★ FEATURED ARTICLE 第 6 章重点内容详细解释一、直接探测光 OFDM 系统结构6.1 节什么是直接探测 OFDMDDO-OFDM发送端只调制光信号的强度幅度不调制相位接收端用光电二极管直接检测光强不需要本振激光器和 90° 混频器对比相干探测第 5 章成本低一半以上但性能也低一些为什么需要 上变频OFDM 信号是复数信号I/Q 两路但强度调制只能加载实数信号。所以把复数 OFDM 信号搬到一个射频副载波上上变频变成实数信号后再去调制光强度结构OFDM 基带信号 → 射频上变频 → 光强度调制 → 光纤 → 直接探测 → 射频下变频 → OFDM 解调系统简化结构发送端 比特 → QPSK映射 → IFFT → 加CP → 实数OFDM → 上变频(RF) → MZM强度调制 → 光纤 接收端 光纤 → PD直接探测 → 下变频 → 同步 → FFT → 信道估计 → 解调 → 比特二、直接检测 OFDM 关键算法6.2 节6.2.1 同步算法OFDM 系统对同步要求很高分为两级Schmidl-Cox 算法原理发送端插入一个特殊的训练符号前半段和后半段完全相同接收端做自相关当滑动窗口对齐时会出现一个峰值平台峰值位置就是符号定时点同时利用训练符号的相位差估计整数倍和小数倍频偏6.2.2 信道估计光纤信道会导致幅度衰落和相位旋转需要估计出信道响应然后均衡补偿。导频辅助信道估计在特定子载波位置插入已知的导频符号接收端导频位置做 LS 估计 → 插值得到所有子载波的信道响应 → 频域均衡两种估计准则LS最小二乘简单噪声大MMSE最小均方误差考虑噪声影响性能更好但需要知道噪声方差三、降低 PAPR6.3 节什么是 PAPRPeak-to-Average Power Ratio峰均功率比。 OFDM 信号是 N 个子载波叠加当所有子载波同相时峰值功率可以达到平均功率的 N 倍。PAPR 高意味着调制器需要很大的线性动态范围功率放大器效率低容易进入非线性区产生失真PAPR 的数学定义常用降 PAPR 方法对比方法原理优点缺点限幅滤波直接把超过阈值的峰值削掉最简单、计算量小带外辐射、非线性失真SLM 选择性映射生成多个相位序列选 PAPR 最小的发送无失真、性能好需要边带信息、计算量大PTS 部分传输序列把子载波分成几组各组选相位加权性能好、不需要边带传输计算复杂度高编码方法选用低 PAPR 的编码码字无失真编码效率低光通信中的特殊考量 光调制器MZM是正弦传输函数本身就有非线性。PAPR 太高会让工作点偏离线性区产生谐波失真。所以 DDO-OFDM 中 PAPR 问题尤其重要。四、SSMI 与子载波干扰6.4 节—— 本章核心难点什么是 SSBI信号 - 信号拍频干扰直接探测用的光电二极管是平方律器件输出电流正比于光强的平方假设光场是平方后展开第一项直流分量中心载波自身第二项有用信号中心载波 × 信号线性项第三项SSBI信号 × 信号平方项—— 这就是干扰SSBI 的本质信号自己和自己拍频产生了新的频率分量落在信号带宽内无法滤除。这是直接探测 OFDM 最核心的损伤。什么是 FF拍频分量除了 SSBI还有中心载波与不同频率信号之间的拍频。当信号带宽较大时这些拍频分量会和有用信号重叠造成干扰。抗 SSBI 的关键技术1. Kramers-Kronig (KK) 接收理论基础最小相位信号满足 Kramers-Kronig 关系只要让中心载波功率足够大载波 - 信号功率比 6 dB信号就是最小相位信号接收端从强度信息中通过 KK 关系恢复出相位信息效果可以 抵消SSBI用单探测器实现类似相干的性能是近年光通信领域的热门方向2. 中心载波辅助CA-DDO-OFDM在信号频谱中间插入一个强的中心光载波保证平方律探测后的线性项足够大SSBI 相对小结构简单是目前常用方案3. 数字 SSBI 补偿已知发送信号可以在接收端数字域迭代消除 SSBI原理先估计出信号 → 计算 |s (t)|² → 从接收信号中减掉缺点需要迭代计算量大4. 单边带调制只传输正频率分量单边带 SSB减少拍频干扰的频率范围配合 KK 接收效果更好五、DDO-OFDM vs 相干 OFDM 对比维度直接探测 OFDM第 6 章相干光 OFDM第 5 章接收端成本低一个 PD 即可高本振 90° 混频 4 个 PD传输距离短距 100 km长距 1000 km频谱效率中等需留中心载波保护带高完整 I/Q 复用主要损伤SSBI、拍频干扰相位噪声、频偏DSP 复杂度中等同步 信道估计 SSBI 补偿高同步 均衡 载波恢复典型应用DCI 数据中心、接入网干线传输、城域网
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