基于OFDM的高速光傳輸系統的關鍵技術研究

繆賁術

【摘要】 目前，高速光傳輸系統已經開始廣泛使用正交頻復用技術OFDM，有效推動了高速光通信的發展，OFDM系統集成了光通信和無線OFDM技術的優勢，不僅大幅度提高了傳輸速率和抗色散能力，而且提升了頻譜的效率。本文將簡單介紹光OFDM系統及其原理，淺析光OFDM系統的仿真性能，并淺談基于OFDM的高速光傳輸系統的關鍵技術。

【關鍵詞】 光OFDM系統 高速光傳輸系統 關鍵技術 研究

Key Technology of OFDM-based high-speed optical transmission systems Miao Benshu Naval Communication Engineering Design Studio Beijing 100841

Abstract： At present， high-speed optical transmission system has begun to widely used orthogonal frequency multiplexing technology， effectively promotes the development of the high speed optical communication， OFDM system integrates the advantages of optical communications and wireless OFDM technology， not only greatly improve the transmission rate and high resistance to dispersion ability， and enhance the spectrum efficiency. In this paper， we will briefly introduce the optical OFDM system and its principle， analyze the simulation performance of optical OFDM system， and discuss the key technology of high speed optical transmission system based on OFDM.

Key words： Optical OFDM system； high speed optical transmission system； key technology； research

光OFDM系統的研發與使用有效推動了高速光傳輸系統的發展，滿足了當代通信的要求，該系統以直接檢測OFDM系統（DD-OFDM）和相干檢測OFDM系統（CO-OFDM）的原理為基本理論，集合了這兩種系統的優勢，但是基于光OFDM系統的高速光傳輸系統的關鍵技術尚且存在一些不足，本文將在分析這些問題的基礎上提出改善措施。

一、光OFDM系統及其原理

OFDM正交頻復用技術是一種正交頻復用技術，也稱作多載波調制（MCM）技術。光OFDM系統主要是由直接檢測OFDM系統（DD-OFDM）和相干檢測OFDM系統（COOFDM）組成的，其基本理論是直接檢測OFDM系統（DDOFDM）和相干檢測OFDM系統（CO-OFDM）的原理，也就是將高速數據流經串并變換，變換成若干并行低速的子數據流，然后將這些并行數據分配到大量彼此正交的子載波上進行并行傳輸；在頻域上可描述為：在頻域內將給定信道分成許多正交的且相互重疊的子信道，在每一個信道上使用一個子載波進行調制，個子信道載波互相正交，并進行傳輸。光OFDM系統具有許多優勢，傳輸速率很快，抗色散能力和抗衰能力強，頻譜效率非常高，系統兼容性良好。據科學研究表明，光OFDM系統使用了多進制調制技術MQPSK和MQAM、循環前綴（CP），這樣就可以抵抗亂碼干擾（ISI）。此外，光OFDM系統集合了光通信與無線OFDM技術的優點，頻譜效率非常高，可以達到10bit/s/Hz甚至更高。而且使用CP技術以后，光OFDM系統不需要復雜的CD補償和色散管理，既提高了數據傳輸速度，也凈化了網絡環境。

另一方面，光OFDM系統使用了DSP技術，該技術不僅可以消除CD對傳輸信號的不利影響，而且能夠優化光OFDM系統的性能。

二、光OFDM系統的仿真性能

仿真技術是用模擬裝置組成的試驗系統研究真實系統的技術方法，光OFDM系統的仿真性能是由該系統的系統裝置所決定的，其主要裝置包括發射機、調制器、接收機等。要實現光OFDM系統的仿真性能就要遵循基本原理，充分發揮發射機、調制器、接收機的作用，發射機和調制器一般都安裝在直接檢測OFDM系統，接收機組裝在相干檢測OFDM系統，這樣分工可以減輕光OFDM系統的符合，提高數據信號的傳輸速度，避免亂碼干擾。

三、基于OFDM的高速光傳輸系統的關鍵技術

基于OFDM的高速光傳輸系統的關鍵技術主要包括多進制調制技術、循環前綴CP技術、光通信與無線OFDM技術、CP技術、DSP技術、光線鏈路技術、衛星通信技術與微波技術。這些技術雖然各有優勢，但也存在一些缺陷，因此，在使用這些技術的時候應注意揚長避短。多進制調制技術MQPSK和MQAM可以靈活轉換數據信號，但是不能單獨使用，需要和CP技術相互作用才能傳輸信號。光通信與無線OFDM技術可以實現光信號的無線傳輸，但是信號傳輸質量不穩定，容易受到外界的干擾，因此要加強這兩種技術的抗衰能力。DPS技術基本已成熟，可以消除CD對傳輸信號的不利影響，加強了光OFDM系統的抗干擾能力，但是還需要進一步優化，增強該技術的抗色散能力。

