光传输为什么要用OFDM？有什么好处？需要处理哪些关键技术？

1.1 OFDM 1.1 OFDM背景OFDM(正交频分复用)的概念是在20世纪五六十年代提出的，并公布了1970 OFDM的专利。其基本思想是采用允许子信道重叠但互不影响的频分复用(OFDM)。由于其高频谱效率和抗多径干扰的特点，该技术在世界范围内引起了广泛关注。1971年，Weinstein和Ebert提出了用离散傅里叶变换实现OFDM系统中所有调制解调功能的建议，简化了系统的调制解调，为实现OFDM的全数字方案做了理论准备。20世纪80年代以后，OFDM调制技术再次成为研究热点。例如，在有线信道的研究中，Hirosaki在1981中使用了离散傅立叶变换(DFT)完成的OFDM调制技术，成功测试了16QAM复用、19.2kbit/s并行传输的电话线调制解调器，随着技术的成熟和成本的降低，OFDM已广泛应用于地面数字音视频广播(DAB、DVB-T)和非对称数据用户环路(非对称DSL)中，并已近年来，随着光通信系统向长距离、大容量方向发展，许多科研机构和大学开始将目光转向相干光通信系统。由于相干光探测技术探测灵敏度高，系统传输距离远。此外，相干光通信系统在理论上可以完全补偿许多线性失真。再加上OFDM技术的高频谱效率和抗色散特性，有人提出将正交频分复用技术应用于相干检测光通信系统。世界上许多研究机构和大学都开展了对光OFDM技术的研究。光正交频分复用已经成为世界光通信的研究热点。国外主要研究团体有美国亚利桑那大学、英国班戈大学、朗讯-贝尔实验室、日本KDDI实验室、澳大利亚莫纳斯大学等。这些研究小组对OOFDM系统进行了探索，包括非线性问题、性能评估、频谱效率等。在国内，电子科技大学、吉林大学等单位开展了多模光纤下OOFDM实现的仿真研究。1.1.2 OFDM的基本思想其实是一种特殊的多载波传输技术，既可以看作是一种调制技术，也可以看作是一种复用技术。OFDM的基本原理类似于传统的频分复用(FDM)，即通过串并变换将高速数据流分配到几个速率相对较低的频率子信道上进行传输。不同的是OFDM技术更好的利用了控制方式，提高了频谱利用率。OFDM技术最大的特点就是子载波相互正交。OFDM载波的正交性OFDM的这种结构与前面提到的频分复用并不完全不同。频分复用使用不同的频率来传输信号。每个调制子载波的频谱不能重叠，子载波之间要加一个保护间隔，这样才能在接收端正确解调。在OFDM技术中，利用子载波之间的正交性，每个调制子载波的频谱是重叠的，当然中间不加保护带。通过使用这种正交性，尽管频谱重叠，但是原始信号可以在接收端被解调。子载波之间的正交性可以在时域和频域中讨论。从时域来看，每个子载波在一个OFDM符号周期中包含整数倍的周期，并且相邻子载波之间的差是一个周期。从频域来看，也就是OFDM信号中每个子载波的频谱图中，在每个子载波的最大频率处，其他所有子信道的频谱值正好为0。因为在解调OFDM符号的过程中，需要计算这些点对应的每个子载波的最大频率，所以可以从多个重叠的子信道符号中提取每个子信道的符号，而不会受到其他子信道的干扰。1.1.3 OFDM系统的优缺点分析OFDM (1)的优点高速数据流的串并转换使得子载波的数据符号的持续时间相对增加，从而有效降低了符号间干扰，进一步降低了均衡的复杂度；(2)由于子载波相互正交，允许子信道的频谱相互重叠，因此与传统的频分复用系统相比，频谱利用率非常高；(3)各子信道的正交调制和解调可以分别用IDFT和DFT实现，在子载波数量较多的系统中可以用IFFT和FFT实现；(4)通过使用不同数量的子信道实现上下行不同的传输速率，从而实现业务的不对称传输；(5)易于与其他访问方式结合。OFDM (1)的缺点是易受频偏影响；(2)更高的峰值平均功率比。1.1.4 OFDM系统的关键技术(1)时域同步和频域同步OFDM系统对定时和频偏比较敏感，尤其是在实际应用中与FDMA、TDMA、CDMA结合时，时域和频域同步显得尤为重要。(2)信道估计在OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题:一是导频信息的选择，二是复杂度低、导频跟踪能力好的信道估计器的设计。在实际设计中，导频信息的选择和最佳估计器的设计通常是相互关联的，因为估计器的性能与导频信息的传输方式有关。(3)信道编码和交织为了提高数字通信系统的性能，信道编码和交织是常用的方法。