基于WDM-PON前传方案的研究

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移动通信技术发展到5G时代,随着海量的数据传输,大量移动设备的接入,新型应用场景的出现,前传网络面临着巨大的压力。前传网络的定义是有源天线单元(AAU)和分布式单元(DU)相连接的网络。选择合适的前传网络承载方案以满足5G通信需求十分重要。波分复用无源光网络(WDM-PON)的带宽大,支持更高速率数据传输,是5G前传网络的最佳方案之一。本论文研究了基于WDM-PON的前传网络承载方案。首先分析对比了5G前传网络的几种承载方案:光纤直驱、无源波分复用(WDM)、有源波分复用/光传输网(WDM/OTN)、WDM-PON的工作原理以及优缺点。其中WDM-PON可以节约光纤资源,支持大容量,高速率的数据传输,成为5G前传网络的可选方案之一。分析了WDM-PON系统的工作原理和优势,四种常见的无色ONU技术:波长可调谐激光器、宽带光源频谱分割、FP-LD激光器以及再调制技术的原理和优缺点,最终选择反射式半导体光放大器(RSOA)作为WDM-PON前传网络承载方案的ONU侧的光源以实现无色ONU。其次研究了基于多载波调制方式正交频分复用(OFDM)的WDM-PON前传承载方案。分析了OFDM信号和NRZ信号的调制、解调原理及优缺点,将OFDM信号作为下行调制方式应用于WDM-PON前传网络中,下行链路传输10Gb/s的OFDM信号,上行链路传输10Gb/s的NRZ信号,构成对称双向传输系统,并在光通信仿真软件上进行系统的搭建,仿真并分析了系统在不同的光纤传输距离下的性能变化情况,结果显示,经过20km光纤传输后,下行OFDM信号星座图分布整齐,上行NRZ信号眼图张开程度大,Q值为20.6,达到了前传网络的传输要求。基于OFDM的WDM-PON系统可以成为前传网络的承载方案来服务于前传网络。最后研究了基于RSOA再调制的D波段RoF-WDM-PON融合系统。详细介绍了RoF系统的工作原理、特点和三种毫米波调制方式:SSB、OCS、DSB,并对这三种调制方式进行仿真,选择SSB作为OFDM光毫米波信号的生成方式。RoF技术的优点是传输带宽高,传输容量大,RoF技术和WDM-PON系统相融合可以使得前传网络的承载能力更强,同时为用户提供有线无线接入服务,实现接入方式的多样性。又介绍了PAM4信号的调制原理和生成方式;因为D波段(110-170GHz)在毫米波当中频率高,带宽大,可以让更高速率的数据传输,减少信号在大气、降雨中的衰减程度。因此本文将D波段的RoF无线接入和PAM4-WDM-PON有线接入相结合构成RoF-WDM-PON有线无线融合接入系统的前传网络,下行链路传输25Gb/s的120GHz的OFDM毫米波无线信号和PAM4有线信号,上行链路传输10Gb/s的NRZ信号,采用RSOA作为上行链路的光源以实现ONU的无色化,并通过光通信仿真软件对系统进行仿真与验证。结果表明,在20km的光纤传输距离下,下行OFDM信号星座图星座点分布均匀,PAM4信号眼图形状完整,上行信号误码率为2.76×10-22。实现了下行链路OFDM无线信号和PAM4有线信号的传输,此系统可以增强前传网络的承载能力,为有线和无线用户服务。
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