畢業(yè)設(shè)計(jì)論文高速光纖通信系統(tǒng)中的ofdm調(diào)制解調(diào)技術(shù)的仿真與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文</p><p>　　高速光纖通信系統(tǒng)中的OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)的仿真與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　偏執(zhí)520</b></p><p>　　班 級(jí)： 機(jī)電1201班</p><p>　　專 業(yè) 名 稱： 機(jī)電一體化</p>&l

2、t;p>　　學(xué) 號(hào)： 20120506008</p><p>　　論文提交日期：2015年 6月10 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　光正交頻分復(fù)用(O-OFDM)通信系統(tǒng)，其帶寬資源豐富，無需色散管理，抗色散能力強(qiáng)，這些優(yōu)點(diǎn)使得光正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)成為下一代高速率光纖傳輸?shù)膫溥x方案

3、之一，并成為高速光纖通信系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　本文對(duì)高速O-OFDM通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)高速O-OFDM通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討和研究。</p><p>　　對(duì)于一個(gè)通信系統(tǒng)的研究，首先要進(jìn)行建模和仿真，從理論層面上分析該系統(tǒng)的大致性能和現(xiàn)實(shí)可行性。論文在給出了高速0-OFDM通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，基于MATLAB建立了O-OFDM光纖通信系統(tǒng)

4、的簡(jiǎn)單模型，并分析了實(shí)現(xiàn)過程中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)、定時(shí)同步、偏振模色散等因素對(duì)O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的性能影響;在這些理論分析的基礎(chǔ)上，給出了一套高速O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。</p><p>　　在O-OFDM系統(tǒng)的電信號(hào)處理部分，OFDM調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵部分，而OFDM調(diào)制解調(diào)就是輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的快速傅里葉(逆)變換(IFFT-FFT)運(yùn)算。在64點(diǎn)IFFT-FFT運(yùn)算實(shí)現(xiàn)時(shí)，基于Quartus2設(shè)

5、計(jì)了64點(diǎn)IFFT核和FFT核模塊，并對(duì)模塊進(jìn)行了功能和時(shí)序仿真驗(yàn)證。該OFDM調(diào)制解調(diào)模塊運(yùn)算效率很高，可達(dá)到最大11.7G·S/S(吉符號(hào)每秒)的數(shù)據(jù)吞吐量，運(yùn)用該工FFT核實(shí)現(xiàn)的O-OFDM光纖通信系統(tǒng)理論上可完成最大46.8Gbit/S的傳輸容量。</p><p>　　由于人們對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸容量的需求越來越大，研究者正努力提高O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率。本文對(duì)提高O-OFDM光纖通信系

6、統(tǒng)的傳輸容量提出了一些可行的方案，如采用光波分復(fù)用技術(shù)、光偏振復(fù)用技術(shù)和增加子載波傳輸個(gè)數(shù)等，并對(duì)這些方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞:高速光纖通信，光正交頻分復(fù)用，快速傅里葉(逆)變換</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章緒論..................................

7、.................................................................................3</p><p>　　1. 1光纖通信的發(fā)展歷史....................................................................................3</p><p

8、>　　1. 2光纖通信的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)........................................................................7</p><p>　　1. 2. 1光纖通信的應(yīng)用.......................... .....................................................7</p&

9、gt;<p>　　1.2.2光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)..........................................................................8</p><p>　　1.3 0-OFDM通信系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)述.......................................................................9&

10、lt;/p><p>　　第二章0-OFDM通信系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介.........................................................................12</p><p>　　2. 1基本原理...........................................................................

11、...........................12</p><p>　　2.1.1光纖通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介............................................................................12</p><p>　　2.1.2 0-OFDM通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介...................................

12、...............................14</p><p>　　2. 1. 3正交頻分復(fù)用(OFDM)的基本原理.................................................15</p><p>　　2.2 0-OFDM通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀...............................................

13、......................18</p><p>　　2. 2. 1 0-OFDM通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀....................................18</p><p>　　2.2.2 0-OFDM通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀..........................................19</p><

14、;p>　　2.2.3 0-OFDM通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的制約因素分析..................................21</p><p>　　2. 3本章小結(jié)......................................................................................................23</p>&l

15、t;p>　　第三章高速CO-OFDM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析.................... .............................24</p><p>　　3. 1高速CO-OFDM通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.......................................................24</p><p>　　3. 1. 1 0-

16、OFDM通信系統(tǒng)分類................................................................24</p><p>　　3.1.2 20Gb/s高速CO-OFDM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案..................................25</p><p>　　3.2 CO-OFDM通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵因素的建模與仿真....

17、...............................27</p><p>　　3. 2. 1高速CO-OFDM通信系統(tǒng)的基本模型設(shè)計(jì)....................................27</p><p>　　3.2.2 CO-OFDM通信系有限字長(zhǎng)效應(yīng)的仿真...........................................27</p

18、><p>　　3.2. 3 CO-OFDM通信系統(tǒng)定時(shí)同步仿真..................................................29</p><p>　　3. 2. 4 CO-OFDM系統(tǒng)有限字長(zhǎng)效應(yīng)和定時(shí)同步的聯(lián)合仿真..................32</p><p>　　3.2.5 CO-OFDM通信系統(tǒng)的偏振模色散效應(yīng)的研究

19、................................33</p><p>　　3. 2. 5. 1偏振模色散效應(yīng)建模原理......................................................33</p><p>　　3. 2. 5. 2偏振模色散干擾下的系統(tǒng)頻率響應(yīng)仿真...............................34<

20、;/p><p>　　3. 2. 5. 3偏振模色散效應(yīng)的補(bǔ)償..........................................................36</p><p>　　3. 4本章小結(jié).........................................................................................

21、.............39</p><p>　　論文總結(jié).....................................................................................................................40</p><p>　　參考文獻(xiàn)................................

22、.....................................................................................42</p><p><b>　　圖目錄</b></p><p>　　圖2-1通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖...................................................

23、............................12</p><p>　　圖2-2 OFDM系統(tǒng)基本模型框圖........................................................................16</p><p>　　圖2-3基于快速傅里葉變換(工FFT)的OFDM系統(tǒng)框圖........................

24、............ 17</p><p>　　圖3-1 CO-OFDM光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成框圖......................................25</p><p>　　圖3-2 6bit, 8bit量化誤碼率曲線比較.................................................................2

25、9</p><p>　　圖3-3基于CP的OFDM塊定時(shí)同步算法示意圖................................................30</p><p>　　圖3-4基于MATLAB的誤幀率仿真曲線...............................................................31</p><

26、;p>　　圖3-5 CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)有限字長(zhǎng)效應(yīng)和定時(shí)同步的聯(lián)合仿真………..33</p><p>　　圖3-6偏振模色散效應(yīng)示意圖...............................................................................34</p><p>　　圖3-7 OFDM符號(hào)采樣示意圖............

