基于滤波器组多载波的无源光网络关键技术研究

摘要

在全球互联网蓬勃发展的背景下，新型多媒体业务和云服务得到极大的发展，“物联网”的部署要求接入网支持可伸缩的流量增长，在提高频谱利用率的同时支持高度灵活的动态连接，新型的调制技术成为了研究热点之一。滤波器组多载波(FilterBank Multi-Carrier,FBMC)由于具有灵活的频谱动态分配、极高的频谱效率、抗色散能力强等优势成为了极具潜力的下一代无源光网络调制技术。　　论文围绕基于FBMC的无源光网络的信道估计和均衡及系统的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio , PAPR)抑制两个方面展开研究。本文主要内容和贡献如下：　　(1)对FBMC的基本理论进行研究。FBMC具有良好的带外抑制，较高的频谱效率。但是同时具有信号均衡复杂度过高和PAPR高的问题。设计搭建FBMC-PON系统仿真平台，对FBMC-PON的系统方案进行有效性的验证和分析，仿真结果表明FBMC-PON具有较好的抗色散能力，且与OFDM相比在无需CP的条件具有更高的系统接收灵敏度。　　(2)对FBMC-PON的信道估计和均衡进行研究。论文从传统的DSP方法和深度学习两个角度进行了探讨。论文采用基于导频干扰近似信道估计以及DFT和AVE联合信道均衡方法。针对信道均衡的复杂度过高的问题，深度学习由于强大的认知能力，被认为是信道复杂损伤均衡的有效方案之一。论文将卷积神经网络作为均衡器，并基于TensorFlow和VPI进行了仿真验证。仿真结果表明，在BER=10-3时，4QAM调制的FBMC信号基于CNN方案相比基于DFT_AVE方案的系统接收灵敏度提升有0.6dB@B2B，0.6dB@20kmSMF，1.2dB@50kmSMF和2.2dB@80kmSMF；16QAM调制的FBMC信号基于CNN方案相比基于DFT_AVE方案的系统接收灵敏度提升有0.9dB@B2B，1dB@20kmSMF，1.9dB@50kmSMF和2.1dB@80kmSMF。　　(3)对FBMC系统的PAPR抑制技术进行了研究。首先介绍了FBMC系统中PAPR过高的原因及危害；然后介绍了多载波系统中常用的PAPR抑制技术，包括限幅法、选择性映射、部分传输序列和DFT扩展预编码。基于以上研究设计限幅法和DFT扩展联合方案，并进行了仿真验证。仿真结果表明，综合系统的接收灵敏度和PAPR的抑制性能设置限幅率CRdB为10.94，在不牺牲系统的接收灵敏度条件下在CCDF=10?3时PAPR降低了2.2dB。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2.1 无源光网络的调制技术

1.2.2 信道估计技术

1.2.3 峰均比抑制技术

1.3 论文研究工作和结构安排

第2章滤波器组多载波技术原理

2.1 OFDM系统的基本原理

2.2 FBMC系统的基本原理

2.2.1 FBMC系统模型

2.2.2 FBMC系统实现

2.2.3 原型滤波器的设计

2.2.4 OQAM调制

2.3 FBMC系统与 OFDM系统对比

2.4 本章小结

第3章基于FBMC 的无源光网络系统仿真与实现

3.1 衰减与色散

3.1.1 衰减

3.1.2 色散

3.2.1 信道估计与均衡原理

3.2.2 基于导频的信道估计

3.2.3 AVE信道估计方法

3.2.4 变换域

3.2.5 DFT-AVE

3.3 FBMC-PON系统的方案设计

3.4 系统仿真与实现

3.4.1 系统仿真平台

3.4.2 仿真结果分析

3.5 本章总结

第4章基于CNN的FBMC-PON 信道估计与均衡研究

4.1 卷积神经网络算法研究

4.2 基于卷积神经网络的信道估计与均衡方案设计

4.3 数据集制作方案

4.5 本章小结

第5章 FBMC 的PAPR 抑制研究

5.1 FBMC的 PAPR分析

5.2 PAPR抑制常用方法

5.2.1 限幅法

5.2.2 选择性映射

5.2.3 部分传输序列

5.3.1 限幅与 DFT扩展联合方案的基本原理

5.3.2 限幅与 DFT扩展联合方案的系统搭建

5.3.3 仿真结果分析

5.4 本章小结

第6章总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献