（通信与信息系统专业论文）ofdmrof光传输系统中一些问题的研究.pdf

海人学坝f 。学位论文 o f d m r o f 光传辅系统中一些问题的研究 摘要 第四代移动通信系统( 4 g 或b 3 g ) 将是通信产业发展的一个里程碑，它能 够提供高质量、高带宽、无处不在的实时多媒体业务。f 交频分复用( o f d m ) 技术以其抗干扰能力强、频谱效率高、传输容量大等特点被公认为4 g 的核心技 术。光纤无线电( r o f ) 作为无线信号在光纤媒介中传输技术也被认为是4 0 网 络的组网技术之一。因此，o f d m 和r o f 技术都成为4 g 研究的热点问题。 本论文中对本人在硕士研究生期问对o f d m 与r o f 技术相结合，简称 o f d m r o f 光传输系统在4 g 中应用的研究成果进行一个总结。研究主要涉及 4 g 系统中，o f d m 调制无线信号在r o f 光传输系统中传输性能研究的分析，其 中包括o f d m r o f 光传输系统仿真平台设计与构建以及光纤各种非线性效应影 响调查；由偏振模色散导致的o f d m - r o f 光传输系统性能降级的分析研究，包 括偏振模色散补偿方案设计和系统性能对比分析；以及光传输系统中的噪声对 o f d m r o f 光传输系统性能影响的探讨。 本论文共分六章。第一章为绪论，第二章对r o f 与o f d m 技术从原理、特 点、发展现状等多个角度进行了介绍。并探索了r o f 技术与无线移动通信系统 相结合时所出现的一些问题。 第三章涉及了o f d m r o f 光传输系统性能分析研究。具体内容包括：设计 与构建o f d m - r o f 光传输系统仿真平台，分析调查r o f 系统作为无线信号传 输通道所具有的波长和偏振特性。以及非线性效应对o f d m 无线信号的传输可 能产生的影响。讨论弗指出了导致系统性能恶化的主要原因色散问题，同时 提出了色散补偿方案。最后对光功率对系统性能的影响作了一些分析和讨论。 第四章讲述了偏振模色散对o f d m r o f 光传输系统的影响和作用，并对此 展开了深入系统地研究。具体地，分析了由偏振模色散导致系统性能下降的相关 系统因素，提出了一套针对o f d m r o f 光传输系统的偏振模色散补偿方案，并 对补偿前后系统性能进行了分析讨论。 第五章阐述了o f d m r o f 光传输系统中的噪声问题。具体包括：光源的相 位噪声和光纤链路中光放大器引入的a s e 噪声对o f d m r o f 光传输系统性能的 o f d m r o f 光传输系统中一些问题的研究 影响，并提一业初步解决方法。 第六章对4 g 系统以及r o f 技术在4 g 中的应用的阿景和今后的发艘趋势作 了展望。 关键词：4 g 、o f d m 、r o f 、偏振模色散 l ：塑叁兰! 坚! ：兰些堡兰 q ! 里! ：! 旦! 娄垡堕墨堕二些塑塑! ! 堕童 a b s t r a c t t h ef o u r t hg e n e r a t i o nm o b i l es y s t e m ( 4 g ) ，w h i c hh a st h ea b i l i t yt op r o v i d eaw i d e r a n g eo fo m n i p r e s e n tr e a l t i m em u l t i m e d i as e r v i c e sw i t hh i g hq u a l i t ya n dw i d e b a n d w i d t h w i l lb eam i l e s t o n ei nt h eh i s t o r yo ft e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y 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 ) t e c h n o l o g y , f e a t u r i n gr o b u s t a n t i i n t e r f e r e n c ec a p a b i l i t y , h i g hs p e c t r a le f f i c i e n c ya n dl a r g et r a n s m i s s i o nv o l u m e ， h a sb e e np u b l i c l yr e g a r d e da sak e r n e lt e c h n o l o g yo f4 gs y s t e m s r a d i oo v e rf i b e r ( r o f ) ，at e c h n o l o g yf o rd e l i v e r i n gw i r e l e s ss i g n a l so v e rt h eo p t i c a lf i b e r , a l s oh a s b e e ne x p e c t e dt ob eap r o m i s i n gt e c h n o l o g yt oa p p l