基于数字相干叠加的相干光OFDM系统研究

摘要

OFDM被人们熟知的优势包括很高的频谱效率，信道色散效应(CD，PMD)适应性以及频域操作的灵活性等等。然而，对光纤科尔非线性和激光器相位噪声的敏感性是光OFDM系统的两个固有缺陷。本次论文针对上述两个问题就基于DSP的数字相干叠加的相干光OFDM系统（DCS-CO-OFDM）展开研究，主要为长距离骨干网和接入网应用提供技术参考。论文的主要内容以及创新点如下：
　　1、介绍了光 OFDM的研究背景，重点阐述光 OFDM、长距离光传输中的非线性抑制、光纤系统的相位噪声三个方面的研究进展。第二章介绍了光OFDM的相关理论基础和仿真平台。解释了光信噪比和非线性相移等基础的评价参数，根据数学模型分析了非线性薛定谔方程的微扰理论以及非线性传递函数。
　　2、实现了一种基于相位共轭双子波的OFDM系统（PCTW-OFDM）。不同于以往控制非线性传输函数η(ζ)分布的研究，PCTW利用对称的色散分布，使得η(ζ)近似一个实数。这时候根据非线性薛定谔方程微扰理论，PCTW的非线性失真有反相关性，相干叠加之后非线性得以消除。在3200km光纤的传输后验证了PCTW-OFDM在最佳入纤功率点相比传统PDM-OFDM系统6dB的ESNR提升。
　　3、在色散波动的情况下，验证了PCTW-OFDM相比单载波的PCTW明显更大的电色散容忍度。而且OFDM子载波码元周期越长，实现的非线性方差消除就越理想。在难以把握长距离光纤累积色散量的场景下，验证OFDM-PCTW在非线性消除方面更强的色散适应性。做出与单载波PCTW系统非线性方差减少受PMD影响的对比，验证了PCTW-OFDM对于PMD的鲁棒性。
　　4、采用维纳过程作为相位噪声的数学模型，推导PCTW-OFDM的ICI噪声功率，定量分析DCS-OFDM系统的ICI功率消除比例，并且分析了四阶ICI功率和激光器线宽与OFDM子载波的符号速率比值之间的关系。然后验证PCTW-OFDM系统的激光器线宽容忍度在FEC阈值附近相干叠加之后提高了一个量级。
　　5、根据ESNR和激光器线宽的关系曲线从两个方面验证了前述的ICI理论推导：第一是ESNR都与激光器线宽是线性关系，第二是ICI消除的效果随着更高的激光器线宽而减弱。最后分析一个16QAM-DCS-OFDM系统，验证了相同频谱效率的高阶调制（16QAM）DCS系统在特定的应用场景下相位噪声的容忍度优于传统的4QAM-OFDM。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

缩略词表

第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 光OFDM系统的研究进展

1.3 DCS-CO-OFDM系统的相关研究

1.4 OFDM-PON技术的研究背景

1.5基于数字相干叠加CO-OFDM系统的研究意义

1.6 课题来源以及主要内容

第二章 光OFDM系统相关理论基础及其仿真平台

2.1 光OFDM系统理论基础

2.2 误码率与光信噪比的理论关系

2.3 光OFDM的相关非线性理论

2.4 光OFDM系统仿真平台

2.5 本章小结

第三章PCTW-OFDM系统非线性抑制研究

3.1 相位共轭技术与PCTW理论基础

3.2 PCTW-OFDM系统与传输仿真结果

3.3 PCTW-OFDM系统的色散补偿容忍度

3.4 PCTW-OFDM系统的PMD容忍度

3.5 本章小结

第四章DCS-CO-OFDM系统相位噪声容忍度研究

4.1基于数字相干叠加OFDM系统的相位噪声理论

4.2 基于数字相干叠加OFDM系统的相位噪声的定量分析

4.3 PCTW-OFDM的相位噪声容忍度

4.4 对称互反子载波DCS-OFDM系统相位噪声理论验证

4.5 16QAM调制的DCS系统相位噪声容忍度

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文工作内容及总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果