限幅SLM算法降低OOFDM系统PAPR的研究

摘要

光正交频分复用(OOFDM)技术是将正交频分复用(OFDM)应用在光通信系统中的一种新型技术。OOFDM技术能够有效的克服光纤中色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)以及多模光纤中模间色散的影响。光正交频分复用技术的应用，使得高速数据信号在大色散信道中远距离传输成为了可能，因此成为了近年来光通信领域研究的一个热点。
　　 峰均功率比(PAPR)过高是OOFDM的一个主要不足。本论文提出了限幅选择映射(SLM)联合算法来降低OOFDM系统的峰均功率比。利用Optisystem软件搭建了直接检测光正交频分复用(DDO-OFDM)系统，将限幅和选择映射联合算法运用到该系统中来，降低了系统的峰均功率比。在此基础上，又构建了一种结合偏振模复用(PDM)技术的密集波分复用(DWDM)相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统，实现了100Gb/s的CO-OFDM信号在单模光纤(SMF)中传输1000km，并且利用限幅SLM算法降低了系统的PAPR值。本论文的主要内容如下:
　　 1.对OFDM技术的基本原理和主要优缺点进行了详细的阐述，重点讨论了OFDM系统PAPR值过高的原因及给系统带来的影响。同时还对CO-OFDM和DDO-OFDM的原理、结构模型和关键技术进行了讨论。
　　 2.利用Optisystem和Matlab软件对DDO-OFDM系统进行联合仿真，采用限幅SLM联合算法来降低系统的峰均功率比。SLM算法降低了PAPR出现的概率，但并不能完全限制高PAPR。限幅SLM算法在传统SLM算法基础上对高PAPR信号进行限幅运算，进而将PAPR控制在所需要的范围内，相对限幅算法又改善了系统误码率性能。通过Optisystem构造的DDO-OFDM系统的光域仿真可以看出该算法一定程度上降低了电光转换后光信号的峰值功率。这样就保证了通过光纤信道前，光信号峰值功率较低，从而减轻了光纤非线性对信号的影响。该方法的有效性在DDO-OFDM系统信道仿真中得到证实。
　　 3.利用PDM技术和DWDM构建了DWDM-CO-OFDM系统。在该系统中，PDM在提高系统容量的同时不会降低系统性能，DWDM可以成倍的提高单个光纤的传输容量，进而使CO-OFDM信号在单个光纤中超高速传输成为可能。同时采用限幅SLM算法来降低OOFDM系统峰均功率比。利用Optisystem光学仿真软件证明在发射端满足光信噪比(OSNR)不小于18.9dB情况下，原始100Gb/s的CO-OFDM信号能够在单模光纤中传输1000km，且整个系统的误码率(BER)不大于10-3。采用限幅SLM算法后，单通道PAPR值降低了4.39dB，但达到10-3误码率付出了0.6dB的OSNR代价。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 光纤通信发展历史与趋势

1．2 OOFDM及其发展现状

1．2．1 OOFDM技术

1．2．2 OOFDM的发展现状

1．3 OOFDM关键技术

1．4 OOFDM与单载波传输比较

1．5 本文主要工作

1．6 论文主要创新点

第二章 OOFDM系统原理分析

2．1 OFDM技术

2．1．1 OFDM调制与解调

2．1．2 PAPR对OFDM系统的影响

2．2 DDO-OFDM系统

2．3 CO-OFDM系统

2．3．1 相干光通信基本原理

2．3．2 CO-OFDM系统介绍

2．4 基于Matlab与Optisystem光学仿真软件设计

2．5 本章小结

第三章 限幅SLM算法降低DDO-OFDM系统PAPR的研究

3．1 解决峰均比问题的方法

3．1．1 限幅类技术

3．1．2 选择映射(SLM)算法

3．1．3 部分传输序列(PTS)算法

3．2 限幅SLM算法降低DDO-OFDM系统峰均功率比

3．2．1 限幅SLM联合算法

3．2．2 DDO-OFDM系统的搭建

3．3 仿真与数据分析

3．4 本章小结

第四章 DWDM-CO-OFDM系统超高速传输的研究

4．1 系统的关键技术

4．1．1 偏振复用技术基本原理

4．1．2 MIMO技术原理

4．1．3 密集波分复用技术

4．2 基于偏振复用的MIMO-OFDM模型及理论分析

4．2．1 基于偏振复用的MIMO-CO-OFDM模型

4．2．2 基于偏振复用的MIMO-CO-OFDM理论分析

4．2．3 基于偏振复用的MIMO-CO-OFDM系统仿真

4．3 基于偏振复用的DWDM-CO-OFDM系统

4．3．1 利用Optisystem搭建DWDM-CO-OFDM系统

4．3．2 限幅SLM算法在DWDM-CO-OFDM系统中应用

4．4 系统仿真数据的测量与分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