【正文】 值 將會(huì)補(bǔ)償如下： ?e x p ( 2 ) ( ).c offr j f t r t??? （ 213） 得到 頻偏補(bǔ)償信號(hào) ??crt后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償便可得到 公式（ 26）中接收信息 符號(hào) kir 。 2. 頻率跟蹤 頻率跟蹤通常 是建立在已取得粗略的頻率估計(jì) 基礎(chǔ)上 的 ， 頻率 跟蹤 的目的是確定頻偏的值并進(jìn)行補(bǔ)償，也稱為細(xì)估計(jì)。由于多用戶本地的接收激光器頻率是不同的，如果它們不跟蹤發(fā)射激光器的頻率， 則 沒有相同頻率的子載波 來 對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)了。圖中 offf 為頻偏 ， 1LOf 和 2LOf 分別是發(fā)送激光器和 接收 激光器的頻率 。Cox algorithm 頻率同步 OFDM 系統(tǒng)中的頻率偏移 破壞 了 各個(gè)子 載波之間的正交性，引起 碼間干擾（ ISI） 。Cox 算法 訓(xùn)練符號(hào)采用了后一半和前一半相同的時(shí)域結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致出現(xiàn)平波現(xiàn)象（在定時(shí)點(diǎn)附近出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)），然而，當(dāng)存在色散時(shí)，該平臺(tái)消失，這 表明大部分循環(huán)前綴 受到了來自相鄰 OFDM 符號(hào)的串?dāng)_影響，此時(shí)，雖然平波現(xiàn)象消失，但是時(shí)間度量曲線峰值也不明顯，出現(xiàn)多個(gè)峰值共同存在，難以準(zhǔn)確定時(shí)，所以必須將此算法進(jìn)行改進(jìn)，具體方法將會(huì)在第三章中重點(diǎn)介紹。但是由于光纖信道和無線信道的差異性，導(dǎo)致定時(shí)不準(zhǔn)確，影響系統(tǒng)性能。每個(gè) OFDM符號(hào)是由一個(gè)循環(huán)前綴和一個(gè)觀察周期組成的。 另外，上述的 COOFDM 信號(hào)處理 過程中也沒有提及到 糾錯(cuò)編碼，糾錯(cuò)編碼 要 包括糾錯(cuò)編譯碼器和交織器 [4950]。光域 OFDM信號(hào)進(jìn)入 OTR下變頻器， 采用光相干檢測(cè) ， 使用兩對(duì)平衡接收機(jī) 進(jìn)行 零差檢測(cè)， 光 OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻 OFDM信號(hào)， 完成光電轉(zhuǎn)換； 之后射頻第二章 COOFDM 單模光纖系統(tǒng)的傳輸性能研究及仿真 13 OFDM信號(hào)通過混頻后 ， 轉(zhuǎn)換為接近 直流（ DC）的中頻信號(hào)， 這個(gè)中頻信號(hào)可表示為： 0( ) e xp ( ) ( )offr t j t r t??? ? ?， 0( ) ( ) ( )r t s t h t?? (24) 12off LD LD? ? ???, 12LD LD? ? ?? ? ? ? ? (25) 其中 off?? 和 ?? 分別是發(fā)送和接收激光器之間的頻 率 偏 移 和相位偏移。 在 RTO 上變頻器中，采用光同相正交調(diào)制器將射頻 OFDM 信號(hào)轉(zhuǎn)換到光域上，此時(shí)，實(shí)現(xiàn)上變頻的功能 , RF OFDM 信號(hào) 轉(zhuǎn)變?yōu)楣?OFDM 信號(hào) ， 其中， 光同相正交調(diào)制器由 一對(duì) 由 90176。 LD: laser diode 圖 COOFDM 的 單模光纖 系統(tǒng)原理框圖 Conceptual diagram for a generic COOFDM SMF system 在 RF OFDM 發(fā)送端， 二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)流經(jīng)過 星座映射 ， 逆傅立葉變換 （ IFFT），第二章 COOFDM 單模光纖系統(tǒng)的傳輸性能研究及仿真 12 導(dǎo)頻符號(hào) 、 訓(xùn)練序列 以及 循環(huán)前綴添加 ，數(shù)模轉(zhuǎn)換，濾波 等 處理過程后形成基帶 OFDM信號(hào) ，并將其調(diào)制到射頻上；電光上變頻器是利用 馬赫 — 曾德調(diào)制器 （ MZM：Mach–Zehnder