光通信与网络刘帅民

1、 光正交频分复用的非线性特性及其补偿 姓名：刘帅民 学号：201120195005摘要：首先文章介绍了正交频分复用（OFDM）的一些基本知识，以及它与光通信的结合，指出它们结合之后的优势与不足，其中非线性是最为严重的问题。最后，文章讲解了一些对非线性进行补偿的方法，例如DBP，OPC，EPC，RFP等。关键字：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 引言正交频分复用(Ortho

3、gonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)具有高数据传输速率、高效的频谱利用率和抗多径干扰的能力。最近几年，OFDM技术已经成功地应用在移动以及固定数据传输中，例如非对称数字用户线路(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)、数字视频广播(DVB-T和DVB-H)，以及无线局域网(Wireless LAN)等。目前，OFDM已被视为第四代移动通信最具竞争力的传输技术1。光载正交频分复用(O-OFDM)是将OFDM技术应用于光通信网络的一种新技术，可以构造出高速率、大容量、低成本的光传输网络，而且易于信道容量的扩

4、展。O-OFDM能够有效地对抗光通信系统中的色度色散和偏振模色散引起的符号间干扰( ISI)，而且循环前缀(CP)的引入，更进一步增强了O-OFDM通信系统的抗色散能力，降低了色散管理的复杂度，同时对提高数据传输率和系统容量也起到了重要作用2。另外，O-OFDM系统中的各个子信道的不同频谱相互叠加，更有效的利用了频谱资源，提高了带宽利用率3 。除此之外，该系统实现简单，易于优化，使OFDM技术在光通信领域，尤其是40Gbit/ s以上的高速光通信领域具有很好的应用前景4 。虽然O-OFDM系统的优势较为明显，但也有其不足之处，主要表现在峰值平均功率比( PAPR)较大和对相位噪声极为敏感。这些

5、相位噪声包括光器件的相位噪声、非线性相位噪声和放大自发辐射噪声( ASE)等。造成峰均比较大的根本原因是多个相位一致的子信道相互叠加，所得到的叠加信号的瞬时功率远大于信号的平均功率5。二 克服非线性特性的方法未来光传输网络可能会采用具有高数据传输速率和高光谱利用效率的光纤传输系统6。为了提升光传输网络的光谱利用率，高阶的调制格式将会被用于具有紧密间隔的WDM网络中。由于先进的调制格式需要更强的信噪比，所以高数据传输速率和高光谱利用率的系统将会受到区域内和跨通道的光纤的非线性特性的限制。因此，研究先进的降低或者补偿光纤的非线性特性的技术是十分有意义的。最近，数字后向传输(Digital Back

6、ward Propagation，DBP)技术已经被介绍用于补偿光纤的非线性特性7,8。此外，光学相位共轭(Optical Phase Conjugation，OPC)技术也已经被提议用在补偿光纤的色散和非线性特性的光纤传输系统当中9。尽管DBP技术因为它的灵活性以及较好的性能而备受人们的青睐，但是它本身在计算复杂性方面仍然面临很大的挑战。虽然，OPC技术具有快速和很大的带宽性能，但是它涉及到完成相位共轭的复杂的非线性过程10。鉴于以上两种技术的缺点，最近又提出了一种电子相位共轭(Electronic Phase Conjugation ，EPC)技术，用于对光纤的非线性进行补偿10。除了以上

7、两种方法用于补偿光的非线性特性的影响之外，还有许多方法用于解决这种问题，例如DSP技术11、RFP技术12、实时IQ不平衡补偿13等，下面将逐一进行介绍。随着DSP技术的发展，补偿非线性损伤的研究正在加速发展。在采用线性相位调制格式的系统当中，非线性相位噪声由于Gordon-Mollenauer效应的影响，已经不再那么重要了。对非线性相位噪声的补偿效果已经被具有色散管理传输线的DSP技术在实验的情况下证明了14。由于数字补偿的原因，大量的色散可以在信号接收之后得到补偿。因此我们可以在采用交叉相位调制(XPM)的WDM系统中通过移除线性光色散补偿模块而获得潜在的利益15,16。在这种情况下，通道

8、内的非线性，如自相位调制(SPM)和交叉极化调制(XPolPM)成为主要的障碍因素。一种用来直接解决这些障碍的方法是数字反向传输方法即将传统的色散均衡器分成小块，在它们的间隔之间插入具有倒相功能的模块17。但是这种方法实施的复杂性远远大于传统的色散均衡器。基于射频试点(RFP)的PN补偿是一个有效的激光补偿相位噪声的技术18。这种补偿技术采用在传输的OFDM频谱的中间放置一个RFP用以恢复出由PN造成的扭曲。最近，已经证明基于RFP的相位噪声补偿技术对于非线性补偿也是一种行之有效的方法19。相干光正交频分复用(CO-OFDM)在接收灵敏度、频谱利用、以及降低偏振色散方面提供了优越的性能20。直