yt o4 gn e t w o r k i n g t h e r e f o r e ， b o t ho f d ma n dr o fi sb e c o m i n gah o ts p o to f t h e4 g ss t u d y t h em a r r i a g eo fo f d ma n dr o f s i m p l yc a l l e do f d m r o fo p t i c a lt r a n s m i s s i o n s y s t e m ，a p p l i e di n4 gi ss t u d l e di n t h i sp a p e r a m o n gt h e s e ，t h ea n a l y s i so ft h e p e r f o r m a n c e so fo f d mm o d u l a t e dw i r e l e s ss i g n a l sp r o p a g a t i n go v e rr o fo p t i c a l t r a n s m i s s i o ns y s t e m ，i n c l u d i n gb u i l d i n go ft h es i m u l a t i o np l a t f o r mf o rs t u d y i n gt h e o f d m r o fo p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e ma n di n v e s t i g a t i n gt h ei m p a c to f m i s c e l l a n e o u sn o n l i n e a rp r o p e r t i e so ft h ef i b e ro ns y s t e mp e r f o r m a n c e sa r ep r e s e n t e d i na d d i t i o n t h es t u d i e so ft h ep e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o no fo f d m r o fo p l i c a l t r a n s m i s s i o ns y s t e m ，w h i c hr e s u l t e df r o mp o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o nf p m d ) ， i n c l u d i n gt h ep m dc o m p e n s a t i n gs o l u t i o nd e s i g na sw e l ia s t h ea n a l y s e sa n d c o m p a r i s o n so fs y s t e mp e r f o r m a n c e s ，a r ea l s oc a r d e do u t m o r e o v e r , t h ee x p l o r a t i o n o fn o i s e p r o b l e m s a f f e c t e d u p o n t h e p e r f o r m a n c e s o fo f d m r o f o p t i c a l t r a n s m i s s i o ns y s t e mi sc o n d u c e d t h et h e s i si sd i v i d e di n t os i xc h a p t e r s c h a p t e ro n ei sa ni n t r o d u c t i o np a r t c h a p t e r t w os h e d sl i g h to nr o fa n do f d mf r o mt h es e v e r a lp e r s p e c t i v e si n c l u d i n g o p e r a t i o n p r i n c i p l e s ，t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dd e v e l o p i n gs i t u a t i o n sn o w a n di nt h ef u t u r e a l s oi nt h i sc h a p t e r s o m ep r o b l e m sa r ee x p l o r e d ，w h i c hw i l lb e c o m ec r i t i c a lw h e n r o ft e c h n o l o g yi sp r a c t i c a l l yc o m b i n e dw i t ht h ew i r e l e s sm o b i l es y s t e m ， i nc h a p t e rt h r e e ，as t u d yo