27、.................................................................34</p><p>　　圖3-8偏振模色散效應(yīng)下的系統(tǒng)相位誤差曲線...................................................35</p><p>　　圖3-9偏振模色散效應(yīng)下的系統(tǒng)幅度響應(yīng)曲線............

28、.......................................36</p><p>　　圖3-10(高斯白噪聲+PMD)相位補(bǔ)償后的誤碼率曲線..........................................37</p><p>　　圖3-11不同調(diào)制方式的誤碼率曲線.............................................

29、.........................38</p><p><b>　　表目錄</b></p><p><b>　　表目錄</b></p><p>　　表3-1 6bit, 8bit量化的高速CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置….............28</p><p>　　表

30、3-2基于CP的OFDM塊定時(shí)同步仿真參數(shù)設(shè)置..............................................31</p><p>　　表3-3 CO-OFDM通信系統(tǒng)有限字長(zhǎng)效應(yīng)和定時(shí)同步聯(lián)合仿真參數(shù)設(shè)置表....32</p><p>　　表3-4偏振模色散效應(yīng)下的系統(tǒng)相位誤差曲線仿真參數(shù)設(shè)置表.........................35</

31、p><p>　　表3-5偏振模色散效應(yīng)下的系統(tǒng)幅度響應(yīng)曲線仿真參數(shù)設(shè)置表.........................36</p><p>　　表3-6(高斯白噪聲+PMD)相位補(bǔ)償后的誤碼率曲線仿真參數(shù)設(shè)置表..................37</p><p>　　表3-7(高斯白噪聲+PMD)子載波采用不同的調(diào)制方式仿真參數(shù)設(shè)置表..............

32、38</p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1光纖通信的發(fā)展歷史</p><p>　　時(shí)代進(jìn)步了，科技發(fā)展了，人們對(duì)物質(zhì)和精神文化生活的要求越來越高。通信作為人類生活中不可缺少的高科技部分，隨著社會(huì)的發(fā)展而口新月異。作為通信的一個(gè)研究領(lǐng)域，光纖通信由于其大容量、長(zhǎng)傳輸距離的優(yōu)勢(shì)，受到了越來越多的科學(xué)家和研究者的

33、關(guān)注。</p><p>　　《用于光頻的光纖表面波導(dǎo)》，英籍華裔科學(xué)家高餛博士于1966年發(fā)表在PIEE雜志上的一篇論文，成為了光纖通信時(shí)代的到來的啟明星。正是基于這篇論文的理論指導(dǎo)，1970年，美國康寧玻璃公司利用改進(jìn)型的化學(xué)汽沉淀法(MCVD法)制造出了世界上第一根超低損耗光纖，成為了光纖通信領(lǐng)域的爆炸性發(fā)展的導(dǎo)火索，而這一光纖技術(shù)的突破也鋪平了光纖通信的發(fā)展道路。</p><p>　

34、　在光纖制造領(lǐng)域，光纖的制造技術(shù)正以不可思議的速度發(fā)展著。光纖損耗從</p><p>　　1970年的20dB/km,1972年的4 dB/km,1974年的1.1 dB/km,1976年的0.5 dB/km,</p><p>　　1979年的0.2dB/km，一直到到1990年的0.14 dB/km。光纖技術(shù)在1970年至1980</p><p>　　年的十年時(shí)間

35、里，光纖損耗幾乎是以每年一半的速度遞減。</p><p>　　在光纖技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)的光電器件也取得了很快的發(fā)展。有了光纖制造技術(shù)和光電器件制造技術(shù)作為基礎(chǔ)，光纖通信系統(tǒng)順理成章的出現(xiàn)了，且隨著這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展。</p><p>　　1976年，美國在亞特蘭大開通了世界上第一個(gè)實(shí)用化、傳輸碼率達(dá)到45Mbit/s,傳輸距離為1 Okm的光纖通信系統(tǒng)。在隨

36、后到來80年代里，光波分復(fù)用系統(tǒng)、相干光通信系統(tǒng)、光纖放大器等技術(shù)越來越受到科研工作者的重視，并投入了大量的人力物力進(jìn)行研究。80年代末，摻餌光纖放大器的研制成功，使得光纖通信技術(shù)取得了更快的發(fā)展。1993年，2.SGbit/s的光纖通信系統(tǒng)己經(jīng)實(shí)用化，1995年1 OGbit/s的光纖通信系統(tǒng)又研制成功[1]。</p><p>　　由于受到電子遷移率等瓶頸因素的限制，傳輸速率40Gbit/s以上的單信道光纖通信

37、系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)，因此研究者開始將目光轉(zhuǎn)向復(fù)用技術(shù)。目前最常使用的復(fù)用技術(shù)是光波分復(fù)用技術(shù)(WDM)，且這一復(fù)用技術(shù)的光纖通信系統(tǒng)己經(jīng)實(shí)用化。</p><p>　　2001年的OFC會(huì)議上，報(bào)道了實(shí)驗(yàn)室中單根光纖傳輸容量為10Tbit/s光纖傳輸實(shí)驗(yàn)。光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量現(xiàn)在己朝著Tbit/s數(shù)量級(jí)方向發(fā)展，相信在不久的將來這些高速光纖通信系統(tǒng)就會(huì)實(shí)用化。</p><p>　　20世紀(jì)90年

38、代中后期，WDM全光通信網(wǎng)成為引人注目的研究熱點(diǎn)，并由</p><p>　　ITU-T規(guī)范命名為光傳送網(wǎng)(OTN ) 。OTN就是在傳送網(wǎng)中加入光層，并在光信號(hào)</p><p>　　域進(jìn)行交叉連接和分插復(fù)用以減小交換點(diǎn)處電信號(hào)的處理壓力，從而提高了整個(gè)</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和數(shù)據(jù)處理能力，因此，光傳送網(wǎng)成為下一代網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的備選方</p>

39、<p><b>　　案之一。</b></p><p>　　在當(dāng)代社會(huì)，IP業(yè)務(wù)突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)，由于IP業(yè)務(wù)的突發(fā)性、自相似性和不對(duì)稱性等特點(diǎn)，對(duì)于光網(wǎng)絡(luò)的要求不斷提高，當(dāng)代光網(wǎng)絡(luò)必須能夠動(dòng)態(tài)地按需求分配帶寬從而使資源得到最優(yōu)化利用;要求光網(wǎng)絡(luò)能夠具有實(shí)時(shí)的流量控制工具，實(shí)施更加完善的保護(hù)和恢復(fù)功能，以及更強(qiáng)的互操作性和擴(kuò)展性從而減少網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)的費(fèi)用。綜上所述，高速的社會(huì)發(fā)展需求

