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OFDM可见光通信基带系统的研究与设计的开题报告一、研究背景随着移动互联网技术的日益发展，人们对高速宽带网络的需求越来越迫切。
但是无线频谱资源是有限的，因此在宽带无线通信领域中，采用可见光通信(VLC)技术逐渐成为一种新兴的技术。
可见光通信采用白炽灯、LED灯等照明设备作为载体，将信息通过光信号的调制传输。
相比于传统的无线通信技术，可见光通信的优点在于频谱资源丰富、抗干扰能力强、数据传输速率较高等。
OFDM(正交频分复用)技术被广泛应用于无线通信领域，它可以将物理通信信道分成若干个子载波，进而实现多用户同时传输。
在可见光通信领域，OFDM也被应用于基带通信系统中，通过将光信号分成多个子载波进行传输，提高了数据传输信道的利用率。
因此，本研究基于可见光通信技术，选用OFDM技术设计可见光通信基带系统，旨在实现高速、稳定、可靠的数据传输。
二、研究内容本研究的主要内容包括：1. 可见光通信的基本原理与应用领域的介绍，介绍可见光通信的发展历程及其与传统无线通信的异同。
2. OFDM技术原理的研究，包括OFDM技术的概念、优点、子载波间正交性、时频域信号分析等内容。
3. 可见光OFDM基带通信系统的设计与实现，包括系统关键部件的选型、系统参数的设置、调制方式与解调方式的选择等。
4. 编写相关的仿真程序，对所设计的OFDM可见光通信基带系统进行仿真，并对仿真结果进行分析与评价。
5. 对实验环境进行搭建，测试所设计的OFDM可见光通信基带系统在实验环境下的性能指标，包括误码率、信噪比等参数。
三、预期成果1. 完成可见光OFDM基带通信系统的设计与实现，实现高速、稳定、可靠的数据传输。
2. 对所设计的OFDM可见光通信基带系统进行仿真，并对仿真结果进行分析与评价，得到基于OFDM的可见光通信系统的优化方案。
3. 在实验环境下，测试所设计的OFDM可见光通信基带系统在性能指标上的表现，并对测试结果进行分析与评价。
4. 完成相关技术报告与论文的撰写，将研究成果发表在相关期刊或会议上，并将所获得的经验总结出一份可供实际应用的技术文档。
基于OFDM的高速光传输系统的关键技术研究第二章基于OFDM的高速光传输系统研究2.3 DD-OFDM系统和CO-OFDM系统原理2.3.1马赫曾德尔调制器的光调制原理光纤通信系统中的调制方式可分为两大类:内调制和外调制内调制,也称为直接调制,是通过半导体激光器的注入电流来实现光强度调制内调制技术具有简单、经济、容易实现等优点,是低速率、短距离的光纤通信中常用的调制方式但对半导体激光器进行内调制时,激光器的动态谱线增宽,信号受单模光纤色散的影响增加,从而限制了光纤的传输容量。
因此在高速率、长距离的光纤通信系统中,一般均采用外调制技术外调制是用独立于光源之外的外调制器来完成的,因而不会影响光源的工作特性,可得到高的传输质量。
外调制技术不仅适合于半导体激光器，也适合与其他类型的激光器目前光纤通信系统中主要用到的外调制器件有两种:一种是基于电光效应的马赫曾德尔调制器(MZM);另一种是基于电吸收效应的电吸收调制器(EAM)。
本论文在搭建DD-OFDM系统和CO-OFDM系统仿真平台时主要采用的是工作在推挽模式下的双臂驱MZM,所以本节将主要分析和研究双臂驱动MZM的调制原理(l)双臂驱动MzM的调制原理:(2)MZM引入的调制非线性问题针对DD-OFDM系统,因其接收端是采用直接检测的方式,所以MZM调制属于强度调制,所以最佳的.偏置点应选择为:针对CO-OFDM系统,因其接收端是采用相干检测的方式,所以MZM调制属于幅度调制,所以最佳的偏置点应选择为:V只是双臂驱动MZM中-个臂上的偏置电压,对这是因为前面式(2-17)中的DC于MZM而言其偏置电压应是上下臂之和。
//很重要2.3.2 DD-OFDM系统的原理DD-OFDM系统是指在接收端采用直接检测的方法来解调光OFDM信号的系统。
由于光OFDM系统本身具有较高的抗色散能力,所以最初的DD-OFDM系统是作为一种电域色散均衡技术(EDC)而被提出[10]。
OFDM技术的研究与仿真刘彦波燕山大学毕业设计(论文)任务书摘要本文介绍了OFDM的基本原理及应用然后用MATLAB软件对OFDM 技术进行仿真分析。
首先简单介绍了OFDM的基本原理、引用领域及发展现状、趋势。
为之后的仿真平台构建奠定基础。
其次，对OFDM系统进行系统平台构建、写出系统流程图。
通过阅读相关书籍和文献资料写出MATLAB语言的仿真程序，并进行调试和修改。
通过软件仿真出OFDM系统在QPSK调制下和没有插入保护间隔的波形图。
最后，通过对QPSK调制和解调方式原理的学习，配合MATLAB的仿真图对仿真结果进行比较分析得出其对误码率的影响。