ft h ep e r f o r m a n c e so f0 f d m - r o fo p t i c a lt r a n s m i s s i o n s y s t e mi sc a r r i e do u t ap l a t f o r mf o rs t u d y i n gt h ep e r f o r n l a n c e so f0 f d m r o f o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e mi sd e s i g n e da n db u i i t a tt h es a m et i m e s o m e i n v e s t i g a t i o n sa r ec o n d u c t e df o re x p l o r i n gt h ei m p a c t so fw a v e l e n g t h ，p o l a r i z a t i o n a n dn o n l i n e a r i t y , r e s u l t i n gf r o mr o fa sac h a n n e lf o rt r a n s m i t i n gw i r e l e s ss i g n a l s u p o nt h ep r o p a g a t i o nb e h a v i o r so fo f d ms i g n a l a st h ep r i m a r yc a u s e ，t h ec h r o m a t i c d i s p e r s i o n ，r e s u l t i n gi nt h ed e t e r i o r a t i o no fs y s t e mp e r f o r m a n c e s ，i sa d d r e s s e d a sa r e s u l t ，ap r a c t i c a ls o l u t i o nf o rd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i n gi sp r o p o s e d i nt h ee n do ft h i s c h a p t e r , t h es o m ee f f e c t sc o m i n gf o r mt h ep o w e rf l u c t u a t i o n so ft h eo p t i c a ls o a r c e u p o nt h eb e h a v i o r so f s y s t e mi sa n a l y z e da n dd i s c u s s e dt os o m ee x t e n d i nc h a p t e rf o u r , t h ee x t e n s i v ea n ds y s t e m a t i cs t u d i e so fp m di m p a i r su p o nt h e p e r f o r m a n c e so fo f d m - r o fo p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e ma r ec o n d u c t e d s o m e 1 塑生三兰塑i 堂垡丝皇 竺! 里竺：! 竺! 圭堡塑至篁生= 些塑塑塑堕室 s y s t e me l e m e n t sr e l a t e dt ot h ed e g r e eo fp m di m p a i r s a r ep o i n t e do u t f u r t h e r m o r e ，a p m d c o m p e n s a t i n g s o l u t i o n d e s i g n e d f o r e n h a n c i n g o f d m r o f o p t i c a l t r a n s m i s s i o ns y s t e mi sp u tf o r w a r d ，a n dt h es y s t e mp e r f o r m a n c e sb e f o r ea n da f t e r p m dc o m p e n s a t i n ga r ea n a l y z e d c h a p t e rf i v ee x p l o r e sn o i s ep r o b l e m si no f d m r o fo p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e m ， i n c l u d i n gp h a s en o i s ei nt h eo p t i c a ls o u r c ea n da m p l i f i e ds p o n t a n e o u se m i s s i o n ( a s e ) n o i s ef r o mt h e