Modulation） 將 RF OFDM 信號(hào)調(diào)制到光域上；光傳輸鏈路中包括用來傳輸?shù)墓饫w和用于補(bǔ) 償鏈路損耗的 EDFA；在光電下變頻器中， 采用光相干檢測(cè)，使用兩對(duì)平衡接收機(jī) 進(jìn)行 零差檢測(cè)， 將光 OFDM 信號(hào)還原為射頻 OFDM 信號(hào)，完成光電轉(zhuǎn)換；在 RF OFDM 接收端將射頻 OFDM 信號(hào)還原成基帶 OFDM 信號(hào)，之后進(jìn)行的是 RF OFDM 發(fā)送端的逆過程，如濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，將基帶 OFDM 信號(hào)恢復(fù)為原始的二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)流。 (I)FFT: (inverse) Fast Fourier transform?；?COOFDM單模光纖系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，它主要包括五個(gè)部分， 分別為：射頻 OFDM(RF OFDM)發(fā)送端， 電光 (RFToOptical, RTO)上變頻器、光傳輸鏈路、光電 (OpticalToRF, OTR)下變頻器和 RF OFDM 接收端 。 第二章 COOFDM 單模光纖系統(tǒng)的傳輸性能研究及仿真 11 第二章 COOFDM 單模光纖系統(tǒng)的傳輸性能研究及仿真 相干光正交頻分復(fù)用（ COOFDM）作為一種新的非常有吸引力的調(diào)制 技術(shù) 而出現(xiàn)。 第一章 緒論 10 第五章對(duì)本課題的研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，并提出了下一步工作的設(shè) 想。Cox 算法、 Minnamp。 在沒有光色散補(bǔ)償?shù)那闆r下，分析了該系統(tǒng)的傳輸距離、光信噪比 (OSNR)以及系統(tǒng)的誤碼率 (BER)三者之間的關(guān)系。 單模光纖因其芯徑細(xì)， 模式色散很小 ， 衰減比多模光纖低得多， 色散小， 帶寬 大 ，支持更長(zhǎng)傳輸距離 和更高的傳輸速率 ，在未來的 長(zhǎng) 途干線傳輸 、 城域網(wǎng)建設(shè) 中單模光纖的地位將是不可動(dòng)搖的。盡管系統(tǒng)的總信道是非平坦的、具有頻率選擇 性，但每個(gè)子信道響應(yīng)是相對(duì)平坦的，且在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，從而消除了符號(hào)間干擾； 3） 由于 對(duì) OFDM 的收發(fā)處理充分利用 了 快速傅里葉變換（ FFT）等算法， 從而 有效 的降低 了 計(jì)算和算法處理的難度 ，同時(shí)降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。 2. OFDM 技術(shù) OFDM 是在無線通訊中被 IEEE 等通訊標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用的 一種 高速傳輸技術(shù)。 調(diào) 制 器電 解 調(diào) 電 路平 衡 接 收 機(jī)本 振 光 源光 源信 號(hào) 圖 相干光檢測(cè)示意圖 Schematic diagram of coherent optical detection 相干 檢測(cè) 的主要優(yōu)點(diǎn)： 1） 靈敏度高，中繼距離長(zhǎng) 。在射頻到光域的 上轉(zhuǎn)換和光 域 到射頻的下轉(zhuǎn)換中，相干系統(tǒng)帶來了 OFDM 所需 的線 性 ， OFDM 技術(shù)使線性系統(tǒng)計(jì)算效率高、信道簡(jiǎn)單并可進(jìn)行相位估值。 COOFDM 系統(tǒng)可以充分利用光纖的巨 大帶寬資源，增大傳輸容量、提高傳輸速率，在大容量長(zhǎng)距離傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖和中繼器，從而大大降低了傳輸成本， 而且它與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)有很好的兼容性，在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施上能很好的升級(jí) , 擴(kuò)容方便。 在此之后，很多與 COOFDM 的相關(guān)的理論研究和實(shí)驗(yàn)陸續(xù)發(fā)表 [4144]，COOFDM 得到了飛速的發(fā)展。 