OFDM技術(shù)在無源光網(wǎng)絡(luò)及光無線系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究.pdf

1、隨著電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合,以及一些高帶寬業(yè)務(wù)如高清電視、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議和視頻游戲的開展與普及,IP化、寬帶化和無線化已經(jīng)成為下一代光通信網(wǎng)的研究熱點(diǎn)。而正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)以其靈活的調(diào)制方式、更高的信道及頻譜利用率和更好的色散及多徑衰落容忍度,引起了全球各大電信運(yùn)營商越來越多的關(guān)注,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字視頻廣播(DVB)、IEEE802.11無線局域網(wǎng)和下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)中。為了滿足未來接入

2、網(wǎng)高速率、大帶寬和寬覆蓋的需求,發(fā)展新型的下一代光接入網(wǎng)技術(shù)和光纖無線融合技術(shù)已勢在必行,因此,研究OFDM技術(shù)在下一代光接入網(wǎng)絡(luò)和光纖無線融合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有很高的理論和實(shí)用價(jià)值。
　　本論文在系統(tǒng)地分析了OFDM基本原理及OFDM信號(hào)在光纖與無線信道中傳輸所面臨問題的基礎(chǔ)上,通過仿真和實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)現(xiàn)了OFDM技術(shù)在下一代無源光網(wǎng)絡(luò)和光纖與無線融合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,并取得了若干創(chuàng)新成果。具體研究內(nèi)容包括:
　　(1)通過理論研

3、究和實(shí)驗(yàn)分析,結(jié)合正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)的優(yōu)勢,提出了支持光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)之間高效互連互通的新型時(shí)分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(TDM-PON)、波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(WDM-PON)以及時(shí)分波分混合無源光網(wǎng)絡(luò)(HPON)系統(tǒng)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在這些基于OFDMA技術(shù)的ONU互通系統(tǒng)中通過優(yōu)化OFDM信號(hào)和PON業(yè)務(wù)信號(hào)的功率比、OFDM信號(hào)頻率間隔及子載波個(gè)數(shù),可以有效減小噪聲及色散對(duì)混傳業(yè)務(wù)性能的影響,使系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)靈活的互通業(yè)務(wù)帶

4、寬分配機(jī)制、互通業(yè)務(wù)完全不占用PON業(yè)務(wù)帶寬及支持多個(gè)互通業(yè)務(wù)并發(fā)等優(yōu)勢,為下一代無源光網(wǎng)絡(luò)中高效虛擬局域網(wǎng)(VPN)研究提供了技術(shù)支持。
　　(2)實(shí)驗(yàn)分析和探討了光纖與無線融合系統(tǒng)中調(diào)制器啁啾及信道色散和非線性對(duì)高階調(diào)制格式OFDM信號(hào)傳輸性能的影響,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)OFDM接收端時(shí)鐘同步、頻率相位估計(jì)以及信道估計(jì)和均衡算法,實(shí)現(xiàn)了基于低成本VCSEL的光載無線系統(tǒng)內(nèi)5.5GHz載頻300.144Mb/s QPSK-OFDM信號(hào)在

5、100m多模光纖和900.432 Mb/s64QAM-OFDM信號(hào)在1km彎曲不敏感光纖中的傳輸。此外,還創(chuàng)新地提出融合了偏振模復(fù)用(PDM)技術(shù)和無線多入多出(MIMO)技術(shù)的高頻譜利用率、高速率光載無線系統(tǒng),設(shè)計(jì)了基于Zero Forcing(ZF)的信道估計(jì)算法以補(bǔ)償光纖中偏振的旋轉(zhuǎn)及無線中信號(hào)的多徑衰落,實(shí)現(xiàn)了2×2MIMO光載無線系統(tǒng)內(nèi)5.65GHz載頻1.59Gb/s16QAM-OFDM信號(hào)在22.8km單模光纖和1m無線距

6、離中的傳輸。
　　(3)搭建了光載高速W-band(75-110 GHz)OFDM無線信號(hào)的測試平臺(tái),創(chuàng)新地使用光IQ調(diào)制器、光頻梳產(chǎn)生器及光外差拍頻的方式產(chǎn)生了速率為42.13 Gb/s、頻譜利用率為2.808bits/s/Hz的86GHz載頻16QAM-OFDM信號(hào)。理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)分析了激光器相位噪聲、OFDM信號(hào)峰均比及光纖非線性效應(yīng)對(duì)W-band無線傳輸性能的影響,提出了高效的激光器、頻率源相位噪聲補(bǔ)償算法及基于OFDM信

7、元頻域平均法(ISFA)和數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)的增強(qiáng)型信道估計(jì)和均衡算法,成功將42.13Gb/s86GHz載頻16QAM-OFDM信號(hào)傳輸了0.6m無線距離。此外,設(shè)計(jì)了基于光相位調(diào)制器的恒包絡(luò) OFDM傳輸系統(tǒng),極大地減弱了系統(tǒng)對(duì)高線性放大器和調(diào)制器的需求。理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,在此系統(tǒng)中激光器和頻率源的相位噪聲對(duì)信號(hào)只是一個(gè)加性分量,通過濾波器極易濾除,極大地降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成功地實(shí)現(xiàn)了8 Gb/s81.5GHz載頻