具有成本效益的直接檢測光正交頻分復用通信系統(tǒng)的研究.pdf

1、在過去的三十年中，通信行業(yè)面臨著更多的問題，比如全球用戶數(shù)量迅速增長以及對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。在不久的將來，接入網(wǎng)中傳輸高速數(shù)據(jù)時，對帶寬要求將會增長到多于每秒千兆比特。在ROF系統(tǒng)中，光和無線系統(tǒng)的獨特結(jié)合，可以提高信道容量和移動性，減少系統(tǒng)開銷，特別是在毫米波頻段中。光載無線通信（ROF）的主要優(yōu)點是從中心局（CO）到基站（BS）產(chǎn)生和提供低開銷的光生毫米波，同時BS結(jié)構(gòu)簡單，有很大的帶寬可利用。正交頻分復用（OFDM）是一種有效的

2、調(diào)制格式，因為它具有高頻譜效率，能保持系統(tǒng)的健壯性，抵抗色散和偏振模色散，最近在光纖傳輸系統(tǒng)中廣泛使用。在短距離的自由空間，多模光纖，塑料光纖，和長途單模光纖系統(tǒng)中，提出了基于光OFDM的不同方案。與盡量完全補償光纖色散相比，OFDM技術(shù)本質(zhì)上降低了碼元速率，從而減輕了累積色散造成損失。另外，若合理的選擇使用循環(huán)前綴（CP），OFDM信號可以大大降低甚至完全消除色散損失。
　　比如雙邊帶（DSB），單邊帶（SSB）和光載波抑制（O

3、CS）等許多技術(shù)，均可以基于外部調(diào)制來實現(xiàn)光毫米波的產(chǎn)生。DSB調(diào)制方案是最簡單的一個，因為不同于SSB及 OCS需要雙叉臂式調(diào)制器，它僅需要一個單臂調(diào)制器，便可產(chǎn)生高純度的毫米波信號。DSB調(diào)制的主要缺點是，由于衰落的影響，DSB方案產(chǎn)生的光生毫米波不能傳輸很長距離。為了解決這個問題，可以將光DSB信號轉(zhuǎn)換成OCS信號，這樣在發(fā)射機部分應用OCS信號來實現(xiàn)。但OCS調(diào)制需要一個復雜的電路來控制直流（DC）偏置和射頻（RF）信號。因此，

4、它使得發(fā)送器更加復雜。另一種生成OCS信號的方法是光載波濾波技術(shù)，其中像光交織器等的光濾波器，在發(fā)射端或接收端，級聯(lián)的光學電路和光纖布拉格光柵（FBG）可以用來過濾出光DSB信號的光子載波。因為復雜的控制電路可從發(fā)送端移除，系統(tǒng)就被簡化了。使用寬帶外部調(diào)制器產(chǎn)生光毫米波的主要缺點是復雜和昂貴的配置。使用直接調(diào)制激光器（DML）來產(chǎn)生光毫米波可以克服這些缺陷。與外部調(diào)制器相比，DML比較劃算，并且具有更高的輸出功率。
　　根據(jù)BS的

5、結(jié)構(gòu)不同，OFDM系統(tǒng)可以被歸類為相干和直接檢測（DD）系統(tǒng)。在相干OFDM系統(tǒng)中，可以利用線性均衡器完全補償在單模光纖（SMF）中的線性傳輸損傷，如群速度色散（GVD）和偏振模色散（PMD）。另一方面，在DD系統(tǒng)中，線性均衡器作用不明顯，這是因為非線性光檢測破壞了接收電場的相位信息。另外，相干接收系統(tǒng)需要光本地振蕩器，高速模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換器，窄線寬激光源，相干光接收機，90度光學混頻器，和數(shù)字信號處理部分。這些裝置或技術(shù)增加了復雜度，

6、導致成本變高。從這個角度來看，DD系統(tǒng)由于有著簡單的結(jié)構(gòu)和低成本，會成為未來更受歡迎的系統(tǒng)。
　　文章剩下的部分講述了光纖傳輸?shù)幕疽?，ROF技術(shù)和OFDM技術(shù)。介紹了光纖傳輸光信道的基本概念理論以及影響它傳輸?shù)淖钪匾挠绊?。然后，簡單的闡述了ROF系統(tǒng)的基本理論，包括ROF技術(shù)，系統(tǒng)效益，系統(tǒng)限制和一些實際的ROF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此外，介紹了光傳輸鏈路如何與ROF系統(tǒng)進行整合。同時也闡述了RF信號在光纖中傳輸?shù)募夹g(shù)以及ROF技術(shù)在通

7、信技術(shù)方面的應用。關(guān)于OFDM技術(shù)，首先，簡單的回顧了OFDM系統(tǒng)研究的里程碑。然后，詳細的介紹了典型OFDM系統(tǒng)的每個獨立模塊的原理，發(fā)射機和編碼技術(shù)。最后，指出了OFDM技術(shù)的缺點所在。對于OFDM在光纖通信中的研究，需要更好的研究光纖信道特性。
　　除此之外，我研究并且驗證了一個新穎的使用DML產(chǎn)生40GHz毫米波并且傳輸2.5Gbit/s16QAM OFDM信號的DD-OFDM ROF系統(tǒng)。采用光纖光柵主要是降低光調(diào)制器的

8、帶寬和簡化ROF系統(tǒng)架構(gòu)。采用載有2.5Gb/s OFDM信號的20GHz RF信號驅(qū)動DML器件產(chǎn)生40GHz的毫米波信號。在單模光纖中傳輸32-km和40-km后，這種方案的轉(zhuǎn)換功率損耗分別小于1-dB和2-dB。仿真結(jié)果表明DML器件的光纖色散效應和非線性調(diào)制影響可以忽略。這種新穎的采用低耗的DML器件產(chǎn)生的毫米波信號載有OFDM信號的方案適用于未來寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。
　　最后，針對ROF系統(tǒng)，研究并證明了一種新穎的64QAM