（通信与信息系统专业论文）光ofdm系统papr抑制方法研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 正交频分复用( o f d m ) 作为一种多载波调制技术，具有频谱利用率高、抗多 径衰落能力强等优点，在o f d m 被广泛应用于无线通信领域的同时，近几年来， 光正交频分复用( o o f d m ) 技术也逐渐得到了广泛的研究。 论文利用m a t l a b 和o p t i s y s t e m 光学仿真软件对基于强度调制直接检测一正交 频分复用( i m d d o f d m ) 技术的多模光纤通信系统进行了仿真和性能分析。基于 i m d d o f d m 的多模光纤通信系统实现简单，成本低，很适用于短距离光纤通信， 得到了广泛研究。仿真结果表明，在不采用纠错编码的情况，当s n r 为1 0 d b ，速 率为1 0 g b p s 时，得到的系统误码率小于1 e 0 0 3 ；在要求系统误码率小于等于 1 e 0 0 3 的情况下，该系统在1 0 g b p s 的信号速率下最大传输距离接近1 2 0 0 m ，传输 距离为3 0 0 m 时最高传输速率可达3 5 g b p s ，能够较好的适用于高速短距离通信。 高峰均功率比问题是o f d m 技术主要缺陷之一，当较大峰值信号通过非线性 器件时会造成信号畸变，从而破坏子载波间的正交性，使系统的传输性能严重下 降。为解决光o f d m 系统高p a p r 的问题，根据光o f d m 系统具有速率高、频带 宽和使用数据子载波数量大的特点，本文提出了两种改进的p a p r 抑制方法： 1 ) 预留子载波改进方法。为降低预留子载波算法的实现复杂度，基于传统预 留子载波方法，结合光o f d m 系统的特点，提出了预留子载波改进算法，并仿真 分析了该算法对系统p a p r 抑制性能和b e r 性能的影响，将其复杂度与传统预留 子载波方法进行了对比，结果表明该算法具有良好的p a p r 抑制性能和b e r 性能， 且只需进行一次i f f t 运算和一次f f t 运算就能得到预留子载波上的p a p r 抑制数 据，具有较小的运算复杂度。 2 ) 自适应压扩方法。为减小压扩方法对o f d m 系统b e r 性能的影响，使系 统的b e r 性能得到改善，基于传统压扩方法，提出了自适应压扩方法，并将该方 法与i d f t 线性变换相结合进一步抑制光o f d m 系统的p a p r 。论文对自适应压扩 方法进行了性能仿真和分析，给出了该方法对光o f d m 系统b e r 性能和p a p r 性 能的影响，证明了其对光o f d m 系统的p a p r 具有良好的抑制性能，且与传统压 扩方法相比，该方法能够获得更好的系统b e l l 性能，使系统的b e r 性能得到了较 大的改善。 关键词：正交频分复用，强度调n 直接检测，光通信，峰均功率比 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a sam u l t i - c a r r i e rm o d u l a t i o nt e c h n i q u e ，w i t ht h eb e n e f i to fh i 曲s p e c t r u m e f f i c i e n c y a n ds t r o n gr e s i s t a n c et om u l t i p a t hf a d i n g ，o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ( o f d m ) h a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，w h i l ei n r e c e n ty e a r s ，o p t i c a lo r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o o f d m ) h a sb e e n g r a d u a l l ys t u d i e de x t e n s i v e l y m a t l a ba n do p t i s y s t e mo p t i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r ea r eu s e dt os i m u l a t et h e m u l t i m o d ef i b e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e mb a s e do ni n t e n s i t y - m o d u l a t i o n d i r e c t - d e t e c t i o n o p t i c a lo r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( n w d d - o o f d m ) t e c h n o l o g y w i t h t h eb e n e f i t so fs i m p l ea n dl o wc o s t ，t h es y s t e mi ss u i t a b l ef o rs h o r t d i s t a n c ea n dt h el a s t m i l eo p t i c a le t h e r n e ta c c e s s ，a n dh a sb e e nw i d e l