40、更加智能的光網(wǎng)絡(luò)，光網(wǎng)絡(luò)的智能化研究也己成為光通信領(lǐng)域的另一個(gè)研究熱點(diǎn);以光傳送網(wǎng)為基礎(chǔ)的高度智能化自動(dòng)光交換網(wǎng)絡(luò)(ASON)成為光網(wǎng)絡(luò)的主要研究方向。</p><p>　　在人們對(duì)通信技術(shù)的需求的推動(dòng)下，光纖通信系統(tǒng)繼續(xù)向大容量、長(zhǎng)距離傳輸?shù)姆较虬l(fā)展，支持大容量、長(zhǎng)距離傳輸?shù)母鞣N技術(shù)(如低噪聲技術(shù)、非線性光學(xué)效應(yīng)的抑制、群速度色散和偏振模色散的補(bǔ)償、新型調(diào)制技術(shù)和糾錯(cuò)碼等)成為新的研究熱點(diǎn)。</p>

41、<p>　　1.2光纖通信的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.2. 1光纖通信的應(yīng)用</p><p>　　在光纖信道中，既可以傳輸模擬信號(hào)，也可以傳輸數(shù)字信號(hào)，因此光纖通信系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，比如在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，而目前研究和開發(fā)的主要領(lǐng)域是廣域網(wǎng)傳輸和光纖接入網(wǎng)。</p><p>　　光纖通信的主要應(yīng)用如下:</p&

42、gt;<p>　　(1)廣域通信網(wǎng)，如全球通網(wǎng)絡(luò)(歐亞大陸的洲際光纜干線和橫跨大西洋、太平洋的海底光纜等)、國家公共干線網(wǎng)(在我國，干線系統(tǒng)中有比較著名的京漢、蕪湖至九江、滬寧漢干線、廣南沿海工程等，至2002年3月，我國“八橫八縱”格狀國家光通信骨干網(wǎng)也己經(jīng)基本建成)、專用通信網(wǎng)(包括鐵路、電力、國防等部門的專用通信網(wǎng))等領(lǐng)域。</p><p>　　(2)構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)城域網(wǎng)和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，包

43、括光纖高速傳送鏈路(本文所研究?jī)?nèi)容)、光纖以太網(wǎng)傳輸?shù)取?lt;/p><p>　　(3)有線電視的干線和分配網(wǎng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)電視系統(tǒng)等方面。</p><p>　　(4)綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)電話、視頻、數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)量的多媒體業(yè)務(wù)綜合接入核心網(wǎng)。</p><p>　　綜上所述，光纖通信有著非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，因此，光纖通信成為了通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。&l

44、t;/p><p>　　1.2. 2光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　光纖通信從上世紀(jì)70年代起步發(fā)展至今，己經(jīng)經(jīng)歷了四十多年的高速發(fā)展，現(xiàn)在無論是光纖制造技術(shù)還是光電器件制造技術(shù)都取得非常巨大的成就。從1970年的衰減為20dB/km到現(xiàn)在幾乎接近石英光纖的理論衰減極限值0.14dB/km光纖光纜;從1976年的第一個(gè)45Mbit/s到現(xiàn)在實(shí)時(shí)傳輸速率為100Gbit/s的高速光纖通信系

45、統(tǒng);從1985年的多模光纖傳輸系統(tǒng)的商用化到現(xiàn)在先進(jìn)的SDH光纖通信系統(tǒng)，光纖通信以不可思議的速度快速發(fā)展起來，并成為通信領(lǐng)域不可缺少的組成部分。</p><p>　　雖然光纖通信己經(jīng)取得了很大的成就，但光纖通信還有著更大的發(fā)展?jié)摿Α?jù)分析，目前的光纖通信僅發(fā)揮了其自身能力的1 %-2%，因此，光纖通信還具有很大的潛力可挖，還需要科學(xué)工作者付出加倍的努力進(jìn)行研究。</p><p>　　根據(jù)

46、現(xiàn)階段光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀，光纖通信未來的發(fā)展趨勢(shì)可總結(jié)為以下幾個(gè)主要方面:</p><p>　　(1)光復(fù)用技術(shù)。包括光時(shí)分復(fù)用技術(shù)、光波分復(fù)用技術(shù)、光碼分復(fù)用技術(shù)、光副載波復(fù)用技術(shù)、光偏振模復(fù)用技術(shù)等，其中以光波分復(fù)用技術(shù)最為成熟且研究所取得成果最多，一些光波分復(fù)用通信系統(tǒng)己經(jīng)研制成功并己商用化;光偏振模復(fù)用技術(shù)是最近這幾年興起，有效提高通信系統(tǒng)傳輸速率的又一復(fù)用技術(shù)。</p><p>

47、　　(2)相干光通信。由于最先應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)主要采用強(qiáng)度調(diào)制一直接檢波的方式，雖然這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但這種系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量相對(duì)較差、帶寬利用率低。因此，傳輸質(zhì)量好、帶寬利用率高、實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的相干光通信成為了新的研究方向。</p><p>　　(3)光孤子通信。光孤子的概念產(chǎn)生于1973，由Hasegawa發(fā)現(xiàn)，隨后和Tappert 一起從理論上

48、證明了其在光纖中可以保形傳輸，因此，研究者開始設(shè)想將這一特性應(yīng)用于光纖通信的傳輸。由于光孤子通信顯示出的巨大潛力，目前己經(jīng)成為一種新型光纖通信，并作為長(zhǎng)距離越洋傳輸?shù)囊环N實(shí)現(xiàn)方案。</p><p>　　(4)光集成技術(shù)。類似于電信號(hào)域的電子集成電路，把各種光器件如光源器件、光檢測(cè)器件、光濾波器件、光柵等集成到一塊光器件之上，構(gòu)成一種可以完成多種功能的光器件。</p><p>　　(5)全光

49、通信網(wǎng)。全光網(wǎng)絡(luò)(All-optical networks,AON)是指數(shù)據(jù)信息流在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和交換全部在光信號(hào)域完成，這樣就可以克服電子器件的傳輸速率上的“瓶頸”，從而極大地提高光通信網(wǎng)的處理效率。</p><p>　　1.3 O-OFDM通信系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)述</p><p>　　在過去20年中，光纖通信系統(tǒng)的傳輸能力增加了超過三個(gè)數(shù)量級(jí)，由最初的45Mbit/s到現(xiàn)在的40Gb/s,

50、 100Gb/s，傳輸距離由最初的10千米到現(xiàn)在的8000甚至10000千米，從而使城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸成本逐漸降低。超過10 Gb/s光纖通信系統(tǒng)采用普通的調(diào)制方式己經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)，因此一些光復(fù)用技術(shù)的產(chǎn)生使的高速光纖通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　光復(fù)用技術(shù)包括光波分復(fù)用技術(shù)(WDM)、光正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM ) ,光時(shí)分復(fù)用技術(shù)(OTDM)、光副載波復(fù)用技術(shù)(OSCM)、光碼分復(fù)用技術(shù)(