关键词正交频分复用；MATLAB；仿真；误码率AbstractThis paper introduces the basic principles of OFDM and its application software and then analysis OFDM technology using the MATLAB simulation.First of all, it introduced the basic principles of OFDM briefly, citing the development of the area and the status, trends. And it will do help for the foundation platform in future.Secondly, we build the system of the OFDM system platform to write the system flow chart. Reading relevant books and literature, it's the way to write, debug and modify the simulation program. By simulating software of OFDM system in the QPSK modulation,we can drew the waveform which is not to insert the guard interval.Finally, we analyze MATLAB simulation diagram of the simulation results to get the impact of the error rate by learning the way of QPSK modulation and demodulation principles.Keywords OFDM; MATLAB; Simulation; BER目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2OFDM系统的概述 (1)1.2.1 OFDM历史 (1)1.2.2 OFDM现状 (2)1.2.3 OFDM技术的应用 (3)1.2.4 OFDM技术的优势和不足 (6)1.3本论文的主要任务 (8)第2章OFDM基本原理 (9)2.1多载波调制理论简介 (9)2.2OFDM系统的基本模型 (11)2.3OFDM系统调制解调的FFT实现 (12)2.4OFDM系统正交性原理 (13)2.5保护间隔和循环前缀 (15)2.5.1 保护间隔插入的原理 (15)2.5.2 插入保护间隔后的OFDM系统分析 (15)2.6傅立叶变换的过采样 (18)2.7OFDM信号的频谱特性 (19)2.8OFDM系统的关键技术 (20)2.9本章小结 (22)第3章OFDM系统的仿真与分析 (23)3.1OFDMD的系统仿真 (23)3.1.1 MATLAB的简介 (23)3.1.2 OFDM模型的参数选择 (25)3.1.3 MATLAB仿真步骤 (26)3.1.4 结果分析 (26)3.2本章小结 (27)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)附录1 (33)附录2 (38)附录3 (42)附录4 (46)第1章绪论1.1 课题背景在当今的人类社会，信息和通信两个词汇越来越多的出现在人们的生活当中。
摘要21世纪即将进入5G的时代，移动通信正在朝着更高的传输速率、更低的延迟、更宽的带宽、更高的频谱利用率的方向快速发展。
OFDM技术作为5G通信领域的一项关键技术，在移动通信的应用领域发挥着重要的作用。
本文主要研究了OFDM系统的信道估计与信号检测技术，设计并实现了基于AD9361的同步信号检测系统。
首先研究了OFDM系统中传统的信道估计算法，并通过仿真，分析不同导频方案设计的传统信道估计算法的局限性。
其次将深度学习的神经网络模型引入到OFDM系统中，打破传统模块化的通信系统设计模式，建立联合信道估计与信号检测的端到端网络模型，基于神经网络模型根据接收数据直接恢复出原始数据流。
与传统算法相比，基于深度学习的端到端信号检测算法无需信道的统计信息，通过大量数据学习信道特性并用于信号检测。
本文提出一种基于滑动双向门控循环单元模型(SBGRU)的端到端序列检测算法，仿真表明，所提的端到端序列检测算法在较少的导频占用率、较大的多普勒频移、较大的时延等恶劣的信道条件下相较传统信道估计算法有明显的误码率性能提升，由于充分利用序列中蕴含的信息，本文提出的SBGRU算法比基于深度神经网络模型(DNN)的符号检测算法的性能更好，且在不同信噪比条件下的泛化能力更强。
最后设计了同步信号检测系统，在两发两收天线的射频系统中，通过发射一组ZCZ 码，利用其正交性克服不同天线间的相互干扰问题，在接收端，使用基于匹配滤波器的互相关检测实现同步信号的快速捕获。
基于FPGA和AD9361搭建完整的射频收发平台，通过配置AD9361完成特定参数的射频系统设计，并对射频收发链路进行调试，在此平台上，对同步信号检测方案进行测试，验证同步方案的合理性和可靠性。
