基于OFDM的高速光传输系统的关键技术研究

缪贲术

【摘要】 目前，高速光传输系统已经开始广泛使用正交频复用技术OFDM，有效推动了高速光通信的发展，OFDM系统集成了光通信和无线OFDM技术的优势，不仅大幅度提高了传输速率和抗色散能力，而且提升了频谱的效率。本文将简单介绍光OFDM系统及其原理，浅析光OFDM系统的仿真性能，并浅谈基于OFDM的高速光传输系统的关键技术。

【关键词】 光OFDM系统 高速光传输系统 关键技术 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系统的研发与使用有效推动了高速光传输系统的发展，满足了当代通信的要求，该系统以直接检测OFDM系统（DD-OFDM）和相干检测OFDM系统（CO-OFDM）的原理为基本理论，集合了这两种系统的优势，但是基于光OFDM系统的高速光传输系统的关键技术尚且存在一些不足，本文将在分析这些问题的基础上提出改善措施。

一、光OFDM系统及其原理

OFDM正交频复用技术是一种正交频复用技术，也称作多载波调制（MCM）技术。光OFDM系统主要是由直接检测OFDM系统（DD-OFDM）和相干检测OFDM系统（COOFDM）组成的，其基本理论是直接检测OFDM系统（DDOFDM）和相干检测OFDM系统（CO-OFDM）的原理，也就是将高速数据流经串并变换，变换成若干并行低速的子数据流，然后将这些并行数据分配到大量彼此正交的子载波上进行并行传输；在频域上可描述为：在频域内将给定信道分成许多正交的且相互重叠的子信道，在每一个信道上使用一个子载波进行调制，个子信道载波互相正交，并进行传输。光OFDM系统具有许多优势，传输速率很快，抗色散能力和抗衰能力强，频谱效率非常高，系统兼容性良好。据科学研究表明，光OFDM系统使用了多进制调制技术MQPSK和MQAM、循环前缀（CP），这样就可以抵抗乱码干扰（ISI）。此外，光OFDM系统集合了光通信与无线OFDM技术的优点，频谱效率非常高，可以达到10bit/s/Hz甚至更高。而且使用CP技术以后，光OFDM系统不需要复杂的CD补偿和色散管理，既提高了数据传输速度，也净化了网络环境。

另一方面，光OFDM系统使用了DSP技术，该技术不仅可以消除CD对传输信号的不利影响，而且能够优化光OFDM系统的性能。

二、光OFDM系统的仿真性能

仿真技术是用模拟装置组成的试验系统研究真实系统的技术方法，光OFDM系统的仿真性能是由该系统的系统装置所决定的，其主要装置包括发射机、调制器、接收机等。要实现光OFDM系统的仿真性能就要遵循基本原理，充分发挥发射机、调制器、接收机的作用，发射机和调制器一般都安装在直接检测OFDM系统，接收机组装在相干检测OFDM系统，这样分工可以减轻光OFDM系统的符合，提高数据信号的传输速度，避免乱码干扰。

三、基于OFDM的高速光传输系统的关键技术

基于OFDM的高速光传输系统的关键技术主要包括多进制调制技术、循环前缀CP技术、光通信与无线OFDM技术、CP技术、DSP技术、光线链路技术、卫星通信技术与微波技术。这些技术虽然各有优势，但也存在一些缺陷，因此，在使用这些技术的时候应注意扬长避短。多进制调制技术MQPSK和MQAM可以灵活转换数据信号，但是不能单独使用，需要和CP技术相互作用才能传输信号。光通信与无线OFDM技术可以实现光信号的无线传输，但是信号传输质量不稳定，容易受到外界的干扰，因此要加强这两种技术的抗衰能力。DPS技术基本已成熟，可以消除CD对传输信号的不利影响，加强了光OFDM系统的抗干扰能力，但是还需要进一步优化，增强该技术的抗色散能力。

