张重祥开题报告

华北电力大学

硕士研究生

选题报告及论文工作计划

研究生姓名张重祥学号1092203025 院(系、所) 电气与电子工程学院

学科、专业通信与信息系统

指导教师马永红专业技术职务副教授

入学日期 2009年9月

2010年10月8日

论文工作计划

附件

OFDM-RoF系统的分析与仿真设计

一、选题背景及其意义

在当今社会信息化的进程中，移动性、无线化、数字化和宽带化是当今信息产业的发展趋势，超高速、超大容量成为信息传送追求的主要目标。第四代移动通信系统(4G)将是通信产业发展的一个里程碑，它不仅能够提供高质量、大带宽的服务质量，而且还能实现无处不在的实时多媒体业务服务。但是，无线通信有限的频谱资源和有限的传输距离使它的发展受到很大的限制。

为了解决这一问题，将OFDM技术与RoF技术融合在一起构成OFDM-RoF系统，来满

足人们的需求。OFDM技术以其抗干扰能力强、频谱利用率高、在光纤中传输时具有抗色度色散和偏振模色散、传输容量大等特点即将成为下一代无线通信的物理层核心技术。光纤无线电(RoF)充分结合光纤和高频无线电波传输的特点，能实现大容量、低成本的射频信号有线传输和超宽带无线接入，也被认为是4G网络的组网技术之一。

光通信与无线通信的融合是未来通信的发展方向。OFDM-RoF系统结合OFDM技术与光通信的特点，构建出高速率、高容量、低成本的光传输网络，并且具有较强的信道容量的可扩展性，可以在现有网络的基础上很好的升级与过渡，不但实现了无线网络成本的降低，而且还能够提供高速率、高容量、高质量的通信服务。因此，研究OFDM-RoF光传输系统，无疑对下一代移动通信系统以及宽带接入系统的发展具有重大意义。本文将致力于研究OFDM-RoF系统的搭建以及对该系统进行分析，这也是目前国内外研究的热点问题之一。

二、国内外研究动态

RoF技术的研究始于20世纪80年代末、90年代初，RoF系统首先在美国应用于军事用途。到1990年，RoF系统在无线通信中得到发展应用。此后RoF在应用领域得到了快速发展，例如在2000年，RoF系统应用于悉尼奥运会；而在日本，RoF已经应用在了现有的蜂窝系统中。

随着RoF技术的发展与成熟，人们对RoF的研究致力于提供有线与无线双重服务，能够实现无线射频信号与有线基带信号在同一光纤上进行传输，且能保证系统的可靠性。

近年来，随着技术和器件水平的发展以及对高速和可靠传输的要求，OFDM技术应用越来越广泛，由于其具有高速数据传输能力、高效的频谱利用率和抗多径干扰等能力，成为通信的研究热点之一。

在国际上，从20世纪末起，世界各先进国家都争先恐后开展了OFDM技术与RoF技术相结合OFDM-RoF光无线传输技术的研究。英国剑桥大学的几位研究者(M.R.D. Rodrigues 等人)，2000年开始陆续在各种国际会议以及学术刊物上发表了有关OFDM -RoF光无线传输技术的研究报告，其研究成果受到各国研究者的关注。

在国内，清华大学，北京邮电大学，电子科技大学，上海大学等多所高校和科研院所从21世纪之初，就开展了有关4G通信技术和OFDM-RoF光无线传输技术这两方面的研究，一些研究成果已经在国际会议以及国内相关学术杂志上发表。

三、课题研究内容

1、OFDM的基本原理与信号的实现

清楚地理解并掌握OFDM的基本原理，才能实现OFDM信号，这是OFDM –RoF系统分析和仿真设计的基础。

（1）OFDM基本原理。OFDM是一种高效调制技术，其主要思想是在频域内将所给的信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用子载波进行调制。

OFDM的调制解调过程如下图1所示。

图1. OFDM的调制解调过程

在发射端，首先将输入的高速数据流经过串/并变换，变成N条并行的低速子数据流，每N条并行的数据构成一个OFDM符号。然后每一路并行数据流流经编码器进行编码（这样可以提高系统抗突发干扰能力），编码方式可以采用BPSK和x–QAM（x=4，16,32,64,256等）。编码后数据流经过OFDM调制，然后加上循环前缀CP，再经过并/串转换，调制到相互正交的各个子载波上。目前OFDM调制主要是通过离散傅里叶变换逆变换IFFT（利用其快速算法IFFT可以减少运算量，提高效率）来实现的。此外，由于信道延时、频率偏移等原因，接收到的信号往往存在码间干扰ISI和信道间干扰ICI，于是在每个OFDM符号前加一段保护间隔，只要保护间隔的持续时间大于信道延时，就可以消除ISI的干扰。保护间隔内的信号是由OFDM信号经周期延拓生成的，称之为循环前缀CP。

在接收端，首先对接收到的信号进行处理，完成定时同步和载波同步，接着进行串/并变换，去除循环前缀CP，进行FFT解调，同时进行信道估计。然后将信道估计值和FFT 解调值一同送入检测器进行相干检测，检测出每个子载波上的信息符号，最后再通过信道译码恢复出原始信息比特流。

（2）OFDM信号的实现。上面对于OFDM的基本原理做出了清晰的说明后，本文主

要是利用数值计算软件Matlab进行逐步编程实现OFDM信号。

2、OFDM –RoF系统的搭建与分析

整个OFDM–RoF系统由OFDM基带传输系统结合RoF光纤系统所组成，其中包括OFDM信号的产生与光调制发送、光纤信道与光信号接收，解调，OFDM信号恢复三部分。该系统的仿真系统结构图如图2所示。

图2 . OFDM-ROF光纤无线传输仿真系统结构图

为了能够研究微波频带的OFDM 信号，通过光调制转换为光波信号，并经过RoF 系统传输，在接收端，信号波形产生失真畸变等传输问题，我们通过采用光通信系统仿真软件OptiSystem与数值计算软件MatLab相结合的方法，成功地建立了一个能研究微波OFDM无线信号在RoF系统中传输特性变化的仿真平台, 称为OFDM-RoF光纤无线传输系统或简称为OFDM-RoF系统。

Optisystem是加拿大Optiwave 公司设计的一款优秀的光通信系统仿真设计软件，可以对多种不同类型的光纤通信系统的物理层进行高可靠性的仿真设计。本文使用该软件来搭建OFDM-RoF系统的仿真模型，通过系统的频谱图、眼图、星座图以及系统误码率来分析系统的可靠性以及有效性。

3、对该系统中存在的问题进行分类总结并着重对某一问题进行分析并提出合理的优化措施。我们知道：OFDM光载无线(OFDM-RoF)接合了无线通信和光通信的优点，具有高速率、高容量、高频谱利用率的优势。然而，OFDM-RoF系统却有光纤色散、光纤非线性、调制非线性等一系列的问题，如果这些问题得不到很好的解决，势必会对OFDM信号在光通信系统中的传输造成失真，使得整个仿真过程前功尽弃。可以利用峰值平均功率比(PAPR)降低算法降低光纤非线性、调制非线性;利用循环前缀、信道估计消除色散影响;利用数字相位共轭、偏载波填充、非线性预补偿、降低序列相关性降低光纤非线性。本文将