光通信與網(wǎng)絡(luò)劉帥民

1、 光正交頻分復(fù)用的非線性特性及其補(bǔ)償 姓名：劉帥民 學(xué)號(hào)：201120195005摘要：首先文章介紹了正交頻分復(fù)用（OFDM）的一些基本知識(shí)，以及它與光通信的結(jié)合，指出它們結(jié)合之后的優(yōu)勢(shì)與不足，其中非線性是最為嚴(yán)重的問(wèn)題。最后，文章講解了一些對(duì)非線性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，例如DBP，OPC，EPC，RFP等。關(guān)鍵字：OFDM;DBP;OPC;EPC;RFPAbstract: First introduced some basic knowledge of the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and the combination

2、 of optical communication points out the advantages and shortages after they combined. Among them the most serious problem is nonlinearity.Finally explained some methods of the compensation about nonlinear characteristics , such as DBP, OPC, RFP, etc.Keywords: OFDM; DBP; OPC; EPC;RFP一 引言正交頻分復(fù)用(Ortho

3、gonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)具有高數(shù)據(jù)傳輸速率、高效的頻譜利用率和抗多徑干擾的能力。最近幾年，OFDM技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用在移動(dòng)以及固定數(shù)據(jù)傳輸中，例如非對(duì)稱數(shù)字用戶線路(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)、數(shù)字視頻廣播(DVB-T和DVB-H)，以及無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless LAN)等。目前，OFDM已被視為第四代移動(dòng)通信最具競(jìng)爭(zhēng)力的傳輸技術(shù)1。光載正交頻分復(fù)用(O-OFDM)是將OFDM技術(shù)應(yīng)用于光通信網(wǎng)絡(luò)的一種新技術(shù)，可以構(gòu)造出高速率、大容量、低成本的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，而且易于信道容量的擴(kuò)

4、展。O-OFDM能夠有效地對(duì)抗光通信系統(tǒng)中的色度色散和偏振模色散引起的符號(hào)間干擾( ISI)，而且循環(huán)前綴(CP)的引入，更進(jìn)一步增強(qiáng)了O-OFDM通信系統(tǒng)的抗色散能力，降低了色散管理的復(fù)雜度，同時(shí)對(duì)提高數(shù)據(jù)傳輸率和系統(tǒng)容量也起到了重要作用2。另外，O-OFDM系統(tǒng)中的各個(gè)子信道的不同頻譜相互疊加，更有效的利用了頻譜資源，提高了帶寬利用率3 。除此之外，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于優(yōu)化，使OFDM技術(shù)在光通信領(lǐng)域，尤其是40Gbit/ s以上的高速光通信領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景4 。雖然O-OFDM系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，但也有其不足之處，主要表現(xiàn)在峰值平均功率比( PAPR)較大和對(duì)相位噪聲極為敏感。這些

5、相位噪聲包括光器件的相位噪聲、非線性相位噪聲和放大自發(fā)輻射噪聲( ASE)等。造成峰均比較大的根本原因是多個(gè)相位一致的子信道相互疊加，所得到的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率遠(yuǎn)大于信號(hào)的平均功率5。二 克服非線性特性的方法未來(lái)光傳輸網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)采用具有高數(shù)據(jù)傳輸速率和高光譜利用效率的光纖傳輸系統(tǒng)6。為了提升光傳輸網(wǎng)絡(luò)的光譜利用率，高階的調(diào)制格式將會(huì)被用于具有緊密間隔的WDM網(wǎng)絡(luò)中。由于先進(jìn)的調(diào)制格式需要更強(qiáng)的信噪比，所以高數(shù)據(jù)傳輸速率和高光譜利用率的系統(tǒng)將會(huì)受到區(qū)域內(nèi)和跨通道的光纖的非線性特性的限制。因此，研究先進(jìn)的降低或者補(bǔ)償光纖的非線性特性的技術(shù)是十分有意義的。最近，數(shù)字后向傳輸(Digital Back

6、ward Propagation，DBP)技術(shù)已經(jīng)被介紹用于補(bǔ)償光纖的非線性特性7,8。此外，光學(xué)相位共軛(Optical Phase Conjugation，OPC)技術(shù)也已經(jīng)被提議用在補(bǔ)償光纖的色散和非線性特性的光纖傳輸系統(tǒng)當(dāng)中9。盡管DBP技術(shù)因?yàn)樗撵`活性以及較好的性能而備受人們的青睞，但是它本身在計(jì)算復(fù)雜性方面仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。雖然，OPC技術(shù)具有快速和很大的帶寬性能，但是它涉及到完成相位共軛的復(fù)雜的非線性過(guò)程10。鑒于以上兩種技術(shù)的缺點(diǎn)，最近又提出了一種電子相位共軛(Electronic Phase Conjugation ，EPC)技術(shù)，用于對(duì)光纖的非線性進(jìn)行補(bǔ)償10。除了以上

