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引言 正交频分复用（OFDM）技术是随着数字信号处(3)

2013-08-12 01:03
　　
　　2.2 CO-OFDM 实验系统模型
　　通过上面 CO-OFDM 系统原理分析，我们搭建了10Gbps CO-OFDM 单模光纤系统。为10.7Gb/s 的CO-OFDM 单模光纤系统组成框图。
　　如示，CO-OFDM 系统的基本理论和信号处理过程与前面所讲述的CO-OFDM 系统是一致的，只是该系统基带OFDM 信号的发送端和接收端由计算机来完成。基带OFDM 信号是由Matlab 程序产生，即将随机二进制序列经过QPSK 或MQAM 调制，再经IFFT 变换，之后插入循环前缀，将数据的实部和虚部分别上传到任意波形发生器（AWG）进行DA 转换，即形成OFDM 射频信号。然后两路信号分别进入一个光学I/Q 调制器的I 和Q 端口，直接将RF OFDM 调制到光域上；光OFDM 信号传入光纤环路进行传输，该光纤环路由单模光纤和EDFA 组成，其中EDFA 用于补偿链路的损耗。
　　在接收端，调节本地激光器LD2 的频率使其接近发送激光器LD1 的频率，使用两个平衡接收机检测对光OFDM 信号的实部和虚部进行相干光检测，完成光电转换，将光信号转换到射频上，之后利用抽样速率为20 GS/s 的时域抽样观察仪（TDS）对RF 信号进行抽样，采样得到的数据下载到电脑，利用Matlab 来进行信号处理，处理过程包括：利用新的定时同步算法进行IFFT 窗同步；频偏补偿；相位估计和信道估计；每个载波的星座图的建立和误码率的计算。
　　
　　3 系统调制方式分析
　　
　　在 CO-OFDM 系统中光纤色散是一个最显著的特点，不同的调制编码方式直接影响着系统的OSNR、光纤色散容限以及非线性效应等因素。面对各种的调制编码方式，在综合考虑其他设计参数的基础上，应主要从传输距离、传输容量、频谱利用率、误码率以及它们之间的平衡等方面进行选择。在CO-OFDM 系统中，可以采用PSK，DPSK，QAM 等调制方式，由于色散等因素会对信号的幅度和相位造成不同程度的影响，对实际系统而言选择最优的调制方式，争取能获得很好的频带利用率，还能降低实现复杂度。
　　二进制数字调制系统是数字调制系统的最基本的方式，但它的频带利用率较低，所以为了提高频带利用率，通常采用多进制(M 进制)的数字系统，其代价是增加信号功率和实现上的复杂度。对于MPSK 和MQAM 调制，一般用矢量图表示，矢量端点之间的最小距离，说明了系统抗误码率的强弱，直接反映了系统的性能。MPSK 和MQAM 调制方式最小距离满足下式：
　　由此可见，虽然随着M 的增加，可以增加信息的传输速率，但最小距离逐渐减少，使噪声容限随之减少，误码率也随之减少；而且随着M 的增加，MQAM 调制比MPSK 调制的最小距离小，也就是说MQAM 调制比MPSK(M 大于2)调制抗误码率能力强,所以主要讨论QPSK 和MQAM 调制方式。
　　在整个仿真系统中，采用Matlab 与Optisystem 相结合的方式，Matlab 进行电域信号的处理，包括比特数据流的串并，并串变换，FFT 和IFFT 运算，同步以及信道估计等，然后光电转换、光纤链路以及电光转换由Optisystem 完成。基带OFDM 符号速率为10Gbps，IFFT长度为 512，并行子载波个数为256，保护间隔（即循环前缀长度为64），每一帧有10 个OFDM 信号，采用块状导频插入法, 一帧插入1 个导频信号，即每10 个OFDM 信号有1 组导频，导频信号用来定时同步和信道估计。光纤色散常数为默认的16 ps /(nm?km)，两个激光器频率均选193.1THZ。当 M取32 及以上时，需要更大的OSNR才能使BER维持在10?3以内，但此时因输入光纤功率太大，光纤的非线性效应加强，造成系统性能恶化。
　　是2PSK，4QAM 和两种调制方式下系统BER 与传输距离之间的关系。光信噪比为12dB。由图中可以看出，由于系统进行了信道估计及补偿，所以短距离传输时的误码率都很理想，但是随着传输距离的增加，三种调制方式的抗误码率性能都下降，这主要是由于光纤色散使光脉冲在传输过程中展宽了，产生了码间干扰，造成误码，而且光脉冲展宽程度随着传输距离的增加越来越严重，使系统信号的传输距离受到了限制。采用2PSK 调制时，系统的抗BER性能较佳，要使系统误码率维持在103时，传输距离可以达到1800km。采用4QAM调制时，系统误码率维持在103时的传输距离为1600 km，但此时系统的具有较好的频带利用率；而对于16QAM 调制，系统误码率维持在10?3时的传输距离不到800 km，因此不做分析。