o m p e n s a t i o ni n h i g h s p e e do p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e m H U A N G C h u n - m i n g1 ，T A OJ i n - j i n g2 ，Z H A N GY a n g - a n2 ， Z H A N GJ i n - n a n2 ，Y U A NX u e - g u a n g2 ，Z H A N GM i n g - l u n2 ，Z H A N GX i a o - g u a n g 2 ( 1 J i a n g x iE l e c t r i cP o w e rS c i e n c eR e s e a r c hI n s t i t u t eJ i a n g x i ，N a n c h a n g3 3 0 0 9 6 ，C h i n a ； 2 S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fI n f o r m a t i o nP h o t o n i c sa n dO p t i c a lC o m m u n i c a t i o n s ， B e i j i n gU n i v e r s i t yo f P o s t sa n dT e l e c o m m u n i c a t i o n s ，B e i j i n g1 0 0 8 7 6 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：P o l a r i z a t i o nM o d eD i s p e r s i o n ( P M D ) h a sag r e a ti m p a c to nt h ep e r f o r m a n c eo ft h eh i g h s p e e do p t i c a lt r a n s m i s s i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n di ti sc h a l l e n g i n gt oe s t a b l i s ha ne f f i c i e n tc o m p e n s a t o r An o v e l s c h e m eo fa no p t i c a lp o l a r i z a t i o nm o d ec o m p e n s a t i o n ( P M C ) s y s t e mi sp r o p o s e d T h ep r o p o s e dP M Dc o m p e n s a t i o ns y s t e me m p l o y sl o g i c a lc o n t r o l l i n gu n i tb a s e do nD S Pa n dC P L Dp l a t f o r ma n di m p l e m e n t sw i t h s o m eh i 曲一s p e e dc o n t r o lc o m p o n e n t sw h i c hs h o r t e nt h ec o m p e n s a t i o nt i m et on e a r l y10 0m i c r o s e c o n d sp e r l o o p T h ep a r t i c l es w a r l l lo p t i m i z a t i o n ( P S O ) a l g o r i t h mi su t i l i z e di nt h ew h o l es y s t e mw h i c hc o u l dc o m p l e t e t h ef i r s t s t a g ea n ds e c o n d - s t a g eP M D c o m p e n s a t i o n K e yw o r d s ：D S P ；C P L D ；P M D ；a d a p t i v eO P M D Cs y s t e m ；P S O 0 引言 随着光纤通信系统带宽的不断增加偏振模色散 f P M D ) 已经成为系统中的主要限制因素之一，光偏振 模色散补偿就显得尤为重要。利用计算机和数据采集 卡可实现偏振模色散补偿系统。但是这样的系统缺 乏灵活性而且系统的实时性能差强人意。相比利用 计算机和数据采集卡。利用高速的A D 芯片、D A 芯片 和数字信号处理器( D S P ) 能够缩短偏振模色散补偿 的时间。而且电子器件也使得系统集成化。新型的基 于D S P 和C P L D 的自适应光偏振模色散补偿( O P M D C ) 系统被提出。O P M D C 系统包括偏振监控单元、 收稿日期：2 0 1 1 - 0 5 3 1 。 基金项目：波分复用在江西电网光纤通信网的应用研究项目资助。 作者简介：黄春明( 1 9 6 3 一) ，男，高级工程师主要从事电力网络规划与 设计管理方面的研究。 允盈信致粕2 0 1 1 年第1 0 期 算法控制和逻辑控制单元。