目 录摘 要IABSTRACTII1引言11.1课题的研究背景及意义11.2国内外研究现状21.3论文安排和主要工作32OFDM调制技术42.1OFDM调制技术简介42.2OFDM调制技术的工作原理介绍52.3OFDM的IDFT/DFT实现72.4OFDM系统的优缺点72.5 O-OFDM的基本原理和系统结构82.6O-OFDM系统的优缺点：93基于AWG的全光OFDM系统93.1AWG的原理分析113.2全光OFDM的基本原理123.3AWG实现IFFT/FFT的原理和AWG的参数设计153.4基于AWG的全光OFDM系统的OptiSystem软件仿真173.4.1OptiSystem 软件简介173.4.2OptiSystem仿真系统的搭建173.5系统分析21结论与展望23致谢24参考文献25摘要正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)因其具有很高的频谱利用率，并且对于光纤中的色散和偏振模色散有很大优势。现今，把OFDM技术和光通信相结合的光OFDM技术已经成为通信领域研究的热点问题。但由于光OFDM系统中的IDFT/DFT变化是在电域中完成的，会受到电子瓶颈的限制，因此系统的传输速率也会收到限制。为了克服这一点，可以在光域实现IFDT/DFT构成全光的OFDM系统。这样能大大提高系统的传输速率。而将作为传统波分复用器件的阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)与IDFT/DFT相结合，可以使全光OFDM系统结构变得简单。论文首先分析了传统OFDM系统的原理和AWG的工作原理，发现可以用AWG来实现全光下的IDFT/DFT，即在光域下可以通过AWG实现OFDM的调制和解调。然后在光学仿真软件OptiSystem中，利用AWG实现IDFT/DFT的原理搭建全光的OFDM系统，并分析系统的传输性能。关键词:全光OFDM，阵列波导光栅(AWG),OptiSystemIIABSTRACTThe combination of optical orthogonal frequency- division multiplexing (OFDM) and fiber communication is one of the research hot topics for the past few years due to its prominent advantages. The advantages of OFDM are high spectrum efficiency, large tolerance to chromatic dispersion(CD) and polarization-mode dispersion.etc. Recently, all-optical OFDM technology ,which is the combination of optical communication and OFDM technology ,has become a hot issue in the field of communication studies. However, IDFT / DFT changes of optical OFDM system are accomplished in the electrical domain , which will be limited by electronic bottleneck , so the system will also receive the transmission rate limit. To overcome this, we can achieve IFDT / DFT changes in the optical domain, constitute the whole optical OFDM (O-OFDM system), this can greatly improve the transmission rate . And an arrayed waveguide grating (AWG) as a conventional WDM device (DWDM), the structure is simple. Combining AWG and IDFT/DFT can make the structure of all-optical OFDM system becomes easy.First, this paper analyzes the principles of traditional OFDM and AWG works,founding the optical IDFT/DFT is realized by AWG. That the OFDM modulation and demodulation in the optical domain can be achieved by the AWG.Then in the optical simulation software OptiSystem ,we use the AWG achieve IDFT / DFT function to build the whole optical OFDM system ,and observe the transmission performance of the system .Key words:all-optical OFDM, AWG, OptiSystemI全光OFDM系统的设计与实现1引言正交频分复用技术(OFDM)是一种多载波调制(MCM)技术，它的原理是：将传输信道分成若干个相互正交的子信道，将相对高速数据信号转换成并行传输的低速子数据流，并调制到在每个子信道上进行传输。