对于衰落信道中的随机误差，可以采用信道编码；对于衰落信道中的突发错误，可以使用交织技术。在实际应用中，通常同时使用信道编码和交织来进一步提高整个系统的性能。(4)降低峰均功率比由于OFDM信号在时域上表现为N个正交子载波信号的叠加，当这N个信号都恰好表现为峰值时，OFDM信号也会产生一个最大峰值，峰值功率是平均功率的N倍。虽然峰值功率出现的概率很低，但是为了传输这些高PAPR的OFDM信号不失真，发射机要求高功率放大器的高线性度，导致传输效率极低，接收机要求前端放大器和A/D转换器的高线性度。因此，高PAPR大大降低了OFDM系统的性能，甚至直接影响实际应用。为了解决这个问题，人们提出了基于信号失真技术、信号加扰技术和信号空间扩展的方法来降低OFDM系统的PAPR。(5)均衡在一般的衰落环境下，OFDM系统中的均衡并不是提高系统性能的有效方法，因为均衡的本质是补偿多径信道带来的符号间干扰，而OFDM技术本身已经利用了多径信道的分集特性，所以不需要均衡。在高度分散的信道中，信道记忆长度很长，循环前缀CP的长度也必须很长，才能尽可能不出现ISI。但是，过长的CP长度必然会导致大量的能量损失，尤其是对于子载波数较少的系统。此时可以考虑增加一个均衡器，适当减少CP的长度，即以增加系统的复杂度来换取系统频带利用率的提高。1.2.OOFDM的基本思想1.2.1 o OFDM光正交频分复用(OOFDM)技术的主要思想是将给定的信道在频域上划分成许多正交的子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并行传输每个子载波。因为色散容差的平方与光纤带宽成反比，信道带宽越小，色散容差越大，容忍色散的能力越强。OOFDM技术将光纤频带分成许多正交的子带，作为传输信息的子信道，从而使色散容限更高。OOFDM技术的应用可以在不进行色散补偿的情况下实现高速光纤传输，同时降低了对光放大器的要求，既可以节省大量的器件成本，又可以保留传输质量。在OOOFDM系统中，接收机可以采用相干检测或直接检测，直接检测相对相干检测，实现简单，易于实现色散补偿。其简单的结构使得OOOFDM系统更容易升级到100Gb/s/s..因此，基于DD-OOFDM的OOOFDM系统具有一定的发展潜力。1.2.2 OOFDM的基本原理OOFDM的基本原理和OFDM类似。唯一不同的是信号传输从电域的无线信道变成了光信道传输。示意图如下:用户数据首先通过串并转换转换成n路，n为OFDM系统的子载波数。这些数据调制它们各自的子载波，并且调制方法可以相同或不同。然后，通过IFFT对多路信号进行OFDM调制，并通过并串转换和数模转换，将OFDM调制后的多路信号转换为直接调制(内调制)激光器的调制电流信号。在接收端，通过光纤信道传输的光OFDM信号首先通过光电转换转换成电信号，经过模数转换后进入FFT完成OFDM解调，恢复出每个子载波的调制信号，再通过相应的解调恢复出传输的数据。最后，在并行-串行转换之后，来自发起者的数据流被恢复。PON 2.1 PON介绍根据OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间是否有有源器件，光接入网可分为PON(无源光网络)和AON(有源光网络)。PON(无源光网络)是指ODN(光分配网络)不包含任何电子设备，ODN全部由光分路器等无源设备组成，没有昂贵的有源电子设备。PON网络的突出优点是取消了室外有源设备，所有信号处理功能都在用户家中的交换机和设备中完成。而且这种接入方式初期投入小，大部分资金只有在用户真正接入时才能投入。其传输距离比有源光纤接入系统更短，覆盖范围更小，但成本低，无需另设机房，易于维护。因此，这种结构可以经济地服务于家庭用户。PON的复杂性在于信号处理技术。在下行链路方向，由交换机发送的信号被广播给所有用户。在上行方向，每个ONU必须采用某种多址协议，如TDMA(时分多址)协议，以完成对传输信道信息的访问。PON的基本组成包括OLT(光线路终端)、ODN(光分配网络)和ONU(光网络单元)，其中OLT具有与交换机接口的功能，完成下行电到光和上行光到电的转换，并对各自进行分配和控制。ODN的功能是在OLT和ONU之间建立光传输通道，完成光信号的功率分配、波长复用等。，而且是完全由光纤无源器件组成的。ONU提供与ODN的光接口，实现用户端接口功能。PON的基本结构图如下:PON的网络结构图就说这么多，希望采纳。

更多关于建站的问题，请搜索“乱世佳人论坛”。