51、OCDM)等，其中光波分復(fù)用技術(shù)是目前研究最多、發(fā)展最快、應(yīng)用最為廣泛的光復(fù)用技術(shù)。光正交頻分復(fù)用技術(shù)作為最近十年興起的光纖通信技術(shù)的新領(lǐng)域，有著很好的發(fā)展前景。</p><p>　　光波分復(fù)用技術(shù)是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)通過特殊的光電器件生成，然后再通過光電器件禍合到光纜線路中上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸;在接收端，再通過直接檢測(cè)或者相干檢測(cè)接收光信號(hào)，并將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分開，進(jìn)一步處理恢復(fù)出原始信號(hào)進(jìn)行處理

52、。當(dāng)光載波間隔比較大時(shí)，用波長(zhǎng)衡量比較方便，一般稱之為波峰復(fù)用;而當(dāng)光載波間隔比較小時(shí)，波長(zhǎng)數(shù)值差別很小，用波長(zhǎng)來衡量就非常不方便了，所以用頻率來衡量，習(xí)慣上稱為頻分復(fù)用[2]</p><p>　　正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的成熟而逐漸發(fā)展起來的一種數(shù)字多載波調(diào)制技術(shù)，目前主要應(yīng)用在無線通信系統(tǒng)中，它的基本思想是將高速的數(shù)據(jù)信號(hào)分成多路低速并行數(shù)據(jù)信號(hào)，并且調(diào)制到一組正交子載波上進(jìn)行并行傳

53、輸，可以有效地抵抗無線信道多徑衰落并提高系統(tǒng)頻譜利用率。 </p><p>　　在光纖通信系統(tǒng)中，光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)囊恍┨匦匀缟壬?、偏振模色散等，?yán)重限制了高速數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸距離。通過理論研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)光纖色散的影響和無線信道中多徑效應(yīng)的影響有類似的效果，即頻率成分的光波由于色散作用的影響而具有不同的傳播速度，而無線信道中的多徑效應(yīng)則是

54、由于電磁波信號(hào)經(jīng)過不同路徑的反射與傳播到達(dá)接收端的時(shí)間不同，因此，OFDM調(diào)制技術(shù)同樣可以用來克服光纖的色度色散和偏振模色散以及多模光纖的模間色散的影響。將OFDM技術(shù)引入到光通信中，使高速的數(shù)據(jù)信號(hào)能夠在大色散信道中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募夹g(shù)，即光正交頻分復(fù)用技術(shù)(O-OFDM ) 。</p><p>　　OFDM通信系統(tǒng)系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　(1)頻譜效率高。當(dāng)采用傳輸?shù)淖虞d波個(gè)

55、數(shù)較多時(shí)，并忽略循環(huán)前綴所造成的損失，OFDM通信系統(tǒng)可以達(dá)到奈奎斯特采樣定律所限制的傳輸極限頻譜效率。</p><p>　　(2)運(yùn)算效率高。OFDM調(diào)制采用了非常高效的快速傅里葉變換(FFT)算法，因此它具有很好的擴(kuò)展性能以及高速并行處理能力。</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)的靈活性。由于OFDM系統(tǒng)的調(diào)制依賴于子載波和子帶信號(hào)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、器件選擇和系統(tǒng)的擴(kuò)展方面具有很高的靈活性

56、。</p><p>　　(4)信道和相位估計(jì)比較容易。OFDM通信系統(tǒng)通過訓(xùn)練符號(hào)或訓(xùn)練子載波來幫助進(jìn)行信道和相位估計(jì)。</p><p>　　基于以上這些優(yōu)點(diǎn)，O-OFDM技術(shù)迅速發(fā)展起來。2001年，Dixon首先提到用多模光纖傳輸OFDM信號(hào);2005年起，O-OFDM光纖通信系統(tǒng)開始進(jìn)行相關(guān)的仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，相關(guān)方面的研究開始起步，如Nortel Network Limited

57、的Jolley在2006年OFC會(huì)議上發(fā)表的論文，進(jìn)行了10Gb/s的。-OFDM系統(tǒng)的仿真、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用了DQPSK調(diào)制，完成了傳輸速率為10Gb/s的多模光纖傳輸，傳輸距離為1000米，誤碼率在1x10一以下[[3]。在隨后的時(shí)間里，O-OFDM系統(tǒng)開始朝著實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展。在這一研究領(lǐng)域，以Bell Laboratories,Alcatel-Lucent, The University of Melbourne, K

58、DDI R&D Laboratories Inc, NECLaboratories America Inc和NTT Network Innovation Laboratories等科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)為代表的學(xué)者和科研人員對(duì)O-OFDM通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了不懈的研究，為今后O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的實(shí)用化做出了巨大</p><p>　　O-OFDM光纖通信系統(tǒng)作為新興的光纖通信系統(tǒng)的研究領(lǐng)域之一，雖然還沒有體現(xiàn)

59、出其巨大的優(yōu)勢(shì)，但該方向的研究一直是光纖通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。對(duì)于O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的研究，前途是光明的，道路是曲折的，O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的實(shí)用化還有很長(zhǎng)的一段路要走。</p><p>　　本文主要介紹了光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)應(yīng)用于該系統(tǒng)的OFDM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說明。光正交頻分復(fù)用技術(shù)是在最近10年里才發(fā)展起來的一個(gè)光纖通信系統(tǒng)新領(lǐng)域，由于OFDM調(diào)制技術(shù)對(duì)于改善光纖通信系統(tǒng)的光纖信道的

60、一些固有缺點(diǎn)有很大的抑制作用，因此該技術(shù)備受光纖通信領(lǐng)域的科學(xué)工作者的追捧。在下面的文章里，將要對(duì)O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展做一些簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　第二章O-OFDM通信系統(tǒng)原理及研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)介</p><p>　　本章將對(duì)O-OFDM通信系統(tǒng)的一些基本原理做簡(jiǎn)單介紹，如光纖通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)以及各部分的工作原理等;與此同時(shí)，還將對(duì)OFDM調(diào)制技術(shù)的基本原理進(jìn)行詳細(xì)的

61、介紹，以便于后續(xù)章節(jié)的展開;最后，本章介紹了現(xiàn)階段O-OFDM通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀，并對(duì)O-OFDM通信系統(tǒng)的限制因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。</p><p>　　本章還對(duì)O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的進(jìn)行了總結(jié)，并分析了O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)，使得讀者對(duì)O-OFDM光纖通信系統(tǒng)有著較為深刻的認(rèn)識(shí);本章是本論文的理論基礎(chǔ)，有助于讀者對(duì)論文一些關(guān)鍵技術(shù)的理解。</p><p>

62、;<b>　　2.1基本原理</b></p><p>　　2.1.1光纖通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　(1)光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　光纖通信系統(tǒng)是以光纖為傳輸媒介，光信號(hào)為信息傳播載體的通信系統(tǒng)。與普通電信號(hào)通信系統(tǒng)類似，它主要包括發(fā)射端、傳輸信道和接收端三部分，其基本結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-1所示:</p>&