光纤链路技术需要光发射机、光纤光缆和光接收机的辅助，其中的光发射机一般由调制器、光源以及驱动器组成，可以实现对信号的调制，然后将光信号耦合进光纤中进行传输。光线光缆是光纤传输网络中的传输通道，将经过光发射机调制的光信号以光纤光缆为载体实现远距离传输的目的。把耦合的光信号传输到光检测器上，实现输送信息的功能。光接收机主要由光放大器与光检测器组成，主要负责光电转换。把以光纤为载体传输的信号进行转换，把光信号转换为电信号，再经过放大电路对微弱的电信号进行放大，传送到用户端。随着光OFDM系统的不断优化，光纤链路技术已经开始融合SDH技术，SDH具有传输容量大、行业标准统一、网络保护功能强大等显著优势，它在PDH基础上对数据信号的帧结构、复用方式、传输速率等级和接口码型等特性进行了统一规范。SDH发展方向为基于SDH的多业务传送平台（MSTP）。MSTP能够基于155/622Mb/s、2.5Gb/s、和10Gb/s等多种线路速率实现，既保留了固有的TDM交叉能力和传统的SDH/PDH业务接口，能够满足业务的需求，又提供ATM处理、Ethernet透传以及Ethernet L2交换功能来满足数据业务的汇聚、梳理和整合的需要。光纤链路技术传输数据信号的容量比较大，不易受大气的干扰，具有良好的抗干扰能力，但是存在强度低、质地脆、切断熔接技术与耦合复杂、容易被挖断等缺陷，因此需要提高光纤的质地与机械强度，遵循高内聚与低耦合的原则。

微波通信技术是直接以微波作为介质进行的通信，使用该技术时要注意发信设备与接收设备系统的组合质量。其发信设备分为直接调制式发信机和中频调制式发信机。中频调制式发信机的数字基带信号调制是在中频（70MHz或140MHz）实现的，能获得较好的调制特性和设备兼容性，因而中大容量的数字微波设备大多采用。微波频率为0.3GHz-300GHz，但当下能够使用的范围仅有1GHz-40GHz，工作频率越高越能获得较宽的通频带与较大的通信容量。收信设备和解调设备组成了微波的接收设备系统，目前，收信设备都采用外差式收信方案。由射频系统、中频系统和解调系统三大部分组成。来自接收天线的微弱微波信号经过馈线、微波滤波器、微波低噪声放大器和本振信号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大器放大、滤波后送解调系统实现信码解调再生。微波通信技术有许多优点，也存在不少的缺点，其优点是能够进行直线通信，规划频率，传输质量好，信号稳定可靠，抵抗自然灾害的能力很强。但是，该技术在电波波束方向不能受到阻挡，容易受到地球曲面的影响和空间传输的损耗，所以，要在每隔几十千米的位置建立中继站，方能延伸电波。而且，微波电路建设工程要在无线电管理部门的严格管理之下进行，不能在同一微波电路上使用相同的频率。

卫星通信技术已全面向数字化方向发展，目前，卫星通信技术均采用DVB标准，该系统可以灵活传送MPEG-2标准的数据信号，使用统一的MPEG-2传送TS复用，运用Si系统提供数据信号的细节信息，并使用统一的一级RS前向纠错系统和统一的加扰系统。卫星通信传输比较稳定，可以节约成本，但是，卫星通信往往存在星蚀、日凌中断和雨衰现象，因此要将卫星链路建设在大气层以上的宇宙空间，并建立多条卫星路径，以提高卫星数据信号的传输质量。

四、结束语

综上所述，使用正交频复用技术OFDM推动了高速光通信的发展，提高了传输速率、抗色散能力和抗衰能力以及频谱的效率，系统兼容性良好。光OFDM系统主要是由直接检测OFDM系统和相干检测OFDM系统组成的。基于OFDM的高速光传输系统的关键技术主要包括多进制调制技术、循环前缀CP技术、光通信与无线OFDM技术、DSP技术、卫星通信技术与微波技术，每一种技术各有优劣，因此在使用集成技术要充分发挥每一种技术的优势，完善各种技术的不足，全面优化光OFDM系统，提高数据信号传输质量。

参 考 文 献

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