关键词：OFDM；信道估计；信号检测；深度学习；AD9361ABSTRACTThe 21st century is the age of 5G. Mobile communication is developing rapidly towards to higher transmission rate, lower delay, wider bandwidth and higher spectrum utilization. As a key technology in 5G communication field, OFDM technology plays an important role in the application field of mobile communication.This paper mainly studies the channel estimation and signal detection technology in OFDM system, designs and implements the synchronization signal detection system based on AD9361. Firstly, this paper studies the traditional channel estimation algorithms in OFDM system, simulates and analyzes the limitations of the traditional channel estimation algorithms designed by different pilot schemes.Secondly, this paper introduces deep learning neural network model into OFDM system, breaks the modular design mode of traditional communication system, establishes the end-to-end neural network model joint channel estimation and signal detection, and directly recovers the original data flow according to the received data based on the neural network model. Compared with the traditional algorithm, the end-to-end signal detection algorithm based on deep learning does not need the statistical information of the channel, it uses a large number of data to learn the channel characteristics for signal detection. In this paper, an end-to-end sequence detection algorithm based on Sliding Bidirectional Gated Recurrent Unit (SBGRU) is proposed. From our simulation results, the proposed algorithm has better bit error rate(BER) performance compared with traditional algorithms in less pilot occupation, larger Doppler shift, larger channel delay, etc. Due to making full use of the information contained in the sequence, the proposed SBGRU algorithm has better BER performance compared with the symbol detection algorithm based on deep neural network(DNN), and it has stronger generalization ability in different signal-to-noise ratio (SNR).Finally, this paper designs a synchronization signal detection system. In the RF system of two transmitter and two receiver antennas, this paper transmits a set of ZCZ codes, uses its orthogonality to overcome the interference between different antennas. At the receiver, the cross-correlation detection based on matched filter is used to realize the detection of synchronization signals rapidly. This paper builds a complete RF transceiver platform based哈尔滨工程大学硕士学位论文on FPGA and ad9361, designs the specific parameters by configuring ad9361 in RF system, debugs the RF transceiver link, and tests the synchronous signal detection scheme on the hardware platform to verify