OFDM以其较高的频带利用率、抗干扰能力强等特点，已经被广泛应用于无线和有线通信中。近几年，将OFDM技术应用于光纤通信中已成为研究的热点。OFDM应用于光纤通信中，不仅可以增加系统的容量，而且能更好地满足多媒体通信的要求。但传统的光OFDM信号的产生技术中，快速傅里叶逆变换/快速傅里叶变换(IFFTFFT)是在电域内实现的，由于电子器件的电子瓶颈的限制，会极大的影响系统的传输速率和性能。因此，本文中研究了一种基于阵列波导光栅的全光OFDM信号的产生技术，从理论上证明了AWG实现光域IDFT/DFT的可行性。并且在OptiSystem仿真软件下搭建了仿真模型，通过观察实验结果，分析AWG实现全光OFDM系统的性能。1.1课题的研究背景及意义OFDM（正交频分复用）是一种无线环境下的高速传输技术，适合在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据。它能有效对抗多径效应，消除符号间干扰，对抗频率选择性衰落，而且信道利用率高。OFDM技术先后被欧洲数字音频广播（DAB）、欧洲数字视频广播（DVB）、IEEE802.11无线局域网等系统采用。OFDM是一种高效的数据传输方式，其基本思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的(频带窄)，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，则可以从混叠的子载波上分离出数据信号。由于OFDM允许子载波频谱混叠，其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式1。而将OFDM技术引入光纤通信的光OFDM(O-OFDM)，在对抗色散CD和偏振模色散PMD中显示出良好的鲁棒性，能有效的估计色散的影响并进行消除，同时由于子载波间的频谱相互重叠使得O-OFDM系统有着很高频谱利用率，这将随着系统速率的不断提高越发有利2。虽然O-OFDM对色散和偏振膜色散和很大的优势，但它的IDFT/DFT是在电域中实现得的。但在电域实现IDFT/DFT之后,要经过DAC/ADC变换,由于DAC/ADC器件的限制会影响其传输速率。同时，电域实现IDFT/DFT也会影响系统实时的速率。如果在光域实现IDFT/DFT，而不经过E/O(电/光)，O/E(光/电)转换，可以很大程度上提高系统速率而不会受到以上的速率限制。而这种调制方式被称为全光OFDM调制。全光OFDM由于其实现的方式和密集波分复用(DWDM)有一定的相似性，因此，应用于DWDM的很多技术均可考虑用于全光OFDM的实现。波导阵列光栅(AWG)是一种应用于DWDM的非常重要的无源器件，特别是在复用器/解复用器和分插复用器等应用中有着很大的优势。AWG具有设计灵活、低插入损耗、易与光纤藕合等特性。将AWG与全光OFDM结合将大大简化OFDM的结构。这也是最近全光OFDM研究的热点3。1.2国内外研究现状OFDM技术早在1955年左右就提出来，但真正大范围的应用，是在70年代IDFT/DFT以及后来FFT/IFFT技术的提出。 OFDM发展的速度越来越快，已经成为第四代移动通信的核心技术。而对全光OFDM系统的研究起始于NTI光子实验室Karlsruhe等人主要在光域的IFFT上的研究4。他们以光子集成电路 (PLC)为基础，采用多个MZM和相移器实现全光OFDM。这种技术由于要采用的MZM和相移器的数量随着IFFT/FFT的阶数呈指数增长，所以子载波的数量收到了很大的限制。Karlsruhe大学的D.Hillerkuss等人则提出基于PLC的IFFT/FFT简化，大大降低了MZM和相移器的数量随着IFFT/FFT的阶数增长的比值，使基于PLC的全光OFDM实用性大大增加。信息与通信大学的 Kyusang Lee则提出离散的光域DFT来实现，他通过理论分析，提出光域实现IDFT/DF将通过光脉冲进行精密安排的延时及相移来实现，并提出AWG和全光OFDM结合可能会有很好的效果。在此基础上，Monash大学的A.J.Lowery研究了全光OFDM的接收端并对OFDM的信号抽样进行了分析，通过采用AWG在理论上实现了全光OFDM的解调。普林斯顿的 Zhengxing Wang等人将AWG应用于整个OFDM系统包括OFDM调制和解调3。目前，国内的武汉理工大学、清华大学、华中理工大学等研究小组也对全光OFDM光纤通信系统进行了很多研究。武汉理工大学对全光OFDM的峰值平均功率比 (PAPR)进行了研究，并提出了一种低复杂度的削减PAPR的方法。华中理工大学提出了采用时域棱镜的方法来实现全光OFDM，这样会一定程度上提高系统的传输速率。而清华大学的研究小组则提出在基于光纤布拉格光栅的全光OFDM加入光循环后缀来提高全光OFDM的系统性能5。1.3论文安排和主要工作本文的主要研究内容在于从理论上分析了全光OFDM系统采用AWG实现DFT和IDFT的可行性。并在OptiSystem光学仿真软件下，利用AWG的原理搭建全光的OFDM系统，并分析系统的传输性能。2OFDM调制技术OFDM调制技术是多载波调制的一种，因其有极高的频谱利用率，对抗色散和偏振膜色散方面有很大的优势，现在已经被广泛应用。本章讨