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OFDMA-PON的调制技术与系统实现研究

作　者: 陈龙泉
导　师: 纪越峰
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 正交频分多址无源光网络(OFDMA-PON) 中心化光源直接检测正交频分多址无源光网络(DD-OFDMA-PON) 相干检测非对称截断光正交频分复用(ACO-OFDM)
分类号: TN929.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前在主干网提速浪潮之下,位于网络末端而成为速率增长“瓶颈”的接入网也迎来了高速发展时期。随着10G无源光网络(10G-PON)的标准化和应用,下一代无源光网络版本二(NG-PON2)技术研究和标准化迫在眉睫。而其中OFDMA-PON技术也成为NG-PON2的主要解决方案。光OFDM技术频谱效率高,接入距离长,能较好的对抗因色散带来的符号间干扰。而且其内在的子载波复用的结构也为信道资源的分配提供了另一种调度机制—子载波分配；另外,因同为OFDM调制方式,其天然存在着与WiMax, UWB, WiFi等的联系,带来卓越的兼容性。上述优势使得OFDMA-PON成为下一代宽带接入网的最佳候选方案。本文针对OFDMA-PON中存在的问题与关键技术进行研究,主要是针对OFDMA-PON的调制技术和实现结构方面,取得的主要研究进展如下：1. OFDMA-PON调制技术方面：(1)节能型OFDMA-PON调制技术方案：提出基于ACO-OFDM的节能型的调制方案,同时进行了5Gb/s ACO-OFDM上行传输实验,并在此基础上提出基于2-ONU结构的ACO-OFDMA-PON框架,在功率不平衡,时延失配等方面进行深入研究。(2)基于抑制峰均比的调制技术方案：提出基于恒包络最小频移键控正交频分复用调制方案,该方案抑制了CE-QPSK-OFDM和MSK-OFDM的固有缺陷,在100-Kmm传输的情况下,达到FEC极限所需的最小光功率较CE-QPSK-OFDM提高了3.5dB。2. OFDMA-PON系统实现方面：(1)基于DD-OFDMA-PON的频偏估计机制：提出大范围频偏估计算法—数字频谱频偏估计算法,根据接收信号的数字化频谱来估计频偏,以用于频域下变频恢复基带OFDM信号。本文通过20Gb/s OFDM-PON下行传输实验进行验证,在20-Km传输的情况下误码率达7.7×10-4。(2)基于CO-OFDM-PON的I/Q不平衡补偿机制：提出基于导频估计和GSOP算法的联合补偿机制,并通过36Gb/s CO-QPSK-OFDM系统实验来验证,同时就基于接收信号统计特性的I/Q不平衡补偿算法进行了理论分析和仿真验证。(3) OFDMA-PON系统无色化方案：其主要思想是采用中心化光源技术并直接重用下行光信号作为光载波,同时采用反双二进制归零码(IDRZ)作为下行调制码型,相对于传统反归零码,其在对抗色散和抑制非线性方面表现优异。两种WDM-PON结构被提出：1)下行IDRZ上行DPSK;2)下行IDRZ上行OFDM。总之OFDMA-PON是下一代无源光网络中极具竞争力的技术,本文对OFDMA-PON中的关键技术和现存问题进行了深入研究。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-29
  1.1 引言  13-14
  1.2 下一代无源光网络  14-16
  1.3 OFDMA-PON  16-19
  1.4 OFDMA-PON技术的国内外发展情况  19-20
  1.5 论文的主要研究工作及创新点  20-22
  1.6 论文的结构安排  22-24
  参考文献  24-29
第二章 OFDMA-PON的基本结构与关键技术  29-47
  2.1 OFDMA-PON的基本结构  29-33
    2.1.1 光接入网的基本结构  29-30
    2.1.2 OFDMA-PON的基本结构  30-31
    2.1.3 OFDMA-PON的主要形式  31-33
  2.2 OFDMA-PON的关键技术  33-36
  2.3 OFDMA-PON的技术优势  36-38
  2.4 基于OFDM-PON技术的离线实验系统  38-43
    2.4.1 离线实验系统  38-40
    2.4.2 OFDMA-PON离线实验系统核心组件  40-41
    2.4.3 OFDMA-PON离线实验系统处理算法流程  41-43
