相干接收的光正交频分复用传输系统的设计仿真.doc
《相干接收的光正交频分复用传输系统的设计仿真.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《相干接收的光正交频分复用传输系统的设计仿真.doc(71页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、 摘 要随着通信技术的飞速发展,宽带化成了下一代网络发展的趋势,相干光正交频分复用(CO-OFDM)技术成为了人们的焦点。CO-OFDM融合了OFDM技术和相干光通信技术的优点,可以有效的抑制色散,具有更高的光电频谱利用率和更好的信噪比特性。本文主要讲解了CO-OFDM传输系统的设计和仿真。具体是首先从电信号的OFDM调制开始进行理论分析,论述了OFDM调制系统的原理及它的关键技术,如:快速傅里叶变换、添加循环前后缀等,并通过MATLAB对部分的模块进行仿真。其次是对CO-OFDM系统展开原理分析和关键技术的分析,如:马赫增德尔调制器的原理、相关光检测的方法,并仿真出CO-OFDM系统。然后主
2、要着重于研究改变子载波数、系统中信噪比等参数对系统误码率的影响,这些通过观察星座图和计算误码率等方式得出结果。同时给对这些因素造成的结果进行分析。本次毕设成功的用MATLAB仿真平台仿真出了CO-OFDM系统,并且从系统中可以得到经过各个关键技术的调制后的时域、频域下的状态图和调制后的信号星座图等。仿真结果还验证了当改变系统调制方式的子载波数时对误码率的影响及信噪比改变对系统的容噪性的影响等。关键词:OFDM CO-OFDM 相干光 IFFT/FFT 循环前缀 The Design and Simulation of Coherent Optical Orthogonal Frequency
3、Division Multiplexing Transmission System AbstractWith the rapid development of communication technologies, broadband has become the trend of the development of next-generation networks.Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing (CO-OFDM) technology has become the focus of the peopl
4、e. CO-OFDM combines the advantages of OFDM and coherent optical communication technology, can effectively inhibit the dispersion, a higher optical spectral efficiency and a better signal to noise ratio characteristics.This article explains the design and simulation of CO-OFDM transmission system. Co
5、ncrete from the electrical signals of the OFDM modulation, the first theoretical analysis discusses the principle of the OFDM modulation system. Then explain its key technologies, such as: IFFT/FFT, CP and suffix on the part of the module through the MATLAB simulation. Followed by analysis of the CO
6、-OFDM system to expand the principles of analysis and critical technologies. Such as: the principle of the MZ Modulation, related to optical detection methods, and simulation of CO-OFDM system. Then main focued on research to change the number of subcarriers in the system signal and noise ratio and
7、other parameters on the BER, the results obtained by observing the constellation diagram and calculate the bit error rate. A result of these factors.Using MATLAB simulate the CO-OFDM system, and can be obtained from the system after the time-domain modulation of the key technologies, the state diagr
