OFDM技术在光纤通信系统中的应用探究

程敏捷

(浙江省永康供电公司，浙江 永康 321300)



OFDM技术在光纤通信系统中的应用探究

程敏捷

(浙江省永康供电公司，浙江 永康 321300)

摘要:基于OFDM技术的光纤通信系统融合了OFDM技术以及光纤通信的双重优点。在高速率、超长距离、大容量的光纤系统中，光OFDM可作为关键技术来应用。文中简要的概述OFDM技术，介绍了光纤通信系统的特性，探究了OFDM技术在光纤通信系统中的综合应用。

关键词：OFDM技术；光纤通信系统；DDO-OFDM；CO-OFDM

光OFDM技术主要有三个方面的优势，分别是较强的抗色散能力、较高的频谱利用率以及较强的抗非线性能力。同时随着数字信号处理技术的飞速发展，在超长距离的传输系统中，光OFDM技术也得到相关领域和行业特别的关注。其根据检测方式的不同，可以分为CO-OFDM系统以及DDO-OFDM系统，但是在超长距离的传输中，相比DDO-OFDM系统CO-OFDM系统会具有更优越的性能。

1　OFDM技术简述

1.1　OFDM技术的基本原理

OFDM技术的运行原理就是把高速串行的数据流转换成低速并行的数据流，同时在多个相互之间有正交关系的子载波上进行数据流的传输，这样一来，子载波上符号的速率就会降低，从而使符号的持续时间得以延长。因此，OFDM技术具有非常强的抗多径效应以及抗窄带干扰的能力。虽然子载波的频谱互相重叠，但是属于相互正交的重叠，不会产生子载波间的干扰，从而提高了频带的利用率。

1.2　OFDM技术的优缺点

OFDM技术有四个方面优点，分别是较高的频带利用率、较强的抗衰落能力、较强的抗码间干扰能力以及能够适应高速的数据传输。而OFDM技术的缺点主要有三个方面，分别是比较大的峰值平均功率比、较强的频率偏移以及相位噪声敏感性、负载算法以及自适应调制技术等增加了系统的设计难度。

2　光纤通信系统的特性

当今社会是个信息时代，光纤通信是解决通信道路拥挤的最好方案，具有如下优点：

(1)频带宽以及较大的通信容量

理论上讲，一根光纤能够同时传输一千亿个话路。然而因为技术能力的限制，在实际传输中暂且能够同时传输24万个话路，即便如此，相比明线、同轴电缆以及微波而言，也高出了几十甚至上千倍之上。一般来讲，一根光缆中可以存储几百根光纤，在此基础上再应用波分复用技术，由此可见，光纤有着极其巨大的通信容量。

(2)泄漏小以及较好的保密性能

信息化社会通信系统的保密性能是人们最为关注的一个话题。同轴电缆的保密性能非常不好，通常在几千米之外，电缆中的传输信息就能够被窃听，相比保密性极低的同轴电缆而言，光纤通信则具有良好的保密性能，传输信号很难被窃听，因此在光纤传输数据过程中泄露信号的概率是非常低的。

(3)损耗小以及较长的中继距离

一般来讲，电缆的损耗在几分贝以上，而光纤的损耗则要小很多，因此，相比微波以及电缆，光纤的传输距离则要长很多。

(4)较好的抗电磁干扰性能

制作光纤的材料通常是石英，石英是一种绝缘材料，因此，光纤具有较好的抗电磁干扰的性能。

(5)便于施工维护

光纤具有重量轻、体积小的特点，因此安装起来比较方便，在施工过程中没有屏蔽处理以及接地的问题，同时光纤后期维护也比较方便。

(6)原材料来源丰富

石英是用来制作光纤的化学材料，其实质上就是二氧化硅。二氧化硅在自然界中有着极其巨大的存储量。所以说，丰富的二氧化硅资源会使其在未来市场上的价格极其的低廉。

综上所述，光纤通信系统具备很多优良的特性。但是为了使通信系统的传输容量能够得到进一步的提高，必须对光纤的宽带进行充分的利用，因此，各种类型的光纤复用技术，比如WDM技术、OCDM技术、OTDM技术、DWDM技术以及O-OFDM技术等被深入研究。

3　OFDM技术在光纤通信系统中的应用

3.1　直接检测光OFDM系统

根据光OFDM信号不同的生成方式，直接检测光OFDM系统可以分为线性映射以及非线性映射两种DDO-OFDM系统。这两类系统的不同之处就在于是否需要直接将基带OFDM频谱复制到光OFDM的频谱。而在线性映射DDO-OFDM系统中，基带OFDM频谱的线性迁移就是光OFDM的频谱，也就是说复制是直接的。在该系统中，传输距离会受到色散系数的影响，因此需要对电域或者光域的色散进行补偿。此外，子载波数目的不同也会影响到DDO-OFDM系统，所以要根据频带利用率以及误码率的需求来对子载波数目进行合理的选择。