o p t i c a la m p l i f i e ru p o np e r f o r m a n c e s o fo f d m r o f o p t i c a l t r a n s m i s s i o ns y s t e m a n ds o m ep r i m i t i v es o l u t i o n sa l es u g g e s t e d i nc h p a t e rs i x ，t h ep r o s p e c ta n dd e v e l o p m e n tt e n d e n c yo f4 ga n dr o fa r ep r e s e n t e d k e yw o r d s ：4 go f d m r o f , p m d v 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导卜进行的研究工作。 除j ，文巾特别加以标注和致谢的地方外，论文叶1 不包含其他人已发表 或撰j j 过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贞献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留沦文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅：学校n f 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 姒撼。弓 o f d m - r o f 光传输系统中一些问题的研究 第一章绪论 1 1第四代移动通信系统简介 在过去的十多年问，世界范围内通信产业经历着一个日u 所未有的高速发胜阶 段。无线j 有线手段的结合、宽带网络和信息高速公路的建设，一张敛力于覆盖 全球的网络已将触角伸入到世界任何。个边远的角落。在目不暇接，层出不穷的 通信新技术中，目前令人们最关注而且讨论的最多最热烈的就是第三代移动通信 系统( 简称3 g 系统) 。3 g 的推出引起通信领域的场革命，l 刊时也推动其它领 域相应技术的发展。3 g 最初标准的起草可追溯到近 _ 年前，然而令当时人们始 料不及的是当今通信产业发展速度惊人这一现状。尽管3 g 技术标准还始终处于 不断演进和完善过程中，但由于其本身总体结构和技术的时代局限性，终究难以 掩溢所存在的缺陷。2 0 0 1 年，闩本n t td o c o m o 公司作为全球首家提供3 g 业 务的电信运营商丌创了3 g 商业运用时代。然而就目6 3 g 在全世界的发展来看， 步伐还是相对缓慢，众多电信运营商仍然处于观望状态。与此f 刊时，全球一些具 有自u 瞻性发展眼光的研究机构以及电信设备制造商则将发展方向与研究 = | 标锁 定在第四代移动通信系统( 简称4 g 系统或后3 g 系统( 称b e y o n d3 g 系统) ) 的 研发卜1 1 。j 。其f i 的就是要解决目前3 g 系统所遗留的问题，并满足未来若干年后 社会发展对移动通信业务的需求。 3 g 系统与第二代移动通信系统( 简称2 g 系统) 相比，能够支持更为广泛高 速商质量的基于互联网信息的多媒体业务。例如3 g 标准之一w c d m a 标 准规定了终端在高速移动条件下能提供至少3 8 4 k b p s 的数据传输速率，在室内环 境中叮达2 m b p s ，并且采用无线统计复用方法提高数据包传输效率。尽管如此， 3 g 系统的1 i 足之处也相当明显，归纳如下：一是难以不断增加带宽和提高数拒 速率以满足多媒体业务的需求，同时难以提供巧i 同的服务质量和带宽请求；一：是 分配给3 g 移动通信系统的2 g h z 附近的频段资源斗j 分有限，并将很快趋于饱和； j 是不易在不同频段，不同服务环境问实现漫游业务；四是缺乏跨越移动子阀络 弁幅分与固定子网络部分的端到端无缝传输机制。为了解决3 g 目前所存在的问题， 争家们将4 g 的发展趋势分为三个方面：第一是网络方面，指的是数据速率、带 o f d m r o f 光传输系统中一些问题的研究 宽和网络容量；第二是移动性能，指移动空叫范围，速度和覆盖范围；第三是业 务特性，如服务质量、成本和业务种类等。 作为更新- 代的移动通信手段，4 g 系统应具有如卜特征1 7 8j ：( 1 ) 用户多样 性：分为用户外在多样性和用户内在多样性。所谓用户外在多样性，指的是位于 一i 同社会状态f 的人群，如不同的文化教育背景、不同的经济实力、不同的身体 条件、不同的个人喜好等：用户内在多样性指使用不同界面来传导信息，如通过 视觉、听觉、表达、触觉、肢体等。4 g 的目标是通过终端和应用的多样性束满 足用户外在多样性与内在多样性的需求。( 2 ) 终端的多样性和适应性：终端的多 样性分为终端外在多样性和终端内在多样性。终端外在多样性包括静态特性与移 动特性。静态特性包括功能、重量、尺寸、电池寿命、用户界面、天线、处理能 力、安全、样式及成本。移动特性包括时阳j 与空问的动态特性。前者包括静止时、 步行时和车速运动时的移动速度、加速度；后者与空间范围有关，包括室内环境、 市区、郊区及方向性。