ys t u d i e da n da p p l i e d t h es i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a ti nt h ec a s eo fu s i n gn oe r r o rc o r r e c t i o nc o d i n g ，w h i l et h es n ri s10d b ， a n dt h et r a n s m i s s i o nr a t ei s10 g b p s ，t h eb e ri sl e s st h a n1e 一0 0 3 ；i nt h ec a s eo ft h e r e q u i r e m e n t so ft h eb e ri s l e s st h a n1 e - 0 0 3 ，t h et r a n s m i s s i o nd i s t a n c ec a nr e a c h 12 0 0 mw h i l et r a n s m i s s i o nr a t ei s10 g b p s ，t h eh i g h e s tt r a n s m i s s i o nr a t ec a nr e a c h 3 5 g b p sw h i l et h et r a n s m i s s i o nd i s t a n c ei s3 0 0 m ，a n di tc a nb ev e r ys u i t a b l ef o rt h e s h o r t d i s t a n c ec o m m u n i c a t i o n t h eh i g l l p e a k - t o a v e r a g ep o w e rr a t i o i so n eo fo f d mt e c h n o l o g ym a j o r d r a w b a c k s ，w h i l et h el a g e rp e a ks i g n a lp a s st h r o u g ht h en o n l i n e a rd e v i c e s ，i tw i l lb e c a u s e ds i g n a ld i s t o r t i o n ，t h u su n d e r m i n i n gt h eo r t h o g o n a l i t yb e t w e e ns u b c a r r i e r s ，t h e t r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mw i l lb es e r i o u sd e c l i n e d a c c o r d i n gt ot h e o p t i c a lo f d ms y s t e mw i t ht h ef e a t u r e so fh i g hr a t e ，f r e q u e n c yb a n d w i d t ha n du s i n g l a r g en u m b e ro fd a t as u b c a r r i e r s ，i no r d e rt os o l u t et h ep r o b l e mo fh i 曲p a p r ，i nt h i s t h e s i s ，t w oi m p r o v e dp a p rs u p p r e s s i o nm e t h o d sa r ep r o p o s e d ： 1 ) i m p r o v e dr e s e r v a t i o ns u b c a r r i e rm e t h o d i no r d e rt or e d u c et h ea l g o r i t h m c o m p l e x i t yo ft h e t r a d i t i o n a lr e s e r v a t i o ns u b c a r r i e rm e t h o d ，c o m b i n i n gw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so fo p t i c a lo f d ms y s t e m ，a ni m p r o v e dr e s e r v a t i o ns u b c a r r i e rm e t h o di s p r o p o s e d ，a n dt h e s i ss i m u l a t ea n da n a l y s i st h ep a p rs u p p r e s s i o np e r f o r m a n c e ，b e r p e r f o r m a n c ea n da l g o r i t h mc o m p l e x i t yo ft h i sa l g o r i t h m t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e a l g o r i t h mh a sg o o dp a p rs u p p r e s s i o np e r f o r m a n c ea n db e rp e r f o r m a n c e o n l yn e e d o n c eaf f ta n di f f to p e r a t i o n ，w i t hl e s sc o m p u t a