7、兩種方法用于補(bǔ)償光的非線性特性的影響之外，還有許多方法用于解決這種問(wèn)題，例如DSP技術(shù)11、RFP技術(shù)12、實(shí)時(shí)IQ不平衡補(bǔ)償13等，下面將逐一進(jìn)行介紹。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，補(bǔ)償非線性損傷的研究正在加速發(fā)展。在采用線性相位調(diào)制格式的系統(tǒng)當(dāng)中，非線性相位噪聲由于Gordon-Mollenauer效應(yīng)的影響，已經(jīng)不再那么重要了。對(duì)非線性相位噪聲的補(bǔ)償效果已經(jīng)被具有色散管理傳輸線的DSP技術(shù)在實(shí)驗(yàn)的情況下證明了14。由于數(shù)字補(bǔ)償?shù)脑?，大量的色散可以在信?hào)接收之后得到補(bǔ)償。因此我們可以在采用交叉相位調(diào)制(XPM)的WDM系統(tǒng)中通過(guò)移除線性光色散補(bǔ)償模塊而獲得潛在的利益15,16。在這種情況下，通道

8、內(nèi)的非線性，如自相位調(diào)制(SPM)和交叉極化調(diào)制(XPolPM)成為主要的障礙因素。一種用來(lái)直接解決這些障礙的方法是數(shù)字反向傳輸方法即將傳統(tǒng)的色散均衡器分成小塊，在它們的間隔之間插入具有倒相功能的模塊17。但是這種方法實(shí)施的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的色散均衡器?；谏漕l試點(diǎn)(RFP)的PN補(bǔ)償是一個(gè)有效的激光補(bǔ)償相位噪聲的技術(shù)18。這種補(bǔ)償技術(shù)采用在傳輸?shù)腛FDM頻譜的中間放置一個(gè)RFP用以恢復(fù)出由PN造成的扭曲。最近，已經(jīng)證明基于RFP的相位噪聲補(bǔ)償技術(shù)對(duì)于非線性補(bǔ)償也是一種行之有效的方法19。相干光正交頻分復(fù)用(CO-OFDM)在接收靈敏度、頻譜利用、以及降低偏振色散方面提供了優(yōu)越的性能20。直

9、接下變頻架構(gòu)由于不再利用圖像抑制濾波器并大大降低了對(duì)電氣帶寬的需求而被廣泛應(yīng)用于相干檢測(cè)。但是這種架構(gòu)具有眾所周知的IQ不平衡的缺點(diǎn)。在光OFDM系統(tǒng)中，只有很少的關(guān)于IQ不平衡的補(bǔ)償?shù)慕忉?1，但是它們都不是在線的IQ不平衡的補(bǔ)償。在線IQ不平衡補(bǔ)償不僅降低了對(duì)電器元件的嚴(yán)格要求，而且還可以通過(guò)采用一種特定的符號(hào)來(lái)自動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償由于IQ不平衡造成的損傷。目前，已有一種基于實(shí)時(shí)傳輸速率為10.7Gbit/s的CO-OFDM系統(tǒng)且使用16-QAM調(diào)制方式的特殊符號(hào)的實(shí)時(shí)接收端的IQ不平衡校準(zhǔn)計(jì)劃。此外，還有一種比較新穎的方法用于對(duì)光OFDM非線性特性的補(bǔ)償：從載體方面看待光傳輸時(shí)的非線性特性。為

10、了保持相同的傳輸速率，對(duì)噪音以及光的非線性特性帶來(lái)的損傷進(jìn)行積極的管理，對(duì)于那些高數(shù)據(jù)傳輸速率和高光譜利用率的系統(tǒng)也顯得十分的重要。相對(duì)于傳統(tǒng)的改善光非線性損傷的方法采用數(shù)字信號(hào)處理器的電氣色散補(bǔ)償方法不僅能夠帶來(lái)重大的運(yùn)作優(yōu)勢(shì)，而且增強(qiáng)了光傳輸系統(tǒng)對(duì)于非線性特性的耐受性22。以上這些就是近幾年來(lái)對(duì)于光非線性特性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊恍┬屡d的方法。雖然他們都有自己的優(yōu)勢(shì)，但是他們也有面臨著實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性的挑戰(zhàn)。所以，一些新的關(guān)于光非線性特性的補(bǔ)償?shù)那袑?shí)有效的、簡(jiǎn)單的方法是我們今后不斷追求的目標(biāo)。三 對(duì)后來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)高數(shù)據(jù)傳輸速率和高光譜利用率是未來(lái)光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)，這將會(huì)是我們一直追求的目標(biāo)。但是

11、由于光非線性特性的影響，在追求上述目標(biāo)的時(shí)候?qū)?huì)遇到許多難題。因此，在以后的研究之中，一些用于克服光非線性特性的影響的方法將會(huì)受到更多的關(guān)注。參考文獻(xiàn)：1金博，董亞萍.正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的頻偏估計(jì)J.電子元器件應(yīng)用，2007,6,(5)2J.Armstrong.OFDM for optical communicationsJ.J.Lightwave Technol.2009,27(3):189-2043B.J.C.Schmidt,A.J.Lowery,and J.Armstrong.Experimental demonstrations of electronic dispersion com

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