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，比如全球用戶數量迅速增長以及對高速數據傳輸的需求。在不久的將來，接入網中傳輸高速數據時，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）產生和提供低開銷的光生毫米波，同時BS結構簡單，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技術本質上降低了碼元速率，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，均可以基于外部調制來實現光毫米波的產生。DSB調制方案是最簡單的一個，因為不同于SSB及 OCS需要雙叉臂式調制器，它僅需要一個單臂調制器，便可產生高純度的毫米波信號。DSB調制的主要缺點是，由于衰落的影響，DSB方案產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信號轉換成OCS信號，這樣在發(fā)射機部分應用OCS信號來實現。但OCS調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，其中像光交織器等的光濾波器，在發(fā)射端或接收端，級聯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。使用寬帶外部調制器產生光毫米波的主要缺點是復雜和昂貴的配置。使用直接調制激光器（DML）來產生光毫米波可以克服這些缺陷。與外部調制器相比，DML比較劃算，并且具有更高的輸出功率。
　　根據BS的

5、結構不同，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（AD）轉換器，窄線寬激光源，相干光接收機，90度光學混頻器，和數字信號處理部分。這些裝置或技術增加了復雜度，

6、導致成本變高。從這個角度來看，DD系統(tǒng)由于有著簡單的結構和低成本，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的基本要素，ROF技術和OFDM技術。介紹了光纖傳輸光信道的基本概念理論以及影響它傳輸的最重要的影響。然后，簡單的闡述了ROF系統(tǒng)的基本理論，包括ROF技術，系統(tǒng)效益，系統(tǒng)限制和一些實際的ROF系統(tǒng)結構。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信號在光纖中傳輸的技術以及ROF技術在通

7、信技術方面的應用。關于OFDM技術，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。最后，指出了OFDM技術的缺點所在。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制器的

8、帶寬和簡化ROF系統(tǒng)架構。采用載有2.5Gb/s OFDM信號的20GHz RF信號驅動DML器件產生40GHz的毫米波信號。在單模光纖中傳輸32-km和40-km后，這種方案的轉換功率損耗分別小于1-dB和2-dB。仿真結果表明DML器件的光纖色散效應和非線性調制影響可以忽略。這種新穎的采用低耗的DML器件產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絡。
　　最后，針對ROF系統(tǒng)，研究并證明了一種新穎的64QAM