基于16QAM/PPM 調(diào)制的OCDM—PON 系統(tǒng)分析

謝芳

摘要：該文主要研究一種以16QAM作為相域調(diào)制格式，以PPM作為幅域調(diào)制格式，組成的正交再調(diào)制系統(tǒng)。通過在MATLAB環(huán)境中搭建單向OCDMA-PON系統(tǒng)，分析此種16QM/PPM組合應(yīng)用于此系統(tǒng)中的性能。該方案應(yīng)用于OCDMA-PON時，不僅節(jié)約了脈沖成型器成本，而且使PPM再調(diào)制信號的接收機靈敏度顯著提高。

關(guān)鍵詞：正交再調(diào)制；16QAM/PPM；OCDM-PON系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）26-0207-03

Analysis of OCDM-PON system based on 16QAM/PPM modulation

XIE Fang

（Nanjing Audit University Jinshen College，Nanjing 210023，China）

Abstract： this paper studies the phase/quadrature modulation combinations of amplitude modulation， amplitude domain by domain investigated 16QAM modulation format examines PPM modulation format， and 16QAM/PPM combinations from the BER， receiver sensitivity， uplink data performance and characteristic of multi-user interference analysis. When applied to the OCDMA-PON of the programme， not only saves the cost of pulse Shaper and PPM modulation signal receiver sensitivity significantly improve.

Key words： orthogonal modulation； 16QAM/PPM； OCDM-PON system

目前的無源光纖網(wǎng)絡(luò)（即Passive Optical Network，簡稱PON）已經(jīng)由原來的基于TDM調(diào)制的技術(shù)（TDM-PON）發(fā)展為主要基于OCDMA的正交再調(diào)制技術(shù)組合，形成OCDM-PON。OCDM-PON在技術(shù)性能上有了明顯提高。比如，解決了原來TDM-PON系統(tǒng)中同時不能用戶不能共享帶寬的技術(shù)難題，而且用戶之間不需要同步。但是，因為碼長序列有限，所以用戶數(shù)量也有限，用戶數(shù)量的增長也會導(dǎo)致串?dāng)_。因此，如何提高OCDM-PON的系統(tǒng)容量是研究的主要問題。解決的方式有：增加每路信號中的頻率成分，每種波長充分利用。將上行信號進行幅度調(diào)制，使得復(fù)雜技術(shù)應(yīng)用到OLT端，簡化ONU端。

所以，調(diào)相/調(diào)幅的正交調(diào)制格式組合引起了人們的廣泛關(guān)注和深入研究，常見的組合有BPSK/OOKI， DPSK/OOK，DQPSK/OOK等。

本文主要研究調(diào)相/調(diào)幅的正交調(diào)制組合，搭建的體統(tǒng)方案為基于16QAM/PPM再調(diào)制技術(shù)的單向OCDMA-PON系統(tǒng)方案。并且對16QAM/PPM組合做了性能分析。

1 16QAM/OOK正交再調(diào)制方案的研究

基于16QAM/PPM再調(diào)制技術(shù)的單向OCDMA-PON系統(tǒng)方案，即可得到基于16QAM/PPM正交再調(diào)制技術(shù)的OCDMA-PON系統(tǒng)如圖所示。

圖1中搭建的仿真系統(tǒng)，是簡化為單ONU情況來進行分析，其原因在于多ONU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和單ONU系統(tǒng)基本同樣，僅增加了數(shù)量和再調(diào)制模塊。實驗中將連續(xù)光作為光源，基本參數(shù)為中心頻率為193.1THz，線寬為100Khz。將此光源在發(fā)送端進行發(fā)送，輸出光功率設(shè)置為0dBm，用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的序列長度為2^23-1，碼速為80Gb/s的偽隨機序列。先采用差分預(yù)編碼，再經(jīng)脈沖成型器產(chǎn)生80Gb/s NRZ電信號，相位調(diào)制器由此電信號驅(qū)動，將連續(xù)光經(jīng)過調(diào)制，變成為所要求的80Gb/s的16QAM信號，具體信號參數(shù)見圖2所示。圖2（a）為16QAM信號的時域波形圖，圖2（b）為6QAM信號的頻譜圖，圖2（c）為6QAM信號的星座圖和圖2（d）為6QAM信號的眼圖。

下行鏈路和上行鏈路均采用20km的SMF和4km的DCF組成，以此形成對稱分布的的系統(tǒng)作為傳輸?shù)男诺?。其中SMF的衰減系數(shù)0.2 dB/km，色散系數(shù)為16.75ps/nm/km，色散斜率為0.075ps/nm/km，DCF衰減系數(shù)為0.2dB/km，色散系數(shù)為D=-83.75ps/nm/km，色散斜率為0.03ps/nm/km；

在ONU端，光功率分配器將16QAM信號分為兩部分，一部分用于獲取下行數(shù)據(jù)信息，由下端的16QAM的接收機再次接收，另一部分則用于上行數(shù)據(jù)的光源，通過PPM調(diào)制器（原PPM信號脈沖寬度為lps，上升沿和下降沿均為0.lps）調(diào)制成序列長度為2^23-1、碼速為10Gb/s的偽隨機序列，作為信號源。