终端内在多样性则指一个终端町集成多种功能、模式和接 【 等，具有很大的灵活性。实现终端适应性有三个目标：对于用户，它能够提供 不同类型的终端。以满足各类用户的不同需求，包括某一特定用户的特殊需求： 就应川而吉，目标是能够在一个终端中处理和实现各式各样的业务；在网络力+ 面， 划j 二终端的不同位置和移动速度，网络始终能提供保证要求的服务质量。( 3 ) 网 络的多样性和适应性：网络的多样性分为网络外在多样性和内在多样性。网络外 在多样性显而易见，例如无线接口可以集成各类标准并工作于不同的频率。而且 不同的运营商能够利用不同的标准和协议构建自己的网络。网络内在多样性指 个网络能够与其它不同的网络互联，并且能够交换各类业务。网络适应性分一! 个 方面。对于终端，网络适应性表示使具有各类移动速度和接入不同移动区域的移 动设备能够与无线网络相联。就应用而吉。，服务质量与服务类型能够以适 5 5 u 有 效的方式通过各种固定与移动网络所提供的机制来得到保证。对于| j i 可络本身而 i j 它必须具有充分的扩展性和强有力的升级能力，并且堵够与相邻的异构网络 实现无缝的联接。( 4 ) 应用的多样性和适应性：应用的多样性分为应用外在多样 性利应用内在多样性。应用外在多样性是一个相当合理的需求，但并不意味着 4 g 、i k 务和应用，在所有数量、质量和类型上都具有多样性。应用内在多样性指 的是，每个应用能够根据不同级别的质量、类型和形式等因素进行裁剪以满足需 2 o f d m r o f 光传输系统中些问题的研究 求。应用的适应性是4 g 业务的一个重要特征。对于用户，意味着业务叮以根据 不川用户个人的喜好自动提供相应的服务。对于终端，它能够针对删个应用实 观不同形式的服务。关于网络，为了能一确和有效地传送，应用可以被转换为各 种彤武或和等级进行处理。 总之，无论就用户、终端、网络和应用任何一个方面而舀，4 g 的目标就是 以科一最经济、最可靠、最理想的方式，最大限度地满足需求，创造一个更为智 能化、灵活性、动态化、人性化的通信网络系统。 4 g 系统的构想、设计与建设并不只局限无线通信领域，它涉及到整个信息 严、l p 甚至其它相关产业乃至幽民经济的方方面面。就通信领域而言，4 g 融合了 尤线通信与有线通信技术。目前，4 g 的技术标准还没有成型，4 g 的丌拓者都纷 纷提出各自对4 g 系统的构想和期望目标i9 1 。业界人士对4 g 的共识包括有：( 1 ) 以数掘通信和图像通信为主：( 2 ) 数据通信速率比3 g 大大提高，室外移动通信 时速率达2 0 m b 以上，室内移动通信时速率达1 0 0 m b 以上：( 3 ) 与曩联网结合， 通信以i p 协议为基础。( 4 ) 可能是没有基站的，完全与1 g 、2 g 、3 g 小同的网 络结构。 就技术层面而言，目前浮出水面的4 g 关键技术总结起来有如f 几个：( 1 ) 渊制技术与信号传输：在高频段高速移动传输会产生严重的频率选择性衰落，调 制t j 解调的可靠性研究可以克服这种频率选择性衰落，新的调制技术将提供很高 的频谱效率。另外，电池功率的限制也必须突破。4 g 系统将采用这些调制方式 以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。高性能前向纠错编码，如t u r b o 编码技术、自动重发请求( a r q ) 和分集接收技术是建立高速大容量网络的重 耍吲索。( 2 ) 智能天线：具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能 功能，能满足数据中心、移动i p 网络的性能要求。智能天线成形波束能在空间 域内抑制交互干扰，增强特殊范围内的期望信号。这种技术既能改善信号质量又 能增加传输容量。( 3 ) 交互干扰抑制和多用户识别：待丌发的交互十扰抑制和多 j 1 p 谚 别技术应成为4 g 的组成部分，它们以交互干扰抑制的方式引入到基站和 移动电话系统中，消除不必要的邻近和共信道用户问的交互于扰，确保接收机的 高质量接收信号。这种组合将满足更大用户容量的需求，还能增加覆盖范闭。交 7 r 扰抑制和多用户识别两种技术的组合将大大减少嘲络基础设施的部署，确保 海人1 7 ：t i l j ! i j 学位论义 o f d m r o f 光传输系统中一些问题的研究 业务质量的改善。( 4 ) 叮重构自愈性网络：当智能处理器应用在4 g 无线刚络时， 它们将能够处理节点故障或基站超载。网络各部分采用基j ：知i = 解答装置，将能 够纠m 网络故障，这种基于知识解答装置安放在无线网络控制器上。( 5 ) 微型无 线电接收器：是4 g 要研究的另一个重点，它们是嵌入式无线电，例如“蓝矿， 侄钾能和功耗方面都得到改善。无线电装在一单片上，采用这种技术，功耗比现 曲二采用的技术要低1 05 51 0 0 倍。( 6 ) 核心技术：3 g 移动通信系统主要是以c d m a 为核心技术，4 g 移动通信系统技术则以正交频分复用( o f d m ) 为核心技术。 日 j h 已有不少专家学者针对o f d m 技术在移动通信 ：的应用提出了相关的理论 基础。基于o f d m 为核一t l , 技术的4 g 移动通信系统将提供增值服务。