t i o nc o m p l e x i t y , t h i sa l g o r i t h mc a n o b t a i nt h ep a p rs u p p r e s s i o nd a t ao nt h er e s e r v a t i o ns u b c a r r i e r s i i 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t 2 ) a d a p t i v ec o m p a n dm e t h o d t or e d u c et h ec o m p a n dm e t h o d se f f e c to fb e r p r e f o r m a n c e ，a n di m p r o v et h eb e rp r e f o r m a n c e ，a l la d a p t i v ec o m p a n dm e t h o di s p r o p o s e d ，a n db ec o m b i n e dw i t ht h el i n e a rt r a n s f o r m a t i o no fi d f tt os u p p r e s st h e p a p ro fo p t i c a lo f d ms y s t e mf u r t h e r t h i st h e s i ss i m u l a t e st h ea d a p t i v ec o m p a n d m e t h o d ，a n da n a l y s i st h ee f f e c to nb e ra n dp a p rp e r f o r m a n c eo ft h i sm e t h o d t h e r e s u l tp r o v e st h i sm e t h o dh a sv e r yg o o ds u p p r e s s i o np e r f o r m a n c ei no p t i c a lo f d m s y s t e m ，a n dc o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lc o m p a n dm e t h o d ，t h i sm e t h o dc a ng e tb e t t e r b e r p e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：o f d m ，i m d d ，o p t i c a lc o m m u n i c a t i o n ，p a p r i 重庆邮电大学硕士论文缩略语 英文缩写 a c e d b r d f t d 1 d m e c o c e d f a f f t i c i i e e e 7 f t n 厦d d i s i m 蹦o o 伍 0 c d m o f c o f d m o o f d m o t d m p a p r p s p t s s u m 缩略语 英文全称 a u t o m a t i cc o n s t e l l a t i o ne x p a n s i o n d i s t r i b u t e db r a g gr e f l e c t o r s d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f 0 1 1 1 1 d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g e u r o p e a n c o n f e r e n c e o n o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n e r b i u m d o p e df i b e ra m p l i f i e r f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m i n t e r - c h a n n e li n t e r f e r e n c e i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c s e n g i n e e r s i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o i t i i i n t e n s i t ym o d u l a t i o n | d i r e c td e t e c t i o n i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t m u l t i m o d ef i b e r o p t i c a lc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o p t i c a lf i b e rc o n f e r e n c e o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g o p t i c a lo r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g o p t i c a lt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g