以及偏振补偿单元。D S P 和 C P L D 的平台可以改善O P M D C 系统的性能。另外，利 用高速的A D 和D A 转换器。能够显著缩短补偿时间， 而且能够为O P M D C 提供一个实时的反馈系统。 1 基于D S P 和C P L D 平台的设计 在O P M D C 系统中有三个单元，即偏振监控单元、 算法和逻辑控制单元和偏振补偿单元。基于D S P 和 C P L D 的平台即为算法和逻辑控制单元。算法和逻辑 控制单元不仅实现为O P M D C 系统设计的算法而且 能够从逻辑上控制系统从而使其丁作更有效。 1 1 基于D S P 和C P L D 平台的结构 基于D S P 和C P L D 平台的结构如图1 所示。D S P 是核心部分，它控制了几乎所有的外围电路。本系统 万方数据 赘国 图1 基于D S P 和C P L D 平台的结构 中我们使用1 r I 公司生产的T M S 3 2 0 C 6 7 2 0 通用D S P 处理器以及X i l i n x 公司生产的X C 9 5 2 8 8 X LC P L D 芯 片。T M S 3 2 0 C 6 7 2 0 包括外部存储器接口( E M I F ) ，该接 口可用于连接S D R A M 、N O RF L A S H 、N A N DF L A S H 或S R A M 。尽管T M $ 3 2 0 C 6 7 2 0D S P 为E M I F 预留的地 址线有限却足以实现与S D R A M 的无缝连接。然而像 F L A S H 这种异步存储器在设备启动期间。需要复制 F L A S H 中的内容到S D R A M 中此时就需要将额外的 通用目的输入输出( G P I O ) 引脚作为高位地址线I I I 。如 图1 所示在D S P 访问F L A S H 期间C P L D 提供了高 位地址线和片选信号而不是使用额外的D S PG P I O 引脚。因此C P L D 需要进行地址译码。并给F L A S H 发 送必需的信号以便在D S P 操作F L A S H 前使其能够 准备好。D S P 能够通过它上面的1 2 C 模块访问E E P R O M 。利用以太网芯片R T L 8 0 1 9 D S P 可根据互联网 协议通过电缆与个人计算机通信。此外D S P 可以通过 驱动S L 8 1l H S 来操作可移动存储器。L C D 模块可以显 示D S P 发来的信息。包括网络通信操作U S B 和L C D 在内的所有丁作必须在C P L D 的协助下完成C P L D 将 提供必须的片选信号和读写操作信号。基于D S P 和 C P L D 平台的最重要的功能是通过实现为O P M D C 系 统设计的算法来控制偏振监控单元和偏振补偿单元。 由于D S P 的输入输出引脚数量有限所以引入C P L D 来扩展输入输出引脚。这正是C P L D 最显著的作用。为 了操控偏振控制单元和偏振补偿单元C P L D 包括一 些数据寄存器用来存储操作或转换数据。访问这些寄 存器D S P 能够获取数据或发送命令给其他的外围芯 片或模块。例如偏振控制器A D 转换器D A 转换器和 群时延线( D G Dl i n e ) 。在偏振监控单元中，采用异步高 速的模数转换机制从而实现了偏振度( D O P ) 的高速 监控。这意味着A D 转换和D S P 控制算法是并行的。 在这个系统中，我们使用C P I D 来控制A D 芯片，而不 黄春明陶金晶张阳安等：高速光传输系统中内适应偏振模色散补偿 需要D S P 的参与。C P I D 独立地控制模数转换，以确保 D O P 的监控是高速、实时的。显然在自适应O P M D C 系统中基于D S P 和C P L D 的平台是关键部分因为 它通过实现控制算法来控制系统中的所有其他部分 使系统能够实现其功能。高速的A D 、D A 和D S P 芯片 提高了整个系统的性能尤其是在补偿时间方面。 1 2 自适应O P M D C 系统中的反馈系统 通常一阶补偿器能够补偿一阶P M D 。对于一阶补 偿器补偿单元由一个偏振控制器和一个差分群时延 线组成偏振控制器的功能是调整输入光的偏振态 ( S O P ) 最终输出补偿后的偏振态群时延线的功能是 消除输入光信号的群时延差( D G D ) 2 1 。在一阶补偿器 中有三或四个控制参数，即自由度( D O F ) 是三或四。其 中三个是偏控的参数。最后一个是群时延线的参数 它是否存在取决于差分群时延线是同定的还是变化 的。失真光信号中的偏振度( D O P ) 能指示光纤中偏振 模色散的变化1 3 1 。因此，偏振度能够作为偏振模色散监 控单元的反馈信号。在O P M D C 系统中D S P 控制一阶 和二阶偏振模色散补偿。反馈信号的采样由在偏振模 色散监控单元中的数据采集系统完成该数据采集系 统利用偏光计进行四路实时的同步采样 4 1 。在一阶补 偿中偏振控制器和双折射器件共调整三个自由度 这意味着D A 芯片应该同时输出3 个电压信号。此外 D A 芯片应该同时输出至少6 信道的电压信号给偏振 控制器以实现二阶偏振模色散补偿。如果群时延线 是变化的就需要同时输出第7 路电压信号。这可能 需要另外增加D A 芯片1 5 1 对于基于D S P 和C P L D 的自 适应O