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《湖南大学》 2014年
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宽带OFDM光通信中若干关键技术的研究

李凡  
【摘要】:光正交频分复用(OFDM)通信系统因其频谱效率高和在接收端采用数字信号处理技术(DSP)对传输损伤鲁棒性好的特点引起了非常多人的关注。伴随着如数字高清电视、云计算和交互式高清在线游戏等宽带服务的出现,光纤通信的系统容量在过去十年明显的增加。宽带光OFDM系统是未来通信系统一个非常有竞争力的备选方案。本论文综合了宽带光OFDM通信系统的若干关键技术的研究成果。在理论和实验系统上进行了直接检测光OFDM系统中无额外开销消除子载波互拍噪声(SSMI)的研究,最优化扩展的离散傅里叶变换(DFT-spread)直接检测光OFDM(DDO-OFDM)系统训练序列的研究,利用预增强技术抵抗传输OFDM信号的光载无线系统(RoF)中的高频衰减的研究,利用时域加窗技术提高OFDM-RoF系统对时域同步误码鲁棒性的研究,采用无额外开销的盲均衡的方法恢复少数子载波OFDM信号的研究。在实验上进行了 DDO-OFDM系统中实现传输高阶正交幅度调制(QAM)的研究,采用压扩变换技术降低OFDM-RoF系统中OFDM信号峰均功率比(PAPR)的研究,采用偏振复用(PDM)技术实现增加光纤无线OFDM系统系统传输容量的研究,高速光OFDM系统中实时接收实现的研究,采用一个边带的DFT-spread技术实现400G 16QAM-OFDM长距离光传输系统的研究。本论文的主要研究内容与创新点如下:第一、高性能DDO-OFDM的研究,研究工作可以细分为以下三个部分:1)采用半周期复制的方式抵抗DDO-OFDM系统中子载波互拍噪声(SSMI)首次被实现。这种技术不会引入额外的系统开销,系统的频谱效率可以保持不变。系统中传输的QPSK-OFDM信号和16QAM-OFDM信号在采用半周期复制技术后接收机灵敏度都被明显的改善。2)采用直接调制激光器(DML)在DDO-OFDM系统中传输高阶QAM信号的研究。实验中提高系统传输性能的关键技术包括:信道估计中的频域滑动平均技术、增加OFDM信号子载波数目来抵抗符号间干扰和信道估计时的频域内的分辨率和采用DFT-spread技术降低OFDM信号的PAPR。采用这种技术我们在DDO-OFDM系统中实现了最高阶QAM信号的传输。3)实验上利用DML在DDO-OFDM系统中传输79.86Gb/s DFT-spread OFDM信号。单模光纤传输20公里后信号的误码率仍然低于硬判决前向纠错编码(HD-FEC)的误码率门限(3.8×10-3)。由于在DFT-spread OFDM系统中信号的发射/接收端会引入一对额外的FFT/IFFT,训练序列是否需要被执行这对额外的FFT/IFFT需要被讨论。实验结果证实在DFT-spread OFDM系统的训练序列中不执行这对FFT/IFFT时误码率性能时更好。在DFT-spread OFDM系统中数字的BPSK/QPSK调制格式被实验上证实为性能最优的训练序列。第二、OFDM在光纤无线融合系统中的应用研究,研究了在RoF系统和光无线混合网络中如何实现宽带OFDM信号的高性能传输。具体可以分为以下四个部分:1)提出并实验上实现了利用预增强技术来抵抗OFDM-RoF系统中的频率衰减。这种频率衰减由光纤传输中的色散和OFDM-RoF系统中器件带宽不足导致的。为了克服这种频率衰减,我们在中心站将60GHz的毫米波OFDM信号的子载波的功率进行合理的预增强。实验结果表明采用这种技术可以改善系统的接收灵敏度。这种技术能够降低对系统中设备性能的要求因而可以保证系统的低成本。2)提出在60GHz的OFDM-RoF系统中采用压扩变换技术降低OFDM信号的PAPR来避免光电器件和光纤传输中的非线性失真。数值模拟发现采用这种技术后OFDM信号的PAPR被明显的降低。实验发现当系统的入纤功率在一定程度增加时,采用压扩变换技术系统获得接收灵敏度的改善越明显。3)利用时域加窗的方法来克服采用IQ调制器实现的光单边带调制的OFDM-RoF系统中的时域同步误差。