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光正交频分复用(Optical orthogonal frequency division multiplexing,OOFDM)技术以其多径对抗能力、高频谱效率、抗载波间干扰(Inter-carrier interference,ICI)和符号间干扰(Inter-symbol interference,ISI)能力、抗色散和偏振模色散能力,成为高速数据传输的有效解决方案。然而,OOFDM信号存在峰值较高的缺陷,高峰值容易导致非线性光电器件工作在非线性区域,产生非线性损耗,引起信号失真与频谱展宽,恶化系统性能。同时,高峰值信号还容易导致光纤自相位调制(Self-phase modulation,SPM),产生非线性相位噪声。本论文主要研究光OFDM系统中非线性效应及缓解方法,通过采用降低峰值平均功率比(Peak-to-averagepower ratio,PAPR)和降低非线性损耗值的方法,减小OFDM信号高峰值带来的系统非线性效应,主要研究内容和创新点如下: 第一、提出在强度调制/直接检测(Intensity modulation/direct detection,IM/DD)OOFDM系统中引入压缩扩展变换降低OFDM信号PAPR。压缩扩展变换简单易实现,计算复杂度低,满足光纤通信高速数字信号处理(Digital signal processing,DSP)的要求。由于传统μ律压缩方法会增大信号整体发射功率,文中采用先μ律压缩,再线性压缩的方法。为了尽可能减小扩展噪声对系统的影响,采用了前端压缩,后端不扩展的非线性压缩法。仿真结果表明,随着μ值的增加,系统误码率(Bit error rate,BER)先降低后增加,PAPR降低度逐渐增加。在实际应用中,需要权衡PAPR降低度和BER性能,选择合适的μ值,本文选择μ为2的情况进行进一步实验研究。经过理论分析和实验验证,压缩扩展变换技术能够明显降低OFDM信号PAPR,减小器件非线性损伤。而且当入纤功率较高时,光纤非线性效应较明显,降低PAPR可以减小光纤非线性效应,降低非线性相位噪声。 第二、提出在IM/DD OOFDM系统中采用改进的零载波移动(Null subcarriershifting,NSS)技术降低OFDM信号PAPR。NSS技术是一种无失真类PAPR抑制方法,效果明显且无BER损伤,但其需要边带信息,计算复杂度较高。本文提出采用常数载波作为隐藏边带信息实现接收端的准确解调,根据零载波的幅度和常数载波的符号和功率联合检测接收端移动的零载波的位置;并提出采用轮流移动技术寻找移动后零载波的位置,大大减小了移动次数,降低了计算负担。综合考虑频带保护间隔长度、频谱利用率以及PAPR降低度的影响,零载波移动个数P值应选择较小值,文中选择P为2的情况进行实验研究。实验结果表明,采用改进的NSS技术,在接收端能准确检测到移动的零载波位置,移动次数明显减小,且不会牺牲PAPR降低度和误码性能。与原始OFDM系统相比,采用改进零载波技术的OFDM系统能有效降低OFDM信号的PAPR,系统的接收灵敏度也明显提高。而且,当入纤功率较高时,接收灵敏度的改善度更大,这是因为降低PAPR不仅可降低高PAPR带来的器件非线性噪声,而且减小了光纤非线性效应。 第三、提出在60 GHz光载无线通信(Radio over fiber,ROF)系统中引入部分传输序列(Partial transmit sequence,PTS)技术降低OFDM信号PAPR。PTS技术是一种无失真PAPR抑制技术,通过寻找最优化相位因子实现PAPR的降低。本文搭建了一个60 GHz ROF平台,60GHz光毫米波通过一个MZM调制器和滤波器共同实现四倍频产生,先通过调整MZM调制器偏置在最小传输点实现奇边带抑制调制,再通过滤波器滤除中心载波产生60GHz光毫米波。在发送端对5Gbps和10Gbps64QAM-OFDM信号采用PTS技术实现PAPR抑制,仿真结果表明,采用PTS技术不仅能够降低OFDM信号PAPR,而且能够明显提高系统的接收灵敏度。 第四、提出一种新的计算马赫增德尔调制器(Mach-Zehnder modulator,MZM)非线性损伤的方法,并采用了两种算法降低MZM的损耗信号功率比(Distortion tosignal ratio,DSR)。DSR用于表征MZM产生的非线性损伤,首先建立MZM等效数学多项式模型计算DSR,然后采用算法减小MZM带来的非线性损伤。根据建立的MZM数学模型,本文提出在IM/DD OOFDM系统中采用PTS技术和NSS技术降低DSR值,通过理论分析、仿真和实验研究可知,与传统降低PAPR的方法相比,本文提出的方法能大大降低计算复杂度,且具有更好的系统接收灵敏度。 综合而言,本文提出了四种非线性效应缓解方法,前面三种方案采用OFDM信号PAPR抑制方法,方案四采取减小MZM产生的DSR值的方法。其中,压缩扩展变换简单易实现,计算复杂度低,适合于侧重于DSP速率要求的系统;NSS技术和PTS技术属于概率类技术,不会带来信号失真,该类算法适合对系统准确率要求极高的系统。MZM非线性损伤抑制方案,系统误码性能和计算复杂度均优于PAPR抑制方案,但此方法仅适用于采用MZM的光通信系统。在实际应用中,应根据实际器件水平以及系统需求,选择合适的方法缓解非线性效应。