( 7 ) 无线 接入网( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，r a n ) ：4 g 系统不仅能提供高速，大容量和低 比特成本的服务，能够支持2 0 1 0 年后的业务。这些要求将使4 gr a n 矸i l 司于日 6 u 的r a n ，在结构上必然是革命性的。在无线接入网部分，光纤无线电( r a d i o o v e rf i b e r ，r o f ) 技术的引入将推动这场革命。 1 2 光纤传输系统 光纤传输系统就是以光纤作为传输介质，光波作为载波传输信息的通信系 统。光纤传输系统与无线传输系统相比，有其显著的优点：传输容量大、抗电磁 f 扰、保密性好等。最基本的光纤通信系统由光发送机、光通信信道和光接收机 组成1 1 0 川，如图1 1 所示。 图1 - 1 光纤传输系统的基本结构 毙发送机部分主要包括数据信号源、光调制器、光源以及相应的驱动电路： 光通信信道主要是光纤，在长距离传输时还需光中继器；光接收机由光探测器和 相应的接收电路组成。 通常根掘光纤传输系统传输信号的特性，町以分为模拟光纤传输系统和数字 光纤传输系统。模拟光纤传输系统日时主要传输模拟电视视频t j 音频信号。考察 个模拟光纤传输系统，主要考虑的参数是载噪比、带宽和传输系统中非线性所 4 海人# 坝i ，学化论殳 o f d m r o f 光传输系统中一些问题的研究 引起的信号失真。数字光纤传输系统与模拟光纤传输系统相比具有很多的优点， 如灵敏度高、传输质量好等。所以大容量长距离光纤通信系统大多采用数字传输 方式。数字光纤传输系统的性能指标主要是误码率( b e r ) 和定叫抖动。误码的 琏小概念是：在数字通信系统中，当发送端发送“l ”码时，接收端收到的却是 “0 ”码；而当发送端发送0 码时，接收端却接收到了“l ”码，这种接收码 j 发送码小一致的情况就叫做误码。误码率定义为接收到的错误比特数与接收到 的总比特数的比值。在满足一定误码率的前提下，一个数字光纤传输系统的码速 与趴离的乘积是描述其传输能力的标志。抖动义称为相位抖动，是指数字脉冲信 号的相位摆动，或时问上的前后摆动。在系统测量中，描述抖动程度的单位是“单 位问隔”，简写为u i ，其意义是指一个码元的时间长度。另外，抖动还可以用“度” 为单位来表示，并规定1 u i = 3 6 0 。在光纤数字通信系统中，必须把抖动限制在 定的范围之内，否则，会导致定时脉冲的相位偏离最佳判决位置，结果造成误 判概率的增加和引起再生脉冲流的时问间隔不规则，码间距h i 一致。 强度调制直接检测系统( 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 m d d ) 是 最简单的一种传输方式。目前大多数的光纤通信系统都采用这种传输技术。“强 度调制”是指在光纤传输系统发送端采用电脉冲信号来控制光源，使其按照调制 信号的强弱发光或者不发光；“直接检测”是指在系统接收端用光电检测器直接 检测光信号的有无，再转化为电信号。 数字光纤传输系统主要用于远距离、大容量数掘通信。在长距离传输中光信 i 强度会因为光纤介质的损耗而发生衰减，所以需要使用中继器来放大衰弱的光 信号。刚时还需要对信号进行整形与定时。这就是我们常蜕的3 r ( r e - a m p l i f i c a t i o n ，r e - s h a p i n g ，r e t i m i n g ) 。光电光的3 r 中继技术已经十 分成熟然而一方面设备复杂、造价昂贵，另一方面在光电转换中会丢失光信号 的某些特征，不能完全提供一个透明的传输通道。因此，目前研究较多的是全光 3 r 啤j 继器2 ”j ，如果同时具备波长变换的功能，就能够更有效地利用传输所使 目的波长。数字光纤传输系统的最大中继距离是指在光发送机和光接收机之叫彳i 设中继器时能传输的最远距离。在设计一个光纤通信系统时，算最大中继距离 是 分重要的。因为对于一定长度的传输距离，中继距离直接关系到中继器的数 麓，从而影响到整个光纤传输系统的建漫与维护成本。光纤传输系统的最大中继 o f d m r o f 光传输系统中一些问题的研究 距离由四个斟索决定：( 1 ) 发送机输出耦合进光纤的平均光功率。耦合进光纤的 功率越大，中继距离越长；( 2 ) 光纤的色散。若光纤的色散大，则经过定距离 传输厉波形就出现严重失真。传输距离越长，波形失真就越严重。住数字通信系 统p ，波形失真将引起码问f 扰，使光接收灵敏度降低，影响系统的中继距离： ( 3 ) 光纤的损耗。光纤线路的损耗包括光纤活动连接器损耗和光纤熔接损耗， 当然主要是光纤的每公罩损耗。如果光纤每公里损耗越小，则信号光功率在光纤 j - f f f j 损失就越小，信号光在光纤中所传输距离就会越远：( 4 ) 满足一定误比特率 要求的光接收机灵敏度。接收灵敏度越高，即满足系统误比特率要求的最低接收 光功率越小，中继距离就越长。对于某一光纤通信系统来说，发送光功率和光接 收灵敏度一般都是己知的，影响其中继距离的因素主要是损耗限制和色散限制。 住本文中作为研究对象的r o f 技术是一种既不同于传统数字光通信系统又 别j 二模拟光通信系统的光纤传输技术。