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光载正交频分复用技术研究与系统的仿真实现

作　者: 任小玲
导　师: 王亚民
学　校: 西安科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 正交频分复用 光正交频分复用 相位补偿 同步算法 峰均比
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


光载正交频分复用（O-OFDM）技术是一种新型的光纤通信技术，基本思想是将正交频分复用（OFDM）技术应用于光纤通信中，构造出高速率、大容量、低成本的光正交频分复用（O-OFDM）传输系统，该系统具有光纤通信系统和OFDM技术的双重优点。与传统的光通信技术相比，O-OFDM具有更高的频谱利用率、更强的抗色散和非线性效应的能力。在现有的光网络基础上很容易实现升级和扩容，近年来受到研究者得广泛关注。简述了光纤通信系统发展近况以及OFDM技术的基本原理和目前OFDM技术的应用领域，分析了OFDM系统较传统的单载波系统以及频分复用技术（FDM）所具备的优势，论述了O-OFDM系统的两种基本形式：直接检测光OFDM（DDO-OFDM）系统和相干检测光OFDM（CO-OFDM）系统；文章采用光通信仿真软件OptiSystem和MATLAB软件，搭建了O-OFDM系统的仿真平台，在此基础上对O-OFDM系统的关键技术做了深入的研究和分析。一、从理论上分析了DDO-OFDM信号的两种映射方式；分别讨论了DDO-OFDM系统的线性映射和非线性映射；通过仿真结果分析了DDO-OFDM系统的传输性能和误码性能，即系统的误码率、耦合光功率、传输距离和信噪比之间的关系。二、论述了CO-OFDM系统的工作原理及各个模块功能，并建立了CO-OFDM系统仿真平台，对与DDO-OFDM系统最大不同的光电检测模块和电光调制模块进行了特别的分析，通过仿真结果分析了不同调制方式和不同参数下CO-OFDM系统的传输性能和误码性能。三、研究了O-OFDM系统的关键技术，提出了一种时域相移补偿方法，相位补偿主要用来矫正因色散导致的非随机性相位噪声，通过均衡进一步消除了系统的非线性效应、光器件的相位噪声不理想因素造成的相位噪声。仿真结果验证了此相位补偿方法的可行性和有效性。四、分析了系统的同步问题，研究由于符号定时同步偏差对系统性能的影响，对O-OFDM系统Schmidl&Cox算法进行了理论分析和仿真实现，分析了为克服Schmidl&Cox算法中符号定时同步的不确定性而采用涉及新的训练符号的Minn算法，且通过仿真在系统中得以实现，进一步的改善了系统的性能。五、分析了OFDM符号的峰均比(PAPR)，O-OFDM仿真系统中高的PAPR出现的概率不是很大，因此本文采用限幅类方法对PAPR加以抑制，通过仿真验证，系统输出结果图表明，限幅法有效地降低了O-OFDM系统PAPR，进一步解决了接收端因PAPR引起的QAM星座图紊乱问题，改善了信号的质量，延长了传输的距离。总体上看，O-OFDM相对于传统的复用技术来说，降低了色散管理的复杂度，提高了系统的频谱效率；理论分析和仿真结果表明，O-OFDM系统在超长距离、更高速率的光纤传输系统中有着很好的应用前景。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 光纤通信系统的发展概况  8-10
  1.2 OFDM 技术的发展历史  10
  1.3 O-OFDM 发展历史及国内外研究现状  10-12
  1.4 本课题研究意义和内容安排  12-13
  1.5 本章小结  13-14
2 OFDM 技术的基本原理  14-24
  2.1 OFDM 基本原理  14-20
    2.1.1 OFDM 中子载波的调制  16-19
    2.1.2 OFDM 技术与单载波系统比较  19-20
  2.2 OFDM 技术应用及优缺点  20-23
    2.2.1 OFDM 技术主要的应用领域  20-21
    2.2.2 OFDM 技术优缺点分析  21-23
  2.3 本章小结  23-24
3 O-OFDM 技术基本原理  24-34
  3.1 O-OFDM 系统原理  24-27
    3.1.1 O-OFDM 技术简介  24-25
    3.1.2 O-OFDM 系统原理框图  25-26
    3.1.3 O-OFDM 技术的基本原理及频谱利用率  26-27
  3.2 O-OFDM 系统的基本技术  27-32
    3.2.1 光调制技术  27-28
    3.2.2 快速傅里叶变化及反变换技术（FFT/IFFT）  28-30
    3.2.3 循环前缀与保护间隔  30-32
  3.3 光纤通信中传统的色散补偿方案  32-33
  3.4 本章总结  33-34
4 O-OFDM 系统仿真研究  34-51
  4.1 DDO-OFDM 系统研究  34-36
    4.1.1 线性映射DDO-OFDM  34-35
    4.1.2 非线性映射DDO-OFDM  35-36
  4.2 DDO-OFDM 系统仿真  36-41
    4.2.1 DDO-OFDM 系统的仿真模型  36-40
    4.2.2 DDO-OFDM 系统性能分析  40-41
  4.3 CO-OFDM 系统研究  41-50
    4.3.1 CO-OFDM 系统工作原理  42-45
    4.3.2 CO-OFDM 系统的仿真  45-46
    4.3.3 仿真结果分析  46-50
  4.5 本章总结  50-51
5 光OFDM 中关键技术研究  51-70
  5.1 相位补偿技术  51-56
    5.1.1 O-OFDM 系统中的相位偏移分析  51-52
    5.1.2 相位补偿的具体方法  52-54
    5.1.3 相移补偿结果分析  54-56
  5.2 同步技术  56-65
    5.2.1 同步问题概述  56-57
    5.2.2 同步偏差对O-OFDM 系统影响的理论分析  57-58
    5.2.3 符号定时同步偏差对系统的影响  58-60
    5.2.4 符号定时同步算法  60-64
    5.2.5 仿真及性能比较  64-65
  5.3 O-OFDM 系统峰均比研究  65-69
    5.3.1 OFDM 信号的PAPR 及其分布  65-66
    5.3.2 降低O-OFDM 系统PAPR 的方法  66-67
    5.3.3 降低PAPR 后的效果分析  67-69
  5.4 本章总结  69-70
6 结论  70-72
  6.1 总结  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
附录  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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