發(fā)布時(shí)間：2017-09-27 03:10

  本文關(guān)鍵詞：塑料光纖短距高速通信相關(guān)技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 塑料光纖 調(diào)制技術(shù) 離散多音頻 多元位置相移鍵控 信道容量 最優(yōu)帶寬 非線性失真

【摘要】：塑料光纖(POF)纖芯粗、柔韌性好、價(jià)格低廉、材質(zhì)耐用、抗電磁干擾、易于安裝和建設(shè)成本低,得到了越來(lái)越多的關(guān)注,有望取代傳統(tǒng)媒質(zhì)成為短距高速數(shù)據(jù)通信的理想介質(zhì)。然而,POF色散大、帶寬有限,又成為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕系K。如何降低衰減、提高帶寬,對(duì)POF通信具有非常重要的實(shí)用意義。本文主要從數(shù)字信號(hào)處理角度,探索先進(jìn)的具有較強(qiáng)抗衰落能力的信號(hào)傳輸方案和處理算法,以克服POF的帶寬瓶頸限制,達(dá)到提高POF傳輸速率、擴(kuò)充系統(tǒng)容量和改善傳輸性能的目的。結(jié)合聚甲基丙烯酸甲酯階躍折射率塑料光纖(PMMA-SI-POF)的傳輸特性,重點(diǎn)討論了高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)、傳輸容量提升、傳輸帶寬優(yōu)化和系統(tǒng)非線性等方面的問(wèn)題。針對(duì)影響多元位置相移鍵控(MPPSK)調(diào)制信號(hào)功率譜旁瓣電平的線譜雜散,分析了MPPSK信號(hào)的頻譜特性,找出線譜分布規(guī)律,提出波形優(yōu)化法和多元滿位置法來(lái)抑制線譜雜散；設(shè)計(jì)了兩類不同的解調(diào)器對(duì)兩種功率譜優(yōu)化后的MPPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；從功率譜特性和解調(diào)性能方面,對(duì)兩種方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和分析,結(jié)果表明,優(yōu)化后的MPPSK調(diào)制信號(hào)線譜被抑制,調(diào)制帶寬得到了緊縮,在較低的信噪比(SNR)環(huán)境下依然具有優(yōu)異的誤碼率(BER)性能,且在相同的BER指標(biāo)下,波形優(yōu)化法要比多元滿位置法節(jié)省0.3dB～0.7dB的能量,表明了兩種方法的有效性和可行性。SI-POF具有類似低通濾波器的傳輸特性,信號(hào)在高頻率傳輸區(qū)域具有較大的衰減,導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的通信能力和通信質(zhì)量受限。將S I-POF的傳輸頻帶劃分為兩個(gè)區(qū)域,利用MPPSK的低功耗特性,提出了一種基于離散多音頻調(diào)制(DMT)和MPPSK調(diào)制的融合傳輸方案；為了減小MPPSK的信號(hào)旁瓣對(duì)DMT相鄰邊帶的干擾,提高DMT的抗干擾能力,在頻域內(nèi)使用了Hadamard序列對(duì)映射符號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展。50m的SI-POF傳輸實(shí)驗(yàn)表明,在1×10-4的BER指標(biāo)下,DMT-MPPSK在原先廢棄的低SNR區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了速率為39Mbps的額外MPPSK數(shù)據(jù)傳輸,充分利用了有限的信道資源,在同等功耗條件下進(jìn)一步提升了POF的傳輸能力。針對(duì)未編碼的SI-POF通信系統(tǒng)的傳輸容量計(jì)算問(wèn)題,分析了理想最優(yōu)和實(shí)際傳輸?shù)腄MT子載波功率分配；從降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度方面考慮,在均勻功率譜密度輸入的約束下,對(duì)SI-POF的IM/DD通信模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析；基于高斯低通和一階低通的POF信道模型,給出了基于信噪比間隔的最大可傳輸容量和最優(yōu)使用帶寬的計(jì)算模型。借助數(shù)值計(jì)算研究了系統(tǒng)的傳輸帶寬和信道容量,理論計(jì)算和50m的SI-POF傳輸實(shí)驗(yàn)表明了該計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,使用優(yōu)化的傳輸帶寬可以提高系統(tǒng)的最大可傳輸速率。該計(jì)算方法可有效地用于SI-POF通信系統(tǒng)的容量計(jì)算和傳輸帶寬優(yōu)化。