r o f 技术利用光波频带极宽的特点承载 高频无线信号( 频段可从几g h z 至几十g h z ) ，为无线信号有线传输提供了一个 全新的途径。r o f 技术在宽带无线接入、无线信号有线中继等应用中已初露端 倪，并将在未来无线移动通信领域中占有一席之地。本文在第二章中对r o f 技 术进行进一步阐述。 1 3 论文提出的意义 本论文的研究对目前刚还处于萌芽阶段的4 g 移动通信系统进行一些前瞻性 的研究和探索。 虽然至今还没有一个f 式的4 g 标准出台，但o f d m 作为4 g 的核心技术已 绛成为、世界公认的事实。同时与4 g 设计目标相配套的技术中还包括有r o f 技 术。r o f 技术将是解决4 g 移动通信系统无线接入网这一难题的重要手段。由于 4 g 无线信号的特点与它的前代相比有着质的差别，所以我们针对4 g 无线信号 在r o f 系统中传输性能的影响丌展深入地调查与研究。论文的研究成果对4 g 移动通信系统的设计与标准制定具有指导意义。 1 4 论文内容安排 沦文对4 g 移动通信系统中o f d m 无线信号结合r o f 光传输系统的应用前 o f d m r o f 光传输系统中一些问题的研究 肌离i tjp u 个斟索决定：( 1 ) 发送机输出耦合进光纤的甲均光助率。耦合进光! r 的 功率越大，中继距离越长；( 2 ) 光纤的色散。若光纤的色散大，则经过 定距离 传输厉波彤就山现严重失真。传输距离越k ，波形失真就越严重。在数字通信系 统- h 波形失真将引起码间下扰，使光接收灵敏度降低，影响系统的中继距离： ( 3 ) 光纤的损耗。光纤线路的损耗包括光纤活动连接器损耗和光钉熔接损耗， j 然t 要是光纤的每公罩损耗。如粜光纤每公罩损耗越小，则信号光功率存光纤 上f 门损失就越小，信号光在光纤中所传输距离就会越远；( 4 ) 满足一定误比特率 要求的光接收机灵敏度。接收灵敏度越高，即满足系统误比特率要求的虽低接收 光功率越小，扣继距离就越长。对于某一光纤通信系统来况，发送光功率和光接 收灵敏度一般郡是己知的，影响其中继距离的因素土要是损耗限制和色散限制。 在本文c l ，作为研究对象的r o f 技术是一种既不同于传统数字光通信系统义 划丁模拟光通信系统的光纤传输技术。r o f 技术利用光波频带极宽的特点承载 高频无线信号( 频段可从几g t l z 至几十g h z ) ，为无线信号有线传输提供了一个 全新的途径。r o f 技术在宽带无线接入、无线信号有线中继等麻用巾已初j i 睾；端 倪，并将存未柬无线移动通信领域中占有一席之地。本文在第二章中对r o f 技 术进行进步阐述。 1 3 论文提出的意义 本论文的研究对目前刚还处于萌芽阶段的4 g 移动通信系统进行一些前瞻性 的研究和探索。 虽然至今还没有一个正式的4 g 标准出台，但o f d m 作为4 g 的核心技术已 经成赴世界公认的事实。同时与4 g 设计目标相配套的技术中还包括有r o f 技 术。r o f 技术将是解决4 g 移动通信系统无线接入网这一难题的重要手段。由j 4 g 无线信号的特点与它的莳代相比自着质的差别，所以我们引对4 g 无线信号 在r o f 系统中传输性能的影响丌展深入地调查与研究。论文的研究成果对4 g 移动通信系统的设计与标准制定具有指导意义。 1 4 论文内容安排 沦文刘4 g 移动通信系统中o f d m 无线信号结合r o f 光传输系统的应用l j 沦文对4 g 移动通信系统中o f d m 无线信号结合r o f 光传输系统的应用f i 6 f f = 人学坝f 学位论文 o f d m r o f 光传输系统中些问题的研究 景做了丽瞻性的探索研究。通过建立o f d m r o f 光传输系统仿真i f 台深入分析 了o f d m r o f 光传输系统的传输性能，并对导致系统性能降级的因索提 补偿 t j 改进的措施与方案。 第章主要讨论了4 g 移动通信系统中采用的两种新技术一一r o f 与 o f d m 。对于r o f ，首先介绍了r o f 光传输系统目前的应用领域和其独特的湾 人之处；随后旱现了r o f 光传输系统的基本结构：接着提供了通常r o f 光传输 系统高频无线信号产生和传输采用的四种方法并给出棚应的系统结构；最后就光 纤传输链路的特性，包括衰减、色散、自相位调制、交叉相位调制、四波混频、 受激布罩渊散射和受激喇曼散射等，逐一简要介绍。对卡o f d m ，首先讨论了 与有线信道相比无线移动信道所具有的一些基本特性，包括多径衰落、阴影衰落、 多普勒扩展、时间弥散和时延扩展等：然后简要介绍了o f d m 的历史；接着就 无线通信中o f d m 的特点进行阐述；随后推导了o f d m 调制与解调的数学模型， 为第三章的系统建模提供理论基础。在第二章第三部分中，介绍了r o f 技术在 无线移动通信系统中的应用前景，并就可能遇到的一些问题进行了讨论。 在第三章中，建立了一个对o f d m r o f 光传输系统进行分析研究的仿真平 台。该仿真平台用于深入分析调查r o f 系统本身所具有的波眭特性，偏振特性 以及其他一些非线性效应，如色散、双折射、自相位调制、交叉相位调制、四波 混频和受激布罩渊散射等，对于o f d m 无线信号的传输可能产生的影响。