對(duì)光纖通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)應(yīng)用的幾點(diǎn)探討

(武昌工學(xué)院，湖北 武昌 430065)

0 引言

光纖通信具有信息容量大、損耗低、傳輸速度高、成本低、安全性高，以及不易受到電磁波的干擾、保密性能好、傳輸距離長(zhǎng)等一系列的優(yōu)點(diǎn)，可以有效節(jié)約通信系統(tǒng)架構(gòu)的成本，而且光纖的尺寸比較小，十分便于運(yùn)輸與安裝，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信技術(shù)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。OFDM技術(shù)能夠?qū)⒐饫w通信系統(tǒng)的多路數(shù)字信號(hào)同時(shí)分開(kāi)進(jìn)行，并且在干擾信號(hào)存在的情況下，也能夠保證各路信號(hào)能夠正常傳輸。在光纖通信系統(tǒng)中，將OFDM技術(shù)應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，能提高光纖通信的容量與速度，對(duì)保證網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量具有十分重要的作用。

1 光纖通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)分析

1.1 光OFDM技術(shù)的工作原理

OFDM技術(shù)是一種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)制解調(diào)技術(shù)，在光纖通信領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，主要功能是將光纖通信中的高速串行數(shù)據(jù)流通過(guò)調(diào)制轉(zhuǎn)換的方式，將它們轉(zhuǎn)換為低速的多路并行數(shù)據(jù)流，并保證它們之間互不干擾，然后通過(guò)調(diào)制解調(diào)技術(shù)，將轉(zhuǎn)換為低速的數(shù)據(jù)流分解到不同頻率的正交子載波上，使得不同頻率上的信號(hào)之間互不干擾，利用這種調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可以提高光纖通信各個(gè)頻帶之間的利用效率，保證光纖通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率。

1.2 光OFDM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1)頻譜結(jié)構(gòu)緊湊。光OFDM技術(shù)采用的是四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)，可以將通信信號(hào)轉(zhuǎn)換到不同的子載波頻譜上，使得各個(gè)載波頻譜之間互不干擾，而且各個(gè)載波頻道的間隔為零，減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬浪費(fèi)的情況，采用這種頻譜結(jié)構(gòu)更加緊湊，網(wǎng)絡(luò)資源利用率高，也十分有利于網(wǎng)絡(luò)通信信息的傳輸，而且網(wǎng)絡(luò)通信的安全性、穩(wěn)定性都比較高。

2)網(wǎng)絡(luò)帶寬的可調(diào)整和可擴(kuò)展性。采用光OFDM技術(shù)可以實(shí)施動(dòng)態(tài)的光纖通道進(jìn)行控制，合理調(diào)控光頻譜傳輸，將通信的載波子調(diào)整到頻帶合適的位置，使得整個(gè)光纖的通道系統(tǒng)增強(qiáng)，光OFDM技術(shù)的可調(diào)整性與可拓展性，對(duì)提高光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的提升具有十分重要的作用。

3)容忍性較高。光OFDM技術(shù)具有獨(dú)立的光譜結(jié)構(gòu)，主要是由多個(gè)載波子構(gòu)成的頻譜，如果某一個(gè)頻譜出現(xiàn)問(wèn)題，不會(huì)影響其他頻譜的正常運(yùn)行，進(jìn)而也不會(huì)影響整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的安全，改變了傳統(tǒng)頻譜獨(dú)立的、任意分割使用頻段而造成的網(wǎng)絡(luò)不安全情況。

4)系統(tǒng)采樣速率降低。采用光OFDM技術(shù)，可以嚴(yán)格限制通信載波子的信號(hào)頻譜，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟捎妙l率，保證了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸更加精確。而在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，采用的是單載波數(shù)據(jù)傳輸，采樣速率是主要通行帶寬的兩倍，導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸?shù)木_性不高。

2 OFDM技術(shù)在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

光OFDM技術(shù)對(duì)通信信號(hào)處理的方式不同，可以將其分為線性映射和非線性映射兩種通信方式，線性映射方式需要將基帶OFDM頻譜復(fù)制到光OFDM頻譜中，而非線性映射不需要復(fù)制，這樣就使得光OFDM技術(shù)在短距離與長(zhǎng)距離之間有著廣泛的應(yīng)用。

2.1 在多模光纖(MMF)的短距離光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

OFDM技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用，為通信安全、穩(wěn)定性提供了保障，MMF因其成本低、數(shù)值孔徑大、對(duì)焦準(zhǔn)、穩(wěn)定、安全、保密等優(yōu)勢(shì)，在短距離的局域網(wǎng)內(nèi)與光纖網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛的應(yīng)用，采用OFDM技術(shù)改變了傳統(tǒng)多模光纖頻率狹窄而影響的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸速率，有效防止了MMF光纖因?yàn)轭l率狹窄而導(dǎo)致的信號(hào)頻率選擇性衰減的問(wèn)題，保證了MMF在高頻區(qū)域的信號(hào)不會(huì)衰減，并使得MMF信號(hào)傳輸能力提高，保證了短距離通信的穩(wěn)定性。而且，光OFDM技術(shù)采用的載波頻譜的方法，可以有效地對(duì)傳遞境地MMF通信模式中存在的模式色散問(wèn)題進(jìn)行處理，提高了局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心之間數(shù)據(jù)高速率的傳輸，并提高了網(wǎng)絡(luò)通信的容量。

