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1、基于 CO-OFDM 的多模光纤通信系统的研究（申请硕士学位）学科专业：通信与信息系统2010 年 1 月Research on Multimode Fiber Communication System using Coherent Optical OFDM.ByWan RenweiSupervisorTong ZhengrongJanuary 2010独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同
2、工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。.学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津理工大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘要多模光纤的模式色散严重影响了其传输能力，如何提升多模光纤传输能力成为当前的研究热点。
3、相干光正交频分复用（CO-OFDM ）技术是一种新的非常有吸引力的高速通信技术。它结合了相干检测技术和 OFDM 技术的双重优点，使这两种技术优势互补。相干光接收系统灵敏度高，信道选择性好，可以提高 OFDM 技术所需的抗御非线性效应的能力，而 OFDM 技术计算效率高、信道简单，并可以利用 OFDM 信号的结构进行相位估值。CO-OFDM 技术不仅能避免信道频率选择性衰落的影响，还能充分利用多模光纤的高频带通区，实现多模光纤高容量，长距离的通信，但是 CO-OFDM 技术并不能克服多模光纤高频区存在的深衰落点对系统性能的影响。自适应调制(AM)技术能够根据信道的变化来改变调制方式，克服多模光
4、纤高频区域深衰落点的影响，为系统带来更高的频谱利用率。本文从 CO-OFDM 技术出发，对多模光纤通信系统进行研究，主要包括多模光纤信道数学模型、通信系统结构、2x2 多输入多输出（MIMO）信道和自适应调制技术。具体内容如下：1） 本文首先分析了多模光纤的传输特性，根据分析结果采用 CO-OFDM 技术设计多模光纤通信系统，使得多模光纤通信系统能以 10.7Gb/s 的信号速率传输 200km，这比传统意义上数据速率为 10Gb/s 及以上的多模光纤通信系统传输距离高两个数量级。尽管这个实验不能表明多模光纤的所有优点，但是它可以证明采用相干光正交频分复用技术，多模光纤可以实现远距离，大容量的
5、信号传输。2） 根据偏振模复用理论设计出 2x2 多输入多输出相干光正交频分复用（2x2 MIMO CO-OFDM）多模光纤通信系统，理论分析了偏振模色散（PMD ） 、偏振相关损耗（PDL）和色散（CD）对此系统传输性能的影响,并使用信道估计的方法消除。通过仿真证明了 2x2 MIMO 技术能使基于 CO-OFDM 多模光纤通信系统的传输容量加倍。光信噪比(OSNR)为 10dB，误码率(BER )满足 10-3 时，2x2 MIMO CO-OFDM 多模光纤传输系统传输 21.4Gb/s 的 CO-OFDM 信号的距离能达到 200km。3） 提出了一种基于光信噪比(OSNR)门限分配算法
6、的子带自适应调制技术，构建了基于自适应调制(AM)的 CO-OFDM 多模光纤通信系统。仿真结果表明，在 21.4Gb/s速率传输 200km 的情况下，基于 OSNR 门限分配算法的子带自适应调制技术在 CO-OFDM 多模光纤通信系统中的应用使得系统对 OSNR 的要求降低了超过 2dB。关键词：相干光正交频分复用，2x2 多输入多输出，自适应调制技术，多模光纤 .AbstractMultimode fiber has high modal dispersion which limits its transmission capacity, how to enhance multimode
7、 fiber transmission capacity to become the research focus. The technology has the merits of coherent detection and OFDM. The synergies between coherent optical communications and OFDM are twofold.The coherent system brings OFDM a much needed linearity in RF-to-optical (RTO) upconversion and optical-
8、to-RF (OTR) downconversion. OFDM brings coherent system computation efficiency and ease of channel and phase estimation. CO-OFDM technology can take full advantage of the high frequency band-pass regions of the multimode fiber, and carry high-speed and high capacity communication. It is can carry hi
9、gh-speed and high capacity communication. However, the deep fading in high frequency band pass region of the multimode fiber will affect the system performance. Adaptive modulation (AM) technology can change the modulation scheme according to the channel characterization, and the deep fading in high
10、 frequency band pass region of the multimode fiber will not affect the system performance.In this paper, research on CO-OFDM single mode fiber system, mainly including the MMF channel mathematical model, architecture of communications system, 2x2 multiple-input multiple-output (MIMO) channels and ad
11、aptive modulation. Details are as follows: 1) In this paper, the transmission characteristic of mutimode fiber is analyzed, the design of coherent optical OFDM transmission over 200 km multimode fiber is given, which is about two orders of magnitude reach expansion over conventional multimode fiber
12、systems at the channel date rate of 10 Gb/s and beyond. Although this design does not demonstrate all the advantages of multimode fiber, it serves as the first proof-of-concept experiment that multimode fiber may have a role beyond short reach. We anticipate the further research will rapidly improve
13、 the performance in multimode fiber system beyond short reach.2) 2x2 MIMO CO-OFDM transmission system of multimode fiber is design, and the effects of polarization-mode dispersion (PMD), polarization-dependent-loss (PDL), and chromatic dispersion (CD) on the transmission system of fiber are theoreti
14、cal analyzed, and use the channel estimation method to eliminate.The experiment result proved that coherent optical OFDM transmission system of multimode fiber transmission capacity to be redoubled when the system into the 2x2 MIMO technology.21.4Gb/s CO-OFDM signal through 2x2 MIMO CO-OFDM multimod
15、e fiber transmission system transmission distance can reach 200km when the OSNR is 10dB, BER is 10-3. 3) We propose an adaptive modulation algorithm using threshold allocation of optical signal to noise ratio (OSNR), and introduce the CO-OFDM multimode fiber communication systems based on adaptive m
16、odulation (AM).The experimental results .show that AM-CO-OFDM reduces 2dB OSNR than that without AM technology in 21.4Gb/s, 200km multimode fiber CO-OFDM transmission system.Key words：Orthogonal frequency division multiplexing (CO-OFDM), 2x2 Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), Adaptive Modulation (AM), Multimode Fiber (MMF)- i -目 录第一章 绪论 .11.1 多
