高速相干光正交频分复用系统实现方案研究

相干光正交频分复用系统(Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing,CO-OFDM)作为未来高速光通信的重要解决方案,是近年来光传输领域的研究热点。高速CO-OFDM系统需要较高带宽的模数/数模转换器(DAC/ADC),目前技术水平难以达到。改进了正交频带复用技术(Orthogonalband multiplexing,OBM)的光域实现方案;结合偏振复用技术和偏振分集接收,提出了基于OBM的100 Gb/s高速CO-OFDM系统;并对系统传输性能进行数字仿真。结果表明:基于OBM技术的MIMO CO-OFDM系统可有效降低对DAC/ADC的处理速度要求,在不需任何在线色散补偿和偏振控制器件条件下,通过单模光纤传输800 km,系统Q值保持在13 dB以上。

相干光正交频分复用系统偏振模色散研究

相干光正交频分复用系统(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)具有良好的色散抑制性能及简单有效的信号均衡算法,是近年来光传输领域的研究热点之一。偏振模色散严重影响高速传输,色散均衡复杂,计算负荷较大。文章介绍了一种基于偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)和偏振分集接收(Polarization Diversity Receiver,PDR)的CO-OFDM系统(MIMO CO-OFDM),可有效实抑制一阶PMD,并对系统信号传输机理及均衡算法以进行了数学分析。分析和仿真结果表明,在不需任何偏振控制器条件下,CO-OFDM系统可实现偏振光的不敏感接收,以10Gb/s的速率通过单模光纤传输800km,系统Q值保持在15dB以上。

相干光正交频分复用系统的仿真研究

相干光正交频分复用（CO—OFDM）技术频谱利用率高，对抗色散效果明显，且在现有的网络基础上升级、扩容方便，所以在长距离、高速率和大容量传输系统中有广阔的应用前景。本文引入LS信道估计，构建了基于M—Z调制的相干光正交频分复用系统，在考虑了单模光纤传输过程中的色散和损耗影响的基础上运用Optisystem光学软件结合Matlab软件对该系统进行仿真研究，仿真结果表明：在信号速率为10Gbps和误码率要求达到1E-3的情况下，光纤传输距离可达100km；在信号速率为100Gbps和误码率要求达到1E-2的情况下，光纤传输距离可达100km。

基于DCT级联ICF算法降低相干光正交频分复用系统峰均抑制比

为解决相干光正交频分复用中高峰均抑制比的问题,提出一种离散余弦变换(DCT)和迭代限幅滤波(ICF)级联的新算法。ICF算法是对限幅算法进行改善,添加了迭代过程,可以改善限幅运算对系统误码率的影响。基于DCT算法有较小的误码率和低计算复杂度的特点,所提算法对频域调制信号进行离散余弦变换,以降低高峰值信号的概率,再通过级联ICF算法来实现对峰均抑制比的降低。结果表明,与原始信号相比,当互补累积分布函数为10^(-4)时,所提算法的优化幅度为4.685 dB。在误码率为10^(-3)时,所提算法的光信噪比为20.96 dB,同时能做到长距离传输。除此之外,所提方案的总计算量为19970。仿真数据表明,考虑峰均抑制比、误码率和计算复杂度等综合因素,所提方案性能最优。

相干光正交频分复用系统中的一阶偏振模色散研究

相干光正交频分复用系统(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)以其较好的色散抑制性能和简单有效的信号处理技术,是近年来光传输领域的研究热点。对于高速CO-OFDM传输系统,偏振模色散(Polarization-mode-dispersion,PMD)带来OFDM信号展宽及输出偏振态的不同,严重影响系统传输性能。文章对一阶PDM影响下CO-OFDM系统(PMD-CO-OFDM)的数学模型和作用机理进行分析,并通过仿真加以验证。结果表明,一阶PMD效应对OFDM信号附加与子载波频率相关的余弦因子,降低系统传输性能,通过信道均衡可有效去除此影响;另外,PMD效应一定程度上减弱子载波相关性,可抑制系统光纤非线性效应,在不考虑色散条件下PMD-CO-OFDM系统以10Gb/s的速率在单模光纤传输240km,差分群时延为50ps时较30ps系统Q值提高约0.2dB。