同年 8 月， 等在 Electronics Letters 發(fā)表論文 [36]指出，在相干光 OFDM 系統(tǒng)中 可以減小單模光纖的 偏振 模色散（ PMD）影響；在該課題組后續(xù)的研究中表明，在COOFDM 系統(tǒng)中， PMD 有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的色散補(bǔ)償 [3738]， 2020 年，該課題組又成功報(bào)道了利用 PMD 技術(shù)在 1000km的 SSMF 中實(shí)現(xiàn)了傳輸 [39]。 OOFDM 技術(shù)結(jié)合了相干檢測(cè)和OFDM 特點(diǎn)，抗色散能力強(qiáng)，無需色散管理，頻譜利用率高，并且可以在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上能很好的升級(jí)，具有很強(qiáng)的信道容量可擴(kuò)展性，擴(kuò)容方便，但是，它的研究還處于實(shí)驗(yàn)性階段，離商用化還有一段距離。 但是， SDM 對(duì)長(zhǎng)距離和大容量的線路還沒有提出經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)方法。目前的研究大都是在理論上的，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也第一章 緒論 6 都是原理 性的，例如：目前信號(hào)都是通過任意波形發(fā)生器（ AWG）產(chǎn)生的，所用激光器成本也很高。在 2020 年以后，國(guó)外 OOFDM 研究小組都開始集中研究 OOFDM 與現(xiàn)有光纖傳輸技術(shù)相結(jié)合，但是，當(dāng)前 PDM 與 OOFDM 相結(jié)合的高水平論文還很少，可能成為今后一大研究熱點(diǎn)。從 2020 年 3 月以后，開始出現(xiàn)一些原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也將 OOFDM 技術(shù)用于單模光纖的遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)。 2020 年 8 月， 等人仿真證明，采用 OFDM 技術(shù)，利用現(xiàn)有器件，可以實(shí)現(xiàn) 100Gb/s 的信號(hào)沿單模光纖傳輸 3480km[32]。應(yīng)用 OOFDM技術(shù)既可以做到無色散補(bǔ)償?shù)母咚俟饫w傳輸，同時(shí)又對(duì)光放大器的要求有所降低，從而大大地提升了其傳輸能力。 基于以上特點(diǎn)，正交頻分復(fù)用（ OFDM）更適合在高色散的信道中傳輸， 可 有效解決無線信道中多徑衰落和加性噪聲等問題 ，因而被廣泛應(yīng)用于無線通信和有線通信中。同時(shí)，還有文獻(xiàn)【 26,27】指出 OCDM 可用于光分組交換； 2020 年 ，文獻(xiàn)【 28】 提出了 利用 OCDMA技術(shù)用于光分插復(fù)用 器（ OADM）中，并進(jìn)行了演示實(shí)驗(yàn)，這都將推進(jìn) OCDM 技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展。 圖 OCDM 原理圖 The schematic diagram of OCDM 早在 20 世紀(jì) 80 年代中期， OCDM 技術(shù)就已經(jīng)被提出來了，但是卻一直被擋在了光通信研究領(lǐng)域主流的門外。第二 個(gè)發(fā)展方向是研究更高速率的系統(tǒng)， 日本的 NTT 一直 從事該方向 的 研究 工作，其 OTDM 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的最高速率從 100 Gbit/s、 200 Gbit/s、 400 Gbit/s甚至 到 640 Gbit/s[2023]而且公司于 1998 年就實(shí)現(xiàn)傳輸速率為 640 Gbit/s 的傳送距離達(dá)到60km 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) [24]。但是，由于 ETDM 復(fù)用和解復(fù)用 都 在電域內(nèi)進(jìn)行 ，受到半導(dǎo)體微電子技術(shù)瓶頸的影響，純粹單一的 ETDM 復(fù)用方式發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)不大了。