針對(duì)DMT信號(hào)峰均比(PAPR)較大的缺陷,首先理論分析了Nyquist采樣和過(guò)采樣條件下DMT信號(hào)的PAPR統(tǒng)計(jì)分布�；贘acket矩陣求逆簡(jiǎn)單、構(gòu)造便捷的優(yōu)點(diǎn),提出了一種Jacket矩陣擴(kuò)展的JS-DMT傳輸方案,減小了原始頻域符號(hào)的非周期自相關(guān)性,進(jìn)而可以有效地降低時(shí)域信號(hào)的PAPR值。分析表明JS-DMT具有優(yōu)異的功率譜(PSD)和BER性能,且兼?zhèn)淞说蛷?fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)。為了克服JS-DMT的通信性能受POF傳輸帶寬影響較大的缺陷,提出了一種基于子帶分割的新型多帶(MB)JS-DMT傳輸方案。該方案將POF傳輸頻帶劃分為多個(gè)子帶,并在子帶內(nèi)對(duì)調(diào)制符號(hào)進(jìn)行Jacket矩陣擴(kuò)展,以避免了JS-DMT中整個(gè)頻帶內(nèi)SNR是恒值的現(xiàn)象發(fā)生。實(shí)驗(yàn)表明,MB-JS-DMT克服了JS-DMT的帶寬敏感性,擴(kuò)展了可用傳輸帶寬,提高了最大傳輸速率。但其傳輸性能與子帶分割有關(guān),子帶個(gè)數(shù)的選擇需要在PAPR抑制、BER性能、傳輸速率和系統(tǒng)復(fù)雜度之間折中選擇。理論分析與實(shí)驗(yàn)表明了MB-JS-DMT的可靠性和可行性,該傳輸方案更適用于實(shí)際POF傳輸系統(tǒng)。為改善SI-POF通信系統(tǒng)中RCLED的非線性失真,分析了該非線性對(duì)DMT傳輸性能的影響。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)RCLED的靜態(tài)傳輸特性進(jìn)行多項(xiàng)式擬合,建立了一種適用于POF通信的RCLED傳輸模型,分析了直流偏置點(diǎn)和電信號(hào)功率的選擇對(duì)傳輸性能的影響。為緩解RCELD的非線性效應(yīng),設(shè)計(jì)了基于多項(xiàng)式數(shù)字預(yù)失真和LUT數(shù)字預(yù)失真的DMT傳輸方案。結(jié)果表明：即使在較為嚴(yán)重的非線性畸變情況下,系統(tǒng)仍然可以保持較好的通信性能,比原始DMT傳輸取得了將近10dB的BER增益,展現(xiàn)出較強(qiáng)的抗非線性干擾的能力。
【關(guān)鍵詞】：塑料光纖 調(diào)制技術(shù) 離散多音頻 多元位置相移鍵控 信道容量 最優(yōu)帶寬 非線性失真
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 縮略詞15-18
• 第1章 緒論18-38
• 1.1 研究背景18-26
• 1.1.1 接入網(wǎng)室內(nèi)短距離光纖通信18-20
• 1.1.2 塑料光纖20-21
• 1.1.3 POF的分類21-23
• 1.1.4 POF通信中的光電器件23-24
• 1.1.5 POF的應(yīng)用與發(fā)展前景24-26
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況26-34
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀26-27
• 1.2.2 國(guó)外研究進(jìn)展27-34
• 1.3 研究意義34-35
• 1.4 論文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排35-38
• 1.4.1 研究目標(biāo)35
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容35-36
• 1.4.3 組織結(jié)構(gòu)36-38
• 第2章 SI-POF傳輸系統(tǒng)38-54
• 2.1 POF的光傳輸性能38-40
• 2.1.1 衰減38
• 2.1.2 色散38-40
• 2.2 基于IM/DD的SI-POF通信系統(tǒng)40-43
• 2.2.1 IM/DD光通信40-41
• 2.2.2 離線實(shí)驗(yàn)裝置41-43
• 2.3 IM/DD信道響應(yīng)測(cè)量與信道模型43-48
• 2.3.1 信道頻率響應(yīng)測(cè)量43-46
• 2.3.2 信道模型46-48
• 2.4 POF通信系統(tǒng)中的噪聲48-52
• 2.4.1 限幅噪聲48-49
• 2.4.2 接收機(jī)噪聲49-50
• 2.4.3 量化噪聲50-51
• 2.4.4 歸一化信噪比51
• 2.4.5 噪聲功率譜密度51-52
• 2.5 本章小結(jié)52-54
• 第3章 高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)54-86
