基于AWG的全光OFDM改进系统性能研究

论文摘要

正交频分复用（OFDM）技术由于其极高的频谱利用率,并且在对抗光纤中的色散、偏振模色散方面有着巨大的优势,因此将OFDM技术和光纤通信相结合是近年来的研究热点之一。但在电域上完成OFDM的调制后,再将信号送入光纤传输会使系统速率受到模数转换、光电/电光转换以及离散傅里叶逆变化/变化（IDFT/DFT）运算效率的限制。为了克服这一点,可以通过在光域上实现IDFT/DFT的全光OFDM技术来解决。而将IDFT/DFT与密集波分复用（DWDM）中实现复用/解复用的重要器件阵列波导光栅（AWG）相结合,可以令全光OFDM系统的结构更加简单有效。论文首先在传统OFDM原理基础上,对全光OFDM系统的原理进行了阐述,并与AWG的工作原理相比较,利用AWG对于大规模子载波系统有着巨大的优势的特点,采用AWG来实现光IDFT/DFT。利用数值计算对基于AWG的全光OFDM系统进行了仿真,通过系统的误码率及信噪比与色散的关系,对系统的性能进行了分析。并通过改变AWG子载波的数量,研究子载波对系统抵抗色散能力的影响。其次对色散引起的脉宽展宽作用于全光OFDM信号的影响进行了分析,并结合传统OFDM技术引入了循环后缀（CP）来提高全光OFDM系统对色散的抵抗能力。接着通过分析AWG的结构参数和原理,提出了基于AWG的全光OFDM系统的改进,对AWG的阵列波导的波导数进行改变,从而实现AWG下循环后缀的加入,利用数值计算对加入CP后基于AWG的OFDM系统进行传输性能的仿真,从系统的误码率、信噪比与色散的关系进行了分析。进而研究了CP长度对系统的影响,并结合CP长度对误码率的影响以及和信噪比的关系,说明了比较适合的CP长度取值范围。最后结合AWG作为复用器的特点,将实现IDFT/DFT的AWG和实现复用/解复用的AWG进行级联,实现全光OFDM系统在WDM中的应用,并对该系统进行了数值计算和仿真。仿真结果表明,第一：改变AWG子载波数可以很大程度上影响系统的抗色散能力：对于200GHz的全光OFDM系统,当子载波数由16个提升到32个,在系统误码率为10-3时,可以使累积色散提高85ps/nm。而AWG的结构对于增加子载波数正好有着巨大的优势。第二：加入CP的改进OFDM系统能大大增加系统的抗色散能力,当子载波数位16时,加入CP长度为信号长度1/4,累积色散在系统误码率为10-3时相比加入前提高了220ps/nm。并且随着CP长度的增加,抗色散能力在一定范围内也会增加,但由于受到光脉冲间的相互影响,CP长度增加到一定程度后对系统的抗色散能力将不会发生变化,同时CP的加入使系统需要的发射功率也大大增加。第三：基于WDM的全光OFDM的性能基本能达到单信道传输的水平,可以采用其作为全光OFDM接入WDM的手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文安排和主要工作
• 第2章 OFDM调制技术基本原理
• 2.1 OFDM的基本原理
• 2.1.1 OFDM信号的调制与解调
• 2.1.2 OFDM的IDFT/DFT实现
• 2.1.3 循环前缀的原理
• 2.2 O-OFDM的基本原理和系统结构
• 2.2.1 典型O-OFDM的系统结构
• 2.2.2 CO-OFDM系统的工作原理
• 2.3 O-OFDM系统的优缺点
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于AWG的全光OFDM系统
• 3.1 全光OFDM系统原理分析
• 3.1.1 全光OFDM简介
• 3.1.2 全光OFDM的基本原理
• 3.2 阵列波导光栅原理分析
• 3.3 基于AWG的全光OFDM系统
• 3.3.1 采用AWG作为IDFT/DFT电路的原理分析
• 3.3.2 系统分析
• 3.3.3 系统性能分析
• 3.4 本章小节
• 第4章 基于AWG的全光OFDM系统的改进
• 4.1 全光OFDM的保护间隔的原理分析
• 4.1.1 色散对全光OFDM系统的影响
• 4.1.2 全光OFMD保护间隔的原理
• 4.1.3 AWG下的保护间隔
• 4.2 加入CP的AWG全光OFDM系统
• 4.2.1 系统分析
• 4.2.2 系统性能分析
• 4.3 基于两级AWG的全光OFDM系统
• 4.3.1 系统原理分析
• 4.3.2 系统和性能分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 本文工作总结
• 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文