顧志華

【摘要】 本文以高速光纖通信系統(tǒng)的OFDM通信系統(tǒng)（光正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)）為研究對象，通過總結(jié)OEDM系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并對該通信系統(tǒng)的設(shè)計方案、仿真模型和設(shè)計及其實現(xiàn)過程中的各個環(huán)節(jié)的分析，力圖探索出相對完善的高速光正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)實現(xiàn)方案，推動我高速通信系統(tǒng)的研究和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 光纖通信 通信系統(tǒng) 光正交頻分復(fù)用

一、光正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

（1）光復(fù)用技術(shù)的運用。普通光纖通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)很難滿足，光復(fù)用技術(shù)在建設(shè)高速光纖通信系統(tǒng)中研究發(fā)展起來，例如WDM技術(shù)、OFDM技術(shù)和OTDM技術(shù)等，其中OFDM調(diào)制技術(shù)因為其在頻譜效率、運算效率、設(shè)計的靈活程度上以及信道和相位估計的容易度上特有的優(yōu)勢，而迅速被科研人員開發(fā)出來。

（2）OFDM技術(shù)的潛力巨大。光正交頻分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)采用了高效的FFT（傅里葉變化）算法、利用子載波和子帶信號進行調(diào)制、利用訓(xùn)練子載波或訓(xùn)練符號來進行相位和信道估計，因此技術(shù)有系列的獨特優(yōu)點，目前OFDM技術(shù)雖然是熱點領(lǐng)域但是還沒有完全體現(xiàn)出其巨大優(yōu)勢，需要科研人員進一步研發(fā)努力。

二、OFDM光纖通信系統(tǒng)基本原理

（1）光纖通信系統(tǒng)基本原理。光纖通信系統(tǒng)一般指的是以光纖為傳播途徑，光信號作為數(shù)據(jù)載體的信息通信系統(tǒng)。與一般的通信系統(tǒng)一樣主要由信號發(fā)射端、數(shù)據(jù)傳輸信道以及信號接收端三部分組成。光纖通信系統(tǒng)一般有傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸距離遠、信號損耗小且才建設(shè)成本相對低等優(yōu)點。但也有拉抗強度低、光纖連接技術(shù)和設(shè)備要求高、怕水并且分路和耦合不太方便等缺點。但是仍然比以前的電信號通信系統(tǒng)亞有質(zhì)的優(yōu)勢。一般的判斷光纖通信系統(tǒng)性能主要有三個指標(biāo)“誤碼性能、抖動性能和漂移性能，只有平衡考慮三大主要指標(biāo)才能設(shè)計出性能完備的光纖通信系統(tǒng)。

（2）OFDM通信系統(tǒng)原理?；驹砗屯ㄐ畔到y(tǒng)原理基本相同，但是OFDM系統(tǒng)提升了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。OFDM技術(shù)在這一過程中利用了數(shù)字信號處理技術(shù)，通過將需要發(fā)送的單信道高速信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多徑傳輸?shù)牡退傩盘枺⒄{(diào)制為一組正交子載波，然后進行數(shù)據(jù)傳輸，該調(diào)制技術(shù)可以有效降低無線信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿p耗，且提高了全網(wǎng)通信系統(tǒng)的頻譜利用率。例如，數(shù)據(jù)信號d經(jīng)過串行并換以后化為不同的d1到dn多徑傳輸?shù)退傩盘柫?，隨后低速信號流經(jīng)過專門處理的子載波信道進行傳輸，信號再次逆多徑并串轉(zhuǎn)換重新恢復(fù)為D數(shù)據(jù)信號流。信號數(shù)據(jù)在處理過程中會用到類似數(shù)字信號的IDFT變換的FFT變換（快速離散傅里葉變換）。S（t）=dn·exp（j·2π·fn·t）， S（t）為模擬信號，N為抽樣的分路信號，t為時間間隔。

在經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的信號數(shù)據(jù)D只與原來的d信號數(shù)據(jù)相差一個常數(shù)因子倍數(shù)，因此在OFDM系統(tǒng)可以向?qū)?shù)據(jù)進行編碼，利用數(shù)字調(diào)制將數(shù)據(jù)進行串并轉(zhuǎn)換為多徑信號，經(jīng)過IFFT轉(zhuǎn)換后加CP完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換后去CP和FFT轉(zhuǎn)換，通過逆多徑信號傳輸，經(jīng)過數(shù)字解調(diào)完成解碼，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

（3）制約OFDM光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展因素。第一，電信號處理器元件的制約，在電信號處理上因為電子遷移有遷移速率限制，因此電信號處理元器件理論上達不到光信號傳輸要求的處理速率。因此涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)時，電信號處理的限制會制約OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)。第二，數(shù)字信號處理的制約。在IFFT—FFT并串相互轉(zhuǎn)換運算相對復(fù)雜，要求有相應(yīng)的FPGA硬件資源的配置，尤其是D/A轉(zhuǎn)換器和接口處理器的配置要求較高。如果要達到數(shù)字信號的高速處理需求，必須采用流水線的并行處理方案，因此整個轉(zhuǎn)換運算必須集中在同一塊FPGA芯片上，然而目前的FPGA配置智能實現(xiàn)256點以內(nèi)的IFFT運算。除此之外，F(xiàn)PGA的運算接口也有限制因素，例如完成每秒傳輸10G比特的運算，利用64子載波數(shù)據(jù)傳輸和16-QAM數(shù)據(jù)調(diào)制，需要64點的IFFT到FFT的運算，如果進一步將64路信號重復(fù)上述IFFT運算則會成倍擴大運算負擔(dān)，因此要想實現(xiàn)更高速的傳輸速率，F(xiàn)PGA信號輸出輸入環(huán)節(jié)需要打破存在的運算限制。

三、結(jié)語

高速光纖OFDM通信系統(tǒng)因其頻譜效率、運算效率、設(shè)計的靈活程度上以及信道和相位估計的容易度的優(yōu)勢而成為了未來的系統(tǒng)的希望，也面臨著更高的信號處理器元件和更完善的硬件資源的配置的限制，筆者希望OFDM引領(lǐng)的光纖通信系統(tǒng)在科研人員的努力之中最終建構(gòu)起來。