利用循环前缀的冗余信号能够保证时域同步存在误差时系统的误码性能不会被恶化。实验结果证实这种采用了时域加窗的方法的OFDM-RoF系统对一定程度的时域同步误差免疫。采用这种技术在38GHz的OFDM-RoF系统中实现了 18.8-Gb/s 64-QAM OFDM信号的高性能传输。4)提出在光纤传输和无线传输无缝融合的光纤无线混合系统中通过PDM的方式来实现对系统的扩容。在这种系统中100GHz的无线信号载波在接收端通过光外差相干检测的方式产生。系统中偏振解复用是通过一对时域正交的训练序列的信道估计实现的。实验结果表明系统携带的100GHz的30.67Gb/s PDM-OFDM信号在经过40公里单模光纤和5米无线传输之后信号的误码率仍然低于HD-FEC 误码门限(3.8×10-3)。第三、少数子载波光OFDM信号传输与相干检测接收的研究。偏振复用(PDM)的两/四个子载波的OFDM信号在相干检测系统中传输和接收被成功的实现。子载波上携带QPSK信号的两/四个子载波OFDM信号在时域上表现为9/25QAM信号,通过时域的级联多模均衡算法(CMMA)在无系统开销的情况下实现对信号的盲均衡。这种少数子载波的OFDM信号由于具有小的PAPR能够更好的抵抗系统中的非线性噪声,因此这种少数子载波OFDM信号比传统的采用频域均衡的子载波数目多的OFDM信号的光纤传输距离会更长。第四、实时的光OFDM信号接收的研究。研究目标为实现对速率为100Gb/s的OFDM信号的实时接收,具体的OFDM信号实时接收的研究工作主要包括:1)DDO-OFDM系统中利用两个光载波是成功传输100Gb/s信号并实现实时接收。为了消除宽带OFDM信号在DDO-OFDM系统中传输时的光纤色散导致的频率选择性衰减,我们在发送端通过窄带的光滤波器产生残留边带的光OFDM信号。实验结果表明残留边带的OFDM信号经过20公里大有效面积光纤(LEAF)传输后与光背靠背相比不会出现功率代价,并且残留边带的OFDM信号的误码率低于2×10-2。2)现场可编程门阵列(FPGA)被用来实现相干检测光OFDM(CO-OFDM)系统中单个光载波传输100Gb/s PDM-16QAM-OFDM信号的实时接收。该信号在通过200公里单模光纤传输后误码率仍然低于3.8×10-3。时域同步和频域同步算法在FPGA中执行时为了降低计算复杂度被简化了。这是在采用实时接收的光OFDM系统中首次实现在单个光载波上传输100Gb/s OFDM信号。第五、采用DFT-spread技术在CO-OFDM系统中实现400Gb/s传输的实验研究。实验上比较了 DFT-spread技术和预补偿技术在传输244.2 Gb/s PDM-16QAM-OFDM信号时的性能。理论分析一个边带DFT-spread技术能够同时实现降低OFDM信号的PAPR和克服器件带宽不足导致的高频衰减,而预补偿技术只能有效的克服高频衰减。实验结果表明8信道波分复用的系统采用预补偿技术在信号的误码率低于2.4×10-2时最长的光纤传输距离为840公里,而采用一个边带的DFT-spread OFDM信号则能够被传输1260公里。我们可以利用两个携带一个边带的DFT-spread OFDM信号光载波方案实现400G的长距离传输系统。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN929.1

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 肖潇;杨奇;杨铸;;相干光通信实时信号处理[J];中兴通讯技术;2013年03期
2 郝耀鸿;李玉权;王荣;黄卫卫;李波;;一种基于限幅的降低相干光OFDM系统非线性效应的方法[J];电路与系统学报;2012年05期
3 刘武;杨奇;;相干光正交频分复用传输系统中的无导频相位纠偏方法[J];光子学报;2011年12期
4 梁猛;何金池;巩稼民;王渊博;;基于OptiSystem的相干光OFDM系统的仿真研究[J];光通信技术;2011年04期
5 郝耀鸿;王荣;李玉权;;相干光OFDM系统中的相位估计分析[J];电路与系统学报;2011年01期
6 郭敏杰;童峥嵘;张卫华;杨秀峰;万人玮;;自适应技术在CO-OFDM多模光纤通信系统的应用[J];光通信技术;2011年02期
