基于ase宽谱光源的ofdm传输技术

基于ase宽谱光源的ofdm传输技术

1宽谱光谱技术基本实现了对信号的调制和传输微波光科学是研究光信号与微波和毫米波束信号之间相互作用的一门交叉学科。基于微波光子学的光载无线(radiooverfiber,ROF)技术将无线通信灵活性和光通信的低损耗、宽带、大容量很好地结合起来,发挥二者的长处,近年来成为国内外研究机构展开研究工作热点。在有效利用光纤带宽资源,实现宽带业务的无线接入的同时,为光纤到家(fibertothehome,FTTH)的最后一公里提供了一个有效方便快捷的解决方案。现有的同类ROF传输技术中,由于激光器单色性、定向性、高信噪比等优点,ROF传输OFDM信号系统都是基于激光器的传输系统。在北美,美国2005年乔治亚理工学院就报道了光载无线技术与WDM-PON机构融合的实验结果,该方案利用高非线性色散位移光纤产生拉曼相关的四波混频效应,实现了8×2.5Gbit/sWDM信号的全光上变频,微波副载波信号频率为40GHz;为了克服色散的影响,采用了单边带滤波技术,进行单边调制并传输,实现了大于20km的光载无线信号的传输,但是这种技术仅仅实现了简单OOK信号传输,对于矢量号和多载波的OFDM信号传输并没有实现。在欧洲,西班牙瓦伦西亚大学2008年报道了基于激光器的OFDM传输方案,该方案实现了1.25Gbit/s数据率OFDM信号25km单模光纤传输;由于激光器的成本和系统复杂度,该方案仅仅局限在实验室级别,离大规模商用还有一段距离。在亚洲,引领ROF技术的台湾交通大学在2008年报道了基于激光器的16QAM在19GHz载波下4Gbit/s数据带宽50km长度传输,但这种方式在信号的产生上需要控制双平行调制器3个偏置点B1、B2和B3,在实际应用中由于偏置点随着时间和温度是漂移的,这对系统的实用性提出了挑战;此外为了降低色散对OFDM信号的影响,在传输的信号前需要对信号做预均衡,大大增加了系统的复杂程度;以激光器为光源,上行系统的成本难于降低,对双工ROF系统的实际应用还有一定距离。因此,与同类ROF技术相比,传统ROF技术在对微波信号传输、分配、延时处理和定向发射的同时,中心站处需要使用光学方法进行信号的光域调制和传输,避免不了使用激光器等价格偏昂贵的光学器件,提高了系统成本,另外也要求有控制光源中心波长的控制模块和反馈装置,增加了系统结构的复杂度。基站处同样需要有用于上行线路的本振光源,FTTH技术的最大瓶颈就是基站处需要上行光源和调制器,使得成本难以压缩,即使使用下行链路自带本振光的系统结构来降低成本,也是以提高微波信号调制和传输复杂度为代价的。本文开创性地建立了宽谱光源传输OFDM信号系统理论模型,并通过实验验证了理论的正确性和可行性;突破了国内外用激光器作为光源的光载无线系统的传统理论束缚。本文采用的宽谱光源代替激光器阵列,是无线信号传输和分配的新技术,是未来无线接入实施可选方案之一,也是无线接入相关行业标准备选提案。通过控制基于宽谱光源传输系统的工作偏置点,降低OFDM信号的峰均比,使其工作在和以激光器为光源系统的相似的环境,进而实现低成本高效率的无线信号传输,解决了无线接入系统复杂度高和成本难以压缩的难题,通过引入宽谱光源替代激光器阵列的方案,有效降低ROF传输系统的复杂程度,避免了大量激光器波长控制电路,从而减少系统成本,解决了ROF系统的实际应用———FTTH技术的系统复杂难于维护和用户使用门槛高的关键问题。该方案在实验上实现了3.0GHz、1GHz带宽16QAM,512个子载波,速率2Gbit/s的IEEE802.11bOFDM信号20km以内无误码传输,并对信号的星座图和误差向量值(EVM)进行了测量,验证了该新型的ROF链路传输OFDM信号的可行性。该实验方案可以广泛应用于现有WLAN和WiMAX协议中,具有很高的商用价值和较好的应用前景。2比较测量了对宽谱光栅光副信号的信号首先分析讨论传输系统光源问题。