the rationality and reliability of the synchronization scheme.Key words：OFDM; channel estimation; signal detection; deep learning; AD9361OFDM系统的信道估计与信号检测研究与实现目录第1章绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1 信道估计技术的研究现状 (2)1.2.2 同步信号检测技术的研究现状 (3)1.3论文的主要工作和内容安排 (5)第2章无线信道及OFDM技术 (7)2.1无线信道特性 (7)2.1.1 大尺度衰落 (7)2.1.2 小尺度衰落 (8)2.1.3 基于Jakes模型的瑞利衰落信道 (9)2.2OFDM技术原理 (10)2.2.1 OFDM收发机结构 (10)2.2.2 子载波调制 (11)2.2.3 OFDM保护间隔 (12)2.3基于导频辅助的OFDM系统信道估计技术 (13)2.3.1 LS信道估计算法 (14)2.3.2 MMSE信道估计算法 (15)2.3.3 线性插值 (17)2.3.4 仿真分析 (17)2.4本章小结 (20)第3章基于深度学习的端到端信号检测系统 (21)3.1深度学习相关理论 (21)3.1.1 深度神经网络模型 (21)3.1.2 循环神经网络模型 (24)3.2基于深度学习的端到端信号检测系统 (26)3.2.1 传输的信号结构 (27)3.2.2 基于深度学习的OFDM系统架构 (27)哈尔滨工程大学硕士学位论文3.2.3 基于DNN的端到端符号检测模型 (28)3.2.4 基于SBGRU的端到端序列检测模型 (29)3.3仿真分析 (32)3.4本章小结 (38)第4章基于AD9361的同步信号检测系统设计 (39)4.1同步信号检测系统方案设计 (39)4.1.1 系统总体设计方案 (39)4.1.2 基带发射端设计方案 (40)4.1.3 基带接收端设计方案 (41)4.2AD9361射频收发系统 (43)4.2.1 AD9361概述 (43)4.2.2 AD9361工作原理 (44)4.2.3 AD9361寄存器配置 (45)4.3实际测试 (51)4.3.1 AD9361射频收发链路测试 (51)4.3.2 同步系统测试 (53)4.4本章小结 (54)结论 (55)参考文献 (57)攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 (63)致谢 (65)第1章绪论第1章绪论1.1 研究背景与意义随着移动通信技术的不断发展，4G已经快速成为与我们生活密切相关的移动通信技术。
OFDM—第四代移动通信核心技术分析随着社会的飞速发展，不仅科学技术水平得以提高，通信技术的发展也是空前的。
目前使用的第三代移动通信（3G），3G是在上一代移动通信的基础上加上了不同种类的宽带业务，较之第二代移动通信，在宽带上业务上有明显的先进性，但是智能化程度还不够。
所以在3G时代还未结束之时，全球通信行业就已经开始了第四代移动通信技术--4G的研究。
标签：4G移动通信核心技术OFDM技术一、引言迄今为止，移动通信已经经历了三代的发展，第四代移动通信的基本标准也基本上确立了。
第一代移动通信（1G）主要采用FDMA（模拟技术和频分多址技术）技术，这种技术只能提供区域性语音业务，而且通话效果差、保密性能也不好，用户的接听范围也是很有限。
第二代移动通信（2G）采用GSM（数字语音传输技术）技术，相较于第一代模拟移动通信具有较高的通信质量。
第三代移动通信（3G）采用了TD-SCDMA技术、智能天线技术、WAP技术、快速无限IP技术、软件无线电技术、多载波技术和多用户检测技术。
3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等），代表特征是提供高速数据业务。
虽然第三代移动通信技术较前两代有了很大进步，但是其自身还是存在诸多缺陷。
如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率不能满足对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信（视频）的完全需求；没有达成全球统一的标准等。
基于3G以上缺陷，4G的研发工作已经开始进行了。
二、第四代移动通信技术概述4G（第四代移动通信技术）的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。
它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。
第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。
第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