p e a k t o - a v e r a g ep o w e rr a t i o p u l s es h a p i n g p a r t i a lt r a n s m i ts e q u e n c e s s e l e c t e dm a p p i n g v i 中文译文 动态星座图扩展 分布式布拉格反射 离散傅立叶变换 密集波分复用 欧洲光通讯展览会 掺铒光纤放大器 快速傅立叶变换 子信道间干扰 电气和电子工程师协会 逆快速傅立叶变换 强度调制直接检测 符号间干扰 多输入多输出 多模光纤 光码分复用 光纤通信展览会 正交频分复用 光正交频分复用 光时分复用 峰均功率比 脉冲成形 部分传输序列 选择性映射 重庆邮电大堂堡圭笙奎 堕堕堡 - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ - _ - _ _ - - _ - _ _ l _ l _ _ _ - - _ - - _ - _ - - _ _ - 一 刀之 v c s e l m t 0 n er e s e r v e预留子载波 v e r t i c a lc a v i t ys u r f a c ee m i t t i n gl a s e r垂直腔面发射激光器 w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 波分复用 v 重庆邮电大学硕士论文 插图清单 第一章 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 第二章 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 1 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 1 5 图2 1 6 图2 1 7 第三章 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 插图清单 o f d m 技术的发展过程1 无线通信技术的发展2 波分复用技术工作原理图3 光时分复用原理图4 光码分复用原理图5 o f d m 调制和解调原理图8 o f d m 系统组成框图9 f d m 调制技术1 0 o f d m 调制技术1 0 加入c p 的o f d m 符号1 1 插入不同长度的c p 得到的星座图1 l o f d m 系统子信道频谱图1 2 功率放大器的工作区域1 2 限幅前后o f d m 时域信号1 4 限幅前后o f d m 信号功率谱比较1 5 不同限幅门限下的p a p r 抑制性能1 6 不同限幅门限下的o f d m 系统b e r 性能1 6 4 q a m 的星座图扩展1 7 a c e 算法框图1 7 s l m 原理图1 9 p t s 原理图2 0 基于脉冲成形技术的o f d m 发射机原理框图2 l 光o f d m 系统结构2 3 v c s e l 结构示意图2 4 注入电流与输出光功率关系2 5 激光器输出光的光谱图2 6 光纤的折射率分布2 6 v i i i 重庆邮电大学硕士论文插图清单 图3 6 模群数量n = 1 0 0 多模光纤频率响应曲线2 9 图3 7 模群数量n = 2 0 0 多模光纤频率响应曲线2 9 图3 8 模群数量n - - - 3 0 0 多模光纤频率响应曲线2 9 图3 9i m d d o f d m 多模光纤通信系统原理图3 0 图3 1 0i m d d o f d m 多模光纤通信系统仿真3 1 图3 1 11 0 g b s 下多模光纤传输距离为8 0 0 m 的星座图3 2 图3 1 2 传输距离与最大信号传输速率关系3 3 图3 1 3不同传输速率下系统的误码率曲线3 3 第四章 图4 1仿真平台结构原理图3 5 图4 2 不同调制方式下o f d m 系统的b e r 性能曲线3 6 图4 3传统预留子载波方法原理图3 7 图4 4 传统预留子载波方法的c c d f 曲线3 7 图4 5 采用预留子载波改进方法的光o f d m 系统框图。3 8 图4 6 子载波分布图3 9 图4 7 预留子载波算法流程4 0 图4 8 预留子载波改进算法的仿真步骤图4 l 图4 9 峰均功率比的互补累积分布函数图4 1 图4 1 0 系统误码率性能曲线4 2 第五章 图5 1u 律压扩的o f d m 系统框图。4 4 图5 2i i 律压扩原理图4 4 图5 压扩方法的c c d f 曲线4 5 图5 4 压扩方法对o f d m 系统的b e r 性能影响4 6 图5 5 采用自适应律压扩方法的光o f d m 系统框图4 6 图5 6自适应压扩原理图4 7 图5 7自适应压扩算法流程4 8 图5 8自适应压扩方法仿真步骤图4 9 图5 9自适应压扩前信号波形5 0 图5 1 0自适应压扩( - - 2 ) 后信号波形5 0 图5 1 l峰均功率比的互补累积分布函数曲线5 1 图5 1 2 系统误码率性能曲线5 2 i x 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1o f d m 技术的发展 第一章绪论 正交频分复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 是一种多载 波调制技术【l 引，它最早起源于2 0 世纪5 0 年代中期，当时理论上论证了采用多载 波调制可以使存在符号间干扰的系统传输性能得到改善；在1 9 7 0 年有关o f d m 的 专利被首次公开发表；w e i n s t e i n 和e b e r t 在1 9 7 1 年把离散傅里叶变换( d i s c r e t e f o u r i e rt r a n s f o r m ，d f t ) 应用到并行传输系统中，实现了在基带处理部分不再利用 带通滤波器就可以实现正交频分复用。