OFDM技術在無源光網絡及光無線系統(tǒng)中的應用與研究.pdf

1、隨著電信網、廣播電視網和互聯(lián)網的融合,以及一些高帶寬業(yè)務如高清電視、網絡會議和視頻游戲的開展與普及,IP化、寬帶化和無線化已經成為下一代光通信網的研究熱點。而正交頻分復用(OFDM)技術以其靈活的調制方式、更高的信道及頻譜利用率和更好的色散及多徑衰落容忍度,引起了全球各大電信運營商越來越多的關注,已經被廣泛應用在數字音頻廣播(DAB)、數字視頻廣播(DVB)、IEEE802.11無線局域網和下一代移動通信系統(tǒng)(4G)中。為了滿足未來接入

2、網高速率、大帶寬和寬覆蓋的需求,發(fā)展新型的下一代光接入網技術和光纖無線融合技術已勢在必行,因此,研究OFDM技術在下一代光接入網絡和光纖無線融合網絡中的應用具有很高的理論和實用價值。
　　本論文在系統(tǒng)地分析了OFDM基本原理及OFDM信號在光纖與無線信道中傳輸所面臨問題的基礎上,通過仿真和實驗研究,實現了OFDM技術在下一代無源光網絡和光纖與無線融合網絡中的應用,并取得了若干創(chuàng)新成果。具體研究內容包括:
　　(1)通過理論研

3、究和實驗分析,結合正交頻分多址(OFDMA)技術的優(yōu)勢,提出了支持光網絡單元(ONU)之間高效互連互通的新型時分復用無源光網絡(TDM-PON)、波分復用無源光網絡(WDM-PON)以及時分波分混合無源光網絡(HPON)系統(tǒng)。仿真和實驗結果表明在這些基于OFDMA技術的ONU互通系統(tǒng)中通過優(yōu)化OFDM信號和PON業(yè)務信號的功率比、OFDM信號頻率間隔及子載波個數,可以有效減小噪聲及色散對混傳業(yè)務性能的影響,使系統(tǒng)具備動態(tài)靈活的互通業(yè)務帶

4、寬分配機制、互通業(yè)務完全不占用PON業(yè)務帶寬及支持多個互通業(yè)務并發(fā)等優(yōu)勢,為下一代無源光網絡中高效虛擬局域網(VPN)研究提供了技術支持。
　　(2)實驗分析和探討了光纖與無線融合系統(tǒng)中調制器啁啾及信道色散和非線性對高階調制格式OFDM信號傳輸性能的影響,通過優(yōu)化設計OFDM接收端時鐘同步、頻率相位估計以及信道估計和均衡算法,實現了基于低成本VCSEL的光載無線系統(tǒng)內5.5GHz載頻300.144Mb/s QPSK-OFDM信號在

5、100m多模光纖和900.432 Mb/s64QAM-OFDM信號在1km彎曲不敏感光纖中的傳輸。此外,還創(chuàng)新地提出融合了偏振模復用(PDM)技術和無線多入多出(MIMO)技術的高頻譜利用率、高速率光載無線系統(tǒng),設計了基于Zero Forcing(ZF)的信道估計算法以補償光纖中偏振的旋轉及無線中信號的多徑衰落,實現了2×2MIMO光載無線系統(tǒng)內5.65GHz載頻1.59Gb/s16QAM-OFDM信號在22.8km單模光纖和1m無線距

6、離中的傳輸。
　　(3)搭建了光載高速W-band(75-110 GHz)OFDM無線信號的測試平臺,創(chuàng)新地使用光IQ調制器、光頻梳產生器及光外差拍頻的方式產生了速率為42.13 Gb/s、頻譜利用率為2.808bits/s/Hz的86GHz載頻16QAM-OFDM信號。理論推導和實驗分析了激光器相位噪聲、OFDM信號峰均比及光纖非線性效應對W-band無線傳輸性能的影響,提出了高效的激光器、頻率源相位噪聲補償算法及基于OFDM信

7、元頻域平均法(ISFA)和數字鎖相環(huán)(DPLL)的增強型信道估計和均衡算法,成功將42.13Gb/s86GHz載頻16QAM-OFDM信號傳輸了0.6m無線距離。此外,設計了基于光相位調制器的恒包絡 OFDM傳輸系統(tǒng),極大地減弱了系統(tǒng)對高線性放大器和調制器的需求。理論推導和實驗結果證明,在此系統(tǒng)中激光器和頻率源的相位噪聲對信號只是一個加性分量,通過濾波器極易濾除,極大地降低了系統(tǒng)復雜度。系統(tǒng)實驗成功地實現了8 Gb/s81.5GHz載頻