9、接下变频架构由于不再利用图像抑制滤波器并大大降低了对电气带宽的需求而被广泛应用于相干检测。但是这种架构具有众所周知的IQ不平衡的缺点。在光OFDM系统中，只有很少的关于IQ不平衡的补偿的解释21，但是它们都不是在线的IQ不平衡的补偿。在线IQ不平衡补偿不仅降低了对电器元件的严格要求，而且还可以通过采用一种特定的符号来自动估计和补偿由于IQ不平衡造成的损伤。目前，已有一种基于实时传输速率为10.7Gbit/s的CO-OFDM系统且使用16-QAM调制方式的特殊符号的实时接收端的IQ不平衡校准计划。此外，还有一种比较新颖的方法用于对光OFDM非线性特性的补偿：从载体方面看待光传输时的非线性特性。为

10、了保持相同的传输速率，对噪音以及光的非线性特性带来的损伤进行积极的管理，对于那些高数据传输速率和高光谱利用率的系统也显得十分的重要。相对于传统的改善光非线性损伤的方法采用数字信号处理器的电气色散补偿方法不仅能够带来重大的运作优势，而且增强了光传输系统对于非线性特性的耐受性22。以上这些就是近几年来对于光非线性特性进行补偿的一些新兴的方法。虽然他们都有自己的优势，但是他们也有面临着实现的复杂性的挑战。所以，一些新的关于光非线性特性的补偿的切实有效的、简单的方法是我们今后不断追求的目标。三 对后来发展趋势的预测高数据传输速率和高光谱利用率是未来光通信网络发展的目标，这将会是我们一直追求的目标。但是

11、由于光非线性特性的影响，在追求上述目标的时候将会遇到许多难题。因此，在以后的研究之中，一些用于克服光非线性特性的影响的方法将会受到更多的关注。参考文献：1金博，董亚萍.正交频分复用系统中的频偏估计J.电子元器件应用，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

12、pensation for long-haul transmission using direct-detection optical OFDMJ.IEEE J. Lightwave Technol. 2008,26( 1) : 196-2034W.Shieh, Q. Yang, and Y. Ma. 107 Gb/ s coherent optical OFDM transmission over 1000km SSMF fiber using orthogonal band multiplexing J . J. Optical Society of Amer ica, 2008, 16(

13、 9) : 6378-63865何金池，梁猛，巩稼民.光OFDM系统仿真的实现J.西安邮电学院学报，2010,15,(5)6R. Dischler, etal. Demonstration of Bit Rate Variable ROADM functionality on an Optical OFDM Superchannel. In:Proceeding of OFC2010,Los Angeles,CA,USA,20107Y. Gao,etal.Opt. Commun, 282, 992 (2009) 8E. Mateo,etal. Opt. Express, 18, 15144 (

14、2010)9S. L. Jansen, etal.J. Lightwave Technol. 24, 54 (2006)10Eduardo F,etal.Electronic phase conjugation for nonlinearity compensation in fiber communication systems .In:Proceeding of OFC2011,Los Angeles,CA,USA,201111E.Yamazaki,etal.Mitigation of Nonlinearities in Optical Transmission Systems.In:Pr

15、oceeding of OFC2011,Los Angeles,CA,USA,201112Adriana Lobato,etal.On the efficiency of RF-Pilot-based nonlinearity compensation for CO-OFDM.In:Proceeding of OFC2011,Los Angeles,CA,USA,201113S. Chen,etal.Real-time IQ Imbalance Compensation for Coherent Optical OFDM Transmission .In:Proceeding of OFC20

16、11,Los Angeles,CA,USA,2011 14 K. Kikuchi,etal.Electronic post-compensation for nonlinear phase in a 1000-km 20Gbit/s optical QPSK transmission system using the homodyne receiver with digital signal processing. In:Proceeding of OFC2007,Los Angeles,CA,USA,200715M.OSullivian.etal.Expanding network appl

17、ications with coherent detection.In:Proceeding of OFC20081,Los Angeles,CA,USA,200816A. Sano.etal.No-Guard-Interval Coherent OFDM for 100Gb/s Long-Haul WDM Transmission.IEEE JLT, Vol. 27, No. 16, 200917E. Yamazaki,etal.Multi-staged nonlinear compensation in coherent receiver for 12,015km WDM transmis

18、sion of 10-ch x 111Gbit/s noguard-interval CO-OFDM.Electron. Lett, No.45, No.31, p.695, 200918S. L. Jansen,etal.JLT, vol. 26, No. 1, 6-15, (2008)19B. Inan,etal.Resource-Efficient Task Assignment and Scheduling in Optical Grids.In:Proceeding OFC 2010,Los Angeles,CA,USA,201020X. Liu,etal.Efficient Digital Coherent Detection of A 1.2-Tb/s 24-Carrier No-Guard-Interval CO-OFDM Signal by Simultaneously Detecting Multiple Carriers Per Sampling,In:Proceeding of OFC2011,Los Angeles,CA,USA,201121W. Peng, etal.Experimental Demonstration of Com