同时，d f t 可用快速傅里叶变换( f a s tf o u r i e r t r a n s f o r i l l ，f f t ) 来实现，从而大大减小了系统的复杂度。2 0 世纪8 0 年代，人们 对多载波调制在数字移动通信、高速调制解调器等领域中的应用进行了深入的研 究，由于受到当时技术条件的限制，多载波调制并没有得到广泛的应用；进入2 0 世纪9 0 年代，随着数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步，o f d m 技术 得到了快速的发展，其在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。图1 1 显示了 o f d m 技术的发展过程。 0 f d m 臁f l 用砌d f t 蹦0 f d m - - m i o 署譬辫 图1 1o f d m 技术的发展过程 通信行业的发展日新月异，图1 2 显示了无线通信的发展过程。移动通信系统 从第一代到第三代不断地向前演进。第一代移动通信系统主要采用频分多址 ( f d m a ) 和模拟技术，存在很多的缺陷，如容量有限、保密性差、通话质量不高、 不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。第二代移动通信系统中，我国以g s m 和i s 9 5 为代表，主要采用t d m a 和c d m a 技术，主要业务是数字化语音业务， 克服了模拟移动通信系统的弱点，可进行自动漫游且具有良好的保密性。第三代 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 移动通信系统( 3 g ) 的发展日趋完善，以c d m a 为主要技术，主要包括w c d m a 、 t d s c d m a 和c d m a 2 0 0 0 ，与前两代相比，其在传输声音和数据的速度上具有很 大的提升，能够处理图像、音乐、视频流等多种多媒体形式。3 g p pl t e 技术被称 为“演进型3 g ，是以o f d m 为核心的技术【4 】，其具有某些“4 g ”的特点，所以 亦可以被看作为“准4 g 技术。l t e 下行采用o f d m 技术，上行采用s c ( 单载 波) 呻d m a 技术，上下行峰值速率分别为5 0 m b p s 和1 0 0 m b p s 。m i m o 、链路自 适应等先进技术也将在l t e 中得到应用。w i m a x 全球微波互联接入又名为8 0 2 1 6 ， 是一种宽带无线接入技术，可提供数据传输距离最远可达5 0 k m 的面向互联网的高 速连接，其采用了o f d m o f d m a 、m i m o 等代表未来通信发展方向的先进技术， 具有传输速率高、业务丰富等优点。3 g 实现着移动业务的宽带化，而w i m a x 则 逐步实现着宽带业务的移动化，两种网络融合度越来越高，竞争也在不断加剧。 o f 硼l i 气 图1 2 无线通信技术的发展 从无线通信发展的过程可知，无论是l t e 还是w i m a x 技术，o f d m 技术都在 其中占有着重要地位，其已被广泛应用于数字广播( d v b t ) 、无线局域网( i e e e 8 0 2 1 1 ) 和w i m a x ( i e e e8 0 2 1 6 ) 等技术中，同时也被应用于3 g p pl t e 当中，并 被认为是第四代移动通信系统必不可少的关键技术。在o f d m 被广泛应用于无线 通信领域的同时，o f d m 技术在光通信领域也得n t 广泛的研究，光正交频分复 用技术( o o f d m ) 成为了人们研究的热点【5 川，并且o o f d m 将有望成为长距离 大容量光纤通信系统中一种非常重要的调制方式。 1 2 高速光纤通信系统的发展 自从1 9 6 6 年高锟提出以光纤作为通信传输介质的概念以来，光纤通信的研究 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 和应用得到了迅速的发展。可以将光纤通信的发展粗略地分成三个阶段。第一个 阶段是从基础研究到商业应用的开发时期，实现了短波长( o 8 5g r a ) 低速率( 4 5 或3 4 m b s ) 多模光纤通信系统，无中继传输距离可达1 0 k m 。第二个阶段是光纤通 信大力发展的时期，主要的研究目标是提高传输速率和增加传输距离，期间光纤 从多模发展到单模，工作波长从短波长( o 8 5g r n ) 发展到长波长( 1 3 1g r n 和 1 5 5 岬) ，实现了工作波长为1 3 1 阻、传输速率为1 4 0 - - 5 6 5 m b s 的单模光纤通信 系统，无中继传输距离可达5 0 l o o k m 。第三个阶段以超大容量超长距离为目标， 实现了1 5 5 岬色散移位单模光纤通信系统，传输速率可达2 5 - 1 0 g b s ，无中继传 输距离为1 0 0 - - 1 5 0 k m 。光纤具有丰富的带宽资源，为充分利用这些带宽和提高通 信系统的容量，各种高速大容量的光纤通信系统得到了广泛的研究和发展，包括 光波分复用( w d m ) 系统、光时分复用( t d m ) 系统、光码分复用( o c d m ) 系 统和光正交频分复用( 0 0 f d m ) 系统。 1 2 1 光波分复用系统 波分复用技术工作原理图如图1 3 所示，是一项在一根光纤中同时传输多个波 长光信号的技术。