基于ase寬譜光源的ofdm傳輸技術(shù)

基于ase寬譜光源的ofdm傳輸技術(shù)

1寬譜光譜技術(shù)基本實現(xiàn)了對信號的調(diào)制和傳輸微波光科學(xué)是研究光信號與微波和毫米波束信號之間相互作用的一門交叉學(xué)科。基于微波光子學(xué)的光載無線(radiooverfiber,ROF)技術(shù)將無線通信靈活性和光通信的低損耗、寬帶、大容量很好地結(jié)合起來,發(fā)揮二者的長處,近年來成為國內(nèi)外研究機構(gòu)展開研究工作熱點。在有效利用光纖帶寬資源,實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的無線接入的同時,為光纖到家(fibertothehome,FTTH)的最后一公里提供了一個有效方便快捷的解決方案。現(xiàn)有的同類ROF傳輸技術(shù)中,由于激光器單色性、定向性、高信噪比等優(yōu)點,ROF傳輸OFDM信號系統(tǒng)都是基于激光器的傳輸系統(tǒng)。在北美,美國2005年喬治亞理工學(xué)院就報道了光載無線技術(shù)與WDM-PON機構(gòu)融合的實驗結(jié)果,該方案利用高非線性色散位移光纖產(chǎn)生拉曼相關(guān)的四波混頻效應(yīng),實現(xiàn)了8×2.5Gbit/sWDM信號的全光上變頻,微波副載波信號頻率為40GHz;為了克服色散的影響,采用了單邊帶濾波技術(shù),進行單邊調(diào)制并傳輸,實現(xiàn)了大于20km的光載無線信號的傳輸,但是這種技術(shù)僅僅實現(xiàn)了簡單OOK信號傳輸,對于矢量號和多載波的OFDM信號傳輸并沒有實現(xiàn)。在歐洲,西班牙瓦倫西亞大學(xué)2008年報道了基于激光器的OFDM傳輸方案,該方案實現(xiàn)了1.25Gbit/s數(shù)據(jù)率OFDM信號25km單模光纖傳輸;由于激光器的成本和系統(tǒng)復(fù)雜度,該方案僅僅局限在實驗室級別,離大規(guī)模商用還有一段距離。在亞洲,引領(lǐng)ROF技術(shù)的臺灣交通大學(xué)在2008年報道了基于激光器的16QAM在19GHz載波下4Gbit/s數(shù)據(jù)帶寬50km長度傳輸,但這種方式在信號的產(chǎn)生上需要控制雙平行調(diào)制器3個偏置點B1、B2和B3,在實際應(yīng)用中由于偏置點隨著時間和溫度是漂移的,這對系統(tǒng)的實用性提出了挑戰(zhàn);此外為了降低色散對OFDM信號的影響,在傳輸?shù)男盘柷靶枰獙π盘栕鲱A(yù)均衡,大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度;以激光器為光源,上行系統(tǒng)的成本難于降低,對雙工ROF系統(tǒng)的實際應(yīng)用還有一定距離。因此,與同類ROF技術(shù)相比,傳統(tǒng)ROF技術(shù)在對微波信號傳輸、分配、延時處理和定向發(fā)射的同時,中心站處需要使用光學(xué)方法進行信號的光域調(diào)制和傳輸,避免不了使用激光器等價格偏昂貴的光學(xué)器件,提高了系統(tǒng)成本,另外也要求有控制光源中心波長的控制模塊和反饋裝置,增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。基站處同樣需要有用于上行線路的本振光源,FTTH技術(shù)的最大瓶頸就是基站處需要上行光源和調(diào)制器,使得成本難以壓縮,即使使用下行鏈路自帶本振光的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來降低成本,也是以提高微波信號調(diào)制和傳輸復(fù)雜度為代價的。本文開創(chuàng)性地建立了寬譜光源傳輸OFDM信號系統(tǒng)理論模型,并通過實驗驗證了理論的正確性和可行性;突破了國內(nèi)外用激光器作為光源的光載無線系統(tǒng)的傳統(tǒng)理論束縛。本文采用的寬譜光源代替激光器陣列,是無線信號傳輸和分配的新技術(shù),是未來無線接入實施可選方案之一,也是無線接入相關(guān)行業(yè)標準備選提案。通過控制基于寬譜光源傳輸系統(tǒng)的工作偏置點,降低OFDM信號的峰均比,使其工作在和以激光器為光源系統(tǒng)的相似的環(huán)境,進而實現(xiàn)低成本高效率的無線信號傳輸,解決了無線接入系統(tǒng)復(fù)雜度高和成本難以壓縮的難題,通過引入寬譜光源替代激光器陣列的方案,有效降低ROF傳輸系統(tǒng)的復(fù)雜程度,避免了大量激光器波長控制電路,從而減少系統(tǒng)成本,解決了ROF系統(tǒng)的實際應(yīng)用———FTTH技術(shù)的系統(tǒng)復(fù)雜難于維護和用戶使用門檻高的關(guān)鍵問題。該方案在實驗上實現(xiàn)了3.0GHz、1GHz帶寬16QAM,512個子載波,速率2Gbit/s的IEEE802.11bOFDM信號20km以內(nèi)無誤碼傳輸,并對信號的星座圖和誤差向量值(EVM)進行了測量,驗證了該新型的ROF鏈路傳輸OFDM信號的可行性。該實驗方案可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有WLAN和WiMAX協(xié)議中,具有很高的商用價值和較好的應(yīng)用前景。