可见光通信中的OFDM技术的改进与仿真鲍晶晶;董华锋【摘要】传统无需增加直流的可见光通信OFDM技术(PAM-DMT),对子载波的利用率较低,受噪声干扰大.提出融合PAM-DMT以及DCO-OFDM信号的PDO-OFDM调制解调方法并对其进行改进,在PAM-DMT系统中融入DCO-OFDM信号,充分利用子载波资源,提升通信速率.对PDO-OFDM中三项参数进行合理设置,提高系统解码性能.通过频域分集合并方法改进系统的接收端,依据傅里叶变换的线性特征,直接在频域中进行减法运算,获取纯净的PAM-DMT信号在子载波实部中的数值,采用PAM-DMT改进接收端完成解调,增强系统的解码性能.仿真结果表明,所提方法优化了可见光通信的误码率,显著提升了系统的调整性能.%The traditional visible light communication OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) technology (PAM -DMT) which does not need to add DC has low utilization ratio of subcarriers and is greatly affected by noise interference.The PDO-OFDM modulation-demodulation method fusing PAM-DMT and DCO-OFDM signals is proposed and improved.The DCO-OFDM signal is fused into the PAM-DMT system to improve the communication rate by making full use of the subcarrier resources.The three parameters of PDO-OFDM are rationally set up to improve the decoding performance of the system.The receiving end of the system is improved with frequency diversity combining method.The subtraction operation is performed directly in the frequency domain according to the linear features of Fourier transform to obtain the numerical value of pure PAM-DMT signal in subcarrier real part.The PAM-DMT is used to modifythe receiver for demodulation and enhance the decoding performance of the system.The simulation results show that the proposed method can improve the adjustment performance of the system obviously by optimizing the bit error rate of the visible communication.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2017(040)016【总页数】3页(P32-34)【关键词】可见光通信;OFDM技术;技术改进;调制解调【作者】鲍晶晶;董华锋【作者单位】东莞职业技术学院,广东东莞523808;广东工业大学,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TN929.1-34;TN91当前的可见光通信在医学、探测以及军事等领域具有重要的应用价值。
基于DCO-OFDM的无线光通信系统性能分析【摘要】本文基于DCO-OFDM技术，针对无线光通信系统进行了性能分析。
在阐述了研究背景、研究目的和研究意义。
在正文中，首先介绍了DCO-OFDM技术的原理，然后设计了无线光通信系统架构，建立了性能分析模型，进行了仿真实验结果分析，并探讨了系统性能优化方案。
结论部分总结了基于DCO-OFDM的无线光通信系统性能分析，展望了未来研究方向。
本研究对无线光通信系统的发展具有重要意义，为提高系统性能和优化设计提供了有效方法和指导。
【关键词】无线光通信、DCO-OFDM、性能分析、系统架构、模型建立、仿真实验、性能优化、总结、展望1. 引言1.1 研究背景DCO-OFDM是一种新型的调制技术，它能够有效地提高系统的性能，并且具有较好的抗干扰能力。
将DCO-OFDM技术应用于无线光通信系统中，有望提高系统的传输速率、降低系统复杂度，并且提高系统的稳定性。
为了更好地探讨基于DCO-OFDM的无线光通信系统的性能，有必要进行相关研究和分析。
本文旨在通过对基于DCO-OFDM的无线光通信系统进行性能分析，探讨系统的优化方案，为无线光通信技术的进一步发展提供理论支持和实践指导。
通过本研究，可以更好地解决无线光通信系统中存在的问题，促进该技术在实际应用中的推广和应用。
1.2 研究目的研究目的是为了深入探讨基于DCO-OFDM的无线光通信系统在实际应用中的性能表现和优化方案，从而提高系统的传输效率和可靠性。
通过对系统性能进行全面分析和评估，可以为未来无线光通信系统的设计和优化提供重要参考，促进该领域的研究和发展。
通过本研究的实验结果分析和性能优化方案探讨，可以为工程实践中的无线光通信系统实现提供指导，进一步推动无线通信技术的发展和应用。