在发送端不同波长的光信号通过合波器( m u x ) 组合起来( 复 用) ，耦合到光纤链路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信 号通过分波器( d e m u x ) 分开( 解复用) ，并做进一步信号处理，恢复出原始信 号后送入不同的终端。掺铒光纤放大器( e d f a ) 对传输一定距离的光信号进行放 大，补偿各种损耗对信号造成的衰减。 i 光发送机1 卜二翌+ ：! ，l光接收机l 一- 光接收栅i 光发送机2 卜生+ 曹 o 芝 芝 吕 l 光麟枷白 垄一光接收枇 图1 3 波分复用技术工作原理图 最近几年我国在w d m 方面取得了很多成果，中兴公司研发的d w d m 系统实 现了超过5 0 0 0 k m 的无电中继传输，其系统容量可升级到1 6 0 x 1 0 g b i t s ；华为公司 提供的商用w d m 系统容量也已经达到1 6 t b s ( 1 6 0 x 1 0 g b i t s ) ：中国电信 8 0 x 4 0 g b i t s 的d w d m 上海杭州工程成功应用了烽火通信推出的3 2 t b s8 0 x 4 0 g 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 g b i t s 的d w d m 系统。虽然w d m 取得很多成果，但依然存在很多问题【8 。9 1 ，例如， w d m 系统要求高精度波长稳定的激光器以防止中心频率的偏移；为分辨出每一个 波道需高选择性滤波器或相干检测技术；w d m 系统同时存在多个波长使其受光纤 色散和非线性效应的影响较大；w d m 系统对解复用器件性能等也提出了很高的要 求。 1 2 2 光时分复用系统 光时分复用是一种基于时隙传送信息的技术，其原理图如图1 4 所示。在发送 端由脉冲光源产生多个脉冲代表不同的时隙，每个时隙经过距离不同的光纤延时 线后依次输出，通过精确控制延时就可以得到多个相等的时隙组成的一帧，此过 程为时分复用过程，也是一个并串转换的过程。传输过程中加e d f a 用来补偿损 失的功率。在接收端通过解复用，即串并转换过程，将不同的时隙分配给不同的 用户。在整个光时分复用传输过程中，要保持发送端与接收端的时钟同步，使时 隙准确的一一对应。 图1 4 光时分复用原理图 目前，电时分复用( e t d m ) 和光时分复用( o t d m ) 是时分复用的两种不同 类型。e t d m 应用广泛【n ”】，但其复用与解复用都在电域内完成，必然受到半导 体微电子技术瓶颈的影响，发展潜力已经不大。而o t d m 的复用和解复用都在光 域内进行，能够克服半导体微电子技术瓶颈，所以备受关注，有着很大的发展潜 力。o t d m 与e t d m 相结合可以提高光纤的传输容量，也可以作为组建“全光网” 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 的重要技术。日本的n 丌一直从事着更高速率的o t d m 系统研究工作，其实验系 统的最高速率从1 0 0g b i t s 、2 0 0g b i t s 、4 0 0g b i t s 甚至到6 4 0g b i t s f l 厶17 1 。欧洲 在4 0g b i t s 的o t d m 实用化技术和网络方面也进行了许多现场实验，取得了一定 的成果。美国和英国在o t d m 全光分组网络方面做着大量的研究工作。 1 2 3 光码分复用系统 光码分复用( o c d m ) 是指为每一个用户分配一个唯一的光正交码作为此信 道的地址码，其传输原理图如图1 5 所示。在发送端利用地址码将要传输的信号进 行光编码，实现信道复用，在接收端利用相同的地址码进行相关接收，实现解复 用，恢复出原信号。 耦耦 厶 a 器器 用户数据1 用户数据2 用户数据n 图1 5 光码分复用原理图 o c d m 技术在2 0 世纪8 0 年代被提出，最近几年有了迅速的发展。将o c d m 和w d m 技术结合成为组建大容量、高速率光通信网络的趋势之一【l 引。文献 1 9 - 2 0 】 指出，可以用o c d m 技术进行光分组交换，从而进一步推进o c d m 技术的发展。 但o c d m 还处于实验阶段，实用化面临着很多关键问题，如性能良好的光正交码 集、光器件技术等等。 1 2 4 光正交频分复用系统 正交频分复用( o f d m ) 技术具有抗多径干扰能力强的优点，适合应用于高色 散信道中，因而被广泛应用于无线通信中。近年来，o f d m 技术在光通信领域备 受关注，应用o o f d m 技术能够做到无色散补偿的高速光纤传输，对光放大器要 求降低，大大提升了其传输性能。光正交频分复用已经成为国际上光调制技术的 5 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 研究热点，在2 0 0 5 年的o f c 会议上n e j o l l e y 等人首次提出将o f d m 技术应用 于光纤信道，同时证明了1 0 g b s 信号在多模光纤中能够传输l k m 的距离【2 1 1 。国外 的研究小组u n i v e r s i t yo fa r i z o n a 、b a n g o ru n i v e r s i t y 、u n i v e r s i t yo fm o n a s h 、朗讯 一贝尔实验室等对o o f d m 进行了很深入的研究，在o o f d m 应用于长距离单模 光纤传输系统和短距离多模光纤传输系统方面取得了部分成果，对o o f d m 中的 非线性问题、频谱效率、关键技术、性能评价等方面做了探索研究。 