2比較測量了對寬譜光柵光副信號的信號首先分析討論傳輸系統(tǒng)光源問題。寬譜光源即自發(fā)輻射光源,作為光通信系統(tǒng)的光源,與傳統(tǒng)的基于激光器的光源相比,本質(zhì)區(qū)別在于系統(tǒng)的光噪聲,實驗組在前期的研究工作表明,通過控制輸入光電探測器(PD)的光功率可以有效抑制光噪聲大小,實現(xiàn)與基于激光器的ROF鏈路同等級別光噪聲,實現(xiàn)同等信噪比的光信號傳輸。其次在信號格式選擇上,采用OFDM信號。OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)為正交頻分復(fù)用技術(shù),將信道分成若干正交子信道,將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。它的優(yōu)勢在于頻譜利用率高,窄帶帶寬下能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù),能夠抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾,抗多徑效應(yīng),因此作為多載波矢量信號的OFDM信號在無線通信中廣泛使用,如IEEE802.11協(xié)議、Wi-Fi、WiMAX、LTE等無線通信標準。在未來的無線通信系統(tǒng)中,OFDM信號會是不可或缺的主流傳輸信號,在基于寬譜光源的ROF系統(tǒng)中傳輸OFDM信號技術(shù),是衡量該系統(tǒng)未來發(fā)展應(yīng)用前景的重要參考指標。利用寬譜光源傳輸OFDM信號,與傳輸單載波矢量信號相比,一方面OFDM有較寬帶寬,系統(tǒng)帶寬達到2GHz,系統(tǒng)調(diào)制格式信號普適于BPSK、OQAM、OFDM等信號,因而基于寬譜光源的光副載波系統(tǒng)單從帶寬上的考慮能夠滿足OFDM信號的傳輸。另一方面,與單載波通信系統(tǒng)相比,OFDM符號是由多個獨立的子載波信號疊加合成的信號,有可能產(chǎn)生大峰值功率(peakpower),且OFDM有較大的峰均比(peaktoaveragepowerratio,PAR)。OFDM系統(tǒng)時域基帶模擬符號有如下表達:峰均比有如下表達:圖1給出了Matlab仿真下OFDM信號時域圖,可見調(diào)制信號瞬時幅度可以達到均值的幾倍以上。因而在以強度調(diào)制為基礎(chǔ)的寬譜光源光副載波系統(tǒng)中,如果要調(diào)制OFDM信號,信號的調(diào)制深度m受限。由此只要解決OFDM信號瞬時幅度較大的矛盾,就能實現(xiàn)基于寬譜光源光副載波系統(tǒng)下OFDM信號的傳輸。抑制調(diào)制OFDM信號的峰均比即可滿足基于寬譜光源光副載波系統(tǒng)和延時系統(tǒng)。對OFDM信號峰均比的抑制已經(jīng)有很深入的研究,主要抑制方法分為信號預(yù)畸變技術(shù)、編碼方法和加擾序列加權(quán)處理。本文采用成熟的信號預(yù)畸變技術(shù)中的限幅峰值加窗方法抑制峰均比,圖2給出了加窗方法OFDM信號峰均比抑制前后時域圖,上為原始波形,PAR=7.0dB,下為抑制峰均比后的波形,PAR=4.2dB,優(yōu)化了2.8dB,將其輸入任意波形發(fā)生器(AWG)產(chǎn)生的波形,作為實驗的OFDM信號源?？梢钥闯?該方法解決了瞬時峰均比問題,從原理上實現(xiàn)了OFDM在基于寬譜光源的ROF系統(tǒng)中的傳輸。3ghs信號模型實驗裝置如圖3所示,任意波形發(fā)生器為泰克公司生產(chǎn)的AWG7122B,最高采樣率12GHz,輸入數(shù)據(jù)由Matlab產(chǎn)生,示波器為泰克公司生產(chǎn)DPO72004B,帶寬70GHz,離線數(shù)據(jù)處理,得到OFDM信號的基帶數(shù)據(jù)EVM。信號格式為3.0GHz、1GHz帶寬16QAM,512個載波,信號速率2Gbit/s,傳輸距離20.2km。圖4給出了在調(diào)制格深度m=0.15輸入條件下,峰均比抑制前后的星座圖,未抑制峰均比的信號的EVM為3.0%,抑制峰均比后的信號的EVM為2.6%。增大調(diào)制深度,圖5給出了在調(diào)制格深度m=0.2輸入條件下,峰均比抑制前后的星座圖,未抑制峰均比的信號的EVM為5.2%,抑制后的EVM為3.9%。無論調(diào)制深度如何選取,通過有效控制輸入調(diào)制的OFDM信號峰均比,可以使EVM減小,有效提高OFDM信號的傳輸質(zhì)量。圖6所示為不同調(diào)制深度m下OFDM信號的EVM,上面曲線為輸入原始OFDM信號時的EVM曲線,下面曲線為輸入信號經(jīng)過PAR抑制后的EVM曲線。在調(diào)制深度一定時,抑制輸入信號的峰均比可以降低信號EVM,降低誤碼率,提高發(fā)射機的動態(tài)范圍,實現(xiàn)基于寬譜光源光副載波系統(tǒng)OFDM的信號傳輸。4無線信號傳輸系統(tǒng)本文提出的新型的基于寬譜光源的ROF鏈路系統(tǒng),適用于OFDM多載波復(fù)雜矢量信號,實驗上實現(xiàn)了3.0GHz、1GHz帶寬,16QA