器進行OCDMA編碼，如圖2（c）顯示了編碼后的時域波形和頻譜圖，最后通過藕合器進入上行鏈路傳輸至OLT端；當(dāng)上行數(shù)據(jù)傳至OLT端，先后經(jīng)過匹配OCDMA解碼器的相關(guān)解碼和PPM解調(diào)后得到上行信號。

2 基于16QAM/PPM的OCDMA-PON系統(tǒng)仿真和分析

如圖3（a），（b）中顯示了，在單ONU的系統(tǒng)中，下行速率為80Gb/s的16QAM信號在ONU端經(jīng)過16QAM接收機的雙平衡探測后得到下行數(shù)據(jù)星座圖，（a）為調(diào)制后的星座圖，（b）為解調(diào)后的星座圖。

當(dāng)干擾用戶數(shù)分別為3個的情況下目標(biāo)用戶誤碼率隨干擾用戶輸入光功率的變化曲線。橫向比較時，即目標(biāo)用戶數(shù)相等時，目標(biāo)用戶干擾和輸入光功率成正比。而進行縱向比較時，即光功率相同時，目標(biāo)用戶的誤碼率和干擾用戶數(shù)成反比。因此干擾光功率和干擾用戶數(shù)是影響OCDMA系統(tǒng)中多用戶干擾誤碼率的兩大因索。圖（b）中的曲線是當(dāng)有4個干擾用戶時，目標(biāo)用戶的誤碼率隨干擾用戶輸入光功率的變化曲線，黑色曲線是目標(biāo)用戶本身的輸入光功率分別取-18.417dBm，紅色曲線是目標(biāo)用戶本身的輸入光功率為-13.417dBm情況下的變化曲線。根據(jù)圖4（b）中顯示的曲線變化情況可以看出，可以通過增大目標(biāo)用戶的光功率，來降低誤碼率，削弱多用戶干擾。

圖5顯示了OCDMA-PON系統(tǒng)中不同的下行數(shù)據(jù)速率的組合以及編碼技術(shù)對各自誤碼率以及光功率的變化影響。圖5（a）是下行16QAM（30Gb/s）/上行DPSK（ 10Gb/s），圖5（b）中下行和上行的取值分別為20Gbit/s和5Gbit/s。同時考察上行鏈路是否采用OCDMA技術(shù)的情況作比較分析，以鑒別采用 OCDMA技術(shù)是否具備良好的數(shù)據(jù)保密性能。從圖5中可以看出，在相同的接收光功率下，上行鏈路中引入OCDMA編解碼技術(shù)會使其誤碼率相對于沒有CDMA的情況有很大改善，接收機靈敏度大約提高了2dB，這主要是因為相關(guān)OCDMA編解碼技術(shù)具有優(yōu)秀的噪聲容限特性。另外，數(shù)據(jù)速率的較大的組合，接收機靈敏度反而降低，靈敏度分別降低了3.5dB和2.2dB。

3 小結(jié)

基于16QAM /PPM正交再調(diào)制方案的OCDMA-PON系統(tǒng)，主要優(yōu)勢集中于在較低的誤碼率、較高的接收機靈敏度、更安全的上行數(shù)據(jù)和多用戶時的抗干擾特性。16QAM/PPM再調(diào)制方案應(yīng)用于OCDMA-PON時，雖然結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，導(dǎo)致更高的成本，但是它脈沖成型器的成本得到降低。

在OCDMA-PON系統(tǒng)中，利用PPM再調(diào)制信號的接收機靈敏度較高，因此，基于16QAM /PPM再調(diào)制方案的OCDMA-PON系統(tǒng)，降低了對接收機靈敏度的要求，不僅更加經(jīng)濟，還能緩解功率預(yù)算沖突，另外，在相同的發(fā)射功率情況下，可以增加可承載的用戶數(shù)。

參考文獻：

[1] 由驍?shù)?，陳健，馬新鳳，等.基于 DCO-OFDM 的幀內(nèi)信號時域調(diào)整技術(shù)研究[J]. 光子學(xué)報，2014（3）.

[2] Zhong Kang-ping， Li Tang-jun，Nan Jia，Jian Sun， Wang Mu-guang.An improved multiplier-free feed-forward carrier phase estimation for dual-polarization QPSK modulation format[J].Optoelectronics Letters，2013（4）.

[3] 曹國亮，楊彥甫，王非，等.基于擴展卡爾曼的PDM-16QAM偏振態(tài)和載波相位快速跟蹤[J].光學(xué)學(xué)報，2014（12）.

[4] 常萌，申敏.16QAM解調(diào)算法及其在HSDPA中的應(yīng)用[J].信息通信，2006（2）.

[5] 朱元萍，林文佳，楊馨.TDD中繼系統(tǒng)下行鏈路自適應(yīng)方法[J].計算機工程與設(shè)計， 2012（03）.