63、lt;p>　　除了圖中的各主要部分外，系統(tǒng)中還包括了一些互聯(lián)和光信號(hào)處理器件，如光纖連接器、光開關(guān)、光纖放大器。在發(fā)射端和接收端均包括電端機(jī)和光端機(jī)兩部分，電端機(jī)主要對(duì)信息進(jìn)行一些電信號(hào)的處理和加工，光端機(jī)主要完成光載波信號(hào)的發(fā)送和接收。</p><p>　　在發(fā)射端，包括電端機(jī)和光端機(jī)，其中光端機(jī)是核心。用戶信息首先通過電端機(jī)的處理，變?yōu)檫m合在光纖通信系統(tǒng)中傳輸?shù)碾娦盘?hào)，然后再送入光端機(jī)，將電信息信號(hào)轉(zhuǎn)換

64、為光信息信號(hào)。最后，通過一些光禍合器件將光信號(hào)送入光纖信道中進(jìn)行傳輸。</p><p>　　光纖信道的傳輸介質(zhì)是光纖，即通過光纖將發(fā)射端和接收端連接起來。由于光纖很細(xì)，和人的頭發(fā)絲差不多，為了保護(hù)脆弱的光纖，通常將光纖封裝在特定的結(jié)構(gòu)中，并在光纖外包上保護(hù)膜以減少光信號(hào)的損失和相互間的干擾，這就是我們生活所常見的光纖光纜。</p><p>　　接收端也是由光端機(jī)和電端機(jī)組成。光端機(jī)主要包括

65、光檢測(cè)器、光放大器、均衡器、判決器、自動(dòng)增益控制電路和時(shí)鐘電路。其中光檢測(cè)器是光端機(jī)的核心，而其主要功能是將光纖信道中的承載有信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，電信號(hào)送入電端機(jī)進(jìn)行處理，恢復(fù)出原始的信源信息供用戶使用。至此，光纖通信系統(tǒng)完成了信息的傳遞任務(wù)。</p><p>　　（2）光纖通信系統(tǒng)的主要特性</p><p>　　光纖通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下:</p>

66、;<p>　　一、帶寬資源豐富，傳輸容量大。由于光波波長(zhǎng)短、頻率高，因此光載波信號(hào)具有豐富的帶寬資源(長(zhǎng)波段約有50THZ)。由于其豐富的帶寬資源，光纖通信系統(tǒng)有著很大的通信容量。</p><p>　　二、損耗低、中繼距離長(zhǎng)，可用于長(zhǎng)距離傳輸。由于光纖信道的低損耗特性，光纖通信系統(tǒng)中的中繼距離也較其他介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)長(zhǎng)得多，非常適合用于長(zhǎng)距離傳輸任務(wù)。</p><p>　　三、

67、抗干擾能力強(qiáng)，保密性好。由于光信號(hào)受電磁波干擾很小，因此其抗干擾能力相較電信號(hào)通信系統(tǒng)要強(qiáng)很多。</p><p>　　四、體積小、重量輕，原材料資源豐富，可節(jié)省有色金屬的消耗。</p><p>　　光纖通信系統(tǒng)和傳統(tǒng)的電信號(hào)通信系統(tǒng)相比，雖然有很多的優(yōu)勢(shì)，但其也有缺點(diǎn)，主要缺點(diǎn)如下:</p><p>　　一、抗拉強(qiáng)度低。我們知道光纖非常脆弱，因此其抗拉強(qiáng)度低，在實(shí)際

68、應(yīng)用中很容易受到損壞。</p><p>　　二、光纖連接困難。在兩根光纖接口的連接時(shí)，需要專門的工具，而這些工具非常昂貴。</p><p>　　三、光纖怕水。由于光纖中存在一些特殊的化學(xué)物質(zhì)，因此很容易受到水的腐蝕與干擾。</p><p>　　四、分路、禍合不方便，彎曲半徑不能太小等缺點(diǎn)。</p><p>　　綜上所述，光纖通信系統(tǒng)有著傳統(tǒng)電

69、信號(hào)通信系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們要結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的通信系統(tǒng)來完成信息的傳遞。</p><p>　　(3)光纖通信系統(tǒng)性能指標(biāo)</p><p>　　誤碼性能:所謂誤碼，就是經(jīng)光接收機(jī)的接收與判決再生之后，信源所傳遞信號(hào)中的某些碼字發(fā)生了錯(cuò)誤。由于在光纖通信系統(tǒng)中，誤碼率隨時(shí)間而變化，用長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均誤碼率來衡量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣顯然不夠準(zhǔn)確。為了更為

70、準(zhǔn)確的反應(yīng)光纖通信系統(tǒng)的誤碼性能，在平均誤碼率之外定義了三種反應(yīng)短期度量誤碼的參數(shù):劣化分、誤碼秒和嚴(yán)重誤碼秒。除了這些參數(shù)，還有其他與誤碼率相關(guān)的參數(shù)，在此不再詳述。其中，誤碼性能中，平均誤碼率是最重要的參數(shù)，它直接反映了該通信系統(tǒng)的通信性能的好壞。</p><p>　　抖動(dòng)性能:抖動(dòng)是指數(shù)字脈沖信號(hào)的特定時(shí)間(如最佳判決時(shí)間)相對(duì)于其理想時(shí)間的偏離。抖動(dòng)會(huì)對(duì)傳輸質(zhì)量甚至整個(gè)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生惡劣的影響，如使信號(hào)失

71、真，使系統(tǒng)的誤碼率上升等。因此，抖動(dòng)性能是光纖通信系統(tǒng)的一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。</p><p>　　漂移性能:數(shù)字脈沖的特定時(shí)刻相對(duì)于其理想時(shí)間位置長(zhǎng)時(shí)間的偏移。引起漂移最普遍的原因是環(huán)境溫度的變化。</p><p>　　上述三個(gè)性能指標(biāo)是衡量現(xiàn)在光纖通信系統(tǒng)的性能優(yōu)劣的一些主要指標(biāo)，在進(jìn)行光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須適當(dāng)?shù)目紤]上述各種指標(biāo)，從而設(shè)計(jì)出滿足要求的光纖通信系統(tǒng)[5]</p

72、><p>　　2.1.2 0-OFDM通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的成熟而逐漸發(fā)展起來的一種數(shù)字多載波調(diào)制技術(shù)，目前主要應(yīng)用在無線通信系統(tǒng)中，它將高速的數(shù)據(jù)信號(hào)分成多路低速數(shù)據(jù)信號(hào)，并調(diào)制的一組正交子載波上進(jìn)行并行傳輸，可以有效地抵抗無線信道多徑衰落并提高系統(tǒng)頻譜利用率。</p><p>　　在光纖通信系統(tǒng)中，光