  2.5 仿真工具  43-44
  2.6 本章小结  44
  参考文献  44-47
第三章节能型OFDMA-PON的调制技术研究及实现  47-74
  3.1 节能型调制技术—ACO-OFDM  47-52
  3.2 ACO-OFDMA-PON系统结构  52-54
  3.3 基于ACO-OFDM-PON的上行传输机制研究  54-58
  3.4 基于2-ONU结构的ACO-OFDM-PON系统性能研究  58-70
    3.4.1 2-ONU功率失配的性能研究  60-65
    3.4.2 2-ONU时延失配的研究  65-70
  3.5 本章小结  70-71
  参考文献  71-74
第四章基于CE-MSK-OFDM调制的OFDMA-PON研究与实现  74-87
  4.1 CE-OFDM调制的原理  75-76
  4.2 MSK-OFDM调制的原理  76-79
  4.3 CE-MSK-OFDM调制的原理  79
  4.4 CE-MSK-OFDMA-PON实验及分析  79-84
    4.4.1 实验设置  79-81
    4.4.2 结果分析  81-84
  4.5 本章小结  84-85
  参考文献  85-87
第五章基于OFDMA-PON的系统实现与算法研究  87-118
  5.1 相干光OFDM系统  88-94
    5.1.1 相干光通信系统结构  88-89
    5.1.2 相干光接收原理  89-91
    5.1.3 数字相干接收中DSP处理流程  91-92
    5.1.4 相干光OFDM系统的结构  92-94
  5.2 基于CO-OFDM-PON的I/Q不平衡补偿算法  94-103
    5.2.1 基于导频和GSOP的I/Q不平衡补偿算法  96-100
    5.2.2 基于接收信号统计特性的I/Q不平衡补偿算法  100-103
  5.3 基于DD-OFDMA-PON的数字频谱频偏估计算法  103-110
    5.3.1 DD-OFDM-PON离线处理实验系统  103-105
    5.3.2 DSFOE算法原理  105-106
    5.3.3 实验参数设置  106-109
    5.3.4 实验结果分析  109-110
  5.4 基于DSP技术的实时OFDMA-PON上行传输平台  110-113
  5.5 本章小结  113-114
  参考文献  114-118
第六章 OFDMA-PON系统无色化实现方案研究  118-153
  6.1 反归零码  119-120
  6.2 基于反归零码的包络调制  120-122
  6.3 双二进制编码  122-124
  6.4 WDM-PON  124-127
    6.4.1 自注入光源结构  125-126
    6.4.2 载波分配技术  126-127
  6.5 基于下行INVERSE-DUOBINARY-RZ和上行OFDM的WDM-PON系统研究  127-140
    6.5.1 INVERSE-DUOBINARY-RZ信号生成  128-131
    6.5.2 INVERSE-DUOBINARY-RZ的色散与非线性  131-132
    6.5.3 实值OFDM信号生成  132-133
    6.5.4 实验设置  133-136
    6.5.5 实验结果分析  136-140
  6.6 基于下行INVERSE-DUOBINARY-RZ和上行DPSK的WDM-PON系统研究  140-147
    6.6.1 IDRZ信号的生成  140-141
    6.6.2 基于下行INVERSE-DUOBINARY-RZ和上行DPSK的WDM-PON结构  141-142
    6.6.3 DPSK解调原理  142-144
    6.6.4 实验结果分析  144-147
  6.7 本章小结  147-148
  参考文献  148-153
第七章总结与展望  153-155
  7.1 论文总结  153-154
  7.2 进一步的工作  154-155
缩略词表  155-158
数学符号对照表  158-159
致谢  159-161
攻读博士学位期间论文发表目录  161-162
  发表论文  161-162
  博士攻读期间参与的科研项目  162

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