相干光正交频分复用系统的数值仿真研究

未来的光纤传输技术将向高速、安全以及灵活智能化方向演进,以正交频分复用为代表的多载波技术将是超100 G系统的重要候选方案.针对光正交频分复用系统中严重的非线性物理损伤问题,文章搭建了相干光正交频分复用系统的数值仿真平台,考察了色散、激光器相位噪声及非线性损伤对系统传输性能的影响.数值结果表明:色散和激光器相位噪声对系统传输性能具有重要影响.色散引起的性能劣化可以通过电域数字信号处理进行有效补偿,基于非线性相移的非线性预补偿效果与入纤功率有关系,较大的入纤功率导致非线性损伤补偿效果略有下降.

基于信息熵特征的正交频分复用无源光网络系统

越来越多的ONU接入无源光网络,易发生网络拥塞问题,信息传输延迟,数据丢包等现象出现,为此,设计了基于信息熵特征的正交频分复用无源光网络系统。由光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和光网络单元(ONU)组成系统框架结构,采用分散分光形式设计系统组网结构,借助My SQL,设计系统数据库以及数据表。设计系统三个主要功能模块,即无源光信息收发模块、基于信息熵的ONU负载判断模块以及无源光网络带宽分配模块,通过合理分配带宽资源,提高无源光网络传输能力。结果表明:无源光网络系统5次轮询后传输时隙长度均在4 ms以下,无源光网络通信传输效率高,能够快速实现信息传递,极大避免时延问题。

脉冲干扰下基于变分贝叶斯推断的水声正交频分复用联合估计方法

脉冲干扰环境下水声正交频分复用通信性能严重下降,为此提出了基于变分贝叶斯推断的信道估计方法。该方法利用水声信道和脉冲干扰的稀疏特性,基于平均场变分贝叶斯推断,将信道向量和脉冲干扰向量的后验概率分布分别分解为简单概率分布进行拟合,基于导频子载波迭代直至收敛,得到信道和脉冲干扰的最大后验估计。所提方法改进了基于稀疏贝叶斯学习的干扰、信道联合估计方法中信道和干扰构成的联合向量无法分离二者稀疏度的问题,并且显著降低了计算复杂度。在此基础上,进一步提出了基于变分贝叶斯推断的干扰、信道和符号联合估计方法,将未知符号融入变分贝叶斯推断框架,与干扰和信道一起迭代,最终得到更精确的符号估计。仿真和试验结果验证了所提算法的有效性,与现有方法相比,本文所提方法具有更低的误码率和复杂度。

基于改进子载波预留算法的正交频分复用信号峰均比抑制方法研究

由于系统对线性元器件的要求非常严格,导致目前正交频分复用(OFDM)系统产生峰值平均功率比(PAPR)过高的问题,引起OFDM和基于OFDM的雷达一体化系统的信号失真,影响系统性能。针对该问题,该文提出了基于加权最小二乘法的子载波预留法(TR)。该算法首先将OFDM设计方案中的子载波分为数据子载波和预留的空白子载波,数据子载波调制数据子载波,空白子载波调制空白数据。然后利用原始数据通过加权最小二乘法得到最佳削峰系数和削峰数据,并将削峰数据调制在空白子载波上面。最后将削峰数据叠加到原始数据上,完成PAPR的抑制。仿真表明,基于加权最小二乘法的TR算法能够在1~3次迭代下实现良好的PAPR抑制效果,并且它的收敛速度相比于传统算法有了明显的提高。

基于误比特信息区间斜率的正交频分复用水声通信多普勒估计

针对正交频分复用水声通信中直接误比特率搜索多普勒估计算法存在的高计算复杂度问题,提出了一种基于误比特信息区间斜率的多普勒估计算法,采用计算误比特信息区间斜率取代逐网格搜索最优误比特信息寻优过程,设计根据多普勒估计分辨率动态可变的斜率区间,在进一步提升寻优速率的同时有效减小陷入局部最优解的可能性,并有效降低算法的计算复杂度。仿真实验和海上试验结果表明:所提算法以较低的计算代价实现了与误比特率搜索多普勒估计算法近乎一致的估计性能,在本文试验条件下其相对块多普勒估计、基于互模糊度函数多普勒估计以及准梯度互相关多普勒估计算法可获得不低于14%的误比特率性能改善。