幀信息流到達(dá)接收端后經(jīng)過與復(fù)用過程相反 的 解復(fù)用過程是一個(gè)將串行轉(zhuǎn)換成并行的過程 ，即將 不同的時(shí)隙分配給指定的用戶， 在光時(shí)分復(fù)用 傳輸 的整個(gè) 過程中 ， 需要保持時(shí)鐘同步使發(fā)送端和接收端的時(shí)隙準(zhǔn)確 的 一一對(duì)應(yīng) 。 盡管 WDM 在 最近幾年取得了很多的成果，但還是存在不少的問題 [910]，例如：由于 WDM 系統(tǒng)對(duì)中心頻的偏移很敏感所以要制作高精度波長(zhǎng)穩(wěn)定的激光器；需要高選擇性的濾波器或相干檢測(cè)技術(shù)來分辨出每一個(gè)波道；而且由于多個(gè)波長(zhǎng)的同時(shí)存在使WDM 系統(tǒng)受光纖色散和非線性效應(yīng)的影響很大，尤其是四波混頻；還對(duì)解復(fù)用器件性能等等提出了很高的要求。 到 2020 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成 Tbit/s 的 240 公里的光傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在 CL 波段上，采用 160160? Gbit/s DWDM 和偏振復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。目前應(yīng)用的 DWDM 技術(shù)，單通道速率以 10Gbit/s 為主流， 波長(zhǎng)數(shù)最多可支持 160 個(gè)，進(jìn)一步提高所支持的波長(zhǎng)數(shù)難度較大。 其工作原理如圖 所示， 在發(fā)送端將各個(gè)不同光通道的信號(hào)，通過 合波器（ MUX） 復(fù)用，耦合傳入光纖鏈路中的同一根光纖中傳輸， 再經(jīng)過此條光纖的長(zhǎng)距離傳輸，到終端進(jìn)入分波器（ DEMUX），按波長(zhǎng)將各載波分離， 做進(jìn)一步的信號(hào)處理后，恢復(fù)出原始信號(hào)。 這表明光纖具有豐富的帶寬資源，可提供的 理論傳輸帶寬 達(dá)到 50THz。光纖通信技術(shù)以其巨大的寬帶潛力和無與倫比的傳輸性能在通信領(lǐng)域，在長(zhǎng)距離大容量通信中占據(jù)著不可替代的位置 [13]。Letaief 算法 .................................................................................. 29 ii Parkamp。Cox Algorithm, Minnamp。Letaief 算法和 Parkamp。首先介紹了系統(tǒng)模型并分析了其信號(hào)處理過程，并對(duì)系統(tǒng)的同步和信道進(jìn)行了分析；然后給出了 傳輸速率為 ， 在 對(duì)該系統(tǒng)的不同調(diào)制方式的傳輸性能進(jìn)行了分析和仿真的同時(shí)， 分析了該系統(tǒng)的傳輸距離、光信噪比 (OSNR)以及系統(tǒng)的誤碼率 (BER)三者之間的 關(guān)系 ， 并給出了仿真結(jié)果 。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)本和電子文件。 分類號(hào)： 密級(jí)： 天津理工大學(xué)研究生學(xué)位論文 論文題目用一號(hào)宋體加粗居中打印，一行排不下時(shí)可排二行 （申請(qǐng)碩士學(xué)位） 學(xué)科專業(yè)： 四號(hào)宋體加粗居中 研究方向： 四號(hào)宋體加粗居中 作者姓名： 四號(hào)宋體加粗居中 指導(dǎo)教師： 四號(hào)宋體加粗居中 2ⅩⅩⅩ 年 Ⅹ月 （ 四號(hào)宋體加粗居中） Thesis Submitted to Tianjin University of Technology for the Master’s Degree （ 此處打印論文的英文題目，用一號(hào) times new roman 加粗居中打印，一行排不下時(shí)可排二行） By 作者的英文名字 （四號(hào) times new roman 加粗居中 ） Supervisor 指導(dǎo)教師的英文名字 （四號(hào) times new roman 加粗居中 ） 英文年份 （ 四號(hào) times new roman 加粗居中） 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加 以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包