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非线性效应对OOFDM系统的影响研究

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zoޛ)j馓3ؒ^i--材料中的非线性效应非常微弱,但是当光信号在光纤中传输时,由于光纤的芯径非常小,致使光纤中光信号的功率密度很高,加之传输距离长,光纤的非线性影响会更显著。

2 OOFDM系统的结构框图

本文根据OOFDM的基本原理,搭建出系统结构框图。系统可以分为五部分:OFDM基带信号发射机、电/光变换、光纤链路、光/电检测和OFDM基带信号接收机。系统框图如图1所示。

3 OOFDM系统仿真

图1中的发送部分使用伪随机0、1二进制序列数据流,比特速率为1GBit/s,经不归零脉冲产生器整流之后送入Matlab模块,串并变换后,对每路数据进行4进制的QAM调制,再映射为对应的复数,再对其进行2048点的IFFT变换,其中,子载波数设为128,调制速率为20GHz;载波进行并串变换后,在每个信号前加入循环前缀,经数模转换变为OFDM基带模拟信号,再将基带信号通过马赫曾德尔调制器调制到光载波上,进入光纤进行传输,光纤链路部分采用长度为50km的标准单模光纤,衰减常数α=0.2dB/km,光源由连续激光器产生,光功率为0dBm,波长为1550nm,线宽为1MHz。光电检测器(PIN)的灵敏度设定为1A/W,暗电流为10nA,接收端信号处理是发送端的逆过程。为了减少噪声的干扰,滤波器是必需的,为了获得一定幅度的输出信号,放大器也是必需的,通过PIN检测器和I/O解调后的光信号再通过增益为40dB的放大器,解调出OFDM基带模拟信号,经模数转换、去除循环前缀和串并变换,再静同样点数的快速傅立叶变换,在输出端将每路复数信号映射解调为4进制QAM星座点,经并串变换后,最终输出二进制串行数据。OOFDM的仿真架构如图2所示。

4 非线性效应对OOFDM系统的影响研究

根据以上的仿真系统,设置光纤长度为50km,光纤损耗为0.2dB/km,子载波数为128,有效纤芯面积=100μm2,非线性折射率n2=3.4×10-20m2/W,光功率为-10dBm,工作波长为1550nm。

理论研究表明,有效纤芯面积(Aeff)的增加可以更有效地克服非线性效应的影响。根据仿真结果图3和图4可以观察到,在其他参数不变的情况下,有效纤芯面积减小,非线性效应更加明显,使OOFDM系统的输出星座图分散,信号判决困难,信号相位失真,幅度衰减,输出波形失真等影响。对于光纤通信系统,可以选用有效纤芯面积大的光纤来减小非线性效应。另外非线性效应还会造成一些额外损耗和干扰,当传输距离增大时,这种影响还会加重。

光纤中的最低阶非线性效应起源于三阶极化率,它是引起诸如三次谐波、四波混频及非线性折射等现象的原因[5]。然而,除非采取特别的措施实现相位匹配,涉及新频率产生的非线性过程在光纤中是不易发生的。因此,光纤中的大部分非线性效应起源于非线性折射,而影响非线性折射的重要系数就是非线性折射率系数n2,两者之间的关系为n2=3/8nRe(χ(3)),其中χ(3)为三阶极化率,非线性折射率系数n2越小,非线性效应越强。本文改变仿真系统中n2的值,仿真结果与图3和图4类似,也证明了非线性效应的增强会加重对系统正交性的破环。

由于非线性效应会使传输信号的相位和幅度改变,星座图原本为四个点,相位偏移造成四个点分散并旋转,信号幅度改变造成四个点向外扩散,仿真结果表明,非线性效应会破环OOFDM系统的正交性,使星座图分散、偏移,信号相位和幅度失真,导致信号判决出错,严重影响系统的传输性能。

5 结论

本文结合仿真模型,通过改变影响非线性效应的参数,分析星座图,得到了非线性效应对OOFDM系统性能的影响:非线性效应会破坏OOFDM系统的正交性,最终导致信号星座图分散、模糊,信号判决困难,误码率增加,输出波形失真,非线性效应强度与破坏性成正比,即非线性效应越强,对系统传输性能的影响越大。

【参考文献】

[1]梁猛,等.基于OptiSystem的相干光OFDM系统的仿真研究[J].光通信技术,2011.

[2]王振宝,等.光纤通信系统中的非线性效应研究[J].光通信研究,2011.

[3]张洪波.正交频分复用新技术在光纤传输系统中的应用研究[D].电子科技大学,2014.

[4]王封.OFDM技术在光纤通信系统中的研究[D].长春理工大学,2014.

[5]张磊.光正交频分复用系统接收技术的研究[D].北京邮电大学,2011.

[责任编辑:杨玉洁]

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