1.1 OFDM 1.1 OFDM背景OFDM(正交頻分復用)的概念是在20世紀五六十年代提出的，並公布了1970 OFDM的專利。其基本思想是采用允許子信道重疊但互不影響的頻分復用(OFDM)。由於其高頻譜效率和抗多徑幹擾的特點，該技術在世界範圍內引起了廣泛關註。1971年，Weinstein和Ebert提出了用離散傅裏葉變換實現OFDM系統中所有調制解調功能的建議，簡化了系統的調制解調，為實現OFDM的全數字方案做了理論準備。20世紀80年代以後，OFDM調制技術再次成為研究熱點。例如，在有線信道的研究中，Hirosaki在1981中使用了離散傅立葉變換(DFT)完成的OFDM調制技術，成功測試了16QAM復用、19.2kbit/s並行傳輸的電話線調制解調器，隨著技術的成熟和成本的降低，OFDM已廣泛應用於地面數字音視頻廣播(DAB、DVB-T)和非對稱數據用戶環路(非對稱DSL)中，並已近年來，隨著光通信系統向長距離、大容量方向發展，許多科研機構和大學開始將目光轉向相幹光通信系統。由於相幹光探測技術探測靈敏度高，系統傳輸距離遠。此外，相幹光通信系統在理論上可以完全補償許多線性失真。再加上OFDM技術的高頻譜效率和抗色散特性，有人提出將正交頻分復用技術應用於相幹檢測光通信系統。世界上許多研究機構和大學都開展了對光OFDM技術的研究。光正交頻分復用已經成為世界光通信的研究熱點。國外主要研究團體有美國亞利桑那大學、英國班戈大學、朗訊-貝爾實驗室、日本KDDI實驗室、澳大利亞莫納斯大學等。這些研究小組對OOFDM系統進行了探索，包括非線性問題、性能評估、頻譜效率等。在國內，電子科技大學、吉林大學等單位開展了多模光纖下OOFDM實現的仿真研究。1.1.2 OFDM的基本思想其實是壹種特殊的多載波傳輸技術，既可以看作是壹種調制技術，也可以看作是壹種復用技術。OFDM的基本原理類似於傳統的頻分復用(FDM)，即通過串並變換將高速數據流分配到幾個速率相對較低的頻率子信道上進行傳輸。不同的是OFDM技術更好的利用了控制方式，提高了頻譜利用率。OFDM技術最大的特點就是子載波相互正交。OFDM載波的正交性OFDM的這種結構與前面提到的頻分復用並不完全不同。頻分復用使用不同的頻率來傳輸信號。每個調制子載波的頻譜不能重疊，子載波之間要加壹個保護間隔，這樣才能在接收端正確解調。在OFDM技術中，利用子載波之間的正交性，每個調制子載波的頻譜是重疊的，當然中間不加保護帶。通過使用這種正交性，盡管頻譜重疊，但是原始信號可以在接收端被解調。子載波之間的正交性可以在時域和頻域中討論。從時域來看，每個子載波在壹個OFDM符號周期中包含整數倍的周期，並且相鄰子載波之間的差是壹個周期。從頻域來看，也就是OFDM信號中每個子載波的頻譜圖中，在每個子載波的最大頻率處，其他所有子信道的頻譜值正好為0。因為在解調OFDM符號的過程中，需要計算這些點對應的每個子載波的最大頻率，所以可以從多個重疊的子信道符號中提取每個子信道的符號，而不會受到其他子信道的幹擾。1.1.3 OFDM系統的優缺點分析OFDM (1)的優點高速數據流的串並轉換使得子載波的數據符號的持續時間相對增加，從而有效降低了符號間幹擾，進壹步降低了均衡的復雜度；(2)由於子載波相互正交，允許子信道的頻譜相互重疊，因此與傳統的頻分復用系統相比，頻譜利用率非常高；(3)各子信道的正交調制和解調可以分別用IDFT和DFT實現，在子載波數量較多的系統中可以用IFFT和FFT實現；(4)通過使用不同數量的子信道實現上下行不同的傳輸速率，從而實現業務的不對稱傳輸；(5)易於與其他訪問方式結合。OFDM (1)的缺點是易受頻偏影響；(2)更高的峰值平均功率比。1.1.4 OFDM系統的關鍵技術(1)時域同步和頻域同步OFDM系統對定時和頻偏比較敏感，尤其是在實際應用中與FDMA、TDMA、CDMA結合時，時域和頻域同步顯得尤為重要。(2)信道估計在OFDM系統中，信道估計器的設計主要有兩個問題:壹是導頻信息的選擇，二是復雜度低、導頻跟蹤能力好的信道估計器的設計。在實際設計中，導頻信息的選擇和最佳估計器的設計通常是相互關聯的，因為估計器的性能與導頻信息的傳輸方式有關。(3)信道編碼和交織為了提高數字通信系統的性能，信道編碼和交織是常用的方法。對於衰落信道中的隨機誤差，可以采用信道編碼；對於衰落信道中的突發錯誤，可以使用交織技術。