OFDM技術(shù)在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

程敏捷

(浙江省永康供電公司，浙江 永康 321300)

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OFDM技術(shù)在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

程敏捷

(浙江省永康供電公司，浙江 永康 321300)

摘要:基于OFDM技術(shù)的光纖通信系統(tǒng)融合了OFDM技術(shù)以及光纖通信的雙重優(yōu)點。在高速率、超長距離、大容量的光纖系統(tǒng)中，光OFDM可作為關(guān)鍵技術(shù)來應(yīng)用。文中簡要的概述OFDM技術(shù)，介紹了光纖通信系統(tǒng)的特性，探究了OFDM技術(shù)在光纖通信系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：OFDM技術(shù)；光纖通信系統(tǒng)；DDO-OFDM；CO-OFDM

光OFDM技術(shù)主要有三個方面的優(yōu)勢，分別是較強(qiáng)的抗色散能力、較高的頻譜利用率以及較強(qiáng)的抗非線性能力。同時隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，在超長距離的傳輸系統(tǒng)中，光OFDM技術(shù)也得到相關(guān)領(lǐng)域和行業(yè)特別的關(guān)注。其根據(jù)檢測方式的不同，可以分為CO-OFDM系統(tǒng)以及DDO-OFDM系統(tǒng)，但是在超長距離的傳輸中，相比DDO-OFDM系統(tǒng)CO-OFDM系統(tǒng)會具有更優(yōu)越的性能。

1　OFDM技術(shù)簡述

1.1　OFDM技術(shù)的基本原理

OFDM技術(shù)的運(yùn)行原理就是把高速串行的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成低速并行的數(shù)據(jù)流，同時在多個相互之間有正交關(guān)系的子載波上進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸，這樣一來，子載波上符號的速率就會降低，從而使符號的持續(xù)時間得以延長。因此，OFDM技術(shù)具有非常強(qiáng)的抗多徑效應(yīng)以及抗窄帶干擾的能力。雖然子載波的頻譜互相重疊，但是屬于相互正交的重疊，不會產(chǎn)生子載波間的干擾，從而提高了頻帶的利用率。

1.2　OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點

OFDM技術(shù)有四個方面優(yōu)點，分別是較高的頻帶利用率、較強(qiáng)的抗衰落能力、較強(qiáng)的抗碼間干擾能力以及能夠適應(yīng)高速的數(shù)據(jù)傳輸。而OFDM技術(shù)的缺點主要有三個方面，分別是比較大的峰值平均功率比、較強(qiáng)的頻率偏移以及相位噪聲敏感性、負(fù)載算法以及自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)等增加了系統(tǒng)的設(shè)計難度。

2　光纖通信系統(tǒng)的特性

當(dāng)今社會是個信息時代，光纖通信是解決通信道路擁擠的最好方案，具有如下優(yōu)點：

(1)頻帶寬以及較大的通信容量

理論上講，一根光纖能夠同時傳輸一千億個話路。然而因為技術(shù)能力的限制，在實際傳輸中暫且能夠同時傳輸24萬個話路，即便如此，相比明線、同軸電纜以及微波而言，也高出了幾十甚至上千倍之上。一般來講，一根光纜中可以存儲幾百根光纖，在此基礎(chǔ)上再應(yīng)用波分復(fù)用技術(shù)，由此可見，光纖有著極其巨大的通信容量。

(2)泄漏小以及較好的保密性能

信息化社會通信系統(tǒng)的保密性能是人們最為關(guān)注的一個話題。同軸電纜的保密性能非常不好，通常在幾千米之外，電纜中的傳輸信息就能夠被竊聽，相比保密性極低的同軸電纜而言，光纖通信則具有良好的保密性能，傳輸信號很難被竊聽，因此在光纖傳輸數(shù)據(jù)過程中泄露信號的概率是非常低的。

(3)損耗小以及較長的中繼距離

一般來講，電纜的損耗在幾分貝以上，而光纖的損耗則要小很多，因此，相比微波以及電纜，光纖的傳輸距離則要長很多。

(4)較好的抗電磁干擾性能

制作光纖的材料通常是石英，石英是一種絕緣材料，因此，光纖具有較好的抗電磁干擾的性能。

(5)便于施工維護(hù)

