单模光纤的相干光正交频分复用系统传输性能研究

摘要

相干光正交频分复用技术(CO-OFDM)是由相干技术和正交频分复用(OFDM)技术结合而来。CO-OFDM系统可以充分利用光纤的巨大带宽资源,增大传输容量、提高传输速率,而且它与现有的网络有很好的兼容性,在现有基础设施上能很好的升级,扩容方便,另外,它能有效的对抗非线性干扰,对偏振模色散(PMD)也有很好的容忍性,频谱利用率高,信噪比特性好,所以近年来引起了广泛的关注和研究。
　　 本文利用Matlab和Optisystem软件联合仿真了单模光纤中CO-OFDM系统的长距离传输。在10Gb/s的CO-OFDM系统结构仿真的基础上,对CO-OFDM系统中信道估计算法性能做了详细研究,得到了最小二乘(Ls)和线性最小均方误差(LMMSE)改进算法的系统性能,另外就CO-OFDM系统中发送端和接收端的激光器的线宽对系统相位噪声的影响进行了详细讨论,优化了相位噪声的混合算法,并提出一种混合的半盲的噪声补偿算法,并对其进行仿真。
　　 本论文是在天津市自然科学基金(11JCYBJC00100)项目的资助下完成的,论文的具体内容如下:
　　 (1)针对OFDM技术的优缺点进行详细的阐述,参照光OFDM的系统模型,重点讲述了CO-OFDM的原理、结构模型及其关键技术,而且详细讨论了OFDM信号从产生到传输再到接收的整个工作过程。
　　 (2)研究了CO-OFDM系统中导频的设计与选择,阐述了信道估计过程中子载波插值算法,并归纳推导LS和LMMSE改进算法。对CO-OFDM系统的两种光域模型做基于Matlab与Optisystem的联合仿真,分别应用LS和LMMSE改进算法对系统进行信道估计。仿真结果表明中频结构的CO-OFDM系统在BER为10-4的情况下,LS算法下接收端光信噪比(OSNR)约有1dB左右的光信噪比代价,即改进的LMMSE算法下接收端性能提高了约1dB。而在直接转换结构的CO-OFDM中,接收端有1.5dB的性能提高,相对性能较好,但是系统的造价比较高。
　　 (3)针对激光器的宽、窄线宽对于相位噪声的影响,优化了相位噪声的混合算法,并提出一种混合的半盲的噪声补偿算法,以均衡补偿不同的激光器线宽调制下造成的相位偏差。分别对B2B情况下和传输800km情况进行研究,得到了系统的性能图。仿真结果表明:改进的相位算法比矩阵相位补偿算法性能好,当激光器为宽线宽并且调制方式为160AM时,相对于矩阵相位补偿算法约有1dB的OSNR的提高。