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文檔簡介
1、正交頻分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(OFDM-PON)是下一代光接入網(wǎng)(NG-PON)中非常熱門的研究領(lǐng)域,它具有高頻譜效率、靈活帶寬分配、色散容忍度高等特點,能滿足NG-PON的大容量、長距離和高分光比的要求。然而,由于OFDM-PON需要大量高速的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC)和數(shù)字信號處理(DSP)芯片,因此它的能耗比其他光接入網(wǎng)要高,而能耗也正是NG-PON中非常重要的衡量因素。本論文研究了OFDM-PON的若干節(jié)能技術(shù)方案,提出并設(shè)計
2、了新穎的節(jié)能OFDM-PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主要進行了如下幾方面的研究:
1.基于共享收發(fā)機的節(jié)能WDM-OFDM-PON系統(tǒng)
因為OFDM-PON高頻譜效率和靈活帶寬分配的特性,它在近些年來被世界各地的學(xué)者廣泛研究。結(jié)合波分復(fù)用(WDM)技術(shù),OFDM-PON能為接入網(wǎng)用戶提供更高的容量。但從能源利用率的角度來看,結(jié)合WDM技術(shù)的OFDM-PON浪費了許多能耗。因為對于每個ONU用戶來說,都需要一個OFDM收發(fā)機來為其持
3、續(xù)服務(wù)。然而大部分時候,終端用戶是不需要OFDM收發(fā)機滿載運行的,因為它所需的流量比較少。針對這一點,我們提出了基于共享收發(fā)機的節(jié)能WDM-OFDM-PON方案。在光線路終端(OLT),我們用一個 N×M的光開關(guān)來控制光路,使得當網(wǎng)絡(luò)流量較低時,多個ONU能共享一個OFDM收發(fā)機,來進行信號的調(diào)制解調(diào),從而關(guān)閉其他的收發(fā)機,達到節(jié)能的目的。經(jīng)實驗和仿真計算,我們提出的共享收發(fā)機方案能減少OFDM-PON系統(tǒng)OLT端約23.6%的能耗。<
4、br> 2.基于分層調(diào)制碼型的節(jié)能OFDM-PON技術(shù)方案
在OFDM-PON系統(tǒng)中,由于距離、分光比和接收機靈敏度等因素,每個網(wǎng)絡(luò)用戶單元端(ONU)接收到的信號信噪比(SNR)是不同的。在以往的傳輸系統(tǒng)中,常常針對每個ONU,為其分配合適階數(shù)的正交幅度調(diào)制(QAM)信號,來提升整個系統(tǒng)的容量。在該論文中,我們從無線通信中引入分層調(diào)制(Hierarchical Modulation)技術(shù),將不同ONU的數(shù)據(jù)放在分層調(diào)制信號
5、的不同層,從而提高單個OFDM收發(fā)機的容量。本論文利用分層調(diào)制技術(shù),針對節(jié)能OFDM-PON做了以下兩方面的工作:
1)基于分層調(diào)制碼型的大容量 OFDM-PON系統(tǒng):在長距離 OFDM-PON中,原來不同距離的ONU會采用不同階數(shù)的QAM碼型,而本論文利用分層16QAM信號,將短距離ONU端的數(shù)據(jù)置于分層16QAM的第二層,長距離ONU端的數(shù)據(jù)置于分層16QAM的第一層,適當調(diào)節(jié)兩層信號之間的參數(shù),使得兩層中的數(shù)據(jù)都滿足它們
6、的誤碼率(BER)要求。我們在實驗中演示了75-km的長距離OFDM-PON,利用分層16QAM調(diào)制技術(shù),使OFDM收發(fā)機的容量從7.5 Gb/s提高到10 Gb/s。
2)基于分層調(diào)制碼型的節(jié)能 WDM-OFDM-PON系統(tǒng):利用分層16QAM調(diào)制碼型,將傳輸距離不同的ONU端數(shù)據(jù)置于其中的第一二層,并通過OLT端的N× M開關(guān)控制光路,根據(jù)當時網(wǎng)絡(luò)流量的需求,使多個ONU共享單個OFDM收發(fā)機,從而關(guān)閉其他的OFDM收發(fā)機
7、,達到節(jié)能的目的。經(jīng)實驗驗證和仿真計算,基于分層16QAM調(diào)制碼型的WDM-OFDM-PON系統(tǒng)能節(jié)省OLT端約43.7%的能耗。
3.基于時域/頻域交織OFDM技術(shù)的節(jié)能OFDM-PON系統(tǒng)
1)在OFDM-PON系統(tǒng)中,每個 ONU用戶根據(jù)自己實時的流量需求占據(jù)一部分的OFDM子載波。在解調(diào)過程中,每個ONU需要將下行OFDM信號采樣,并進行 FFT運算,得到所有 ONU用戶的信息,然后從中選出自己所需的數(shù)據(jù)。這
8、樣,每個ONU端ADC芯片的采樣率和DSP芯片的計算量都非常大,因此其能耗也比較多。本論文提出一種時域交織(TI)OFDM的技術(shù),在OLT端,將所有發(fā)往 ONU的數(shù)據(jù)分為多個組,分別進行IFFT運算,得到的多個子OFDM信號在時域上交織,生成TI-OFDM信號。在ONU用戶端,只需采樣并解調(diào)用戶所在的那個子OFDM信號,就可以得到自己所需的數(shù)據(jù)。因此,采用TI-OFDM技術(shù),每個ONU端都能夠成倍降低其ADC芯片的采樣率和DSP芯片的運
9、算量,從而降低ONU端的功耗。我們實驗演示了將所有ONU數(shù)據(jù)分為2組和4組的TI-OFDM信號的產(chǎn)生、傳輸和解調(diào)。經(jīng)仿真計算,基于TI-OFDM技術(shù)的OFDM-PON系統(tǒng)能減少ONU端25%左右的功耗。
2)在OFDM-PON系統(tǒng)中,隨著一天時間的變化,ONU端用戶的網(wǎng)絡(luò)流量也隨之變化。許多時候ONU端用戶的流量需求非常低,如果這時OFDM收發(fā)機仍以滿功率的運行,就會影響OFDM-PON系統(tǒng)的能源利用效率。本文提出一種頻域交織
10、的OFDM技術(shù),當網(wǎng)絡(luò)流量降低時,在OFDM子載波上間隔加載數(shù)據(jù),而在ONU接收端,就可以取時域數(shù)據(jù)的前1/m,并進行 FFT運算,即可獲得所需數(shù)據(jù)。利用頻域交織OFDM技術(shù),能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量變化,有效地降低ONU端DSP芯片的運算量,從而減少ONU端的功耗。經(jīng)實驗驗證和仿真計算,我們提出的頻域交織OFDM技術(shù)能節(jié)省OFDM-PON中ONU端約14.6%的能耗。
4.基于距離自適應(yīng)帶寬分配技術(shù)的長距離大容量OFDM-PON
11、> 為了節(jié)省成本,強度調(diào)制和直接檢測(IM-DD)對于長距離OFDM-PON來說是十分需要的。近些年來,利用直接調(diào)制激光器(DML)或電吸收調(diào)制激光器(EML)來作為調(diào)制OFDM信號的發(fā)射機,被眾多研究小組關(guān)注。然而,由這些調(diào)制激光器產(chǎn)生的信號是雙邊帶信號,在光纖傳輸中不可避免地會受到色散和啁啾帶來的影響。據(jù)報道,基于EML的100 km的OFDM系統(tǒng)的可利用帶寬才不到4 GHz。
在本章中,我們提出一種距離自適應(yīng)帶寬分配的
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