研究 结果表明，o f d m r o f 光传输系统中光纤传输链路的色散是造成o f d m r o f 光传输系统传输性能恶化的主要原因。色散会造成系统性能恶化、误码率急剧_ 匕 升、传输距离缩短。因此我们提出了相应的色散补偿方案。同时我们对光源光功 率引起的光纤自相位调制效应对系统性能影响进行了分析，结果表明选择适当的 光功率能够使系统获得最小误码性能的同时避免自相位调制效应对系统性能造 成的伤害。 第四章中，针对o f d m r o f 光传输系统中另一个负面因素偏振模色散 ( p o l a r i z a t i o nm o d e d i s p e r s i o n ，p m d ) 的影响展丌深入研究。首先回顾了偏振模 色散的历史由来，然后阐述了偏振模色散产生的原因并对偏振模色散的数学模型 进行了分析，同时介绍了偏振模色散补偿的机理。在接f 束的内容中，作者利用 所建立的仿真平台调查发现了引起星座图旋转的系统参数，并对相、奠的影响进行 o f i ) m r o f 光传输系统中一些问题的研究 分析。为了减小与克服偏振模色散对o f d m r o f 光传输系统的影响，本文提出 了套基0 二光纤信道传输特性估计的补偿方案。通过补偿酣后系统性能的比较分 析，发现所提出的补偿方案能够有效地延长o f d m r o f 光传输系统的最大传输 距离。 第五章讨论了噪声对o f d m r o f 光传输系统性能的影响。利用光源十h 位噪 声模型分析得到相位噪声将导致光源线宽展宽。通过仿真结果叫以看到光源线髓 f t , j 变化会氲接影响系统性能，并相应地提出一些初步解决方案。同时讨论了光放 火器接入后，在o f d m - r o f 光传输系统中不可避免地产生山于a s e 噪声的影u 向 导致系统误码性能卜降这一问题，并提出若干解决方法。 在第六章中对r o f 技术在未来无移动通信系统中的应用附景和今后的发展 昀景作了展望。 海人毕倾l ：学位论文 o f d m r o f 光传输系统中一些问题的研究 参考文献 【1 1 b ge v a n sa n dk b a u g h a n ，“v i s i o no f4 g , ”e l e c t r o n i c s & c o m m u n i c a t i o n e n g i n e e r i n gj o u r n a l ，v 0 1 12 n o 6 ，p p 2 9 3 3 0 3 ，d e c 2 0 0 0 【2 】c r c a s a l ，fs c h o u t e ，a n dr p r a s a l d ，“an o v e lc o n c e p tf o rf o u r t hg e n e r m i o n m o b i l em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n ，”i n5 0 t hp r o c1 e e ev e h i c u l a rt e c h n o l o g y c o n f e r e n c e ，a m s t e r d a m ，n e t h e r l a n d s ，v 0 1 1 ，p p 3 8 1 - 3 8 5 ，s e p 1 9 9 9 【3 yy a m a o ，h s u d a ，n u m e d a ，a n dn n a k a j i m a ，“r a d i oa c c e s sn e t w o r kd e s i g n c o n c e p tf o rt h ef o u r t hg e n e r m i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，5 l s tp r o c 1 e e ev e h i c u l a rt e c h n o l o g yc o n f e r e n c e ，t o k y o ，j a p a n ，v 0 1 3 ，p p ，2 2 8 5 2 2 9 8 ， 2 0 0 0 【4 j m p e r e i r a ，“f o u r t hg e n e r a t i o n ：n o w , i ti sp e r s o n a l ，”p r o c 1 1 t h1 e e ei n t r a p p e r s o n a l , i n d o o ra n dm o b i l er a d i oc o m m u n i c a t i o n s ，l o n d o n ，u k ，v 0 1 2 ， p p 1 0 0 9 1 0 1 6 ，s e p 2 0 0 0 【5 p e t r im a h o n e na n dg e o r g ec p o l y z o s ，“e u r o p e a nr & do nf o u r t h g e n e r a t i o n m o b i l ea n dw i r e l e s s i pn e t w o r k s ，”i e e ep e r s o n a lc o m m u