73、纖的色度色散和偏振模色散嚴(yán)重限制了高速數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸距離。由于光纖色散的影響和無線信道中多徑效應(yīng)的影響有類似的效果，即色散使不同頻率成分的光波具有不同的傳播速度，而無線信道中的多徑效應(yīng)使 經(jīng)過不同路徑的信號(hào)成分到達(dá)接收端的時(shí)間不同，因此，OFDM調(diào)制技術(shù)同樣可以用來克服光纖的色度色散和偏振模色散以及多模光纖的模間色散的影響。將OFDM技術(shù)引入到光通信中，使高速的數(shù)據(jù)信號(hào)能夠在

74、大色散信道中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募夹g(shù)，即光正交頻分復(fù)用技術(shù)(O-OFDM ) 。</p><p>　　為了在光纖通信系統(tǒng)中進(jìn)一步延長(zhǎng)通信距離，提高通信傳輸質(zhì)量，可以利用無線電通信中使用的外差接收技術(shù)，即相干光通信系統(tǒng)。相干通信系統(tǒng)采用相干調(diào)制(CO)，還保證了光域信號(hào)到射頻信號(hào)的變換為線性變換，滿足了OFDM系統(tǒng)的線性要求，同時(shí)，OFDM技術(shù)使線性系統(tǒng)計(jì)算效率高、信道簡(jiǎn)單并可進(jìn)行相位估值。因此，將相干探測(cè)與OFDM技術(shù)相

75、結(jié)合，即CO-OFDM技術(shù)，在下一代1 00Gbps傳輸系統(tǒng)的研究中備受青睞。除此之外，CO-OFDM還具有WDM,OTDM、工O-OFDM等系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在:</p><p>　　1)由于OFDM的正交性，最大限度的利用了頻譜資源，提高了頻譜利用率;</p><p>　　2)CO-OFDM系統(tǒng)在傳輸過程中不需要色散補(bǔ)償，在接收端無需色散處理機(jī)制。這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)高速率傳輸，降低

76、了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，同時(shí)也能適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;</p><p>　　3)CO-OFDM系統(tǒng)與原來的WDM系統(tǒng)有很好的兼容性，可充分利用WDM系統(tǒng)在原有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方面的巨大投資，只需要在發(fā)射端和接收端進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑旒茨軌蚝芎玫耐瓿缮?jí)，具有很強(qiáng)的信道容量可擴(kuò)展性，擴(kuò)容方便。</p><p>　　2. 1. 3正交頻分復(fù)用((OFDM)的基本原理</p><p>　

77、　正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種并行通信體制，也是一種多載波調(diào)制方式。它將高速率的數(shù)據(jù)流經(jīng)串并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為很多路低速并行的數(shù)據(jù)流，然后將這些并行數(shù)據(jù)流加載到對(duì)應(yīng)的載波上進(jìn)行調(diào)制，并把這些載波疊加到一起組成傳送信號(hào)送到信道中進(jìn)行傳輸，因此，這種系統(tǒng)也稱為多載波傳輸系統(tǒng)。這種多載波傳輸系統(tǒng)的基本模型框圖如下: </p><p>　　如圖2-2所示，在發(fā)送端，高速串行數(shù)據(jù)d,, dZ...dN經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后，變?yōu)镹路并行

78、的低速數(shù)據(jù)流，隨后將并行數(shù)據(jù)流分配給N個(gè)子載波信道進(jìn)行傳輸。經(jīng)信道傳輸后，接收端對(duì)子載波解調(diào)后恢復(fù)出并行數(shù)據(jù)流D 1 , DZ...DN，最后將這些并行數(shù)據(jù)流并串轉(zhuǎn)換得到所要傳遞的串行數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　對(duì)于上圖中送入信道的信號(hào)S(t)可以用復(fù)數(shù)表示為下式:</p><p>　　若對(duì)S(t)進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間間隔為T，則有:</p><p>　　假設(shè)一

79、個(gè)OFDM符號(hào)周期界內(nèi)含有N個(gè)采樣值，即</p><p>　　在此，令載波頻率間隔，由（2），（3）式可得:</p><p>　　由上式可以發(fā)現(xiàn)，這與數(shù)字信號(hào)處理中的IDFT變換相同，只是差了一個(gè)常數(shù)因子倍數(shù)。因此，在OFDM調(diào)制的實(shí)現(xiàn)過程中，我們可以先對(duì)并行數(shù)據(jù)流進(jìn)行IDFT變換，然后再將變換后的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，這些串行數(shù)據(jù)便是OFDM系統(tǒng)基本模型框圖中的S(t)的采樣數(shù)值。因此

80、，可以先對(duì)并行數(shù)據(jù)流進(jìn)行IDFT變換，然后再進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換得到所要傳輸?shù)哪M信5 S(t)。對(duì)于IDFT運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)，多采用快速離散傅里葉變換(IFFT)來實(shí)現(xiàn)。因此，可以將OFDM系統(tǒng)改為如圖2-3所示的結(jié)構(gòu): </p><p>　　在OFDM系統(tǒng)中，符號(hào)周期、載波頻率間距、以及子載波個(gè)數(shù)可根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境來進(jìn)行選擇。根據(jù)通信系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)可知，符號(hào)周期的長(zhǎng)短影響載波間距以及編碼調(diào)制的延遲時(shí)間。若采用固定的數(shù)字調(diào)制

81、，則符號(hào)周期越長(zhǎng)，系統(tǒng)的抗干擾能力越強(qiáng)，但是所需的載波數(shù)量和IFFT-FFT運(yùn)算的規(guī)模也越大。</p><p>　　OFDM通信系統(tǒng)最先應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，由于無線通信中的傳輸載波為電信號(hào)，因此整個(gè)OFDM通信系統(tǒng)可以直接在電域進(jìn)行處理。但在O-OFDM光纖通信系統(tǒng)中，傳輸載波為光信號(hào)，需要在發(fā)射端將電信號(hào)調(diào)制到光波上，在光纖中傳輸，在接收端再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。</p><p>　　如

82、原理框圖所示，在OFDM系統(tǒng)的發(fā)射端，利用成熟的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)高速碼流進(jìn)行處理，得到電OFDM信號(hào)。在這一過程中，對(duì)需要傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)碼流進(jìn)行串并變換，將一路高速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為多路并行速率相對(duì)較低的數(shù)據(jù)信C7，隨后對(duì)各這些并行的低速信C7進(jìn)行QPSK、16-QAM等格式的數(shù)字調(diào)制，經(jīng)數(shù)字調(diào)制后，送入數(shù)字信號(hào)處理模塊，進(jìn)行IFFT變換;IFFT運(yùn)算結(jié)束后，將運(yùn)算所得結(jié)果作為信道傳輸信號(hào)的采樣值，進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換變換為串行數(shù)據(jù)，并添加循環(huán)前