8、am in the frequency domain and modulation signal constellation. BER and SNR in the simulation results also verified when changing the modulation mode OFDM subcarrier number to change the system capacity of the noise impact.Keywords: OFDM ; CO-OFDM; coherent optical; IFFT/FFT; CP目 录1 引言11.1 CO-OFDM通信
9、系统的研究背景和意义11.2 CO-OFDM技术历史及目前的发展现状31.3 论文主要工作与章节安排42 电信号OFDM系统的设计与仿真52.1 OFDM技术的基本原理52.2 OFDM系统中的关键技术62.2.1 OFDM中子载波的调制62.2.2 DFT实现OFDM信号82.2.3循环前缀(CP)92.2.4 加窗技术112.3 OFDM技术应用的优缺点122.4 电信号OFDM系统的仿真结果分析132.4.1 MATLAB软件介绍132.4.2仿真结果分析143 CO-OFDM系统设计193.1 CO-OFDM系统原理193.2 CO-OFDM系统的关键技术203.2.1马赫增德尔调制器
10、的调制原理203.2.2 相干解调原理223.2.3系统调制方式分析233.3 CO-OFDM系统的优缺点264 CO-OFDM系统仿真与分析284.1 CO-OFDM系统仿真284.2 CO-OFDM系统参数改变对系统性能的影响334.2.1 16QAM下的容噪性能研究334.2.2 子载波数对传输性能的影响345 总结37谢辞38参考文献39附录40外文资料571 引言科 技的高 速发 展,使 得人 类社 会从一个信 息量流 传速度很 慢的时代进入了一个信 息流传速 度超快的信 息时代。随着笔 记本、平板电脑、手机等各种可以和互 联网任意相 连的设备的更新换代,无疑给人类的精 神领域带来了
11、新的体验。人们可以随时随地的,可以通过声音、视频短片、文字信 息等和互联网互联,达到信息共享。与此同时,人们也提 高了对通信业 务的速度和质量方面的要求。在引入的光 纤通信系统中,色 散等因素限制了其发展。为了有效的对抗色散引用了OFDM调制技术。OFDM 调制技术可 以用来克服光 纤的偏振 模色散和色度色 散以及多模 光纤的模间色 散的影响。近几年来基 于相干 光(CO)的正交频分复 用CO-OFDM技术又被独 立提出,在接收 端采用相 干光 检测的方式,不仅可以有效抑 制色散,而且可以获 得更高的频 谱利用 率,同时有更好的信 噪比,对信息的传输都很有利1。CO-OFDM结合了光纤通信中的
12、相干光检测和OFDM技术的特点,它们之间的协同作用是双 重的、互补的。相干系统带来了OFDM技术使线性系统计算效率高、信道简单并可进行相位估值,OFDM技术所需的线性。CO-OFDM被认为是对下一代的传输系统而言比较好的调制方式。 1.1 CO-OFDM通信系统的研究背景和意义自2004年,随着通 信技术的不 断进步和 社会信 息化程度的不断 提升,以及网络中一些新的数 据应用的业 务的不断发 展与成 熟(例如:网络中P2P,HD TV,VOD等应用),人 类社会对于信息传 输带宽的需 求高速增 长。据统计,在过去5000年的文 字记 载总共是5个艾字节,而仅2010年一年,全 球产生的文字总
13、记 录就超过1000艾 字节。同时,近些年宽 带网络的发 展迅猛,电信运 营商提供的宽 带网络已经从过 去的512Kbit/s发 展到现在的10Mbit/s,甚 至100Mbit/s2。然而中 国电信又公 布新的宽 带提速计 划,计划在未 来几年,实现70%以上城 镇用户带 宽达到100Mb/S。带 宽的迅速增 大不仅促 进了各种对带 宽有较大要 求的网络应 用的普及,而 且给电信运 营商带来了新 的盈利模 式同时增长 了他们的业务点。最近几 年电信运营 商们先后提出“光 进铜退”战略,并持续实施。“光进铜退”战略是实施 宽带转型和固网宽带化的重要措施,采用无源 光纤网络(PON)技 术进行综
14、合接入网 络的光 纤到楼、光纤到 户(FTTH)的建设。2010年1月13日,国务 院总理温 家宝主持召 开国务院常 务会议,决定加 快推进广播电 视网、电信网和互 联网的三网融合。这将使 宽带市场的竞 争更加激烈,带宽需 求越来越大。由于多 媒体 和高 清视 频应 用的 日益 流行 ,在 互联 网上 传输 的数 据量 最近 几年 出现 了飞 速增 长。 思科 公司 做出 估计 ,在 20 12 年以 前, 全球 互联 网的 流量 将增 加到 目前 的流 量增 加一 倍有 余, 而且 随着 在线 视频 网站 的加 入他 们得 流行 程度 还会 进一 步增 加。 多媒 体的 发展 越来 越多 样
15、化 ,所 以造 成了 一个 数字 洪流 到来 的局 面, 人类 每年 都会 产生 超大 量的 数字 信息 内容 ,所 以电 信骨 干网 络的 流量 每年 会在 上一 年的 基础 上成 百倍 的增 长。 网络 流量 的增 长需 要提 高网 络带 宽, 而网 络带 宽之 所以 能够 不断 提速 则是 得益 于光 纤网 络的 光通 信技 术的 发展 。因 此, 超高 速、 超大 容量 已成 为现 在信 息传 送追 求的 目标 。物 理层 光纤 传输 系统 中, 单信 道光 传输 速率 达到 10 Gb it /s 后, 在传 统上 技术 水平 上, 这些 随着 技术 发展 而产 生的 容量 需求 主
