光纤中OFDM信号非理想损伤的仿真研究

发布时间：2020-04-12 15:10

【摘要】：光纤通信以低损耗、低成本、高带宽、抗干扰和保密性好等优点成为现代通信骨干网及接入网的核心手段。随着信息化程度的加深,流媒体传输需要的带宽增加,互联网用户对于传输带宽的要求逐年提高,作为通信主干网的光纤通信也急需提高自己的传输容量,百Gbps甚至Tbps级别的通信技术已经通过各种手段由实验室实现并且正在逐步进入商用阶段。正交频分复用技术(OFDM)是一种具有很高频谱效率的信号传输方式并已在无线通信中得到广泛应用,是现代4G和5G通信所采用的核心技术之一。最新的理论和实验研究表明,全光OFDM技术是将光纤传输容量提高到Tbps级的一种有效的手段,是当前光纤技术研究的一个重要热点。本文对光学OFDM信号在光纤中的传输特性,进行了较为深入的理论仿真研究。在详细推导光纤中光信号传输方程的基础上,通过对光纤非线性传输方程的数值求解并编制相应的数值仿真程序,详细分析了损耗、色散、自相位调制、交叉相位调制、四波混频等光纤非理想性对光纤中光学OFDM信号的波形、频谱等传输特性的影响。为了能够得到尽可能多的仿真结果,本文只针对具有四个OFDM子载波信道的情况进行了仿真,而每个子载波信道的功率取较高的数值。这样安排的主要原因除了减小仿真程序的运行时间以便得到更多的仿真结果外,还考虑到了下面几个因素:(1)色散和损耗等线性效应与子载波通道数无关;(2)由于相位匹配条件的限制,子载波间的非线性相互作用主要发生在紧邻通道之间;(3)子载波信道数目增加引起的光纤中总信号功率增加所带来的非线性效应增强的问题,可以通过增加每个子载波信号的功率得到部分解决。论文所完成的主要工作如下:1、从亥姆霍兹方程出发,推导了包括损耗、色散、高阶色散和非线性效应在内的光纤中光信号的非线性传输方程。运用Matlab集成编程环境编制了光纤中光信号非线性传输方程的数值求解程序,并对数值仿真程序的正确性和可靠性进行了充分的验证。结果表明,所编制的仿真程序能够给出与已有光纤中光信号传输有关理论和实验研究完全一致的数值仿真结果。2、在忽略光纤中光学非线性效应的情况下,运用所编制的数值仿真程序详细分析了光纤色散、光纤传输距离和高阶色散对光纤中OFDM子载波信号传输特性的影响。仿真结果表明:对于全光OFDM,色散的影响因素也是与色散长度及传输距离的相对值有关,而全光OFDM可以通过加入循环抽头来抑制色散,并且主峰和旁瓣都时展宽衰减,因此对于OFDM信号来说色散更加容易控制。3、分析了自相位调制,交叉相位调制以及四波混频效应对全光OFDM传输的影响,我们可以看到单独的自相位调制被色散效果抑制了部分效果,而交叉相位调制导致了信号频谱的迅速展宽,四波混频的效应会导致明显的不对称的能量转移。非线性效应的影响因素也可以从非线性长度与传输长度,色散长度之间的相对关系来进行分析,通过控制初始信号功率,合理地传输距离,可以有效地抑制非线性地效应,提高通信系统的可靠性。本文所完成的工作是课题组整个理论与实验研究工作的一部分。课题的最终任务是建立一套能够对包含数百路子载波信道、各种调制格式的多进制伪随机子载波信号序列的复用和解复用、信号的传输和检测等的全光OFDM系统进行真实模拟的数值仿真程序。
【图文】：

逦＾逡逑图卜２邋ＯＦＤＭ原理图逡逑图１－２给出了邋－个ＯＦＤＭ系统的原理性组成示意图。对于Ｎ个载波频率分逡逑R%为ｆｌ．ｆＺ…．例的频分复用系统，，如果每一载波信道均为符号周期为Ｔｓ逡逑的数字信道，则在链路中传输的多载波信号ｓ⑴可以表述为：逡逑、．（，）＝（Ｍ）逡逑／＝—00邋ｋ＝＼逡逑？ｓ＇＊（／）邋＝邋＾（0ｅｘＰ（．／２；ｒ．／Ａ／）逦（］－２）逡逑ｐ（ｌ）邋＝邋＼逦＇逦（１－３）逡逑１邋０（其他）ｆ逡逑其中Ｇ为第１个子载波上的第／个信号符号，从０和ｇ⑴分别为第々个子载波的波逡逑形及脉冲整形函数。任意两个了载波和Ｖ）间的相关性为：逡逑Ｋ，逦＝邋Ｓｉｎ（＾Ａ逦－邋ｆ，）Ｔ）逦（１－４）逡逑Ｔ邋Ｊ0逦ｎ｛ｆｋ邋－Ｊ，）Ｔ逡逑

第三章．数值方法及仿真程序的编制逡逑３．１光学ＯＦＤＭ信号的仿真生成逡逑在这里假设时域上己经生成了理想平稳的超连续谱，假设经过ＭＺＭ调制后逡逑产生了邋４路具有随机时延的矩形方波，这里直接生产４路理想频域ｓｉｎｅ波，通逡逑过傅里叶逆变换到时域后的方波应该是在同一时间区间的，这里通过加入随机的逡逑时延来区分各路信号并且也能起到模拟仿真真实传输情况的作用。逡逑．逦邋赖倍号逦逦邋赖前领曑对

本文编号：2624864