OFDM技術在光纖通信系統中的應用探究

程敏捷

(浙江省永康供電公司，浙江 永康 321300)

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OFDM技術在光纖通信系統中的應用探究

程敏捷

(浙江省永康供電公司，浙江 永康 321300)

摘要:基于OFDM技術的光纖通信系統融合了OFDM技術以及光纖通信的雙重優點。在高速率、超長距離、大容量的光纖系統中，光OFDM可作為關鍵技術來應用。文中簡要的概述OFDM技術，介紹了光纖通信系統的特性，探究了OFDM技術在光纖通信系統中的綜合應用。

關鍵詞：OFDM技術；光纖通信系統；DDO-OFDM；CO-OFDM

光OFDM技術主要有三個方面的優勢，分別是較強的抗色散能力、較高的頻譜利用率以及較強的抗非線性能力。同時隨著數字信號處理技術的飛速發展，在超長距離的傳輸系統中，光OFDM技術也得到相關領域和行業特別的關注。其根據檢測方式的不同，可以分為CO-OFDM系統以及DDO-OFDM系統，但是在超長距離的傳輸中，相比DDO-OFDM系統CO-OFDM系統會具有更優越的性能。

1　OFDM技術簡述

1.1　OFDM技術的基本原理

OFDM技術的運行原理就是把高速串行的數據流轉換成低速并行的數據流，同時在多個相互之間有正交關系的子載波上進行數據流的傳輸，這樣一來，子載波上符號的速率就會降低，從而使符號的持續時間得以延長。因此，OFDM技術具有非常強的抗多徑效應以及抗窄帶干擾的能力。雖然子載波的頻譜互相重疊，但是屬于相互正交的重疊，不會產生子載波間的干擾，從而提高了頻帶的利用率。

1.2　OFDM技術的優缺點

OFDM技術有四個方面優點，分別是較高的頻帶利用率、較強的抗衰落能力、較強的抗碼間干擾能力以及能夠適應高速的數據傳輸。而OFDM技術的缺點主要有三個方面，分別是比較大的峰值平均功率比、較強的頻率偏移以及相位噪聲敏感性、負載算法以及自適應調制技術等增加了系統的設計難度。

2　光纖通信系統的特性

當今社會是個信息時代，光纖通信是解決通信道路擁擠的最好方案，具有如下優點：

(1)頻帶寬以及較大的通信容量

理論上講，一根光纖能夠同時傳輸一千億個話路。然而因為技術能力的限制，在實際傳輸中暫且能夠同時傳輸24萬個話路，即便如此，相比明線、同軸電纜以及微波而言，也高出了幾十甚至上千倍之上。一般來講，一根光纜中可以存儲幾百根光纖，在此基礎上再應用波分復用技術，由此可見，光纖有著極其巨大的通信容量。

(2)泄漏小以及較好的保密性能

信息化社會通信系統的保密性能是人們最為關注的一個話題。同軸電纜的保密性能非常不好，通常在幾千米之外，電纜中的傳輸信息就能夠被竊聽，相比保密性極低的同軸電纜而言，光纖通信則具有良好的保密性能，傳輸信號很難被竊聽，因此在光纖傳輸數據過程中泄露信號的概率是非常低的。

(3)損耗小以及較長的中繼距離

一般來講，電纜的損耗在幾分貝以上，而光纖的損耗則要小很多，因此，相比微波以及電纜，光纖的傳輸距離則要長很多。

(4)較好的抗電磁干擾性能

制作光纖的材料通常是石英，石英是一種絕緣材料，因此，光纖具有較好的抗電磁干擾的性能。

(5)便于施工維護

光纖具有重量輕、體積小的特點，因此安裝起來比較方便，在施工過程中沒有屏蔽處理以及接地的問題，同時光纖后期維護也比較方便。

(6)原材料來源豐富

石英是用來制作光纖的化學材料，其實質上就是二氧化硅。二氧化硅在自然界中有著極其巨大的存儲量。所以說，豐富的二氧化硅資源會使其在未來市場上的價格極其的低廉。

綜上所述，光纖通信系統具備很多優良的特性。但是為了使通信系統的傳輸容量能夠得到進一步的提高，必須對光纖的寬帶進行充分的利用，因此，各種類型的光纖復用技術，比如WDM技術、OCDM技術、OTDM技術、DWDM技術以及O-OFDM技術等被深入研究。

3　OFDM技術在光纖通信系統中的應用

3.1　直接檢測光OFDM系統

根據光OFDM信號不同的生成方式，直接檢測光OFDM系統可以分為線性映射以及非線性映射兩種DDO-OFDM系統。這兩類系統的不同之處就在于是否需要直接將基帶OFDM頻譜復制到光OFDM的頻譜。而在線性映射DDO-OFDM系統中，基帶OFDM頻譜的線性遷移就是光OFDM的頻譜，也就是說復制是直接的。在該系統中，傳輸距離會受到色散系數的影響，因此需要對電域或者光域的色散進行補償。此外，子載波數目的不同也會影響到DDO-OFDM系統，所以要根據頻帶利用率以及誤碼率的需求來對子載波數目進行合理的選擇。