光纖鏈路技術需要光發射機、光纖光纜和光接收機的輔助，其中的光發射機一般由調制器、光源以及驅動器組成，可以實現對信號的調制，然后將光信號耦合進光纖中進行傳輸。光線光纜是光纖傳輸網絡中的傳輸通道，將經過光發射機調制的光信號以光纖光纜為載體實現遠距離傳輸的目的。把耦合的光信號傳輸到光檢測器上，實現輸送信息的功能。光接收機主要由光放大器與光檢測器組成，主要負責光電轉換。把以光纖為載體傳輸的信號進行轉換，把光信號轉換為電信號，再經過放大電路對微弱的電信號進行放大，傳送到用戶端。隨著光OFDM系統的不斷優化，光纖鏈路技術已經開始融合SDH技術，SDH具有傳輸容量大、行業標準統一、網絡保護功能強大等顯著優勢，它在PDH基礎上對數據信號的幀結構、復用方式、傳輸速率等級和接口碼型等特性進行了統一規范。SDH發展方向為基于SDH的多業務傳送平臺（MSTP）。MSTP能夠基于155/622Mb/s、2.5Gb/s、和10Gb/s等多種線路速率實現，既保留了固有的TDM交叉能力和傳統的SDH/PDH業務接口，能夠滿足業務的需求，又提供ATM處理、Ethernet透傳以及Ethernet L2交換功能來滿足數據業務的匯聚、梳理和整合的需要。光纖鏈路技術傳輸數據信號的容量比較大，不易受大氣的干擾，具有良好的抗干擾能力，但是存在強度低、質地脆、切斷熔接技術與耦合復雜、容易被挖斷等缺陷，因此需要提高光纖的質地與機械強度，遵循高內聚與低耦合的原則。

微波通信技術是直接以微波作為介質進行的通信，使用該技術時要注意發信設備與接收設備系統的組合質量。其發信設備分為直接調制式發信機和中頻調制式發信機。中頻調制式發信機的數字基帶信號調制是在中頻（70MHz或140MHz）實現的，能獲得較好的調制特性和設備兼容性，因而中大容量的數字微波設備大多采用。微波頻率為0.3GHz-300GHz，但當下能夠使用的范圍僅有1GHz-40GHz，工作頻率越高越能獲得較寬的通頻帶與較大的通信容量。收信設備和解調設備組成了微波的接收設備系統，目前，收信設備都采用外差式收信方案。由射頻系統、中頻系統和解調系統三大部分組成。來自接收天線的微弱微波信號經過饋線、微波濾波器、微波低噪聲放大器和本振信號進行混頻，變成中頻信號，再經過中頻放大器放大、濾波后送解調系統實現信碼解調再生。微波通信技術有許多優點，也存在不少的缺點，其優點是能夠進行直線通信，規劃頻率，傳輸質量好，信號穩定可靠，抵抗自然災害的能力很強。但是，該技術在電波波束方向不能受到阻擋，容易受到地球曲面的影響和空間傳輸的損耗，所以，要在每隔幾十千米的位置建立中繼站，方能延伸電波。而且，微波電路建設工程要在無線電管理部門的嚴格管理之下進行，不能在同一微波電路上使用相同的頻率。

衛星通信技術已全面向數字化方向發展，目前，衛星通信技術均采用DVB標準，該系統可以靈活傳送MPEG-2標準的數據信號，使用統一的MPEG-2傳送TS復用，運用Si系統提供數據信號的細節信息，并使用統一的一級RS前向糾錯系統和統一的加擾系統。衛星通信傳輸比較穩定，可以節約成本，但是，衛星通信往往存在星蝕、日凌中斷和雨衰現象，因此要將衛星鏈路建設在大氣層以上的宇宙空間，并建立多條衛星路徑，以提高衛星數據信號的傳輸質量。

四、結束語

綜上所述，使用正交頻復用技術OFDM推動了高速光通信的發展，提高了傳輸速率、抗色散能力和抗衰能力以及頻譜的效率，系統兼容性良好。光OFDM系統主要是由直接檢測OFDM系統和相干檢測OFDM系統組成的。基于OFDM的高速光傳輸系統的關鍵技術主要包括多進制調制技術、循環前綴CP技術、光通信與無線OFDM技術、DSP技術、衛星通信技術與微波技術，每一種技術各有優劣，因此在使用集成技術要充分發揮每一種技術的優勢，完善各種技術的不足，全面優化光OFDM系統，提高數據信號傳輸質量。

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