基于特征向量构建的相干正交频分复用无源光网络系统

设计基于特征向量构建的相干正交频分复用无源光网络系统,避免无源光网络受到码间串扰的影响。设置光梳状谱发生器作为系统光源,生成光波信号,利用波分复用器分离生成的光波信号,完成分离后信号传送至IQ调制器,IQ调制器利用正交频分复用信号调制与解调过程调制分离信号,通过波分复用器集合完成调制的两路光波,集合后光波利用传输光纤传送至光节点;光节点中的相干接收器接收光波信号后,利用光电二极管传送至SVM均衡器,SVM均衡器利用特征向量构建方案均衡光波信号,实现信号的高效传输。系统测试结果表明,驱动功率为11 dB、本振光功率为6 dBm时,系统具有最佳的通信性能,所设计系统可有效改善码间串扰情况,均衡通信信号。

大线宽相干光正交频分复用系统中盲相位噪声补偿

基于大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统,提出了一种可以有效克服符号判决错误的盲载波间干扰(ICI)相位噪声补偿算法。使用该算法之前,先使用无迭代盲(IFB)算法对公共相位误差(CPE)的相位噪声进行补偿。该算法采用了形式简单的代价函数,可大幅减小计算复杂度。该ICI相位噪声补偿算法包括粗略ICI和精细ICI相位噪声补偿两个阶段,先使用平均能量盲(Avg-BL)算法进行粗略ICI相位噪声补偿,再使用公共相位误差分割补偿(CPEC)算法进行精细ICI相位噪声补偿。该CPEC算法对粗略ICI相位噪声补偿后的频域数据进行判决,再将每个接收到的正交频分多路复用(OFDM)时域符号分割为一定数目的亚符号,从而求出每个亚符号中相位噪声的近似平均值。Avg-BL算法有效解决了CPEC算法中的符号判决错误传播问题;CPEC算法在时域OFDM亚符号分割数目较大的情况下,对ICI相位噪声具有较好的补偿效果。对50Gbit/s CO-OFDM系统在传输距离为100km的情况进行了仿真,仿真结果表明,与Avg-BL算法和CPEC算法等ICI相位噪声算法相比,所提算法具有较好的相位噪声补偿效果,且具有较高的频谱利用率。在该算法中,选择合适的时域OFDM亚符号分割数目,可取得较好的补偿效果,且算法复杂度并未显著增加。

相干光正交频分复用系统定时同步的改进算法

分析了当前相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统中Schmidl&Cox经典算法在光纤信道的定时同步,针对其产生平波现象和对光纤色散(CD)的缺点,提出了改进算法,并通过MATLAB在光纤信道中对两种算法进行了仿真,结果表明,在光纤信道下,改进方法的性能有远优于经典算法,因此改进方法更适合于光纤信道。

相干光正交频分复用系统偏振效应研究

相干光正交频分复用系统(CO-OFDM)是未来高速光传输的重要解决方案,而偏振模色散(PMD)与偏振相关损耗(PDL)相互作用严重影响传输性能。分析了CO-OFDM系统中的偏振效应和数学模型,并通过仿真加以验证。结果表明,一阶PMD效应对正交频分复用(OFDM)信号子载波幅度附加余弦因子;二阶PMD效应中,去偏振项(DR)占主要因素,且一定程度上可缓解色度色散带来的相位噪声;另外,由于PMD带来OFDM子载波偏振度随频率变化加强,也对PDL带来的系统损伤有一定抑制作用,在不考虑色度色散,相对损耗因子α=0.5,单模光纤传输距离为720km条件下,系统Q值约有2dB提高。

基于二维投影直方图导频辅助的相干光正交频分复用系统公共相位误差噪声补偿算法

提出一种用于相干光正交频分复用系统的公共相位噪声补偿算法。该算法采用二维投影直方图的公共相位噪声盲估计方法,并充分结合了基于导频的相位噪声估计方法,实现了对公共相位噪声的有效补偿。利用少量的梳状导频对频域符号的公共相位噪声进行初始估计和补偿;再将初始补偿后的频域符号的星座图映射到二维数字图像,利用二维投影直方图进行更精细的公共相位噪声补偿。为了验证算法性能,搭建了基于MATLAB和OptiSystem的20 Gbit/s仿真系统,并在标准单模光纤中传输50 km。结果表明,该算法能有效解决投影直方图盲估计算法以π/2为周期的偏差问题,而且仅需少量的导频就能实现比传统导频辅助算法更高的误码性能。

