基于OFDM的高速光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

繆賁術(shù)

【摘要】 目前，高速光傳輸系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛使用正交頻復(fù)用技術(shù)OFDM，有效推動(dòng)了高速光通信的發(fā)展，OFDM系統(tǒng)集成了光通信和無(wú)線OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不僅大幅度提高了傳輸速率和抗色散能力，而且提升了頻譜的效率。本文將簡(jiǎn)單介紹光OFDM系統(tǒng)及其原理，淺析光OFDM系統(tǒng)的仿真性能，并淺談基于OFDM的高速光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 光OFDM系統(tǒng) 高速光傳輸系統(tǒng) 關(guān)鍵技術(shù) 研究

Key Technology of OFDM-based high-speed optical transmission systems Miao Benshu Naval Communication Engineering Design Studio Beijing 100841

Abstract： At present， high-speed optical transmission system has begun to widely used orthogonal frequency multiplexing technology， effectively promotes the development of the high speed optical communication， OFDM system integrates the advantages of optical communications and wireless OFDM technology， not only greatly improve the transmission rate and high resistance to dispersion ability， and enhance the spectrum efficiency. In this paper， we will briefly introduce the optical OFDM system and its principle， analyze the simulation performance of optical OFDM system， and discuss the key technology of high speed optical transmission system based on OFDM.

Key words： Optical OFDM system； high speed optical transmission system； key technology； research

光OFDM系統(tǒng)的研發(fā)與使用有效推動(dòng)了高速光傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，滿足了當(dāng)代通信的要求，該系統(tǒng)以直接檢測(cè)OFDM系統(tǒng)（DD-OFDM）和相干檢測(cè)OFDM系統(tǒng)（CO-OFDM）的原理為基本理論，集合了這兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，但是基于光OFDM系統(tǒng)的高速光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)尚且存在一些不足，本文將在分析這些問(wèn)題的基礎(chǔ)上提出改善措施。

一、光OFDM系統(tǒng)及其原理

OFDM正交頻復(fù)用技術(shù)是一種正交頻復(fù)用技術(shù)，也稱作多載波調(diào)制（MCM）技術(shù)。光OFDM系統(tǒng)主要是由直接檢測(cè)OFDM系統(tǒng)（DD-OFDM）和相干檢測(cè)OFDM系統(tǒng)（COOFDM）組成的，其基本理論是直接檢測(cè)OFDM系統(tǒng)（DDOFDM）和相干檢測(cè)OFDM系統(tǒng)（CO-OFDM）的原理，也就是將高速數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換，變換成若干并行低速的子數(shù)據(jù)流，然后將這些并行數(shù)據(jù)分配到大量彼此正交的子載波上進(jìn)行并行傳輸；在頻域上可描述為：在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交的且相互重疊的子信道，在每一個(gè)信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，個(gè)子信道載波互相正交，并進(jìn)行傳輸。光OFDM系統(tǒng)具有許多優(yōu)勢(shì)，傳輸速率很快，抗色散能力和抗衰能力強(qiáng)，頻譜效率非常高，系統(tǒng)兼容性良好。據(jù)科學(xué)研究表明，光OFDM系統(tǒng)使用了多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)MQPSK和MQAM、循環(huán)前綴（CP），這樣就可以抵抗亂碼干擾（ISI）。此外，光OFDM系統(tǒng)集合了光通信與無(wú)線OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，頻譜效率非常高，可以達(dá)到10bit/s/Hz甚至更高。而且使用CP技術(shù)以后，光OFDM系統(tǒng)不需要復(fù)雜的CD補(bǔ)償和色散管理，既提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，也凈化了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

另一方面，光OFDM系統(tǒng)使用了DSP技術(shù)，該技術(shù)不僅可以消除CD對(duì)傳輸信號(hào)的不利影響，而且能夠優(yōu)化光OFDM系統(tǒng)的性能。

二、光OFDM系統(tǒng)的仿真性能

仿真技術(shù)是用模擬裝置組成的試驗(yàn)系統(tǒng)研究真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)方法，光OFDM系統(tǒng)的仿真性能是由該系統(tǒng)的系統(tǒng)裝置所決定的，其主要裝置包括發(fā)射機(jī)、調(diào)制器、接收機(jī)等。要實(shí)現(xiàn)光OFDM系統(tǒng)的仿真性能就要遵循基本原理，充分發(fā)揮發(fā)射機(jī)、調(diào)制器、接收機(jī)的作用，發(fā)射機(jī)和調(diào)制器一般都安裝在直接檢測(cè)OFDM系統(tǒng)，接收機(jī)組裝在相干檢測(cè)OFDM系統(tǒng)，這樣分工可以減輕光OFDM系統(tǒng)的符合，提高數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸速度，避免亂碼干擾。

三、基于OFDM的高速光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

基于OFDM的高速光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)、循環(huán)前綴CP技術(shù)、光通信與無(wú)線OFDM技術(shù)、CP技術(shù)、DSP技術(shù)、光線鏈路技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)與微波技術(shù)。這些技術(shù)雖然各有優(yōu)勢(shì)，但也存在一些缺陷，因此，在使用這些技術(shù)的時(shí)候應(yīng)注意揚(yáng)長(zhǎng)避短。多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)MQPSK和MQAM可以靈活轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號(hào)，但是不能單獨(dú)使用，需要和CP技術(shù)相互作用才能傳輸信號(hào)。光通信與無(wú)線OFDM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的無(wú)線傳輸，但是信號(hào)傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，容易受到外界的干擾，因此要加強(qiáng)這兩種技術(shù)的抗衰能力。DPS技術(shù)基本已成熟，可以消除CD對(duì)傳輸信號(hào)的不利影響，加強(qiáng)了光OFDM系統(tǒng)的抗干擾能力，但是還需要進(jìn)一步優(yōu)化，增強(qiáng)該技術(shù)的抗色散能力。