在實際應用中，通常同時使用信道編碼和交織來進壹步提高整個系統的性能。(4)降低峰均功率比由於OFDM信號在時域上表現為N個正交子載波信號的疊加，當這N個信號都恰好表現為峰值時，OFDM信號也會產生壹個最大峰值，峰值功率是平均功率的N倍。雖然峰值功率出現的概率很低，但是為了傳輸這些高PAPR的OFDM信號不失真，發射機要求高功率放大器的高線性度，導致傳輸效率極低，接收機要求前端放大器和A/D轉換器的高線性度。因此，高PAPR大大降低了OFDM系統的性能，甚至直接影響實際應用。為了解決這個問題，人們提出了基於信號失真技術、信號加擾技術和信號空間擴展的方法來降低OFDM系統的PAPR。(5)均衡在壹般的衰落環境下，OFDM系統中的均衡並不是提高系統性能的有效方法，因為均衡的本質是補償多徑信道帶來的符號間幹擾，而OFDM技術本身已經利用了多徑信道的分集特性，所以不需要均衡。在高度分散的信道中，信道記憶長度很長，循環前綴CP的長度也必須很長，才能盡可能不出現ISI。但是，過長的CP長度必然會導致大量的能量損失，尤其是對於子載波數較少的系統。此時可以考慮增加壹個均衡器，適當減少CP的長度，即以增加系統的復雜度來換取系統頻帶利用率的提高。1.2.OOFDM的基本思想1.2.1 o OFDM光正交頻分復用(OOFDM)技術的主要思想是將給定的信道在頻域上劃分成許多正交的子信道，在每個子信道上使用壹個子載波進行調制，並行傳輸每個子載波。因為色散容差的平方與光纖帶寬成反比，信道帶寬越小，色散容差越大，容忍色散的能力越強。OOFDM技術將光纖頻帶分成許多正交的子帶，作為傳輸信息的子信道，從而使色散容限更高。OOFDM技術的應用可以在不進行色散補償的情況下實現高速光纖傳輸，同時降低了對光放大器的要求，既可以節省大量的器件成本，又可以保留傳輸質量。在OOOFDM系統中，接收機可以采用相幹檢測或直接檢測，直接檢測相對相幹檢測，實現簡單，易於實現色散補償。其簡單的結構使得OOOFDM系統更容易升級到100Gb/s/s..因此，基於DD-OOFDM的OOOFDM系統具有壹定的發展潛力。1.2.2 OOFDM的基本原理OOFDM的基本原理和OFDM類似。唯壹不同的是信號傳輸從電域的無線信道變成了光信道傳輸。示意圖如下:用戶數據首先通過串並轉換轉換成n路，n為OFDM系統的子載波數。這些數據調制它們各自的子載波，並且調制方法可以相同或不同。然後，通過IFFT對多路信號進行OFDM調制，並通過並串轉換和數模轉換，將OFDM調制後的多路信號轉換為直接調制(內調制)激光器的調制電流信號。在接收端，通過光纖信道傳輸的光OFDM信號首先通過光電轉換轉換成電信號，經過模數轉換後進入FFT完成OFDM解調，恢復出每個子載波的調制信號，再通過相應的解調恢復出傳輸的數據。最後，在並行-串行轉換之後，來自發起者的數據流被恢復。PON 2.1 PON介紹根據OLT(光線路終端)和ONU(光網絡單元)之間是否有有源器件，光接入網可分為PON(無源光網絡)和AON(有源光網絡)。PON(無源光網絡)是指ODN(光分配網絡)不包含任何電子設備，ODN全部由光分路器等無源設備組成，沒有昂貴的有源電子設備。PON網絡的突出優點是取消了室外有源設備，所有信號處理功能都在用戶家中的交換機和設備中完成。而且這種接入方式初期投入小，大部分資金只有在用戶真正接入時才能投入。其傳輸距離比有源光纖接入系統更短，覆蓋範圍更小，但成本低，無需另設機房，易於維護。因此，這種結構可以經濟地服務於家庭用戶。PON的復雜性在於信號處理技術。在下行鏈路方向，由交換機發送的信號被廣播給所有用戶。在上行方向，每個ONU必須采用某種多址協議，如TDMA(時分多址)協議，以完成對傳輸信道信息的訪問。PON的基本組成包括OLT(光線路終端)、ODN(光分配網絡)和ONU(光網絡單元)，其中OLT具有與交換機接口的功能，完成下行電到光和上行光到電的轉換，並對各自進行分配和控制。ODN的功能是在OLT和ONU之間建立光傳輸通道，完成光信號的功率分配、波長復用等。，而且是完全由光纖無源器件組成的。ONU提供與ODN的光接口，實現用戶端接口功能。PON的基本結構圖如下:PON的網絡結構圖就說這麽多，希望采納。
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