相干光正交频分复用系统中光调制的优化设计

相干光正交频分复用(COOFDM)是目前光传输领域的研究热点之一。COOFDM系统采用马赫-曾德尔光调制器(MZM)实现射频(RF)信号到光的转换,而正交频分复用(OFDM)信号对非线性十分敏感,所以在系统设计上最关键的就是实现信号的线性传输。从理论上分析了COOFDM系统中MZM对OFDM信号的非线性影响,通过对MZM偏置点及调制指数优化,实现COOFDM系统的最佳传输,同时对COOFDM系统品质因子Q与偏置点及调制指数关系进行了仿真。结果表明,为了实现最佳线性传输,不同于传统的基于强度调制/直接检测系统(偏置点选在积分点),COOFDM系统中MZM最佳偏置点选在零点;MZM调制指数的选择也会对系统性能产生影响,当COOFDM系统中MZM调制指数为0 dB时,系统性能达到最佳。

正交频分复用水声通信深度神经网络信道估计仿真实验设计

对于正交频分复用(OFDM)水声通信系统,最小二乘(LS)信道估计算法受噪声影响较大,最小均方误差(MMSE)算法需要信道的先验统计信息且计算量较大。针对上述问题,提出了一种基于深度神经网络(DNN)的信道估计算法。首先在接收端构建DNN模型,再采用Bellhop水声信道射线模型完成DNN模型的训练、验证、测试及修正,最后结合OFDM系统对上述DNN网络进行工作场景仿真实验设计,并与传统信道估计算法进行对比研究。试验结果表明:系统满足误码率小于10^(-4)时,DNN算法能够比LS算法下降2 dB,比MMSE算法下降1.5 dB。提出的新方法将对传统OFDM水声通信系统信道估计相关问题进行优化整合,信道估计无需大量导频数据及信道先验统计信息,系统能及时建立非线性映射,具有少样本、快速收敛优势,对于节省系统存储资源及提高实时性具有重要意义。

中间链路光学相位共轭补偿相干光正交频分复用系统的光纤非线性损伤

由于相干光正交频分复用（CO—OFDM）系统具有很高的峰均功率比（PAPR）以及非常近的子载波间隔，使得光纤非线性损伤成为系统的决定因素。提出中间位置光学相位共轭（OPC）补偿算法补偿CO—OFDM的Kerr损伤，由于OPC两端链路对称，可以最大限度地保证满足补偿条件，具有很好的非线性补偿效果。而且无链路色散补偿和有链路色散补偿系统均适用。该算法能使单信道40Gb／sCO—OFDM的最大Q因子提高3dB，非线性阈值提高4dB；波分复用（WDM）系统的最大Q因子能提高1．1dB，非线性阈值提高1dB。

相干光正交频分复用传输系统中的无导频相位纠偏方法

提出了一种适用于16-QAM的新型相位纠偏方法,克服了基于M次方算法的传统相位纠错方法不适用于高阶正交振幅调制的缺点.该方法结合正交频分复用调制方式,无需导频即可完成相位盲估计,且计算量较少.本文基于112Gb/s 1 040km的相干光正交频分复用传输系统进行了算法验证,并与传统的4次方纠偏方法进行了比较,实验证明该算法适用于正交频分复用和16-QAM调制平台,相位纠偏结果显著优于基于导频的4次方算法.

基于伪随机噪声序列相干光正交频分复用系统的定时同步算法

针对传统定时同步算法的副峰干扰和低信噪比(SNR)下定时不稳定的问题,提出了一种基于伪随机噪声(PN)序列的定时同步算法。根据PN序列良好的延迟相关性和对称相关性,重新设计了训练序列的结构,并优化了定时度量函数的计算方法。仿真结果表明,改进算法的定时度量估计曲线只存在一个峰值,消除了副峰干扰。在循环前缀为四分之一符号长度与低SNR的情况下,仍可实现准确和稳定的定时。