光纤非线性效应对光OFDM信号的影响研究.doc

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1、光纤非线性效应对光OFDM信号的影响研究　　　　0引言　　光正交频分复用（OpTIcalOrthogonalFrequencyDi-visionMulTIplexing，O-OFDM）技术是近年来出现的一种新型光传输技术，它是将正交频分复用（OrthogonalFre-quencyDivisionMulTIplexing，OFDM）技术用于光纤信道的一种技术。在光纤信道中传输OFDM信号，可以提高频谱的利用率，而且能够很好的抵抗色散和各种噪声干扰，有更高传输速率和带宽。然而由于OFDM信号是由多个经过调制的子载波信号叠加而成的，这样

2、就有可能产生较大的峰均比（PAPR），会直接带来传输介质--光纤的非线性效应，主要包括自相位调制（SPM）、互相位调制（XPM）和四波混频（FWM）等。通过研究光纤非线性效应对OFDM信号在光纤中传输的影响，可以获得信号的变化规律，以利于寻找合适的信号补偿方法。　　　　1光OFDM的基本原理　　基本的O-OFDM系统结构如图1所示。将原始二进制序列，通过串/并转换映射到N个并行子载波信道上，此时每一个调制子载波的数据周期扩展为原始序列的N倍，时延扩展和符号周期的数值比也降低了N倍。　　然后分别对每个子载波信道上的序列进行QAM调制后

3、，进行傅里叶逆变换IFFT，此时数据频域上的表达式变换到时域上，传输的比特数分别映射为子载波的幅度和相位。然后再将信号进行并/串转换，然后再对信号进行I/Q转换和上频变换，经过马赫曾德调制器后，将电信号转换为光信号，送入光纤中传输。经过光检测，下变频和I/Q解调后，信号还原为电信号，再经过串/并转换将信号映射到N个并行子载波信道上，再经过傅里叶变换FFT，将时域上的信号变到频域上，通过QAM解调和并串转换后，信号还原为一个串行输出序列。　　　　　　2光OFDM信号在光纤中的传输　　OFDM信号在光纤中传输的模型，可以用非线性薛定谔方

4、程（NLSE）来描述：　　　　式中：A（z，T）为脉冲包络的慢变振幅;z是脉冲沿光纤传播的距离;T=t-β1z，β1=1Vg，Vg是群速度;α是光纤损耗系数;β1，β2分别为一阶和二阶色散系数;γ是非线性系数。归一化振幅：U=A（z，T）P0，P0是入射脉冲的峰值功率。此时式（1）可以写成：　　　　由于非线性薛定谔方程一般无法直接求出解析解，所以需要来求数值解。分步傅里叶变换法是其中的一种方法。分布傅里叶变换法的思想就是选定一个光信号传输距离h，当h很小的时候，可以分别计算色散和非线性效应对脉冲的影响，得到近似的结果。当光脉冲在光纤

5、中传输了h2时，计算色散作用;然后在z+h2计算非线性作用;当光脉冲继续传输h2以后计算色散作用，得到传输距离为h的近似解。最后综合色散影响的结果和非线性影响的结果，就得到光脉冲信号在光纤中传输距离h时的近似解。　　　　3仿真结果及分析　　　　3.1仿真流程　　（1）生成OFDM电信号：设定QAM调制指数和子载波个数，将一个随机序列调制成一个OFDM信号。　　（2）调制光源：用上一步得到的OFDM信号调制光源得到光OFDM信号。　　（3）分步傅里叶方法求解：设定光纤信道参数和算法步长，使用分步傅里叶方法解非线性薛定谔方程，仿真光OF

6、DM信号通过光纤的过程，得到经过光纤传输后的信号。　　（4）光电检测：进行光电转换，将经过光纤传输后的信号转换为电信号。　　（5）信号补偿处理：根据OFDM信号的参数和光纤的参数，进行相应的信号幅度和相位的补偿，排除光纤的色散和衰减的影响。　　（6）OFDM解调：根据OFDM信号的QAM调制指数和子载波个数，对OFDM信号进行解调，恢复原始信号序列。　　（7）误码分析：对比发送端的输入序列和接收端的输出序列，分析系统误码特性。　　为简化起见，认为其他器件均为理想器件，只考虑光纤对信号的影响。　　　　3.2仿真结果　　　　3.2.1误

7、码率的计算　　对于一个输入序列，参照流程得到传输后的序列可得出误码特性。通过大量随机产生的输入序列可以统计出信号的峰均比分布，同时统计出在相应峰均比下的误码率，可以得出系统误码率分布和平均系统误码率。