【摘要】：光纖通信以低損耗、低成本、高帶寬、抗干擾和保密性好等優(yōu)點成為現(xiàn)代通信骨干網(wǎng)及接入網(wǎng)的核心手段。隨著信息化程度的加深,流媒體傳輸需要的帶寬增加,互聯(lián)網(wǎng)用戶對于傳輸帶寬的要求逐年提高,作為通信主干網(wǎng)的光纖通信也急需提高自己的傳輸容量,百Gbps甚至Tbps級別的通信技術(shù)已經(jīng)通過各種手段由實驗室實現(xiàn)并且正在逐步進(jìn)入商用階段。正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)是一種具有很高頻譜效率的信號傳輸方式并已在無線通信中得到廣泛應(yīng)用,是現(xiàn)代4G和5G通信所采用的核心技術(shù)之一。最新的理論和實驗研究表明,全光OFDM技術(shù)是將光纖傳輸容量提高到Tbps級的一種有效的手段,是當(dāng)前光纖技術(shù)研究的一個重要熱點。本文對光學(xué)OFDM信號在光纖中的傳輸特性,進(jìn)行了較為深入的理論仿真研究。在詳細(xì)推導(dǎo)光纖中光信號傳輸方程的基礎(chǔ)上,通過對光纖非線性傳輸方程的數(shù)值求解并編制相應(yīng)的數(shù)值仿真程序,詳細(xì)分析了損耗、色散、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、四波混頻等光纖非理想性對光纖中光學(xué)OFDM信號的波形、頻譜等傳輸特性的影響。為了能夠得到盡可能多的仿真結(jié)果,本文只針對具有四個OFDM子載波信道的情況進(jìn)行了仿真,而每個子載波信道的功率取較高的數(shù)值。這樣安排的主要原因除了減小仿真程序的運行時間以便得到更多的仿真結(jié)果外,還考慮到了下面幾個因素:(1)色散和損耗等線性效應(yīng)與子載波通道數(shù)無關(guān);(2)由于相位匹配條件的限制,子載波間的非線性相互作用主要發(fā)生在緊鄰?fù)ǖ乐g;(3)子載波信道數(shù)目增加引起的光纖中總信號功率增加所帶來的非線性效應(yīng)增強(qiáng)的問題,可以通過增加每個子載波信號的功率得到部分解決。論文所完成的主要工作如下:1、從亥姆霍茲方程出發(fā),推導(dǎo)了包括損耗、色散、高階色散和非線性效應(yīng)在內(nèi)的光纖中光信號的非線性傳輸方程。運用Matlab集成編程環(huán)境編制了光纖中光信號非線性傳輸方程的數(shù)值求解程序,并對數(shù)值仿真程序的正確性和可靠性進(jìn)行了充分的驗證。結(jié)果表明,所編制的仿真程序能夠給出與已有光纖中光信號傳輸有關(guān)理論和實驗研究完全一致的數(shù)值仿真結(jié)果。2、在忽略光纖中光學(xué)非線性效應(yīng)的情況下,運用所編制的數(shù)值仿真程序詳細(xì)分析了光纖色散、光纖傳輸距離和高階色散對光纖中OFDM子載波信號傳輸特性的影響。仿真結(jié)果表明:對于全光OFDM,色散的影響因素也是與色散長度及傳輸距離的相對值有關(guān),而全光OFDM可以通過加入循環(huán)抽頭來抑制色散,并且主峰和旁瓣都時展寬衰減,因此對于OFDM信號來說色散更加容易控制。3、分析了自相位調(diào)制,交叉相位調(diào)制以及四波混頻效應(yīng)對全光OFDM傳輸?shù)挠绊?我們可以看到單獨的自相位調(diào)制被色散效果抑制了部分效果,而交叉相位調(diào)制導(dǎo)致了信號頻譜的迅速展寬,四波混頻的效應(yīng)會導(dǎo)致明顯的不對稱的能量轉(zhuǎn)移。非線性效應(yīng)的影響因素也可以從非線性長度與傳輸長度,色散長度之間的相對關(guān)系來進(jìn)行分析,通過控制初始信號功率,合理地傳輸距離,可以有效地抑制非線性地效應(yīng),提高通信系統(tǒng)的可靠性。本文所完成的工作是課題組整個理論與實驗研究工作的一部分。課題的最終任務(wù)是建立一套能夠?qū)Π瑪?shù)百路子載波信道、各種調(diào)制格式的多進(jìn)制偽隨機(jī)子載波信號序列的復(fù)用和解復(fù)用、信號的傳輸和檢測等的全光OFDM系統(tǒng)進(jìn)行真實模擬的數(shù)值仿真程序。
【圖文】：

邐＾逡逑圖卜２邋ＯＦＤＭ原理圖逡逑圖１－２給出了邋－個ＯＦＤＭ系統(tǒng)的原理性組成示意圖。對于Ｎ個載波頻率分逡逑R%為ｆｌ．ｆＺ…．例的頻分復(fù)用系統(tǒng)，，如果每一載波信道均為符號周期為Ｔｓ逡逑的數(shù)字信道，則在鏈路中傳輸?shù)亩噍d波信號ｓ⑴可以表述為：逡逑、．（，）＝（Ｍ）逡逑／＝—00邋ｋ＝＼逡逑？ｓ＇＊（／）邋＝邋＾（0ｅｘＰ（．／２；ｒ．／Ａ／）邐（］－２）逡逑ｐ（ｌ）邋＝邋＼邐＇邐（１－３）逡逑１邋０（其他）ｆ逡逑其中Ｇ為第１個子載波上的第／個信號符號，從０和ｇ⑴分別為第々個子載波的波逡逑形及脈沖整形函數(shù)。任意兩個了載波和Ｖ）間的相關(guān)性為：逡逑Ｋ，邐＝邋Ｓｉｎ（＾Ａ邐－邋ｆ，）Ｔ）邐（１－４）逡逑Ｔ邋Ｊ0邐ｎ｛ｆｋ邋－Ｊ，）Ｔ逡逑

第三章．?dāng)?shù)值方法及仿真程序的編制逡逑３．１光學(xué)ＯＦＤＭ信號的仿真生成逡逑在這里假設(shè)時域上己經(jīng)生成了理想平穩(wěn)的超連續(xù)譜，假設(shè)經(jīng)過ＭＺＭ調(diào)制后逡逑產(chǎn)生了邋４路具有隨機(jī)時延的矩形方波，這里直接生產(chǎn)４路理想頻域ｓｉｎｅ波，通逡逑過傅里葉逆變換到時域后的方波應(yīng)該是在同一時間區(qū)間的，這里通過加入隨機(jī)的逡逑時延來區(qū)分各路信號并且也能起到模擬仿真真實傳輸情況的作用。逡逑．邐邋賴倍號邐邐邋賴前領(lǐng)曑對

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