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OFDM多模光纤传输系统典型性能研究

陈天华  
【摘要】: 多模光纤(MMF)因其具有与光源耦合效率高,连接不必精确对准,操作简单,系统综合成本较低等优势,而被广泛应用在短距离光传输系统中,是高速以太网标准所规定的传输媒质之一。以太网标准IEEE802.3aq规定10Gb/s信号的传输距离应达到300m,然而MMF存在的模式色散会导致符号间干扰(ISI),大大限制了传输能力。在MMF传输系统中引入其它技术方案,如副载波复用、电域色散补偿等,能够不同程度的提高系统性能。将正交频分复用(OFDM)技术应用于光纤通信领域是近年来研究热点之一,如采用直接探测的300m MMF系统研究,以及长距离单模光纤通信中的光OFDM技术等。相关实验结果表明了OFDM可以有效提高系统传输性能,体现了该技术在高速通信和抗链路色散上的优势。 本课题主要研究了基于OFDM技术的短距离MMF高速通信的系统性能。首先利用光学角谱理论数值分析MMF模式色散特性,在给定半导体激光器输出光脉冲的空间分布后,通过空间傅里叶变化得到其角谱,计算耦合进入MMF的各个光传输模式及其归一化功率分配系数,再通过光射线传输理论计算出光纤中的模式传输的时延分布,这样就可以计算MMF的脉冲响应特性,进一步分析模式色散对光信号在MMF中传输的影响。 基于以上得到的MMF脉冲响应模型,引入OFDM技术,在Matlab计算平台上构建直接调制型OFDM MMF传输理论模型以及采用相干解调方式的激光器间接调制的CO-OFDM MMF传输模型,实现信息的发送、传输和接收。通过计算系统传输码率、传输距离、误码率、Q因子等光网络主要指标对系统性能进行分析,给出相关计算结果,对比分析两种模型的优缺点。 结果表明,角谱法可以简便而有效的数值计算MMF的传输模式、模式功率分配系数以及传输时延的分布情况,得到MMF脉冲响应并进一步分析模式色散对光脉冲信号传输的影响;在MMF传输链路中引入OFDM技术能够明显改善传输能力,对于40~160Gb/s的信号,其传输距离可以达到300m以上,能够满足下一代以太网的传输要求。CO-OFDM MMF系统性能明显优于采用激光器直接调制型的MMF系统,但该系统相对较复杂,成本较高。


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