本研究旨在为DCO-OFDM技术在无线光通信系统中的性能分析和优化提供具体且有实际意义的研究成果，为相关领域的研究工作者和工程师提供有益的参考和借鉴。
OFDM原理及其应用(论文)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文）学院：电子与自动化学院专业: 电子信息工程学生:指导教师：完成日期: 2010年5月26日3大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文）题目名称OFDM的原理及其应用总计毕业设计(论文) 50 页表格 2 个插图14 幅摘要在现代通信系统中,如何高速和可靠地传输信息成为人们关注的一个焦点。
虽然现在数据传输理论和实践已经取得了相当大的进展,但是随着通信的发展，特别是无线通信业务的增长，可以利用的频率资源日趋紧张。
OFDM调制技术的出现为实现高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径。
正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是当前一种非常热门的通信技术.它即可以被看作是一种调制技术,也可以被看作是一种复用技术。
由于它具有抗多径衰落和频谱利用率高的特点,因此被广泛应用于高速数字通信领域,比如应用于IEEE 802.11a无线局域网（WLAN）的物理层等等。
本文叙述了正交频分复用技术的产生背景、发展历史、基本原理和OFDM系统的实现方法.其中OFDM的原理部分介绍了OFDM的系统组成、调制方式、信道的分配以及使用OFDM技术的优势与不足所在，指出在短波通信中采用OFDM体制需要解决的几个关键性技术。
最后总结了OFDM系统的性能特点以及在实际中的应用，并且展望了今后的无线移动技术的发展前景。
关键词:正交频分复用；调制；解调；4GIAbstractIn modern communication system，how to transmit information with high speed reliablely become a focus that people pay attention to. Though now，data transmission theory and practice have gotten fairly big progress, but along with the development of communication, especially the increase of wireless communication business but with a view to with frequency resource become tense day by day. The appearance of OFDM modulation technology is the modulation technology of interference rejection that realizes efficiency with raising the utilization rate of frequency band have opened up a new route.Because of wireless environment where multipath maybe significant，Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), a special form of multicarrier modulation (MCM）, where a single data stream is transmitted over a number of lower rate subcarriers has recently received considerable attention for its robustness to multipath selective fading and high bandwidth efficiency。
可见光通信OFDM技术在FPGA上的设计与实现可见光通信是一种利用可见光作为传输介质的无线通信技术，具有频谱资源丰富、安全可靠等优势。
OFDM技术作为一种多载波调制技术，具有抗多径衰落、高频谱利用效率等特点。
本文针对进行了研究。
首先，对可见光通信OFDM技术进行了简要介绍。
OFDM技术将高速数据流分为多个低速子载波，通过并行传输的方式提高了传输效率。
同时，OFDM技术采用循环前缀技术来抵消多径衰落引起的码间干扰，提高了系统的抗干扰能力。
然后，针对可见光通信OFDM技术的特点，设计了相应的FPGA实现方案。
首先，根据OFDM技术的特点，设计了一种合适的调制解调器结构。
调制解调器包括子载波生成模块、IFFT模块和FFT模块等。
其中，子载波生成模块负责生成不同频率的子载波，IFFT模块将数据从频域转换到时域，FFT模块将数据从时域转换到频域。
其次，设计了一套合适的信道编码和解码方案，提高了系统的抗噪声能力。
最后，根据FPGA的资源约束，对整个系统进行了优化和实现。
在设计和实现过程中，对FPGA的资源利用进行了充分考虑。
通过合理的模块划分和资源分配，保证了系统的性能和可靠性。