光纖具有重量輕、體積小的特點，因此安裝起來比較方便，在施工過程中沒有屏蔽處理以及接地的問題，同時光纖后期維護(hù)也比較方便。

(6)原材料來源豐富

石英是用來制作光纖的化學(xué)材料，其實質(zhì)上就是二氧化硅。二氧化硅在自然界中有著極其巨大的存儲量。所以說，豐富的二氧化硅資源會使其在未來市場上的價格極其的低廉。

綜上所述，光纖通信系統(tǒng)具備很多優(yōu)良的特性。但是為了使通信系統(tǒng)的傳輸容量能夠得到進(jìn)一步的提高，必須對光纖的寬帶進(jìn)行充分的利用，因此，各種類型的光纖復(fù)用技術(shù)，比如WDM技術(shù)、OCDM技術(shù)、OTDM技術(shù)、DWDM技術(shù)以及O-OFDM技術(shù)等被深入研究。

3　OFDM技術(shù)在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1　直接檢測光OFDM系統(tǒng)

根據(jù)光OFDM信號不同的生成方式，直接檢測光OFDM系統(tǒng)可以分為線性映射以及非線性映射兩種DDO-OFDM系統(tǒng)。這兩類系統(tǒng)的不同之處就在于是否需要直接將基帶OFDM頻譜復(fù)制到光OFDM的頻譜。而在線性映射DDO-OFDM系統(tǒng)中，基帶OFDM頻譜的線性遷移就是光OFDM的頻譜，也就是說復(fù)制是直接的。在該系統(tǒng)中，傳輸距離會受到色散系數(shù)的影響，因此需要對電域或者光域的色散進(jìn)行補(bǔ)償。此外，子載波數(shù)目的不同也會影響到DDO-OFDM系統(tǒng)，所以要根據(jù)頻帶利用率以及誤碼率的需求來對子載波數(shù)目進(jìn)行合理的選擇。

3.2　相干檢測光OFDM系統(tǒng)

在直接檢測光OFDM系統(tǒng)中，只有光的強(qiáng)度信息能被光電檢測器檢測到，而光載波的相位以及頻率是檢測不到的，因此，該系統(tǒng)不能有效地將初始數(shù)字信號恢復(fù)。相比而言，相干檢測光OFDM系統(tǒng)則能彌補(bǔ)直接檢測光OFDM系統(tǒng)的不足，甚至因為具備極其高的接收機(jī)靈敏度，因此在同樣的發(fā)射功率下傳輸距離能夠更長。但是同樣的，子載波數(shù)目的不同能夠直接影響到CO-OFDM系統(tǒng)性能的發(fā)揮。數(shù)目過大，就會造成信道間的干擾。數(shù)目過少，就會降低頻譜的利用率。因此，控制好子載波的數(shù)目是非常重要的。此外，在CO-OFDM系統(tǒng)中，調(diào)制方式的不同也會影響到系統(tǒng)的光信噪比、非線性效應(yīng)以及光纖色散容限等因素，這就需要相關(guān)技術(shù)人員平衡了傳輸距離、傳輸容量、頻譜利用率以及誤碼率等各項性能之后，合理選擇調(diào)制方式。另外需要注意的一點是，差分群延時(DGD)的不同也能對系統(tǒng)性能造成影響，系統(tǒng)性能會隨著DGD的增大而變好，但是超過某一值后，系統(tǒng)性能會隨著DGD的增大而下降，這是因為此時影響系統(tǒng)性能的主要因素變成了偏振模色散。

3.3　偏振復(fù)用CO-OFDM系統(tǒng)

由于CO-OFDM系統(tǒng)可以對光纖中的偏振模色散進(jìn)行有效的補(bǔ)償與估計。為了提高所需要的系統(tǒng)容量，需要將偏振復(fù)用技術(shù)引入到CO-OFDM系統(tǒng)之中，這樣做不僅可以滿足系統(tǒng)對各個元器件的基本要求，而且還能進(jìn)一步提升系統(tǒng)的運(yùn)行速率。由此可見，偏振復(fù)用CO-OFDM系統(tǒng)已經(jīng)成為未來超大容量、超高速率和超長距離傳輸系統(tǒng)的重要解決措施。由于單模光纖通常情況下具備兩種偏振模式，并且光信號的傳輸會受到偏振相關(guān)損耗(PDL) 和偏振模色散(PMD) 和色散(CD)效應(yīng)的影響。

