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随着社会信息化程度的不断提升和通信技术的不断进步,高速光纤通信越发在现代通信领域占据主导地位。相干光正交频分复用(CO-OFDM)技术凭借其灵敏度高、抗色散性能好等优点成为长距离、大容量的通信系统的主流传输方案。但目前应用广泛的CO-OFDM系统多采用循环前缀(CP)作为保护间隔,同时为了保证信号在光纤信道中的可靠传输,循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)需要在有效信号中加入大量的导频来进行同步与信道估计,因此浪费了一部分带宽资源,降低了通信容量。时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)采用伪随机(PN)序列作为保护间隔,将导频中的时域训练序列与保护间隔相结合,不会破坏有效数据的完整性,大大地减少了冗余数据,提高了系统的频谱利用率。TDS-OFDM利用PN序列的相关特性实现定时同步、载波频偏估计和信道估计等功能,具有其独特的优越性。1.本文首先详细介绍了OFDM技术的调制解调、离散傅里叶逆正变换(IDFT/DFT)、保护间隔的设计等关键技术。其次阐述了TDS-OFDM系统的基本原理,并分析了PN序列的相关特性。接着介绍了CO-OFDM系统的原理和特点。基于MATLAB仿真平台,设计CO-TDS-OFDM系统方案,改进OFDM符号的帧结构,构建系统仿真模型,最后介绍了实现CO-TDS-OFDM传输系统所需的关键数字信号处理(DSP)模块。2.本文仔细分析了定时同步误差对OFDM系统性能的影响,并在此基础上深入研究了基于训练序列的定时同步算法,分别对Schmidl&Cox算法、Minn算法和Park算法进行原理阐述,提出了一种改进的基于PN序列的滑动相关特性的定时同步算法。通过MATLAB仿真平台,对上述算法进行分析与比较。结果表明,本文提出的定时同步算法,解决了传统算法中存在峰值平台、定时曲线不尖锐,引入旁瓣干扰等问题,具有较高的定时精度,在光纤色散信道中,仍保持稳定的性能。3.本文仔细分析了载波频率偏移对OFDM系统性能的影响,并对Schmidl&Cox的频偏估计算法进行深入的研究,提出了一种改进的基于PN序列的相关特性的载波频偏估计与补偿算法,即保证了频偏估计的准确性,又提高了系统的通信容量。通过MATLAB仿真平台,对两种算法的性能进行比较,仿真结果显示,在QPSK和16QAM调制格式下,本文提出的频偏估计算法性能优于Schmidl&Cox算法,频偏误差更小。同时,在不同的光信噪比(OSNR)下,PN序列均能取得良好的相关性,即CO-TDS-OFDM在各种传输条件下,都能得到准确的频偏估计值。4.本文针对CO-TDS-OFDM系统中的噪声干扰,提出改进的基于PN序列的自相关特性的信道估计算法,并基于MATLAB仿真平台,搭建CO-TDS-OFDM和CO-CP-OFDM系统进行对比。仿真结果表明,在QPSK调制格式下,CO-TDS-OFDM系统在OSNR约为13dB时,误码率(BER)小于3.8e-3,性能略优于CO-CP-OFDM系统;在16QAM调制格式下,CO-TDS-OFDM系统在OSNR为20dB时,误码率小于3.8e-3,比CO-CP-OFDM系统降低1.5dB。另外,在上述条件下,CO-TDS-OFDM系统的频谱利用率比CO-CP-OFDM系统的频谱利用率提高了 11%。因此,PN序列保护间隔结构的CO-TDS-OFDM传输系统具有更高的通信容量,更稳定的抗噪声性能,可以提供高速、大容量的可靠传输。