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基于CO-OFDM的多模光纤通信系统的研究

作　者: 万人玮
导　师: 童峥嵘
学　校: 天津理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 相干光正交频分复用 2x2多输入多输出自适应调制技术多模光纤
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

多模光纤的模式色散严重影响了其传输能力,如何提升多模光纤传输能力成为当前的研究热点。相干光正交频分复用(CO-OFDM)技术是一种新的非常有吸引力的高速通信技术。它结合了相干检测技术和OFDM技术的双重优点,使这两种技术优势互补。相干光接收系统灵敏度高,信道选择性好,可以提高OFDM技术所需的抗御非线性效应的能力,而OFDM技术计算效率高、信道简单,并可以利用OFDM信号的结构进行相位估值。CO-OFDM技术不仅能避免信道频率选择性衰落的影响,还能充分利用多模光纤的高频带通区,实现多模光纤高容量,长距离的通信,但是CO-OFDM技术并不能克服多模光纤高频区存在的深衰落点对系统性能的影响。自适应调制(AM)技术能够根据信道的变化来改变调制方式,克服多模光纤高频区域深衰落点的影响,为系统带来更高的频谱利用率。本文从CO-OFDM技术出发,对多模光纤通信系统进行研究,主要包括多模光纤信道数学模型、通信系统结构、2x2多输入多输出(MIMO)信道和自适应调制技术。具体内容如下：1)本文首先分析了多模光纤的传输特性,根据分析结果采用CO-OFDM技术设计多模光纤通信系统,使得多模光纤通信系统能以10.7Gb/s的信号速率传输200km,这比传统意义上数据速率为10Gb/s及以上的多模光纤通信系统传输距离高两个数量级。尽管这个实验不能表明多模光纤的所有优点,但是它可以证明采用相干光正交频分复用技术,多模光纤可以实现远距离,大容量的信号传输。2)根据偏振模复用理论设计出2x2多输入多输出相干光正交频分复用(2x2 MIMO CO-OFDM)多模光纤通信系统,理论分析了偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)和色散(CD)对此系统传输性能的影响,并使用信道估计的方法消除。通过仿真证明了2x2 MIMO技术能使基于CO-OFDM多模光纤通信系统的传输容量加倍。光信噪比(OSNR)为10dB,误码率(BER)满足10-3时,2x2 MIMO CO-OFDM多模光纤传输系统传输21.4Gb/s的CO-OFDM信号的距离能达到200km。3)提出了一种基于光信噪比(OSNR)门限分配算法的子带自适应调制技术,构建了基于自适应调制(AM)的CO-OFDM多模光纤通信系统。仿真结果表明,在21.4Gb/s速率传输200km的情况下,基于OSNR门限分配算法的子带自适应调制技术在CO-OFDM多模光纤通信系统中的应用使得系统对OSNR的要求降低了超过2dB。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 多模光纤通信系统的发展  10-11
  1.2 多模光纤的关键技术与发展  11-13
    1.2.1 新一代多模光纤的类型  11-12
    1.2.2 新一代多模光纤光源  12
    1.2.3 新一代多模光纤的带宽距离乘积  12-13
    1.2.4 光源的注入方式  13
  1.3 OFDM技术  13-15
    1.3.1 OFDM系统的基本原理与结构  13-14
    1.3.2 OFDM系统的优点  14-15
    1.3.3 OFDM系统的不足之处  15
  1.4 相干光通信技术  15-17
  1.5 本文的主要工作和研究成果  17-19
第二章多模光纤信道分析与仿真  19-27
  2.1 典型的多模光纤信道模型  19-21
    2.1.1 梯度多模光纤的数学模型  19-20
    2.1.2 基于时延差的多模光纤数学模型  20-21
    2.1.3 综合考虑各种因素的多模光纤数学模型  21
  2.2 基于各模式群时延的多模光纤数学模型  21-24
  2.3 多模光纤信道下的OFDM系统数学模型  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章基于CO-OFDM的多模光纤通信系统的设计  27-39
  3.1 基于 CO-OFDM的多模光纤通信系统  27-29
  3.2 系统同步  29-32
    3.2.1 定时同步  29-31
    3.2.2 频率同步  31
    3.2.3 子载波同步  31-32
  3.3 峰值平均功率比  32-34
  3.4 系统仿真与结果分析  34-38
    3.4.1 系统仿真  34-35
    3.4.2 结果分析  35-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 MIMO CO-OFDM多模光纤通信系统  39-49
  4.1 MIMO CO-OFDM信道模型  39-42
    4.1.1 1x1单输入单输出信道  40
    4.1.2 1x2单输入多输出信道  40
    4.1.3 2x1多输入单输出信道  40-41
    4.1.4 2x2多输入多输出信道  41-42
  4.2 2x2 MIMO CO-OFDM多模光纤通信系统的设计与分析  42-45
  4.3 系统仿真与结果分析  45-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章基于CO-OFDM多模光纤通信系统的自适应技术研究  49-58
  5.1 自适应调制技术的基本原理  49-50
  5.2 几种经典的自适应算法  50-52
    5.2.1 Hughes-Hartogs算法  50
    5.2.2 Chow算法  50-51
    5.2.3 简单分组比特分配算法  51-52
  5.3 基于OSNR门限分配算法的子带自适应调制技术  52-55
  5.4 自适应调制2x2 MIMO CO-OFDM多模光纤通信系统设计与仿真分析  55-57
    5.4.1 自适应调制2x2 MIMO CO-OFDM多模光纤通信系统的设计  55-56
    5.4.2 系统仿真与结果分析  56-57
  5.5 本章小结  57-58
第六章总结与展望  58-59
参考文献  59-64
发表论文和科研情况说明  64-65
致谢  65

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