城域网高速传输系统中的调制技术研究

论文总字数：24318字

摘 要

本文对光纤通信领域中出现的多种新型调制码型及调制方式尤其是正交频分复用（OFDM）技术进行了深入研究，并搭建了适用于城域网(MAN)传输的低成本高速光传输系统。

对多种新型调制码型及调制方式进行的理论分析以及仿真实验表明，OFDM调制复用技术具备高谱效率、子载波带宽灵活分配、抗码间干扰（ISI）等显著优势，适合作为低成本高速城域光纤传输网的调制码型。然而，由于OFDM调制复用技术固有的高带外旁瓣、高峰均功率比（PAPR）的特点，应用于光纤通信系统，尤其是波分复用（WDM）系统会产生额外的干扰，为此笔者做了深入研究并提出了一种新型的光OFDM（O-OFDM）旁瓣抑制技术，该研究结果已经被国际会议认可并被邀请做口头报告。同时本文以实验验证了一种降低OFDM信号PAPR技术的可行性。

最后，采用旁瓣抑制的OFDM调制技术以及PAPR降低技术，搭建了低成本高速光传输系统。

本文由863课题“支持百G百公里传输的超低成本城域光传输设备研制及示范”支持。

关键词：光纤通信，调制，码型，正交频分复用，旁瓣抑制，峰均功率比降低

A STUDY ON THE MODULATION TECHNIQUE OF THE OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM IN METROPOLITAN AREA NETWORK

Abstract

In this thesis, the new modulation techniques in optical communication systems are investigated and a high-speed optical transmission system using orthogonal-frequency-division-multiplexing (OFDM) technology at a low cost is demonstrated.

The performances of different modulation techniques are analyzed, simulated and compared. The results show that OFDM technology should be applied in optical transmission systems in metropolitan area network (MAN), owing to its high spectral efficiency, elastic bandwidth allocation and great resistance to inter-symbol interference (ISI). However, high out-of-band interference and peak-to-average power ratio (PAPR) of OFDM signal may limit its development and application. To solve this problem, the author propose a new sidelobe suppression technique in optical OFDM (O-OFDM) systems and the technique has been sessioned for oral presentation at international conference. In addition, an experiment demonstration of PAPR reduction technique has been processed to verify its feasibility.

Finally, an optical transmission system using the sidelobe suppression technique and PAPR reduction technique will be demonstrated.

This thesis was supported in part by 863 High-Tech program.

KEY WORDS: optical communication, modulation, coding, OFDM, sidelobe suppression, PAPR reduction

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………………Ⅱ

1. 绪论 ………………………………………………………………………1

1.1 引言 ………………………………………………………………………1

1.2 城域网光纤通信研究现状 …………………………………………………1

1.3 分析多种调制方式性能 …………………………………………………1

1.3.1 内调制 ……………………………………………………………2

1.3.2 QAM ……………………………………………………………2

1.3.3 QPSK ……………………………………………………………2

1.3.4 OFDM ……………………………………………………………3

1.3.5 对比总结 ……………………………………………………………3

1.4 本文的研究目的和主要研究内容 ………………………………………4

1. OFDM旁瓣抑制技术 ……………………………………………………4

2.1 OFDM旁瓣抑制技术研究现状 …………………………………………4

2.1.1 插入补偿载波（CC）技术 ………………………………………4

2.1.2 正交频分复用/偏移正交幅度调制技术 …………………………5

2.1.3 zero padding技术 ………………………………………………6

2.2 OFDM旁瓣成因分析 ……………………………………………………7

2.3 OFDM旁瓣抑制技术（SSP） …………………………………………8

2.3.1旁瓣抑制的正交频分复用系统结构 …………………………8

2.3.2 旁瓣抑制前缀典型帧结构 ……………………………………8

2.3.3 旁瓣抑制前缀生成算法 …………………………………………9

1. OFDM峰均功率比降低技术 …………………………………………10

3.1 OFDM峰均功率比降低技术研究现状 ………………………………10

3.1.1 μ律压扩变换技术 ………………………………………………10

3.1.2子载波预留技术 ………………………………………………11

3.2 尖峰消除正交频分复用（PC-OFDM）技术 …………………………12

1. 实验验证 ……………………………………………………………………13

4.1 仿真 ……………………………………………………………………13

4.2 实验平台搭建 …………………………………………………………14

4.2.1 旁瓣抑制前缀技术实验装置 ……………………………………14

4.2.2 尖峰消除正交频分复用实验装置 ………………………………15

4.3 遇到的问题及解决方案 ………………………………………………16

4.3.1 基带调制方式的选择 …………………………………………16

4.3.2 拍频噪声的影响 ………………………………………………16

4.3.3 同步方案 …………………………………………………………17

4.4 实验结果及分析 …………………………………………………………20

4.4.1 旁瓣抑制前缀技术实验结果及分析 …………………………20

4.4.2 尖峰消除正交频分复用技术实验结果及分析 ………………21

4.5 实验结论 ………………………………………………………………21

结论 …………………………………………………………………………………21

致谢 …………………………………………………………………………………22

参考文献（References） ……………………………………………………………23

1. 绪 论

1.1 引言

随着光通信领域的发展以及“光进铜退”的主流通信建设思想，光通信不仅已经在当代通信领域占据不可替代的地位，并且发挥着越来越重要的作用，越来越高的数据速率要求和低成本的通信系统建设方案对光通信，尤其是城域光纤网寄以厚望。对于城域光纤网，其巨大的带宽优势不必多说，关键是如何打造低成本的城域光纤网络，这对光纤通信系统的各个部分提出了较高的要求，而其中最关键的便是调制技术的研究和选取。目前，传统的调制码型如偏振复用-四相相移键控（PM-QPSK）已经商用化，针对正交频分复用（OFDM）等调制技术的研究也是如火如荼。下一代城域光纤网的主流调制技术，是易于实现的四相相移键控（QPSK）等调制码型，抑或是更加前沿的高谱效率的正交频分复用（OFDM）等调制码型，本文将围绕此问题进行探索研究。

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