同时，通过对FPGA的时序约束进行优化，提高了系统的工作频率和稳定性。
最后，通过实验验证了所设计的可见光通信OFDM技术在FPGA上的可行性和有效性。
实验结果表明，所设计的系统具有较高的传输速率和较好的抗干扰能力，能够满足实际应用需求。
综上所述，本文对可见光通信OFDM技术在FPGA上的设计与实现进行了研究。
通过合理的系统设计和优化，实现了高效、稳定的可见光通信系统。
这对于推动可见光通信技术的发展具有重要意义，为未来可见光通信应用的推广奠定了基础。
2010年第10期中文核心期刊光载OFDM 通信系统研究The study of optical OFDM communication systermWANG Ya-min,REN Xiao-ling(School of Communication and Information Engineering,xi'an University of Science and Technology ,xi'an 710054,China)Abstract :This paper introduced the optical orthogonal frequency division multiplexing (O-OFDM)technolo-gy,constructed a large capacity and long distance of optical fiber communication system.The system is simu-lated by using the OptiSystem8.0software and MATLAB combination.The results showed that,considering optical fiber dispersion and nonlinear effect,O-OFDM system performance is far superior to the traditional ones for the optical Long-Haul transmission system.Key words :O-OFDM;modulation;equalization;dispersion compensation王亚民，任小玲（西安科技大学通信与信息工程学院，西安710054）摘要：介绍了O -O FD M 技术，构建出大容量、长距离光通信系统。
利用Opt i Syst em 8.0和M A TLA B 相结合的方式对系统进行了模拟仿真，结果显示：在长距离光纤通信中，考虑光纤色散及非线性效应进，O -O FD M 系统性能远优于传统的光通信系统。
关键词：光正交频分复用；多载波调制；均衡；色散补偿中图分类号：TN929.11文献标识码：A文章编号：1002-5561（2010）10-0051-030引言正交频分复用（Orthogonal frequ -ency divisionmultiplexing,OFDM ）是一种多载波调制技术，其基本原理是利用数字信号处理进行傅立叶反变换（IFFT ），产生一组正交的子载波用于低速率数字信号的并行传输，从而完成高速数字信号的传输任务[1]。
光载OFDM(O-OFDM)结合光纤通信的优势和OFDM 信号调制的的特点，可以构造出高速率、高容量和低成本的光传输网络，并且具有较强的信道容量扩展性，在现有的网络上可很好地升级和过度。
正因为O-OFDM 系统有着其他传统的通信系统所无法比拟的优越性能，近年来，人们提出OFDM 信号用于光纤传输链路的思想，并且经过实验数据证明OFDM 信号能够有效地对抗光纤中的色度色散和偏振模色散[2,3]，使用单抽头均衡器进行频域均衡[4]，最大限度地利用光链路的频谱资源。
因此，对O-OFDM 通信系统进行研究，对长途光通信发展有重要的现实意义。
1仿真模型的建立如图1所示，O-OFDM 系统可以分为五部分：OFDM 基带信号发射机、电/光变换、光纤链路、光/电检测和OFDM 基带接收机。
各个参数设定如下：发送部分，原始数据流为伪随机二进制序列，比特速率为10Gb/s ，经串并变后，对每路数据均进行4进制的QAM 调制，并经过映射将所得信号映射为对应的复数，再对其进行1024点的IFFT 变换。
子载波数设为512，采样速率为40GHz ，正交载波频率取7.5GHz ，通过并串变化将并行载波变为串行，在每个信号前加入循环前缀（CP ），经数模转换收稿日期：2010－06－17。
基金项目：国家自然科学基金项目（No.50774060）资助；陕西省科学技术厅项目（No.2009k08-32）资助。
作者简介：王亚民（1958-），男，教授，主要从事光网络理论与技术的研究和教学工作。
图1O-OFDM 传输系统的原理图輩輯訛2010年第10期（DAC ）变为OFDM 基带模拟信号，将基带信号通过LiNb MZM 光调制器和激光器调制到光载波上，进入光纤进行传输。
激光器采用DFB 半导体激光器频率为193.1THz ，线宽为5MHz ，功率为-4dBm 。
经过一系列调制后信道中传输的光信号频谱图如图2所示。
光纤链路部分采用1550nm 的标准单模光纤，衰减常数α=0.2dB/km ，考虑色散和非线性效应，色散取值为16.75ps/（nm ·km ）。
PIN 光电检测器的灵敏度设定为1A/W ，暗电流为10nA 。
采用双边带调制方式，放大器为掺铒光纤放大器和增益放大器。
