复杂格式信号的调制失真在线监测研究

用于大容量高速传输的复杂调制格式信号可提高信息频谱效率、改善传输特性，但其产生的复杂度高、控制变量多和符号距离小，使得参量偏差引起信号调制失真的发生概率和危害急剧增加，这给调制失真监测带来新的科学问题和挑战：有效监测量的提出及其与多种信号失真的关系。围绕该问题，课题研究复杂调制格式信号产生、探测的分析模型、总结归纳出能区分多种目标参量偏差的监测量，获得监测量与目标参量偏差的关系，设计相应的监测方法和处理算法。研究从信号特征结构入手，提出用信号状态变化轨迹图来分析评价各种调制失真，在此基础上提出重心位置偏移、幅度/角度统计分布等监测量，设计出相应的监测方案，可监测区分多种信号失真，且对非目标参量不敏感。目前已完成第一种方案，在此基础上进一步研究幅度/角度分布监测量与参量偏差的定量关系，完成相关的信号处理算法，最终实现归零四相移键控信号的在线监测

复杂调制格式信号可提高信息频谱效率、改善传输特性，但其产生复杂度高、控制变量多和符号距离小，使得参量偏差引起信号调制失真的发生概率和危害急剧增加，这给调制失真监测带来新的科学问题和挑战。围绕这一问题，本研究取得如下成果。.理论方面：研究了双平行调制器产生复杂调制格式信号（包括NRZ-QPSK、RZ-QPSK）的幅度相位变化规律，根据信号幅度相位在复平面上的变化提出相轨迹图概念。相轨迹图描述了信号从一个状态转移到另一个状态完整过程，而不像星座图那样只含有转移前后的状态，所以它能更全面地呈现信号的失真。据此，完成从轨迹图中提取几何特征参量用于同时监测多种控制参数偏差，并建立了两者之间的定量关系，如调制器偏置电压偏差，I、Q路数据之间定时偏差以及切割脉冲与数据之间的定时偏差，并对定量关系的物理涵义给出了明确解释，这些成果为定量监测和定位调制失真奠定了基础，使得信号质量监测从定性分析走向定量分析，从单因素分析发展到多因素分析。..实验方面：.搭建了线性光采样系统，比较不同采样光脉冲对结果的影响，发现色散元件压缩与信号同源的窄线宽激光器所产生的啁啾脉冲相噪最小，效果最好，而不同源的独立DFB光源和注入锁定锁模激光器产生的采样脉冲相噪较大，且色散元件压缩脉冲方案较为简单。.完成了软件同步重建信号相轨迹图、平滑降噪、相轨迹图特征参数提取和计算等算法。.实现对各种速率多种调制格式信号的轨迹图重建与监测，如10G和56G符号率的NRZ-QPSK，10G和11.3G符号率的RZ-QPSK和10G符号率的16QAM信号等。.在此基础上，完成(N)RZ-QPSK调制过程中的常见控制参数偏差的监测，如双平行调制器中母调制器偏置电压偏差破坏I、Q两路正交性，使得IQ夹角偏离90度，该偏差与偏置电压偏差呈线性关系，因此可监测偏置电压；I/Q两路数据延时差导致轨迹图中两个运动方向的斜对角线分离，分离距离与延迟差存在一个由调制信号脉冲边沿所决定的正弦函数关系，从分离距离可估算出I/Q数据延时差，而RZ-QPSK调制过程中I/Q两路数据与切割脉冲延时差也有类似的规律。上述关系全部为实验所证实。.结果表明相轨迹图是一种可以定量监测定位多种调制失真的工具；异步线性光采样可以简单地获取信号相轨迹图。目前所重建的相轨迹图还存在噪声较大，监测灵敏度不高，监测更高阶调制格式失真定量关系复杂而难以定量化等。