高效頻譜的高速相干OFDM系統(tǒng)

第8章高效頻譜的高速相干OFDM系統(tǒng)

201531903011靳濤8.2正交頻帶復(fù)用的OFDM8.3111Gb/s無保護(hù)間隔的CO-OFDM傳輸8.4100Gb/sCO-OFDM傳輸仿真8.5高頻譜效率的CO-OFDM系統(tǒng)8.2.1OBM-OFDM的基本原理把整個(gè)OFDM頻譜分割成多個(gè)正交頻帶，并且保持這些子帶之間的正交性的方法稱為OBM-OFDM

子載波正交條件△fG=m△f

△f每個(gè)子帶的子載波間隔

△fG頻帶保護(hù)間隔

OBM-OFDM的電實(shí)現(xiàn)下圖是采用混合信號電路實(shí)現(xiàn)的OBM-OFDM

上變換的中心頻率處于f1

到fN

到之間

f1

＝l.△fbl∈[-L,L]f1是第l個(gè)OFDM子帶的中心頻率，△fb是子帶間距U采用這種方式，DAC/ADC僅需工作在每個(gè)OFDM子帶帶寬內(nèi)，該子帶大約是整個(gè)原始OFDM頻譜以子帶數(shù)目為比例的縮減8.2.2.2OBM-OFDM的光學(xué)實(shí)現(xiàn)OBM-OFDM的光學(xué)結(jié)構(gòu)與電實(shí)現(xiàn)相同射頻I/Q調(diào)制器

光I/Q調(diào)制器（90o并行馬赫-增德爾調(diào)制器）發(fā)送或接受端的射頻本地振蕩器光本地振蕩器

這樣所有子載波的正交條件就能滿足OBM-OFDM也可以通過在WDM信道上傳輸OFDM數(shù)據(jù)和鎖定所有激光器于共同的光基準(zhǔn)OBM-OFDM具有的優(yōu)點(diǎn)：1.由于沒有或很小的保護(hù)頻帶，所以可以獲得高頻譜效率；2.能夠僅通過一次性快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)兩個(gè)OFDM子帶的同時(shí)解調(diào)；3更易于用抗混疊濾波器來分段，進(jìn)而用低速率的DAC/ADCs進(jìn)行處理；4.由于采用的是整體頻譜的子帶，所以需要的循環(huán)前綴長度大大縮短8.2.3實(shí)驗(yàn)裝置及說明

8.2.3.1CO-OFDM發(fā)射機(jī)復(fù)用5個(gè)OFDM子帶產(chǎn)生107Gb/s的OBM-OFDM信號，每個(gè)子帶上，21.4Gb/sOFDM信號以雙偏振形式傳輸，6406.25MHz的多頻光源通過兩個(gè)IM的級聯(lián)的強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生多頻信號盡管OBM-OFDM是一個(gè)更具經(jīng)濟(jì)效益的解決方案，而研究實(shí)例卻涉及到昂貴的高速混合信號設(shè)計(jì)，試運(yùn)行以及芯片測試。我們選擇光復(fù)用來得到一個(gè)107Gb/s的OBM-OFDM來驗(yàn)證。雙調(diào)制器裝置使5個(gè)子帶之間更加平緩，并且使預(yù)期的5個(gè)子帶外泄露譜更少，僅中間5個(gè)有大而平坦功率的頻譜被用于性能指標(biāo)評價(jià)。

AWG的相位鎖定于10MHz的合成器上，由兩個(gè)相位相差90度的馬赫-增德爾調(diào)制器組成的I/Q調(diào)制器將基帶的OFDM信號加載到5個(gè)光頻率上，實(shí)現(xiàn)射頻到光的線性變換，I/Q調(diào)制器的輸出包含5個(gè)子帶的OBM-OFDM信號，每個(gè)子帶以10.7Gb/s的速率加載同樣的數(shù)據(jù)被稱為一致加載

接收機(jī)由一個(gè)偏振光分束器，一個(gè)本地激光器，兩個(gè)混頻器和4個(gè)平衡接收機(jī)組成。來自4個(gè)平衡檢測器的射頻信號先通過帶寬為3.8GHz的抗混疊低通濾波器，這樣來自其他子帶的頻率成分只有一小部分能通過，所以在OFDM中很容易去除CO-OFDM接收機(jī)111Gb/無保護(hù)間隔的CO-OFDM傳輸無需用FFT和循環(huán)前綴來構(gòu)造OFDM信號，采用與光OFDM相同的原理，通過適當(dāng)?shù)拿}沖整形，并鎖定子載波于正交頻率，來達(dá)到子載波頻譜重疊，卻不產(chǎn)生干擾。下圖是10通道111Gb/sNGI-CO-OFDM信號傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置圖NGI-CO-OFDM傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果8.4100Gb/sCO-OFDM傳輸仿真