w d m 、o t d m 、o c d m 和o o f d m 技术各有各自的优点。w d m 技术相对成 熟，实现方便，系统容量大；o t d m 技术虽然速率带宽比高，但仍处于探索阶段， 国内外只有一些实验系统；o c d m 技术具有抗干扰和保密性强的优点，但是仍然 面临有很多棘手的问题，没有突破性的进展，更没有实用系统；o o f d m 技术频谱 资源利用率高，抗色散能力强，在传输过程中不需要复杂的色散管理，能简单地 实现高速的数据传输，网络的复杂度和建设、运行、维护的成本低，与原有的波 分复用( w d m ) 系统有很好的兼容性，能在w d m 系统的基础上很容易地完成系统 升级。但对于o o f d m 的研究仍然处于实验性的阶段，与商用化还是存在着很长 的一段距离，仍需进一步的研究。 1 3 课题研究背景 光纤通信传输容量较大，频带宽，损耗小，抗电磁干扰和保密性能好，在通 信网、广播电视网和计算机网等其他传输系统中得到了广泛的应用。随着通信业 务的不断增长，短距离通信网的完善越来越受到人们的关注【2 2 1 ，光纤到户、光纤 到桌面已经是光通信发展的必然趋势。 与长途干线相比，短距离光纤网络传输速率相对较低，弯路很多导致节点和 接头比较多，连接器和耦合器的用量相对增加，单位光纤长度要求使用的光源个 数也会增加，基于这些特点，短距离光纤网络的构建需要合理的选择传输媒质以 便提高效率和节约成本。单模光纤无源器件与多模光纤无源器件相比价格昂贵， 允许误差小，操作上可靠性低，并且多模光纤( m m f ) 数值孔径大，从光源耦合 光功率的效率高，连接时容易对准，且与之配套的器件成本较低，因此多模光纤 成为短距离光纤通信的首选传输媒质。但多模光纤存在严重的模式色散1 2 3 j 拉引，使 其传输能力受限。自从n e j o l l e y 等在o f c 2 0 0 5 会议上提出利用o f d m 调制技术 来抵抗光纤色散的影响，人们开始研究光正交频分复用技术( o o f d m ) ，o o f d m 有望成为长距离大容量光纤通信系统中重要调制格式。o o f d m 系统结合o f d m 技术与光通信的特点，构建出高速率、高容量、低成本的光传输网络，并且具有 较强的信道容量可扩展性，可以在现有网络的基础上很好的升级与过渡【2 5 】，提供 6 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 高速率、高容量、高质量的通信服务。o o f d m 由于其独特的优势，在全世界范围 内得到了深入的研究，在美国光电光纤通信展览会( o f c ) 2 0 0 8 、o f c 2 0 0 9 和欧洲光 通讯展览会( e c o c ) 2 0 0 7 、e c o c 2 0 0 8 会议上，o o f d m 传输理论与技术成为了会 议的热点之一。 如何抑制峰均功率比问题是o f d m 系统中的关键技术问题之一，在光o f d m 系统中，由于光调制器、光放大器等器件的非线性，较大的峰值信号通过时会产 生严重的信号畸变，大大降低系统的整体性能。如果制造线性度高的器件则会带 来难度较大和成本较高的问题。如何更好的抑制o f d m 系统中p a p r 的问题一直 是人们研究的热点，最近几年，o f d m 系统中p a p r 抑制技术的研究得到了很大 的进展1 2 酬，涌现出了各种各样的方法，在第二章将进行介绍。 1 4 论文主要工作与内容安排 本文主要研究和分析基于i m d d 。o f d m 的多模光纤系统的传输性能，并提出 两种在光o f d m 系统中具有良好性能的p a p r 抑制改进方法。 论文的主要内容安排如下： 第一章，绪论。介绍光纤通信系统的发展，o f d m 技术的发展及其在无线通 信中的应用，课题的研究背景，及本人所做的主要工作。 第二章，介绍o f d m 基本原理及p a p r 问题。阐述了o f d m 基本原理及o f d m 系统的基本构成，分析o f d m 系统的优点和缺点，同时对o f d m 系统中p a p r 问 题进行阐述和分析，并对各种p a p r 抑制方法进行分析和总结。 第三章，对光o f d m 系统进行研究和仿真。介绍光o f d m 的优势及其系统的 基本架构，分析垂直腔面发射激光器和多模光纤的数学模型，利用m a t l a b 和 o p t i s y s t e m 软件搭建仿真平台，对i m d d o f d m 多模光纤系统进行性能仿真分析。 第四章，基于传统预留子载波方法，提出预留子载波改进方法，搭建仿真平 台，对该方法进行性能仿真和分析，验证该方法与传统预留子载波方法相比，具 有较小的复杂度，且具有良好的p a p r 抑制性能和稳定的b e r 性能。 第五章，基于传统压扩方法提出自适应压扩方法，搭建仿真平台，对自适应 压扩方法进行仿真和分析，验证其与传统压扩方法相比能够获得更好的b e r 性能， 且具有良好的p a p r 抑制性能。 第六章，总结与展望。对全文内容进行总结，并对今后的研究作展望，提出 下一步的研究方向。 7 重庆邮电大学硕士论文第二章o f d m 理论概述 第二章o f d m 理论概述 2 1o f d m 基本原理及系统组成 o f d m 作为一种多载波调制技术，可将高速串行的数据流变换为多行并行的 低速数据流，并调制到不同的子载波上进行传输，且各子载波等间隔并相互正交。 假设有n 个子载波把整个信道分割成n 个子信道，即将频率上等间隔的n 个子载 波信号调制并相加后发送，实现n 个子信道并行传输信息，则每个符号的频谱占 用信道总带宽的1 n ，且各子载波在o f d m 符号周期t 内保持频谱的正交性。每 个