16、要 依靠 波分 复用 (W DM )技 术来 消化 。正交 频分 复用 (O FD M) 是一 种传 输技 术, 它首 先在 无线 通信 领域 及铜 缆有 线通 信领 域得 到应 用。 这是 广为 人知 的频 分复 用( FD M) 技术的一个特例,其中数字或模拟数据被调制到特定数量的子载波上,并在同一个传输媒质中并行传输2。使用FDM的主要动机是,由于频域中数据的并行传输,每个信道只占用一个小频带,可以减小由传输信道的频率选择性(对应光纤的色散)而引起的信号畸变。OFDM具有频谱利用率很高的特点,而对于传统的FDM,频谱效率受限于用于解调的带通滤波器的选择特性2。OFDM被设计为具有不同的载
17、波两两相互正交的特点,如此,即使允许信道在频谱上混叠,在采样点出载波内串扰(ICI)仍可被抑制。节省的带宽频率频率FDM保护带OFDM图1-1 FDM与OFDM子载波谱的比较近年来,OFDM已成为数字光通信中一个极具吸引力的研究方向,这只是经典数字通信中的已知技术运用于光通信中这一发展趋势的有一个例子。OFDM的运用非常具有吸引力,因为单个OFDM子信道仅占据较少的带宽,这可以极大地提高传输系统抗色散的能力,使得40Gbps的高速率数据可以传输上百千米而不需要色散补偿。同样地,对于诸如DPSK或DQPSK这些近几年提出的调制格式,光通信系统的工程设计的挑战在于经典的技术适用于光信道的特殊特性及
18、光发送机和接收机的需求2。最近已经有两种方法的报道。Lorente等人给出一种直观的方法,它利用波分复用(WDM)技术本身已经实现了数据在一定数量的不同载波上的传输。通过采用特殊脉冲形状和选择载波的方法,可以实现不同波长信道之间的正交性,其结果就是所谓的正交WDM技术(oWDM)。但是,这样将无法通过离散傅里叶变换(DFT)来选择简单调制与解调,因为其中数字信号处理无法在光域实现。一个替代的、比较受欢迎的方法是,采用电信号处理的方法产生电OFDM信号,然后再将其调制到单个光载波上。这种方法称为光OFDM(OOFDM)。这里,调制分为两个步骤:首先,电OFDM信号已经是宽带带通信号,然后再调制到
19、光载波上。其次,为了提高数据的吞吐量,OOFDM可以与WDM结合,结果可以构成多Tbps的传输系统。但是OOFDM本身有不同的实现方法2。一个重要的原因是可以通过直接检测或通过采用本地振荡器的相干检测来实现光解调。直接检测通常更可取,因为比较简单。但是对于直接检测,必须调制光的强度。相干检测的带宽效率是直接检测的两倍。大量的研究表明:下一代超高速光传输系统的相干检测,DSP程序和光OFDM相结合的方案是应用于未来的高速光通信系统的首选方案。高速光传输系统的光OFDM通信系统主要包括相干光OFDM系统(CO-OFDM),直接检测光OFDM系统中使用3。CO-OFDM的系统是本论文的研究对象。1.
20、2 CO-OFDM技术历史及目前的发展现状OFDM技术起源于20世纪50年代。1966年,OFDM概念被人引出,然后直到20世纪90年代,才达到了一个足够成熟的可以应用的标准。1977年,韦斯坦因(Weinstein)和艾伯特(Ebert)等人将离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)作为OFDM调制解调过程的处理数据的方法并添加进OFDM系统中,这就解决了多载波传输系统发送和传送的难题。应用快速傅里叶变换更使得多载波传输系统的复杂度降低,使得OFDM技术开始走进实际的应用。到1980年,普莱德(Peled)和瑞兹(Ruiz)又在OFDM系统中添加了一个可以用来克服载波间干扰(Int
21、er-Carrier Interference,ICI)和符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)难题的新技术循环前缀。20世纪80年代以来,OFDM的调整技术一直是人们研究的热点。从此,OFDM技术的应用领域也更加的广泛,其中90年代以后,就涉及到了利用移动调频和单边带(SSB)信道进行高速数据通信等,特别是在无线本地局域网(WLAN)中得到的应用使得它成为以后的发展趋势。在近20年,OFDM技术得到了更加广泛的应用。随着第四代移动通信系统(4G)的兴起,用户要求信息传输拥有更大的带宽,可以更加有效的将互联网和无线通信以及多媒体通信相结合,实现传输图像、数据、
22、视频等的各种形式的多媒体业务,由于OFDM技术诸多优势,且能够满足用户目前甚至未来的需求,因此有望成为4G的核心技术和主要标准。2006年5月,澳大利亚墨尔本大学的Shieh等人首次提出了可以采用相干光OFDM技术来补偿由于色散在光纤传输的影响,并完成在单模光纤中传输速率为10Gbps的光OFDM信号传输距离达到1000km。2010年6月,Y.Tang、W.Shieh等人发表了在CO-OFDM系统关于实现传输速率为100Gbps的系统的仿真的文章。虽然国内对CO-OFDM技术的研究起步较晚,但是发展很迅速,国内相关单位和知名大学也对CO-OFDM系统进行实验研究。目前北京邮电大学在CO-OF
23、DM技术上取得了可观的成果,设计出了一套CO-OFDM软件仿真平台,通过仿真平台,对CO-OFDM系统进行了深入研究,国外很多的实验室己经通过硬件平台对CO-OFDM系统进行了超长距离仿真测试。CO-OFDM技术可以在传统的光网络基础上实现升级和扩容,因此CO-OFDM技术有着很好的应用前景3。1.3 论文主要工作与章节安排本论文以CO-OFDM通信系统为研究对象,首先研究了电信号OFDM技术基本原理,随着OFDM系统的组成介绍开始入手关键技术的研究。再利用MATLAB进行仿真,搭建完成OFDM仿真平台。然后深入研究了CO-OFDM的基本原理,在系统的组成部分中,OFDM系统是整个贯穿在CO-
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 相干 接收 正交 频分复用 传输 系统 设计 仿真