光纖鏈路技術(shù)需要光發(fā)射機(jī)、光纖光纜和光接收機(jī)的輔助，其中的光發(fā)射機(jī)一般由調(diào)制器、光源以及驅(qū)動(dòng)器組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的調(diào)制，然后將光信號(hào)耦合進(jìn)光纖中進(jìn)行傳輸。光線光纜是光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中的傳輸通道，將經(jīng)過(guò)光發(fā)射機(jī)調(diào)制的光信號(hào)以光纖光纜為載體實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。把耦合的光信?hào)傳輸?shù)焦鈾z測(cè)器上，實(shí)現(xiàn)輸送信息的功能。光接收機(jī)主要由光放大器與光檢測(cè)器組成，主要負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換。把以光纖為載體傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大電路對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大，傳送到用戶端。隨著光OFDM系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，光纖鏈路技術(shù)已經(jīng)開始融合SDH技術(shù)，SDH具有傳輸容量大、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能強(qiáng)大等顯著優(yōu)勢(shì)，它在PDH基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速率等級(jí)和接口碼型等特性進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范。SDH發(fā)展方向?yàn)榛赟DH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）。MSTP能夠基于155/622Mb/s、2.5Gb/s、和10Gb/s等多種線路速率實(shí)現(xiàn)，既保留了固有的TDM交叉能力和傳統(tǒng)的SDH/PDH業(yè)務(wù)接口，能夠滿足業(yè)務(wù)的需求，又提供ATM處理、Ethernet透?jìng)饕约癊thernet L2交換功能來(lái)滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的匯聚、梳理和整合的需要。光纖鏈路技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的容量比較大，不易受大氣的干擾，具有良好的抗干擾能力，但是存在強(qiáng)度低、質(zhì)地脆、切斷熔接技術(shù)與耦合復(fù)雜、容易被挖斷等缺陷，因此需要提高光纖的質(zhì)地與機(jī)械強(qiáng)度，遵循高內(nèi)聚與低耦合的原則。

微波通信技術(shù)是直接以微波作為介質(zhì)進(jìn)行的通信，使用該技術(shù)時(shí)要注意發(fā)信設(shè)備與接收設(shè)備系統(tǒng)的組合質(zhì)量。其發(fā)信設(shè)備分為直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)和中頻調(diào)制式發(fā)信機(jī)。中頻調(diào)制式發(fā)信機(jī)的數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制是在中頻（70MHz或140MHz）實(shí)現(xiàn)的，能獲得較好的調(diào)制特性和設(shè)備兼容性，因而中大容量的數(shù)字微波設(shè)備大多采用。微波頻率為0.3GHz-300GHz，但當(dāng)下能夠使用的范圍僅有1GHz-40GHz，工作頻率越高越能獲得較寬的通頻帶與較大的通信容量。收信設(shè)備和解調(diào)設(shè)備組成了微波的接收設(shè)備系統(tǒng)，目前，收信設(shè)備都采用外差式收信方案。由射頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)三大部分組成。來(lái)自接收天線的微弱微波信號(hào)經(jīng)過(guò)饋線、微波濾波器、微波低噪聲放大器和本振信號(hào)進(jìn)行混頻，變成中頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)中頻放大器放大、濾波后送解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信碼解調(diào)再生。微波通信技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，也存在不少的缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行直線通信，規(guī)劃頻率，傳輸質(zhì)量好，信號(hào)穩(wěn)定可靠，抵抗自然災(zāi)害的能力很強(qiáng)。但是，該技術(shù)在電波波束方向不能受到阻擋，容易受到地球曲面的影響和空間傳輸?shù)膿p耗，所以，要在每隔幾十千米的位置建立中繼站，方能延伸電波。而且，微波電路建設(shè)工程要在無(wú)線電管理部門的嚴(yán)格管理之下進(jìn)行，不能在同一微波電路上使用相同的頻率。

衛(wèi)星通信技術(shù)已全面向數(shù)字化方向發(fā)展，目前，衛(wèi)星通信技術(shù)均采用DVB標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)可以靈活傳送MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信號(hào)，使用統(tǒng)一的MPEG-2傳送TS復(fù)用，運(yùn)用Si系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信號(hào)的細(xì)節(jié)信息，并使用統(tǒng)一的一級(jí)RS前向糾錯(cuò)系統(tǒng)和統(tǒng)一的加擾系統(tǒng)。衛(wèi)星通信傳輸比較穩(wěn)定，可以節(jié)約成本，但是，衛(wèi)星通信往往存在星蝕、日凌中斷和雨衰現(xiàn)象，因此要將衛(wèi)星鏈路建設(shè)在大氣層以上的宇宙空間，并建立多條衛(wèi)星路徑，以提高衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，使用正交頻復(fù)用技術(shù)OFDM推動(dòng)了高速光通信的發(fā)展，提高了傳輸速率、抗色散能力和抗衰能力以及頻譜的效率，系統(tǒng)兼容性良好。光OFDM系統(tǒng)主要是由直接檢測(cè)OFDM系統(tǒng)和相干檢測(cè)OFDM系統(tǒng)組成的?；贠FDM的高速光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)、循環(huán)前綴CP技術(shù)、光通信與無(wú)線OFDM技術(shù)、DSP技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)與微波技術(shù)，每一種技術(shù)各有優(yōu)劣，因此在使用集成技術(shù)要充分發(fā)揮每一種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，完善各種技術(shù)的不足，全面優(yōu)化光OFDM系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸質(zhì)量。

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