宽谱光源即自发辐射光源,作为光通信系统的光源,与传统的基于激光器的光源相比,本质区别在于系统的光噪声,实验组在前期的研究工作表明,通过控制输入光电探测器(PD)的光功率可以有效抑制光噪声大小,实现与基于激光器的ROF链路同等级别光噪声,实现同等信噪比的光信号传输。其次在信号格式选择上,采用OFDM信号。OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)为正交频分复用技术,将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到每个子信道上进行传输。它的优势在于频谱利用率高,窄带带宽下能够发出大量的数据,能够抗频率选择性衰落或窄带干扰,抗多径效应,因此作为多载波矢量信号的OFDM信号在无线通信中广泛使用,如IEEE802.11协议、Wi-Fi、WiMAX、LTE等无线通信标准。在未来的无线通信系统中,OFDM信号会是不可或缺的主流传输信号,在基于宽谱光源的ROF系统中传输OFDM信号技术,是衡量该系统未来发展应用前景的重要参考指标。利用宽谱光源传输OFDM信号,与传输单载波矢量信号相比,一方面OFDM有较宽带宽,系统带宽达到2GHz,系统调制格式信号普适于BPSK、OQAM、OFDM等信号,因而基于宽谱光源的光副载波系统单从带宽上的考虑能够满足OFDM信号的传输。另一方面,与单载波通信系统相比,OFDM符号是由多个独立的子载波信号叠加合成的信号,有可能产生大峰值功率(peakpower),且OFDM有较大的峰均比(peaktoaveragepowerratio,PAR)。OFDM系统时域基带模拟符号有如下表达:峰均比有如下表达:图1给出了Matlab仿真下OFDM信号时域图,可见调制信号瞬时幅度可以达到均值的几倍以上。因而在以强度调制为基础的宽谱光源光副载波系统中,如果要调制OFDM信号,信号的调制深度m受限。由此只要解决OFDM信号瞬时幅度较大的矛盾,就能实现基于宽谱光源光副载波系统下OFDM信号的传输。抑制调制OFDM信号的峰均比即可满足基于宽谱光源光副载波系统和延时系统。对OFDM信号峰均比的抑制已经有很深入的研究,主要抑制方法分为信号预畸变技术、编码方法和加扰序列加权处理。本文采用成熟的信号预畸变技术中的限幅峰值加窗方法抑制峰均比,图2给出了加窗方法OFDM信号峰均比抑制前后时域图,上为原始波形,PAR=7.0dB,下为抑制峰均比后的波形,PAR=4.2dB,优化了2.8dB,将其输入任意波形发生器(AWG)产生的波形,作为实验的OFDM信号源。可以看出,该方法解决了瞬时峰均比问题,从原理上实现了OFDM在基于宽谱光源的ROF系统中的传输。3ghs信号模型实验装置如图3所示,任意波形发生器为泰克公司生产的AWG7122B,最高采样率12GHz,输入数据由Matlab产生,示波器为泰克公司生产DPO72004B,带宽70GHz,离线数据处理,得到OFDM信号的基带数据EVM。信号格式为3.0GHz、1GHz带宽16QAM,512个载波,信号速率2Gbit/s,传输距离20.2km。图4给出了在调制格深度m=0.15输入条件下,峰均比抑制前后的星座图,未抑制峰均比的信号的EVM为3.0%,抑制峰均比后的信号的EVM为2.6%。增大调制深度,图5给出了在调制格深度m=0.2输入条件下,峰均比抑制前后的星座图,未抑制峰均比的信号的EVM为5.2%,抑制后的EVM为3.9%。无论调制深度如何选取,通过有效控制输入调制的OFDM信号峰均比,可以使EVM减小,有效提高OFDM信号的传输质量。图6所示为不同调制深度m下OFDM信号的EVM,上面曲线为输入原始OFDM信号时的EVM曲线,下面曲线为输入信号经过PAR抑制后的EVM曲线。在调制深度一定时,抑制输入信号的峰均比可以降低信号EVM,降低误码率,提高发射机的动态范围,实现基于宽谱光源光副载波系统OFDM的信号传输。4无线信号传输系统本文提出的新型的基于宽谱光源的ROF链路系统,适用于OFDM多载波复杂矢量信号,实验上实现了3.0GHz、1GHz带宽,16QA