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随着英特网和多媒体等业务的发展,用户对接入网络带宽的需求呈指数增长。光纤具有容量大、传输距离远等优点,以光纤作为传输介质可以大幅提高接入网的容量和跨度。光纤到户(FTTH)被视为接入网的最终解决方案,而无源光网络(PON)具有成本低的优势。已大规模商用的PON技术包括EPON和GPON。他们属于时分复用(TDM)PON,调制方式为NRZ,最高能提供10Gb/s的上下行带宽。新一代PON要求带宽达到40Gb/s,而用现有TDM-PON技术实现如此高的速率将面临巨大困难。
正交频分复用(OFDM)具有频谱利用率高、抵抗线性损伤、可实现频域均衡等优点。OFDM可以通过增加子载波的调制阶数而增加传输速率。把OFDM应用在PON中,可以实现高速的接入。目前,在实验中OFDM-PON已经实现40 Gb/s乃至100 Gb/s的上下行传输。OFDM-PON系统具有光网络单元(ONU)无色、可动态分配带宽、使用基于功率分配的光分配网络(ODN)、多址接入方式灵活等优点。OFDM-PON能够满足未来光接入网的带宽需求,是一种具备广阔应用前景的技术。
本文广泛参考了近年来发表的OFDM-PON相关论文,综述了OFDM-PON基本原理和最新研究进展。以实验和仿真的方法深入研究了OFDM-PON系统性能。主要研究内容和成果分为以下几个部分:
1)本文综述了PON技术的基本原理,展望了高速PON的发展趋势,介绍了OFDM-PON的基本原理和最新研究进展。
2.)介绍了OFDM-PON’下行传输的关键技术-直接检测(DD)OFDM,高速OFDM-PON下行传输系统和无色OFDMA-PON上行传输方案,并综述了实时光OFDM传输系统的最新成果。
3)在OFDM-PON上行传输方面,本文提出了基于非对称截断光正交频分复用无源光网络(ACO-OFDM-PON)上行传输系统。当不发送数据时,使用ACO-OFDM调制的发射机不发射光信号。利用这个性质,可以实现基于TDMA的无色上行传输。随后搭建仿真平台,验证了基于TDMA的ACO-OFDM-PON上行传输系统的可行性。
4)在OFDM-PON下行传输方面,实验研究了DD-OFDM-PON下行传输。搭建离线处理实验系统,实现了20 Gb/s DD-OFDM-PON下行传输。针对DD-OFDM-PON系统中频偏估计问题,本文提出了频偏估计算法-数字频谱频差估计(DSFOE)算法。DSFOE算法增加了频差估计的范围。
5)搭建40 Gb/s基带DD-OFDM-PON下行传输仿真系统,研究了调制器的偏置点、调制信号幅度、DAC/ADC量化电平数等参数对系统性能的影响,并给出了仿真研究结果和优化的系统参数设计。
OFDM-PON是下一代无源光网络中极具竞争力的技术,本文对OFDM-PON中的关键技术做了深入研究。