7 万人玮;童峥嵘;谢小芳;杨秀峰;;相干光正交频分复用的多模光纤传输系统的研究[J];南开大学学报(自然科学版);2010年04期
8 林舒;尹霄丽;忻向军;曾军英;;光纤射频传输系统中相干正交频分复用的研究[J];光通信技术;2008年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李伟林;CO-OFDM系统传输性能分析与仿真平台的设计实现[D];北京邮电大学;2010年
2 丘文博;CO-OFDM系统的非线性损伤分析与仿真[D];北京邮电大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王辉;孙中杰;;基于子流选择BD预编码的MIMO可见光通信系统[J];光电子技术;2015年02期
2 程敏捷;;OFDM技术在光纤通信系统中的应用探究[J];通信电源技术;2015年02期
3 李方健;;自适应调制的正交频分复用多模光纤通信系统性能分析[J];电子技术与软件工程;2014年24期
4 李星沛;何方白;;基于Optisystem的OFDM-ROF系统的数字预失真设计与实现[J];现代电子技术;2014年16期
5 由骁迪;陈健;马新凤;余长源;;基于DCO-OFDM的帧内信号时域调整技术研究(英文)[J];光子学报;2014年07期
6 张虎;陈健;;高速相干光通信系统中残留色散均衡器研究[J];光子学报;2014年09期
7 马松威;郭秉礼;陈新;李巨浩;陈章渊;何永琪;;弹性光网络中基于效用的公平性感知动态频谱分配方案(英文)[J];光子学报;2014年07期
8 孙宾;雷诚;王东强;谢世钟;;光纤环路控制器及其在光OFDM传输系统的应用[J];光通信技术;2014年02期
9 苏真真;许义;董颖;;基于相位噪声分析补偿的CO-OFDM系统信道估计研究[J];光电子.激光;2013年11期
10 童峥嵘;刘畅;曹晔;张卫华;;分数阶傅里叶变换结合高峰均比抑制算法对CO-OFDM系统的影响分析[J];光子学报;2014年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 吴永浩;高速大容量系统的密集多载波产生均衡技术的研究[D];北京邮电大学;2018年
2 杜娟;CO-OFDM系统中I/Q不平衡和信道估计补偿算法的研究[D];上海交通大学;2015年
3 秦鑫楠;基于OFDM频谱灵活光网络路由与频谱分配问题研究[D];南京邮电大学;2014年
4 校红信;相干光正交频分复用系统降低峰均功率比方法的研究[D];西安邮电大学;2013年
5 陶俊燕;基于光相位共轭的CO-OFDM系统非线性补偿研究[D];西南交通大学;2012年
6 刘皎;多级调制的OOFDM信号产生与探测[D];北京邮电大学;2012年
7 王建瑞;采用反向传输法补偿OFDM光纤通信系统的损伤[D];河北工业大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 郝耀鸿;李玉权;王荣;;OFDM在长距离光传输系统色散补偿中的应用[J];电路与系统学报;2010年05期
2 郝耀鸿;王荣;;限幅OFDM在光通信系统中的应用[J];兰州大学学报(自然科学版);2010年S1期
3 何金池;梁猛;巩稼民;;光OFDM系统的仿真实现[J];西安邮电学院学报;2010年05期
4 邱绍峰;刘佳;;OOFDM系统最大吞吐量自适应调制算法[J];光通信技术;2010年08期
5 王伟南;李艳和;郑小平;张汉一;;应用马赫-曾德尔调制器的光微波链路建模[J];光学学报;2007年01期
6 薛金银;焦秉立;;一种改进的OFDM自适应比特及功率分配算法[J];北京大学学报(自然科学版);2006年01期
7 曹培炎;RoF技术在无线接入网络中的应用[J];光通信技术;2005年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 周洁;基于LMMSE的OFDM系统半盲信道估计算法[D];吉林大学;2007年
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