基于16QAM/PPM 调制的OCDM—PON 系统分析

谢芳

摘要：该文主要研究一种以16QAM作为相域调制格式，以PPM作为幅域调制格式，组成的正交再调制系统。通过在MATLAB环境中搭建单向OCDMA-PON系统，分析此种16QM/PPM组合应用于此系统中的性能。该方案应用于OCDMA-PON时，不仅节约了脉冲成型器成本，而且使PPM再调制信号的接收机灵敏度显著提高。

关键词：正交再调制；16QAM/PPM；OCDM-PON系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）26-0207-03

Analysis of OCDM-PON system based on 16QAM/PPM modulation

XIE Fang

（Nanjing Audit University Jinshen College，Nanjing 210023，China）

Abstract： this paper studies the phase/quadrature modulation combinations of amplitude modulation， amplitude domain by domain investigated 16QAM modulation format examines PPM modulation format， and 16QAM/PPM combinations from the BER， receiver sensitivity， uplink data performance and characteristic of multi-user interference analysis. When applied to the OCDMA-PON of the programme， not only saves the cost of pulse Shaper and PPM modulation signal receiver sensitivity significantly improve.

Key words： orthogonal modulation； 16QAM/PPM； OCDM-PON system

目前的无源光纤网络（即Passive Optical Network，简称PON）已经由原来的基于TDM调制的技术（TDM-PON）发展为主要基于OCDMA的正交再调制技术组合，形成OCDM-PON。OCDM-PON在技术性能上有了明显提高。比如，解决了原来TDM-PON系统中同时不能用户不能共享带宽的技术难题，而且用户之间不需要同步。但是，因为码长序列有限，所以用户数量也有限，用户数量的增长也会导致串扰。因此，如何提高OCDM-PON的系统容量是研究的主要问题。解决的方式有：增加每路信号中的频率成分，每种波长充分利用。将上行信号进行幅度调制，使得复杂技术应用到OLT端，简化ONU端。

所以，调相/调幅的正交调制格式组合引起了人们的广泛关注和深入研究，常见的组合有BPSK/OOKI， DPSK/OOK，DQPSK/OOK等。

本文主要研究调相/调幅的正交调制组合，搭建的体统方案为基于16QAM/PPM再调制技术的单向OCDMA-PON系统方案。并且对16QAM/PPM组合做了性能分析。

1 16QAM/OOK正交再调制方案的研究

基于16QAM/PPM再调制技术的单向OCDMA-PON系统方案，即可得到基于16QAM/PPM正交再调制技术的OCDMA-PON系统如图所示。

图1中搭建的仿真系统，是简化为单ONU情况来进行分析，其原因在于多ONU系统结构和单ONU系统基本同样，仅增加了数量和再调制模块。实验中将连续光作为光源，基本参数为中心频率为193.1THz，线宽为100Khz。将此光源在发送端进行发送，输出光功率设置为0dBm，用脉冲发生器产生的序列长度为2^23-1，码速为80Gb/s的伪随机序列。先采用差分预编码，再经脉冲成型器产生80Gb/s NRZ电信号，相位调制器由此电信号驱动，将连续光经过调制，变成为所要求的80Gb/s的16QAM信号，具体信号参数见图2所示。图2（a）为16QAM信号的时域波形图，图2（b）为6QAM信号的频谱图，图2（c）为6QAM信号的星座图和图2（d）为6QAM信号的眼图。

下行链路和上行链路均采用20km的SMF和4km的DCF组成，以此形成对称分布的的系统作为传输的信道。其中SMF的衰减系数0.2 dB/km，色散系数为16.75ps/nm/km，色散斜率为0.075ps/nm/km，DCF衰减系数为0.2dB/km，色散系数为D=-83.75ps/nm/km，色散斜率为0.03ps/nm/km；

在ONU端，光功率分配器将16QAM信号分为两部分，一部分用于获取下行数据信息，由下端的16QAM的接收机再次接收，另一部分则用于上行数据的光源，通过PPM调制器（原PPM信号脉冲宽度为lps，上升沿和下降沿均为0.lps）调制成序列长度为2^23-1、码速为10Gb/s的伪随机序列，作为信号源。

器进行OCDMA编码，如图2（c）显示了编码后的时域波形和频谱图，最后通过藕合器进入上行链路传输至OLT端；当上行数据传至OLT端，先后经过匹配OCDMA解码器的相关解码和PPM解调后得到上行信号。

2 基于16QAM/PPM的OCDMA-PON系统仿真和分析

如图3（a），（b）中显示了，在单ONU的系统中，下行速率为80Gb/s的16QAM信号在ONU端经过16QAM接收机的双平衡探测后得到下行数据星座图，（a）为调制后的星座图，（b）为解调后的星座图。

当干扰用户数分别为3个的情况下目标用户误码率随干扰用户输入光功率的变化曲线。横向比较时，即目标用户数相等时，目标用户干扰和输入光功率成正比。而进行纵向比较时，即光功率相同时，目标用户的误码率和干扰用户数成反比。因此干扰光功率和干扰用户数是影响OCDMA系统中多用户干扰误码率的两大因索。图（b）中的曲线是当有4个干扰用户时，目标用户的误码率随干扰用户输入光功率的变化曲线，黑色曲线是目标用户本身的输入光功率分别取-18.417dBm，红色曲线是目标用户本身的输入光功率为-13.417dBm情况下的变化曲线。根据图4（b）中显示的曲线变化情况可以看出，可以通过增大目标用户的光功率，来降低误码率，削弱多用户干扰。

图5显示了OCDMA-PON系统中不同的下行数据速率的组合以及编码技术对各自误码率以及光功率的变化影响。图5（a）是下行16QAM（30Gb/s）/上行DPSK（ 10Gb/s），图5（b）中下行和上行的取值分别为20Gbit/s和5Gbit/s。同时考察上行链路是否采用OCDMA技术的情况作比较分析，以鉴别采用 OCDMA技术是否具备良好的数据保密性能。从图5中可以看出，在相同的接收光功率下，上行链路中引入OCDMA编解码技术会使其误码率相对于没有CDMA的情况有很大改善，接收机灵敏度大约提高了2dB，这主要是因为相关OCDMA编解码技术具有优秀的噪声容限特性。另外，数据速率的较大的组合，接收机灵敏度反而降低，灵敏度分别降低了3.5dB和2.2dB。

3 小结

基于16QAM /PPM正交再调制方案的OCDMA-PON系统，主要优势集中于在较低的误码率、较高的接收机灵敏度、更安全的上行数据和多用户时的抗干扰特性。16QAM/PPM再调制方案应用于OCDMA-PON时，虽然结构更为复杂，导致更高的成本，但是它脉冲成型器的成本得到降低。

在OCDMA-PON系统中，利用PPM再调制信号的接收机灵敏度较高，因此，基于16QAM /PPM再调制方案的OCDMA-PON系统，降低了对接收机灵敏度的要求，不仅更加经济，还能缓解功率预算冲突，另外，在相同的发射功率情况下，可以增加可承载的用户数。

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