3.2　相干檢測光OFDM系統

在直接檢測光OFDM系統中，只有光的強度信息能被光電檢測器檢測到，而光載波的相位以及頻率是檢測不到的，因此，該系統不能有效地將初始數字信號恢復。相比而言，相干檢測光OFDM系統則能彌補直接檢測光OFDM系統的不足，甚至因為具備極其高的接收機靈敏度，因此在同樣的發射功率下傳輸距離能夠更長。但是同樣的，子載波數目的不同能夠直接影響到CO-OFDM系統性能的發揮。數目過大，就會造成信道間的干擾。數目過少，就會降低頻譜的利用率。因此，控制好子載波的數目是非常重要的。此外，在CO-OFDM系統中，調制方式的不同也會影響到系統的光信噪比、非線性效應以及光纖色散容限等因素，這就需要相關技術人員平衡了傳輸距離、傳輸容量、頻譜利用率以及誤碼率等各項性能之后，合理選擇調制方式。另外需要注意的一點是，差分群延時(DGD)的不同也能對系統性能造成影響，系統性能會隨著DGD的增大而變好，但是超過某一值后，系統性能會隨著DGD的增大而下降，這是因為此時影響系統性能的主要因素變成了偏振模色散。

3.3　偏振復用CO-OFDM系統

由于CO-OFDM系統可以對光纖中的偏振模色散進行有效的補償與估計。為了提高所需要的系統容量，需要將偏振復用技術引入到CO-OFDM系統之中，這樣做不僅可以滿足系統對各個元器件的基本要求，而且還能進一步提升系統的運行速率。由此可見，偏振復用CO-OFDM系統已經成為未來超大容量、超高速率和超長距離傳輸系統的重要解決措施。由于單模光纖通常情況下具備兩種偏振模式，并且光信號的傳輸會受到偏振相關損耗(PDL) 和偏振模色散(PMD) 和色散(CD)效應的影響。

偏振復用CO-OFDM中仿真系統的基本參數主要包括以下幾個方面：(1)隨機序列信號中的發生模塊其輸出長度一般為218-1，而且其信號的傳遞速度達到了40 Gbit/s；(2)本振光的線寬為1 MHz、波長是1 550 nm的連續波(CW)激光器；(3)光源入纖功率是0 dBm；(4)調制器采用了LiN-b03晶體馬赫曾德調制器；(5)色散系數為16. 75 ps/(nm*km)；(6)采用了標準單模光纖進行數據的傳輸，其損耗為0. 12 dB/km；(7)光纖長度為320 km，差分群延時(DGD)為50 ps。在進行偏振復用CO-OFDM中仿真系統設定時，最好根據實際情況選擇調制方式和子載波數，這樣可以提高系統運行的優越性。而且在子載波數為128時，可以選擇16QAM和QPSK的調制方式，發送端的傳輸速率一般選擇20 Gbit/s的OFDM信號，并且在光纖中的傳輸速率控制在40 Gbit/s。該過程中最好選擇偏振復用技術，從X方向接收信號，然后合理選擇調制方式和子載波數，這樣不僅可以提高系統的頻譜利用率，而且還能夠降低系統的誤碼率，從而提高系統的運行性能。

與PDM-CO-OFDM系統相比，單偏振CO-OFDM系統的仿真結果更加優越，其得出的結果能夠更好地滿足實際需求。在相同的傳輸速率下，兩個系統的誤碼率主要受不同光信噪比的影響。隨著光信噪比的提升，會進一步降低兩個系統的誤碼率。在相同光信噪比下，單偏振CO-OFDM系統的誤碼率要明顯高于PDM-CO-OFDM系統。這主要是因為當單偏振CO-OFDM的傳輸速率控制在40 Gbit/s時，PDM-CO-OFDM系統的傳輸速率僅為20 Gbit/s，因此在接收端和發送端一般采取低速的信號來進行處理，從而實現數據的高速傳輸?？傊?，在進行高速數據傳輸階段，單偏振CO-OFDM系統具有明顯的優勢，能夠更好地提高系統的性能。

4　總　結

光OFDM技術融合了OFDM技術以及光纖通信的雙重優點，因此隨著信息技術的快速發展，在未來的高速傳輸系統中，光OFDM可作為一項關鍵技術來使用。然而，在未來的研究工作中，還應該對光OFDM系統中的非線性效應、OFDM信號處理中的關鍵技術、PDM-CO-OFDM系統中的偏振相關損耗等問題進行深入的研究，使該技術能夠更好地為社會、為人類服務。

參考文獻：

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[3]郭敏杰.自適應技術在CO-OFDM多模光纖通信系統的應用[J].光通信技術,2011,(02):40-41.

通信技術

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

中圖分類號：TP393

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0097-02

作者簡介：程敏捷(1972-)，男，浙江永康人，大學本科，工程師，研究方向：電力信息。

收稿日期：2014-12-21