83、綴(CP)以防止碼間串?dāng)_;通過數(shù)模轉(zhuǎn)換得到信道傳輸?shù)亩噍d波調(diào)制信號(hào)，至此，就完成了將各低速數(shù)據(jù)流加載的相互正交的子載波上。然后進(jìn)行對(duì)OFDM電信號(hào)進(jìn)行處理，再經(jīng)過電光調(diào)制，將電OFDM信號(hào)加載到光波上，利用光纖通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可以很容易地通過光纖實(shí)現(xiàn)低成本、長(zhǎng)距離傳輸。在信號(hào)接收端，首先進(jìn)行光電變換及相關(guān)電信號(hào)處理，得到原來的電OFDM基帶信號(hào)，對(duì)電OFDM信號(hào)解調(diào)，得到原始的數(shù)據(jù)[6-7]。</p><p>　

84、　O-OFDM研究的重點(diǎn)是超高速數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)、E/O和O/E轉(zhuǎn)換及光纖傳輸問題。近幾年來，O-OFDM的相關(guān)研究己經(jīng)取得很大的成就，但O-OFDM仍處于起步階段，O-OFDM的實(shí)用化任重而道遠(yuǎn)!</p><p>　　2.2 O-OFDM通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀</p><p>　　通過對(duì)近兩年的國內(nèi)外的相關(guān)論文的閱讀整理，現(xiàn)階段O-OFDM主要處于仿真驗(yàn)證階段，在國外的一些實(shí)驗(yàn)室己經(jīng)開始相

85、關(guān)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)階段。下面將對(duì)仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)這兩個(gè)方向分別進(jìn)行討論。</p><p>　　2. 2. 1 0-OFDM通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀</p><p>　　近些年來，從事CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)相關(guān)研究主要有Bell Laboratories,Alcatel-Lucent, The University of Melbourne, KDDI R&D La

86、boratories Inc, NECLaboratories America Inc和NTT Network Innovation Laboratories等科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)。CO-OFDM的驗(yàn)證仿真和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)己經(jīng)達(dá)到了100Gb/s甚至1 Tbit/s數(shù)量級(jí)的傳輸速率。</p><p>　　墨爾本大學(xué)的William Shieh等人在2009年的OFC會(huì)議上發(fā)表了相關(guān)論文，實(shí)現(xiàn)了110Gb/s的CO-OFDM

87、系統(tǒng)，并進(jìn)行了600千米的單模光纖多輸出多輸入傳輸實(shí)驗(yàn)[8];在隨后的ECOC會(huì)議上，又發(fā)表了關(guān)于107Gb/s的CO-OFDM系統(tǒng)的多模光纖傳輸?shù)南嚓P(guān)研究，達(dá)到了當(dāng)時(shí)最高的10Tb/s}km的多模光纖傳輸效率[9]。在2011和2012年的OFC會(huì)議上，該科研團(tuán)隊(duì)又發(fā)表幾篇傳輸速率在Tb/s的高速光纖通信系統(tǒng)的相關(guān)論文，對(duì)DFT-spread(離散傅里葉變換擴(kuò)散)、前向糾錯(cuò)編解碼等因素進(jìn)行了深入研究[10-11]。</p>

88、<p>　　Bell Laboratories, Alcatel-Lucent實(shí)驗(yàn)室的研究者如Roman Dischler, Xiang Liu等人也進(jìn)行了關(guān)于CO-OFDM的研究，并且搭建了更高速度的CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)。在2009年的OFC會(huì)議上，Roman Dischler等人完成了1.2 Tb/s的PDM-OFDM-FDM光纖通信系統(tǒng)的傳輸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中采用了多輸出多輸入方案并結(jié)合偏振復(fù)用技術(shù)，因此很大地提高了

89、傳輸速率;與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還完成了采用QPSK調(diào)制的最高頻譜率3.33 bit/s/Hz[12]。2010年的ECOC會(huì)議上，Xiang Liu等人成功搭建了606-Gb/s RGI ( reduced-guard-interval ) CO-OFDM通信系統(tǒng)，并成功的進(jìn)行了1600-km ULAF ( ultra-large-area-fiber)傳輸實(shí)驗(yàn)[13]。</p><p>　　我們不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室仿真驗(yàn)

90、證的傳輸速率己經(jīng)達(dá)到了我們所期望的理想速度，100Gbit/s甚至Tbit/s。但我們更應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到，實(shí)驗(yàn)室是在理想的狀態(tài)下進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并沒有去考慮在實(shí)現(xiàn)的過程中的一些瓶頸因素，如電信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)，以及數(shù)字信號(hào)處理完成后的數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A轉(zhuǎn)換)問題。因此，對(duì)于現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)條件下，上述傳輸速率的CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基本上是不可能完成的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)尚有很長(zhǎng)一段路要走，而對(duì)于大規(guī)模的商業(yè)化道路更是任重而道遠(yuǎn)。

91、</p><p>　　2.2.2 0-OFDM通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀</p><p>　　經(jīng)過了幾年的理論研究與仿真驗(yàn)證之后，越來越多的學(xué)者開始把目光投向?qū)嶒?yàn)室的硬件實(shí)現(xiàn)以及未來的商用化道路上。但局限于實(shí)驗(yàn)室儀器及元器件的條件限制，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)并不是很多，從2009年開始，一些國外的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)才開始進(jìn)行相關(guān)的實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　目前，進(jìn)行O-OFD

92、M實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的只有Bangor University , BellAlcatel_ Lucent, The University of Melbourne, College London, NEC LaboratoriesAmerica、慕尼黑理工大學(xué)等為數(shù)不多的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2009年3月的OFC會(huì)議上，第一次出現(xiàn)了關(guān)于CO-OFDM的接收機(jī)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)就是由The U

93、niversity of Melbourne的Simin Chen等人完成，該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了傳輸速率為1.SSGb/s-QPSK和3 .1 Gb/s-16QAM的CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)接收機(jī)的實(shí)時(shí)接收。隨后，該團(tuán)隊(duì)又完成了3.33 Gb/s-QPSK和6.67Gb/s-16QAM的CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)接收機(jī)的實(shí)時(shí)接收任務(wù)，該光纖通信系統(tǒng)為當(dāng)時(shí)世界上第一個(gè)采用偏振復(fù)用技術(shù)的光纖通信系統(tǒng)。</p><p>　　

94、以R. P. Giddings, X. Q. Jin等人為代表的Bangor University進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗(yàn)最多，傳輸速度在2.5 w 11.25Gb/s，且對(duì)發(fā)送端和接收端都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，完成了Transceiver(發(fā)送接收機(jī))的實(shí)現(xiàn)。2009年9月，該研究團(tuán)隊(duì)在Optics Express發(fā)表了第一篇關(guān)于O-OFDM通信系統(tǒng)Transceiver的實(shí)現(xiàn)，該實(shí)現(xiàn)采用了強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)方式，成功完成了傳輸速度為3 Gb/s、傳輸距離

