基于全双工OFDM-PON系统的设计与实现

发布时间：2019-03-11 07:58

【摘要】：在下一代光通信接入网中,用户对基于有效性(评判标准速率)和可靠性(评判标准质量)的数据通信的迫切需要促进了宽带网络不断向前发展。同时,出现了基于电信网、广播电视网和互联网的三网融合,出现了视频游戏、移动多媒体、高清电视和网络会议等新型宽带高速业务和多种服务,出现了光纤无线通信(Radio over Fiber,RoF)和无源光网络(Passive Optical Network,PON)的融合。这些现状就迫使研究人员提出更有前途的解决方案,一种更加实用并且被证实的方式就是正交频分复用无源光网络(OFDM-PON),才能够满足大量终端用户的需求。总而言之,由于自身存在不少缺陷,传统的PON方案就不能满足当下网络快速发展的需要。时分复用无源光网络(TDM-PON)需要给用户提供多样性服务的话,必须凭借帧技术和复杂的调度算法;波分复用无源光网络(WDM-PON)给相应的接收机分配光滤波分布波长或者通过任意波形产生器给特定波长分配不同的高速数据。然而,具有大容量、多业务接入、时域和频域实现动态频带分布和长距离传输等优势的OFDM-PON接入技术才能满足呈指数增长的用户对接入带宽和高速数据的需求。同时,OFDM又有独特的优势:1)高的IFFT/FFT大小,一方面,可以给OFDM符号和用于激光相位噪声补偿的射频导频符号提供足够的间隔,另一方面,利用最小的循环前缀就能实现数据运算的开销;2)高阶正交幅度调制(MQAM)方式和高阶相移键控(MPSK)方式,降低了光电子器件的装备成本、进一步改善传输容量、容易提高频谱效率以及发射机和接收机的电子器件频带线宽的灵活性;3)同步技术,在相干光OFDM系统中,三种主要的同步方式受到并且引发了研究人员的广泛关注:其一,载波频率同步技术;其二,采样频率同步技术;其三,符号定时同步技术。本论文基于OFDM作为4G通信中的核心技术和基于全双工PON的设计理念,在子载波分配和映射方式上,提出了几种新颖的OFDM-PON设计架构,并利用OptiSystem7.0和MatlabR2014a进行仿真设计,能够实现通信需求所达到的比特误码率(BER)。该方案所得的实验数据和仿真结果已经在相关光通信学期刊上发表,主要创新点如下:1.在40Gb/s接入网系统中,为了改善频谱效率和降低系统复杂度,在先进的数字信号处理技术的帮助之下,基于混合64/16/4QAM OFDM的三路并行下行链路被实验论证。同时,相应的采用非归零码信号的上行链路也被成功接收。实验结果表明,在全双工无源光网络中,高阶正交幅度调制对接收光功率更加敏感。2.在发端同相正交调制和收端相干检测的光正交频分复用系统中,基于混合的64/16/4QAM OFDM下行数据和基于混合16/8/QPSK OFDM上行数据的全双工无源光网络接入技术得到了相应的数据分析和实验论证。为了节约成本和降低计算复杂度,波长为193.2THz的外腔激光器既为上行链路的发射机提供光载波,又为下行链路的相干检测提供本地振荡信号。在PON中,基于IFFT/FFT实现子载波的动态分布是非常有必要的。3.在同相正交调制和直接检测的PON接入系统中,凭借M进制正交幅度调制(MQAM)技术,数据速率为40Gb/s的三路并行子信道的同种调制格式的MQAM OFDMA下行链路架构被成功实现,其标准单模光纤的传输距离达到了 20-Km。在该系统中,连续的并且固定的256个子载波组成一个子载波组,这三路并行的子信道同时传输三路4QAM数据流,或者三路16QAM数据流,或者三路64QAM数据流。为了提高系统的传输性能,在FFT之后,接收端进行了信道估计和载波相位估计。实验结果表明,三路4QAM OFDMAPON下行的最佳接收性能的子信道是第二子信道,而三路16QAM和三路64QAM分别是第一子信道和第二子信道。此外,其接收机灵敏度分别提高了-0.6,0.6,4.6dBm。
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【学位授予单位】：重庆三峡学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.1

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