8.4.1一致加載與隨機(jī)加載100Gb/sCO-OFDM的比較8.2節(jié)討論的實(shí)驗(yàn)，承載相同數(shù)據(jù)的5個(gè)OFDM子帶被復(fù)用，產(chǎn)生一個(gè)OBM-OFDM信號，這涉及到關(guān)于一致加載對非線性估計(jì)過低問題，仿真配置圖采用這種方式，可以仿真類似于第二節(jié)實(shí)驗(yàn)所發(fā)送的OFDM信號，也就是說，5個(gè)子帶用相同的數(shù)據(jù)加載。1.單路最佳發(fā)射功率對于一致加載和隨機(jī)加載來說分別是0dBm和1dBm,而WDM系統(tǒng)的最佳發(fā)射功率對于一致加載和隨機(jī)加載來說都是0dBm

說明：功率超過最優(yōu)值，光纖的非線性將會使系統(tǒng)的性能降低。

另一方面，如果輸入功率比這些最優(yōu)值小，所接收信號的光信噪比將會變小，也會導(dǎo)致Q值降低對于單路傳輸，采用一致加載和隨機(jī)加載的最佳發(fā)射功率之差為1dB，最佳Q值差大約為1.2dB，對于WDM，兩種加載方法有同樣的最佳發(fā)射功率-1dB，他們的Q值差為0.4dB說明：該仿真對于單路傳輸和WDM，隨機(jī)加載107Gb/sOBM-OFDM系統(tǒng)有更好的傳輸性能8.4.2色散分布對100Gb/sCO-OFDM傳輸?shù)挠绊懺诿總€(gè)跨度的SMF色散采用夾在兩個(gè)摻餌光纖放大器之間的色散補(bǔ)償模塊（DCF）對于隨機(jī)加載，系統(tǒng)使用和不使用DCF，單路傳輸最佳發(fā)射功率為-1dBm和1dBm，最大Q值差為3.5dB，而對于一致加載，最佳功率為0dBm和-4dBm，最大Q值差為4dB對于WDM傳輸?shù)那闆r，隨機(jī)加載在兩種色散分布下最佳發(fā)射功率為-1dBm和-3dBm；對于單路和WDM傳輸，一致加載都表現(xiàn)出很差的非線性，原因在于頻帶之間的相關(guān)性使得一致加載增大了峰值平均功率比，從而在高發(fā)射功率時(shí)使信號性能嚴(yán)重下降當(dāng)不采用DCF傳輸時(shí)，會略微存在對系統(tǒng)性能的低估，因?yàn)橐恢录虞d增加了系統(tǒng)非線性。從色散補(bǔ)償中分析使Q降低的因素：一、DCF非線性是使Q性能下降的一個(gè)因素二、兩級放大器造成了線性噪聲指數(shù)的降低8.4.3帶級聯(lián)ROADM的100Gb/sCO-OFDM傳輸光分插復(fù)用器是實(shí)現(xiàn)一個(gè)從波分復(fù)用傳輸鏈路中分離一個(gè)波長信道（光下路），然后在以相同的波長往光載波中插入新的信息（光上路）的功能。帶級聯(lián)ROADM主要由交錯復(fù)用器和阻塞器構(gòu)成DWDM通道通過交錯復(fù)用器分成“奇通道”，“偶通道”，放寬了對波長阻塞器的通帶要求，第二個(gè)交錯復(fù)用器將兩組通道再結(jié)合起來。如下圖，有/無濾波器對中情況下，Q值隨節(jié)點(diǎn)數(shù)目的變化曲線，經(jīng)過10個(gè)級聯(lián)的ROADM，Q損傷幾乎為0.這是因?yàn)?07Gb/sCO-OFDM信號僅占32GHz的帶寬，而10個(gè)級聯(lián)ROADM的1/3dB帶寬為33/36.5GHz,因此，大部分信號頻譜被限制在濾波器的通寬內(nèi)。失諧越大，Q損傷越嚴(yán)重1.光OFDM的一個(gè)優(yōu)勢在于對高階調(diào)制（可以有效的提高不同載頻之間切換的成功率）的兼容性2.另