偏振復(fù)用CO-OFDM中仿真系統(tǒng)的基本參數(shù)主要包括以下幾個方面：(1)隨機(jī)序列信號中的發(fā)生模塊其輸出長度一般為218-1，而且其信號的傳遞速度達(dá)到了40 Gbit/s；(2)本振光的線寬為1 MHz、波長是1 550 nm的連續(xù)波(CW)激光器；(3)光源入纖功率是0 dBm；(4)調(diào)制器采用了LiN-b03晶體馬赫曾德調(diào)制器；(5)色散系數(shù)為16. 75 ps/(nm*km)；(6)采用了標(biāo)準(zhǔn)單模光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，其損耗為0. 12 dB/km；(7)光纖長度為320 km，差分群延時(DGD)為50 ps。在進(jìn)行偏振復(fù)用CO-OFDM中仿真系統(tǒng)設(shè)定時，最好根據(jù)實際情況選擇調(diào)制方式和子載波數(shù)，這樣可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)越性。而且在子載波數(shù)為128時，可以選擇16QAM和QPSK的調(diào)制方式，發(fā)送端的傳輸速率一般選擇20 Gbit/s的OFDM信號，并且在光纖中的傳輸速率控制在40 Gbit/s。該過程中最好選擇偏振復(fù)用技術(shù)，從X方向接收信號，然后合理選擇調(diào)制方式和子載波數(shù)，這樣不僅可以提高系統(tǒng)的頻譜利用率，而且還能夠降低系統(tǒng)的誤碼率，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

與PDM-CO-OFDM系統(tǒng)相比，單偏振CO-OFDM系統(tǒng)的仿真結(jié)果更加優(yōu)越，其得出的結(jié)果能夠更好地滿足實際需求。在相同的傳輸速率下，兩個系統(tǒng)的誤碼率主要受不同光信噪比的影響。隨著光信噪比的提升，會進(jìn)一步降低兩個系統(tǒng)的誤碼率。在相同光信噪比下，單偏振CO-OFDM系統(tǒng)的誤碼率要明顯高于PDM-CO-OFDM系統(tǒng)。這主要是因為當(dāng)單偏振CO-OFDM的傳輸速率控制在40 Gbit/s時，PDM-CO-OFDM系統(tǒng)的傳輸速率僅為20 Gbit/s，因此在接收端和發(fā)送端一般采取低速的信號來進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。總之，在進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸階段，單偏振CO-OFDM系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，能夠更好地提高系統(tǒng)的性能。

4　總　結(jié)

光OFDM技術(shù)融合了OFDM技術(shù)以及光纖通信的雙重優(yōu)點，因此隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，在未來的高速傳輸系統(tǒng)中，光OFDM可作為一項關(guān)鍵技術(shù)來使用。然而，在未來的研究工作中，還應(yīng)該對光OFDM系統(tǒng)中的非線性效應(yīng)、OFDM信號處理中的關(guān)鍵技術(shù)、PDM-CO-OFDM系統(tǒng)中的偏振相關(guān)損耗等問題進(jìn)行深入的研究，使該技術(shù)能夠更好地為社會、為人類服務(wù)。

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通信技術(shù)

Application of OFDM Technology in Optical Communication System

CHENG Min-jie

(Yongkang Power Supply Company, Yongkang 321300, China)

Abstract:Optical communication system based on OFDM technology combines the advantages of both OFDM technology and optical communication. In optical system with features of high speed, ultra long distance and huge capacity, OFDM can be regarded as a key technology. This paper briefly outlines OFDM technology, describes the characteristics of optical communication systems, and explores the comprehensive application of OFDM technology in optical communication system.

Key words:OFDM technology; optical communication system; DDO-OFDM; CO-OFDM

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0097-02

作者簡介：程敏捷(1972-)，男，浙江永康人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：電力信息。

收稿日期：2014-12-21