光OFDM系统及其关键技术的研究

论文摘要

随着数字信号处理（DSP）等技术的发展,正交频分复用（OFDM）在无线领域中的应用取得了巨大的成功。将OFDM技术应用于光通信中,可以构造出高速率、大容量、低成本的光正交频分复用（O-OFDM）传输系统。与传统的光通信技术相比,O-OFDM具有更强的抗色散能力。由于其诸多优点,近几年来得到了人们的广泛关注。本文首先介绍了OFDM系统的基本原理和关键技术；陈述了O-OFDM系统的两种基本形式：相干检测光OFDM（CO-OFDM）系统和直接检测光OFDM（DDO-OFDM）系统；并结合OptiSystem和MATLAB软件,构造了这两种系统的仿真平台,并在此基础上深入的分析了这两种系统的性能。从理论上分析了O-OFDM传输系统中信号的相位特性；分别讨论了与频率有关的非随机性噪声和其他随机性噪声对信号相位的影响；推导出了O-OFDM信号经过标准单模光纤传输之后的相位偏移规律以及光信噪比与系统参数Q之间的关系；并在此基础上提出了两种相移补偿的方法：频域相移补偿法和时域相移补偿法；为了提高补偿效率,节省资源,提出了“曲线拟合”的相移补偿方法；并通过仿真验证了此相位特性和补偿方法的可行性。相移补偿方法主要校正因色散效应导致的非随机性相位噪声,而非线性效应、光器件的相位噪声以及信道的不理想造成的随机性噪声尚需通过均衡的方式进一步消除。本文阐述了基于导频的均衡方式、盲均衡方式以及自适应的均衡方式在O-OFDM系统中的应用；通过仿真结果可以看出,均衡技术可有效的解决个别序列的相位偏移问题,进一步的改善了系统的性能。在O-OFDM中,采用了I/Q调制技术对IFFT之后的信号进行上变频。由于信道的不理想,使得经过I/Q调制的信号的Ⅰ支路和Q支路并非完全同步,出现了I/Q不平衡问题。文章最后提出了一种解决I/Q不平衡问题的方法,进一步解决了接收端QAM星座图紊乱问题,改善了信号的质量,延长了传输的距离。总体上看,O-OFDM相对于传统的复用技术来说,降低了色散管理的复杂度,提高了频谱效率；从理论分析和仿真结果可以看出,O-OFDM系统尤其明显的优势和研究价值,在高速超长距离中,有着很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光通信的发展现状
• 1.2 OFDM技术的发展历史
• 1.3 光OFDM发展历史
• 1.4 国内外的研究现状
• 1.5 本文的主要工作和内容安排
• 第2章 光OFDM系统的基本原理
• 2.1 OFDM技术的基本原理
• 2.2 OFDM的关键技术
• 2.2.1 保护间隔
• 2.2.2 同步技术
• 2.2.3 降低峰均比
• 2.3 OFDM的优缺点分析
• 2.4 O-OFDM技术的基本原理
• 2.4.1 DDO-OFDM系统的基本原理
• 2.4.2 CO-OFDM系统的基本原理
• 2.5 O-OFDM系统的优缺点分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 O-OFDM系统的仿真研究
• 3.1 仿真软件的简介
• 3.2 DDO-OFDM系统的仿真研究
• 3.2.1 DDO-OFDM系统的仿真
• 3.2.2 DDO-OFDM系统性能分析
• 3.3 CO-OFDM系统的仿真研究
• 3.3.1 CO-OFDM系统的仿真
• 3.3.2 CO-OFDM系统的性能分析
• 3.4 参数对系统性能的影响
• 3.4.1 不同调制模式下的系统性能
• 3.4.2 子载波数的选择
• 3.5 本章小结
• 第4章 光OFDM系统的相移补偿技术
• 4.1 信号相位特性的理论分析
• 4.2 频域相移补偿技术
• 4.2.1 频域补偿方法
• 4.2.2 频域补偿结果分析
• 4.3 时域相移补偿技术
• 4.3.1 时域相移补偿方法
• 4.3.2 时域补偿结果分析
• 4.4 时域与频域相移补偿的比较
• 4.5 拟合相移补偿法
• 4.5.1 相移曲线的拟合
• 4.5.2 拟合法的补偿效果
• 4.6 本章小结
• 第5章 光OFDM系统的均衡技术
• 5.1 O-OFDM均衡概述
• 5.2 基于导频的均衡技术
• 5.3 盲估计均衡技术
• 5.3.1 盲估计均衡技术的简介
• 5.3.2 恒模均衡算法
• 5.3.3 最大似然序列估计（MLSE）均衡
• 5.4 自适应的均衡技术
• 5.4.1 最小均方（LMS）算法
• 5.4.2 递归最小二乘（RLS）算法
• 5.4.3 算法应用及性能仿真比较
• 5.5 I/Q不平衡的均衡技术
• 5.5.1 I/Q不平衡的均衡技术的具体实现
• 5.5.2 I/Q不平衡的均衡技术的效果
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