• 3.1 引言54
• 3.2 DMT調(diào)制54-60
• 3.2.1 DMT技術(shù)原理54-57
• 3.2.2 DC-DMT調(diào)制57-58
• 3.2.3 AC-DMT調(diào)制58-60
• 3.3 類正弦調(diào)制技術(shù)60-74
• 3.3.1 基本原理60-62
• 3.3.2 調(diào)制信號(hào)的離散線譜雜散分析62-64
• 3.3.3 波形優(yōu)化法64-65
• 3.3.4 波形優(yōu)化法下的解調(diào)器設(shè)計(jì)65-69
• 3.3.5 多元滿位置法69
• 3.3.6 多元滿位置狀態(tài)下的解調(diào)器設(shè)計(jì)69-71
• 3.3.7 仿真驗(yàn)證與分析71-74
• 3.4 DMT與MPPSK的融合傳輸74-84
• 3.4.1 融合傳輸結(jié)構(gòu)74-76
• 3.4.2 相鄰邊帶干擾76-78
• 3.4.3 實(shí)驗(yàn)與分析78-84
• 3.5 本章小結(jié)84-86
• 第4章 POF通信系統(tǒng)的容量提升與帶寬優(yōu)化86-112
• 4.1 引言86
• 4.2 POF通信系統(tǒng)的理論信道容量86-88
• 4.3 自適應(yīng)調(diào)制88-99
• 4.3.1 技術(shù)概述及系統(tǒng)模型88-92
• 4.3.2 Water Pouring原理92-94
• 4.3.3 Hughes-Hartogs算法94-95
• 4.3.4 Chow算法95-98
• 4.3.5 Fischer算法98-99
• 4.4 POF通信系統(tǒng)的實(shí)際可傳輸容量99-104
• 4.4.1 實(shí)際情況下的功率分配100-101
• 4.4.2 實(shí)際可傳輸容量計(jì)算101-104
• 4.5 實(shí)驗(yàn)與分析104-109
• 4.5.1 等效信噪比對(duì)可傳輸容量影響104-105
• 4.5.2 帶寬邊界對(duì)可傳輸容量影響105-106
• 4.5.3 傳輸距離對(duì)可傳輸容量影響106-107
• 4.5.4 實(shí)際傳輸驗(yàn)證107-109
• 4.6 本章小結(jié)109-112
• 第5章 Jacket預(yù)編碼的DMT傳輸方案112-134
• 5.1 引言112
• 5.2 DMT信號(hào)的PAPR統(tǒng)計(jì)分布112-117
• 5.2.1 Nyquist采樣信號(hào)112-113
• 5.2.2 過(guò)采樣信號(hào)113-115
• 5.2.3 仿真驗(yàn)證115-117
• 5.3 PAPR抑制技術(shù)117-120
• 5.3.1 信號(hào)畸變類技術(shù)117-118
• 5.3.2 編碼類技術(shù)118
• 5.3.3 概率類技術(shù)118-120
• 5.4 Jacket預(yù)編碼的DMT調(diào)制系統(tǒng)120-127
• 5.4.1 自相關(guān)特性120-121
• 5.4.2 Jacket矩陣121-123
• 5.4.3 Jacket預(yù)編碼的單帶DMT調(diào)制解調(diào)器123-125
• 5.4.4 Jacket預(yù)編碼的多帶DMT調(diào)制解調(diào)器125-127
• 5.5 實(shí)驗(yàn)與分析127-133
• 5.5.1 JS-DMT的性能分析127-129
• 5.5.2 MB-JS-DMT的性能分析129-131
• 5.5.3 BER性能分析131-133
• 5.6 本章小結(jié)133-134
• 第6章 POF通信中的RCLED非線性134-150
• 6.1 引言134-135
• 6.2 RCLED的傳輸特性測(cè)量135-137
• 6.3 RCLED的非線性模型137-138
• 6.4 RCLED的非線性噪聲138-139
• 6.5 非線性失真的改善與補(bǔ)償139-143
• 6.6 分析與討論143-148
• 6.6.1 非線性效應(yīng)的影響143-144
• 6.6.2 直流偏置的影響144-145
• 6.6.3 DMT信號(hào)均方根電壓的影響145-146
• 6.6.4 RCLED非線性效應(yīng)的預(yù)失真補(bǔ)償146-148
• 6.7 本章小結(jié)148-150
• 第7章 總結(jié)與展望150-156
• 7.1 全文總結(jié)150-152
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新152-153
• 7.3 研究展望153-156
• 致謝156-158
• 參考文獻(xiàn)158-172
• 作者攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果172-173

，

本文編號(hào)：927270