95、為500米的多模光纖傳輸實(shí)驗(yàn)，并且誤碼率在3.3X 10-”以下。完成傳輸任務(wù)的同時(shí)，并成為世界上最先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化、信道估計(jì)等任務(wù)的實(shí)驗(yàn)[[ 14]。截止目前(2012年S月)，該團(tuán)隊(duì)在ECOC, OFC, Optics Express上又發(fā)表了傳輸速率為1.5 Gb/s, 5.25 Gb/s, 6 Gb/s,7.5 Gb/s, 11.25 Gb/s等不同傳輸速率的Transceiver的實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了單模光纖和多模光纖傳輸?shù)炔?/p>

96、同傳輸方式的實(shí)驗(yàn)[is-is]。最近這兩年，該團(tuán)隊(duì)以傳輸速率為11.25Gb/s的高速光纖系統(tǒng)為平臺(tái)，對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)</p><p>　　作為光纖通信系統(tǒng)領(lǐng)域研究的最強(qiáng)力量，以Qi Yang, Fred Buchali等人為代表的Bell Alcatel Lucent實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了O-OFDM的實(shí)現(xiàn)方面的研究。2009年的OFC會(huì)議上，Qi Yang等人發(fā)表了了一篇關(guān)于3.6Gb/s的CO-OFDM光纖通信

97、系統(tǒng)的論文。該光纖通信系統(tǒng)中，接收端基于FPGA實(shí)現(xiàn)，完成了符號(hào)同步及實(shí)時(shí)接收等任務(wù);同時(shí)，該接收機(jī)可以進(jìn)行擴(kuò)展，通過該接收機(jī)實(shí)現(xiàn)了54Gb/s的多頻帶(multi-band) CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)的接收任務(wù)，誤碼率只有[22]。在2010年OFC會(huì)議上，F(xiàn)red Buchali, Roman Dischler等人發(fā)表了關(guān)于成功完成了傳輸速率12.1 Gb/s的發(fā)送端的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的論文，該發(fā)送端為當(dāng)時(shí)傳輸速率最高的發(fā)送端。在實(shí)驗(yàn)中

98、，他們對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，使傳輸誤碼率在以下;與此同時(shí)，他們還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的非線性效應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)，得出了該系統(tǒng)不需要進(jìn)行非線性效應(yīng)處理的結(jié)論[[23]。雖然Bell Alcatel Lucent實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)傳輸?shù)南嚓P(guān)試驗(yàn)比較少，但由于該實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)越，所做實(shí)現(xiàn)的傳輸速率較高，實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在2011年的ECOC會(huì)議上，德國的慕尼黑理工大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇關(guān)實(shí)時(shí)傳輸速率為93.8Gb/s的高速

99、光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的論文，這是迄今為止傳輸速率最高的實(shí)時(shí)OFDM光纖通信系統(tǒng)。但該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)采用了多片F(xiàn)PGA進(jìn)行信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)的傳輸性能一般，誤碼率在時(shí)，光信噪比為26.SdB[24]。</p><p>　　對(duì)于這些實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)，無論是發(fā)射機(jī)( transmitter、接收機(jī)(receiver)、收發(fā)機(jī)(transceiver)，他們實(shí)現(xiàn)的的方案都是由電信號(hào)完成數(shù)字信號(hào)處理和光路信道的實(shí)時(shí)傳輸兩部分組成。在電信號(hào)的數(shù)

100、字信號(hào)處理部分，基本上都是以FPGA作為平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，由于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理的能力有限，單個(gè)FPGA的處理DSP運(yùn)算的能力處于1 ~10Gbit/s的水平。在一些傳輸速率超過10Gbit/s的試驗(yàn)中，都是采用了一些并行模塊進(jìn)行處理的方式，在犧牲成本的情況下提高系統(tǒng)的傳輸速率。</p><p>　　現(xiàn)階段CO-OFDM的實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)并不是很多，主要局限于一些電信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理芯片的處理能力有限以及在電信號(hào)端

101、實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換(D/A,A/D)時(shí)的轉(zhuǎn)換器的速率。對(duì)于電信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換方面的瓶頸，下面將要進(jìn)行詳細(xì)的分析。</p><p>　　2.2.3 0-OFDM通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的制約因素分析</p><p>　　對(duì)于O-OFDM光纖通信系統(tǒng)，現(xiàn)階段的主流實(shí)現(xiàn)方式如下:在電信號(hào)部分完成數(shù)字信號(hào)處理，在光信號(hào)部分完成信號(hào)的光波分復(fù)用、偏振復(fù)用等聯(lián)合復(fù)用方式以及光信號(hào)的光纖信道傳輸任務(wù)。對(duì)于光

102、信號(hào)的處理部分，由于光信號(hào)的自的高速性因素，因此可以實(shí)現(xiàn)幾十吉比特甚至百吉比特的處理速率，因此對(duì)于下一代高速O-OFDM光纖通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，光信號(hào)處理部分不是主要制約因素。</p><p>　　在電信號(hào)處理部分，由于受到電子遷移速率的影響，電信號(hào)處理元器件不可能達(dá)到光信號(hào)級(jí)別的處理速率。電信號(hào)處理主要分為兩個(gè)部分基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理部分和數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分。這兩部分對(duì)于高速CO-OFDM光纖通信系統(tǒng)的的

103、實(shí)現(xiàn)都存在制約性因素。</p><p>　　基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理部分也對(duì)高速O-OFDM的實(shí)現(xiàn)也是制約因素，因?yàn)樵贗FFT-FFT運(yùn)算過程中存在大量的復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，因此對(duì)于FPGA的資源提出了很大的挑戰(zhàn)。如果想要實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)字信號(hào)處理，只能采用并行流水線處理方式，相當(dāng)于要把整個(gè)IFFT或FFT在單塊FPGA芯片里實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在的FPGA資源豐富，完成256點(diǎn)以下的IFFT或FFT運(yùn)算可以在單塊FPGA資源上實(shí)現(xiàn)

104、，但要完成更高點(diǎn)數(shù)的IFFT-FFT并行運(yùn)算實(shí)現(xiàn)起來就不太現(xiàn)實(shí)。除了資源上的考慮之外，最重要的限制因素應(yīng)該是FPGA的接口處理，即信號(hào)的輸入輸出實(shí)現(xiàn)。比如完成10Gbit/s的IFFT-FFT運(yùn)算，采用16-QAM調(diào)制，64子載波傳輸，則需要完成64點(diǎn)的IFFT-FFT運(yùn)算。以10Gbit/s的O-OFDM通信系統(tǒng)為例，首先采用多路復(fù)用器將信C7分成64路，則每路為156.25Mbit/s，然后進(jìn)行16-QAM調(diào)制，每路為信號(hào)變?yōu)?9.