仿真中显示结果的主要器件有时域显示仪、光功率测量仪、示波器、误码率分析仪、光谱分析仪等。
接收端信号处理是发送端的逆过程，为了减少噪声的干扰，光滤波和电滤波是必要的，将I/Q 调制后的光信号经光滤波后，PIN 探测器检测出RF 信号，经过光电检测后的信号频谱如图3所示，从RF 信号上解调出OFDM 基带模拟信号，经电滤波后模数转换(ADC)，去除循环前缀(CP remove)并作串/并变换，再作同样点数的快速傅立叶变换（FFT ）；在FFT 输出端对每路复数信号进行频域均衡，均衡后的信号映射为4进制QAM 星座点并作对应方式的解调，得到的并行数据作并/串变换后恢复成二进制串行数据，并输出。
2仿真结果及分析采用以上的仿真系统，取光纤长度120km 对OFDM 信号在光纤信道中的传输做了初步的分析研究。
如图4所示，分别给出了均衡前后的对应的星座图。
对接收信号星座图进行分析可知，来自光纤的自相位调制效应使得星座图成圆形。
因为自相位调制效应会增强传输信号相位变化，从而导致星座点发散并产生旋转，致使信号判别失误。
通过研究，我们发现色散和相位噪声是影响系统传输性能的主要因素，另外，传统的光通信中，采用电域和光域并用的方式来解决色散和非线性问题。
光域补偿虽然效果好，但是控制复杂，不易管理，成本较高，难以实现。
因此，采用频域均衡技术，对色散进行补偿。
结果表明：经过均衡，星座图的模糊和偏移可以得到有效的矫正，这说明均衡能有效补偿色散的影响，改善信道误码性能。
均衡前，星座图基本成圆形状态，这主要是由于群速率色散和偏振模色散而引起的相位偏移。
在QAM 解调时，随着相位的偏移程度增加，判决就越困难，误码率越高。
如果符号间串扰到一定程度，对判决造成阻碍，将导致误码率成倍增长[5,6]。
因此，在判决之前需引入均衡。
由于OFDM 的信号包含很多个正交的子载波，相同相位的子载波相互叠加将会出现瞬时很高的峰值，这将远大于信号的平均功率，造成很高的峰均功率比，因此，系统对发射机功率放大器的动态范围要求较高，否则会引起输出信号的非线性失真，导致信号的频谱发生变化，破坏子载波间的正交性，出现子载波间干扰，阻碍接收端的正确判决[7]。
2.1光功率变化对OFDM 信号传输的影响考虑光纤中光的非线性效应，研究了光纤中有效光信号功率的变化对接收信号误码率的影响程度。
在OOFDM 仿真系统参数设定中，其他参数保持不变，光纤长度取100km ，输入光功率从-10dBm 变化至25dBm ，同时测量系统的误码率，其测量结果如图5所示。
由图5知，在-10~15dBm 范围内，误码率在随着光功率的增加而不断减小，并在15dBm 处达到最小值。
这表明，在此范围内增加信号光功率可以提高接收信号的信噪比，降低误码率。
然而，当输入光功率大于15dBm 之后，误码率反而急剧上升。
这表明在此功率范围内光纤非线性效应将变为主要因素，影响信号传输质量图2LiNb MZM调制后的光谱图3PD检测后的信号频谱(a)均衡前(b)均衡后图4均衡前后星座图图5系统误码率与输入光功率关系輩輰訛2010年第10期导致误码率回升，使系统性能急剧恶化。
仿真结果表明：为了达到最佳系统性能，将光纤的非线性效应影响降至最低，必须选择合适的输入信号光功率，并且尽可能地保持平均光功率的稳定，以求得传输系统的最佳信噪比。
2.2O-OFDM 系统中偏振模色散对误码性能的影响在光纤传输中，色散的存在导致信号在时域上表现为峰值功率的下降，波形的展宽；频域上表现为不同频率分量产生不同的相移。
为了实现光网络的动态可重构性，在接收端可以简化色散处理机制。
在O-OFDM 系统中，引入的循环前缀的长度至少应该大于色散导致的时延，理论上只要循环前缀的长度足够长，色散的影响可以降低到最低点，但是OFDM 系统的频谱利用率将降低[8]，因此，在引入合适的循环前缀的同时将在接收端使用电均衡处理，以达到降低误码率的目的。
2.3O-OFDM 中误码率对传输距离的影响由于光纤色散影响的存在，误码率随着传输距离的增加而不断上升。
如图6所示，分别采用色散常数为25ps/（nm ·km ）、21ps/（nm ·km ）、16ps/（nm ·km ）时，通过对系统的仿真，得出当色散系数一定时，误码率随传输距离的变化关系图。
当色散常数为25ps/（nm ·km ）时，传输距离达到约73km 时，误码率已经达到系统上限(BER=10e-5)。
实际上该距离远远小于光纤内部损耗所产生的最大传输限制(0dBm 发射功率条件下约300km)。
并且已有实验表明：在允许的误码范围（10e-3）内，10Gb/s 的数据比特率可以在标准单模光纤中传输4050km [9]。
同时，在传输距离一定时，色散常数越大，误码率就越高；OFDM 信号最大传输距离还随着光纤色散常数的增加而不断减小。
因此最大传播距离基本上由光纤的色散常数大小所决定。
通常在普通正色散光纤后串接一段具有负色散特性光纤称为色散补偿光纤(DCF)，可以在很大程度上补偿光纤的正色散特性所带来的负面影响，使失真的信号得以恢复。
2.4O-OFDM 系统的非线性效应与消除O-OFDM 系统广泛应用MZM 作为光发射机进行电/光变换。
MZ 调制器是一个非线性的调制器，当信号幅度超过MZM 的最大变换线性区间时，信号将会引入不可恢复性的失真，降低系统的误码率性能[10]。
因此不仅需要对信号进行处理，使信号幅度的均值尽量落在MZM 的线性区间内，而且也需要对MZM 的偏置点进行优化选择，使在调制过程中产生的交调制失真最小。