2.2 在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

光DOFM技術(shù)采用的獨(dú)立頻率的通信方式，使得光纖通信系統(tǒng)變得比較穩(wěn)定，抗電磁干擾能力極強(qiáng)，能夠廣泛應(yīng)用到各種光傳輸網(wǎng)絡(luò)中。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON系統(tǒng)成本低、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、服務(wù)質(zhì)量高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用十分廣泛，但隨著通信網(wǎng)絡(luò)中多元化場(chǎng)景的應(yīng)用，傳統(tǒng)的PON網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足5G通信網(wǎng)絡(luò)多樣化的需求，光OFDM技術(shù)因其獨(dú)有的調(diào)制方式，保證網(wǎng)絡(luò)通信通道不會(huì)出現(xiàn)空置，可以被應(yīng)用到PON系統(tǒng)中，對(duì)PON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸速率具有重要的作用，在提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)，還能夠有效降低成本，解決網(wǎng)絡(luò)色散帶來(lái)的復(fù)雜性弊端的問(wèn)題，還能提高PON網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。另外，光OFDM技術(shù)的靈活性、多邊形，也提高了PON系統(tǒng)的靈活性與系統(tǒng)架構(gòu)的多元化，使得PON系統(tǒng)更具技術(shù)兼容性與拓展性，而且，光OFDM技術(shù)的調(diào)制功能還可以作為物理層傳輸方式，在PON的通信系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置與應(yīng)用。

2.3 在光載射頻(ROF)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

OFDM技術(shù)與光載射頻(ROF)通信系統(tǒng)的結(jié)合，可以提高ROF通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性，充分利用ROF光纖傳輸帶寬，將光纖通信與無(wú)線通信結(jié)合在一起，提高ROF通信的應(yīng)用范圍。但是，光載射頻(ROF)無(wú)線通信系統(tǒng)具有無(wú)線多徑衰弱、信號(hào)不穩(wěn)定、光纖色散的弊端，在通信傳輸?shù)倪^(guò)程中，容易出現(xiàn)信號(hào)失真的現(xiàn)象，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定現(xiàn)象。光OFDM技術(shù)采用載波頻譜傳輸?shù)姆绞?，具有的多徑衰弱和光纖色散容忍性的優(yōu)勢(shì)，能夠有效克服光載射頻通信系統(tǒng)出現(xiàn)的這些問(wèn)題，故將OFDM技術(shù)應(yīng)用到光載射頻通信系統(tǒng)中，能提高ROF通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量與效率。

2.4 在長(zhǎng)途高速骨干光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，在光網(wǎng)絡(luò)通信中，采用長(zhǎng)途高速骨干光纖通信技術(shù)能夠提高網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性，光OFDM技術(shù)獨(dú)有的高頻譜效率和抗多徑傳播速率，使得無(wú)線通信數(shù)據(jù)具有良好的穩(wěn)定性，解決了長(zhǎng)途高速骨干光纖通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)乃p問(wèn)題，同時(shí)也提高了長(zhǎng)途高速骨干網(wǎng)通信系統(tǒng)的頻譜利用效率。同時(shí)，利用OFMD技術(shù)也增加了對(duì)CD和PMD的容忍性，在提高長(zhǎng)途高速骨干網(wǎng)光纖通信容量的同時(shí)，也能夠提高通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在光OFDM技術(shù)的應(yīng)用上，提高了檢測(cè)方式的效率和靈敏度，與PDM技術(shù)結(jié)合，可以有效解決信號(hào)的衰減、色散等問(wèn)題，不僅能降低通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的成本，還能夠提高網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性。在偏振復(fù)用CO-OFDM系統(tǒng)中，可以有效地對(duì)光纖通信中的偏振模色散進(jìn)行補(bǔ)償，減少網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的衰減，對(duì)提高整個(gè)通信系統(tǒng)各個(gè)元器件的效能與網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量十分重要，還能進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的速率。在光纖網(wǎng)絡(luò)通信中，采用OFDM技術(shù)可以消除由光信號(hào)的傳輸會(huì)受到偏振相關(guān)損耗(PDL)、偏振模色散(PMD )以及信號(hào)色散(CD)效應(yīng)的影響，提高了網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量，有效實(shí)現(xiàn)超大容量、超高速率、超長(zhǎng)距離的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸，對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)通信容量也具有重要的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

光OFDM技術(shù)與光纖通信結(jié)合，對(duì)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信的效率與質(zhì)量具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，光OFDM技術(shù)作為一項(xiàng)關(guān)鍵性、核心性的技術(shù)，在未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)、5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在具體后續(xù)研究中，對(duì)光OFDM系統(tǒng)中的非線性效應(yīng)還需深一步的研究，對(duì)改善現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)中存在的不足，提高通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與安全性十分重要。