3.2　相干检测光OFDM系统

在直接检测光OFDM系统中，只有光的强度信息能被光电检测器检测到，而光载波的相位以及频率是检测不到的，因此，该系统不能有效地将初始数字信号恢复。相比而言，相干检测光OFDM系统则能弥补直接检测光OFDM系统的不足，甚至因为具备极其高的接收机灵敏度，因此在同样的发射功率下传输距离能够更长。但是同样的，子载波数目的不同能够直接影响到CO-OFDM系统性能的发挥。数目过大，就会造成信道间的干扰。数目过少，就会降低频谱的利用率。因此，控制好子载波的数目是非常重要的。此外，在CO-OFDM系统中，调制方式的不同也会影响到系统的光信噪比、非线性效应以及光纤色散容限等因素，这就需要相关技术人员平衡了传输距离、传输容量、频谱利用率以及误码率等各项性能之后，合理选择调制方式。另外需要注意的一点是，差分群延时(DGD)的不同也能对系统性能造成影响，系统性能会随着DGD的增大而变好，但是超过某一值后，系统性能会随着DGD的增大而下降，这是因为此时影响系统性能的主要因素变成了偏振模色散。

3.3　偏振复用CO-OFDM系统

由于CO-OFDM系统可以对光纤中的偏振模色散进行有效的补偿与估计。为了提高所需要的系统容量，需要将偏振复用技术引入到CO-OFDM系统之中，这样做不仅可以满足系统对各个元器件的基本要求，而且还能进一步提升系统的运行速率。由此可见，偏振复用CO-OFDM系统已经成为未来超大容量、超高速率和超长距离传输系统的重要解决措施。由于单模光纤通常情况下具备两种偏振模式，并且光信号的传输会受到偏振相关损耗(PDL) 和偏振模色散(PMD) 和色散(CD)效应的影响。

偏振复用CO-OFDM中仿真系统的基本参数主要包括以下几个方面：(1)随机序列信号中的发生模块其输出长度一般为218-1，而且其信号的传递速度达到了40 Gbit/s；(2)本振光的线宽为1 MHz、波长是1 550 nm的连续波(CW)激光器；(3)光源入纤功率是0 dBm；(4)调制器采用了LiN-b03晶体马赫曾德调制器；(5)色散系数为16. 75 ps/(nm*km)；(6)采用了标准单模光纤进行数据的传输，其损耗为0. 12 dB/km；(7)光纤长度为320 km，差分群延时(DGD)为50 ps。在进行偏振复用CO-OFDM中仿真系统设定时，最好根据实际情况选择调制方式和子载波数，这样可以提高系统运行的优越性。而且在子载波数为128时，可以选择16QAM和QPSK的调制方式，发送端的传输速率一般选择20 Gbit/s的OFDM信号，并且在光纤中的传输速率控制在40 Gbit/s。该过程中最好选择偏振复用技术，从X方向接收信号，然后合理选择调制方式和子载波数，这样不仅可以提高系统的频谱利用率，而且还能够降低系统的误码率，从而提高系统的运行性能。

与PDM-CO-OFDM系统相比，单偏振CO-OFDM系统的仿真结果更加优越，其得出的结果能够更好地满足实际需求。在相同的传输速率下，两个系统的误码率主要受不同光信噪比的影响。随着光信噪比的提升，会进一步降低两个系统的误码率。在相同光信噪比下，单偏振CO-OFDM系统的误码率要明显高于PDM-CO-OFDM系统。这主要是因为当单偏振CO-OFDM的传输速率控制在40 Gbit/s时，PDM-CO-OFDM系统的传输速率仅为20 Gbit/s，因此在接收端和发送端一般采取低速的信号来进行处理，从而实现数据的高速传输。总之，在进行高速数据传输阶段，单偏振CO-OFDM系统具有明显的优势，能够更好地提高系统的性能。

4　总　结

光OFDM技术融合了OFDM技术以及光纤通信的双重优点，因此随着信息技术的快速发展，在未来的高速传输系统中，光OFDM可作为一项关键技术来使用。然而，在未来的研究工作中，还应该对光OFDM系统中的非线性效应、OFDM信号处理中的关键技术、PDM-CO-OFDM系统中的偏振相关损耗等问题进行深入的研究，使该技术能够更好地为社会、为人类服务。

参考文献：

[1]原荣.光正交频分复用(OFDM)光纤通信系统综述[J].光通信技术,2011,(08):127-128.

[2]金显庆.多模光纤通信中的自适应功率分配光OFDM技术[J].光电子·激光,2008,(03):15-16.

[3]郭敏杰.自适应技术在CO-OFDM多模光纤通信系统的应用[J].光通信技术,2011,(02):40-41.

通信技术

Application of OFDM Technology in Optical Communication System

CHENG Min-jie

(Yongkang Power Supply Company, Yongkang 321300, China)

Abstract:Optical communication system based on OFDM technology combines the advantages of both OFDM technology and optical communication. In optical system with features of high speed, ultra long distance and huge capacity, OFDM can be regarded as a key technology. This paper briefly outlines OFDM technology, describes the characteristics of optical communication systems, and explores the comprehensive application of OFDM technology in optical communication system.

Key words:OFDM technology; optical communication system; DDO-OFDM; CO-OFDM

中图分类号：TP393

文献标识码：A

文章编号：1009-3664(2015)02-0097-02

作者简介：程敏捷(1972-)，男，浙江永康人，大学本科，工程师，研究方向：电力信息。

收稿日期：2014-12-21