塑料光纖短距高速通信相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、塑料光纖(POF)纖芯粗、柔韌性好、價(jià)格低廉、材質(zhì)耐用、抗電磁干擾、易于安裝和建設(shè)成本低，得到了越來(lái)越多的關(guān)注，有望取代傳統(tǒng)媒質(zhì)成為短距高速數(shù)據(jù)通信的理想介質(zhì)。然而，POF色散大、帶寬有限，又成為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕系K。如何降低衰減、提高帶寬，對(duì)POF通信具有非常重要的實(shí)用意義。本文主要從數(shù)字信號(hào)處理角度，探索先進(jìn)的具有較強(qiáng)抗衰落能力的信號(hào)傳輸方案和處理算法，以克服POF的帶寬瓶頸限制，達(dá)到提高POF傳輸速率、擴(kuò)充系統(tǒng)容量和改善傳輸性能

2、的目的。結(jié)合聚甲基丙烯酸甲酯階躍折射率塑料光纖(PMMA-SI-POF)的傳輸特性，重點(diǎn)討論了高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)、傳輸容量提升、傳輸帶寬優(yōu)化和系統(tǒng)非線性等方面的問(wèn)題。
　　針對(duì)影響多元位置相移鍵控(MPPSK)調(diào)制信號(hào)功率譜旁瓣電平的線譜雜散，分析了MPPSK信號(hào)的頻譜特性，找出線譜分布規(guī)律，提出波形優(yōu)化法和多元滿位置法來(lái)抑制線譜雜散;設(shè)計(jì)了兩類不同的解調(diào)器對(duì)兩種功率譜優(yōu)化后的MPPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào);從功率譜特性和解調(diào)性能方面，對(duì)兩

3、種方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和分析，結(jié)果表明，優(yōu)化后的MPPSK調(diào)制信號(hào)線譜被抑制，調(diào)制帶寬得到了緊縮，在較低的信噪比(SNR)環(huán)境下依然具有優(yōu)異的誤碼率(BER)性能，且在相同的BER指標(biāo)下，波形優(yōu)化法要比多元滿位置法節(jié)省0.3dB～0.7dB的能量，表明了兩種方法的有效性和可行性。
　　SI-POF具有類似低通濾波器的傳輸特性，信號(hào)在高頻率傳輸區(qū)域具有較大的衰減，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的通信能力和通信質(zhì)量受限。將SI-POF的傳輸頻帶劃分為兩個(gè)

4、區(qū)域，利用MPPSK的低功耗特性，提出了一種基于離散多音頻調(diào)制(DMT)和MPPSK調(diào)制的融合傳輸方案;為了減小MPPSK的信號(hào)旁瓣對(duì)DMT相鄰邊帶的干擾，提高DMT的抗干擾能力，在頻域內(nèi)使用了Hadamard序列對(duì)映射符號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展。50m的SI-POF傳輸實(shí)驗(yàn)表明，在1×10-4的BER指標(biāo)下，DMT-MPPSK在原先廢棄的低SNR區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了速率為39Mbps的額外MPPSK數(shù)據(jù)傳輸，充分利用了有限的信道資源，在同等功耗條件下進(jìn)一步

5、提升了POF的傳輸能力。
　　針對(duì)未編碼的SI-POF通信系統(tǒng)的傳輸容量計(jì)算問(wèn)題，分析了理想最優(yōu)和實(shí)際傳輸?shù)腄MT子載波功率分配;從降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度方面考慮，在均勻功率譜密度輸入的約束下，對(duì)SI-POF的IM/DD通信模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析;基于高斯低通和一階低通的POF信道模型，給出了基于信噪比間隔的最大可傳輸容量和最優(yōu)使用帶寬的計(jì)算模型。借助數(shù)值計(jì)算研究了系統(tǒng)的傳輸帶寬和信道容量，理論計(jì)算和50m的SI-POF傳輸實(shí)驗(yàn)表明了該

6、計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，使用優(yōu)化的傳輸帶寬可以提高系統(tǒng)的最大可傳輸速率。該計(jì)算方法可有效地用于SI-POF通信系統(tǒng)的容量計(jì)算和傳輸帶寬優(yōu)化。
　　針對(duì)DMT信號(hào)峰均比(PAPR)較大的缺陷，首先理論分析了Nyquist采樣和過(guò)采樣條件下DMT信號(hào)的PAPR統(tǒng)計(jì)分布?；贘acket矩陣求逆簡(jiǎn)單、構(gòu)造便捷的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種Jacket矩陣擴(kuò)展的JS-DMT傳輸方案，減小了原始頻域符號(hào)的非周期自相關(guān)性，進(jìn)而可以有效地降低時(shí)域信號(hào)的PAPR值

7、。分析表明JS-DMT具有優(yōu)異的功率譜(PSD)和BER性能，且兼?zhèn)淞说蛷?fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)。為了克服JS-DMT的通信性能受POF傳輸帶寬影響較大的缺陷，提出了一種基于子帶分割的新型多帶(MB)JS-DMT傳輸方案。該方案將POF傳輸頻帶劃分為多個(gè)子帶，并在子帶內(nèi)對(duì)調(diào)制符號(hào)進(jìn)行Jacket矩陣擴(kuò)展，以避免了JS-DMT中整個(gè)頻帶內(nèi)SNR是恒值的現(xiàn)象發(fā)生。實(shí)驗(yàn)表明，MB-JS-DMT克服了JS-DMT的帶寬敏感性，擴(kuò)展了可用傳輸帶寬，提高了最大

8、傳輸速率。但其傳輸性能與子帶分割有關(guān)，子帶個(gè)數(shù)的選擇需要在PAPR抑制、BER性能、傳輸速率和系統(tǒng)復(fù)雜度之間折中選擇。理論分析與實(shí)驗(yàn)表明了MB-JS-DMT的可靠性和可行性，該傳輸方案更適用于實(shí)際POF傳輸系統(tǒng)。
　　為改善SI-POF通信系統(tǒng)中RCLED的非線性失真，分析了該非線性對(duì)DMT傳輸性能的影響。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)RCLED的靜態(tài)傳輸特性進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，建立了一種適用于POF通信的RCLED傳輸模型，分析了直流偏置點(diǎn)和電信