¿Alguien puede explicar OFDM-PON?
1.1.1? Antecedentes de OFDM
El concepto de OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) fue propuesto en el décadas de 1950 y 1960, y la patente OFDM se publicó en 1970. La idea básica es transmitir datos en paralelo utilizando el método de multiplexación por división de frecuencia (FDM), que permite que el espectro de subcanales se superponga sin afectarse entre sí. Esta tecnología ha atraído una gran atención en todo el mundo debido a su alta eficiencia espectral y resistencia a la interferencia multitrayecto. En 1971, Weinstein y Ebert propusieron el uso de la transformada discreta de Fourier para realizar todas las funciones de modulación y demodulación en el sistema OFDM, lo que simplificó la modulación y demodulación del sistema e hizo preparativos teóricos para la realización de una solución totalmente digital para OFDM. Después de la década de 1980, la tecnología de modulación OFDM volvió a ser un foco de investigación. Por ejemplo, en la investigación de canales cableados, Hirosaki utilizó tecnología de modulación OFDM completada por transformada discreta de Fourier (DFT) en 1981, y probó con éxito un módem de línea telefónica de 19,2 kbit/s con multiplexación 16QAM y transmisión paralela.
Con la madurez de la tecnología y la reducción de costos, OFDM se ha convertido en el estándar para la transmisión de audio y video digital terrestre (DAB, DVB-T), bucle de usuario de datos asimétrico (¿asimétrico? DSL) e inalámbrico. LAN (como IEEE802.11a/g?/n, WiFi) y estándares 3G (WiMAX), muchos expertos predicen que OFDM se convertirá en la tecnología central de los estándares 4G.
En los últimos años, con el desarrollo de los sistemas de comunicación óptica hacia larga distancia y gran capacidad, muchas instituciones de investigación científica y universidades han comenzado a centrar su atención en los sistemas de comunicación óptica coherentes. Debido a la alta sensibilidad de detección de la tecnología de detección de luz coherente, el sistema tiene una larga distancia de transmisión. Además, en teoría, los sistemas de comunicación óptica coherentes pueden compensar completamente muchas distorsiones lineales. Junto con la alta eficiencia espectral y las características antidispersión de la tecnología OFDM, algunas personas han propuesto aplicar la tecnología de multiplexación por división de frecuencia ortogonal a los sistemas de comunicación óptica de detección coherente. Muchas instituciones de investigación y universidades de todo el mundo han llevado a cabo investigaciones sobre la tecnología óptica OFDM. La multiplexación por división de frecuencia ortogonal óptica se ha convertido en un punto de investigación en comunicaciones ópticas en todo el mundo. Los principales grupos de investigación extranjeros son las universidades americanas. ¿de? ¿Bangor, Arizona, Inglaterra? ¿Universidades, laboratorios Lucent-Bell, laboratorios KDDI de Japón, universidades australianas? ¿de? Monas et al., estos grupos de investigación han explorado los sistemas OOFDM, incluyendo cuestiones no lineales, evaluación del rendimiento, eficiencia espectral, etc. En China, la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China, la Universidad de Jilin y otras unidades han llevado a cabo investigaciones de simulación sobre la implementación de OOFDM bajo fibra óptica multimodo.
1.1.2? La idea básica de OFDM
La tecnología de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es en realidad una tecnología especial de transmisión multiportadora, que puede considerarse como una A. La tecnología de modulación también puede considerarse una tecnología de multiplexación. El principio básico de OFDM es similar al de la multiplexación por división de frecuencia (FDM) tradicional, es decir, los flujos de datos de alta velocidad se asignan a varios subcanales de frecuencia de velocidad relativamente baja para su transmisión mediante conversión de serie a paralelo. La diferencia es que la tecnología OFDM hace un mejor uso de los métodos de control y mejora la utilización del espectro. La característica más importante de la tecnología OFDM es que las subportadoras son ortogonales entre sí.
Ortogonalidad de las portadoras OFDM
Esta estructura de OFDM no es completamente diferente de la multiplexación por división de frecuencia mencionada anteriormente. La multiplexación por división de frecuencia utiliza diferentes frecuencias para transmitir señales. El espectro de cada subportadora modulada no puede superponerse y se debe agregar un intervalo de guarda entre subportadoras para que pueda demodularse correctamente en el extremo receptor.
En la tecnología OFDM, utilizando la ortogonalidad entre subportadoras, el espectro de cada subportadora modulada se superpone, por supuesto, sin una banda de guarda de por medio. Al utilizar esta ortogonalidad, la señal original se puede demodular en el extremo receptor a pesar de la superposición de espectros. La ortogonalidad entre subportadoras se puede discutir en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Desde la perspectiva del dominio del tiempo, cada subportadora contiene un múltiplo entero de períodos en un período de símbolo OFDM, y la diferencia entre subportadoras adyacentes es un período. Desde una perspectiva del dominio de la frecuencia, es decir, en el diagrama de espectro de cada subportadora en la señal OFDM, en la frecuencia máxima de cada subportadora, los valores del espectro de todos los demás subcanales son exactamente 0. Debido a que en el proceso de demodulación de símbolos OFDM, es necesario calcular la frecuencia máxima de cada subportadora correspondiente a estos puntos, los símbolos de cada subcanal se pueden extraer de múltiples símbolos de subcanal superpuestos sin interferencia de otros subcanales.
1.1.3? Análisis de ventajas y desventajas del sistema OFDM
Ventajas de OFDM
(1)? Conversión serie a paralelo de alta velocidad El flujo de datos hace que los datos de las subportadoras aumenten relativamente la duración del símbolo, lo que reduce efectivamente la interferencia entre símbolos y reduce aún más la complejidad de la ecualización;
(2) Dado que las subportadoras son ortogonales entre sí, se permite que el espectro de los subcanales se superponga entre sí, por lo que en comparación con los sistemas convencionales de multiplexación por división de frecuencia, tiene una utilización del espectro muy alta;
(3)? La demodulación de cada subcanal se puede realizar utilizando IDFT y DFT respectivamente. En los sistemas portadores, se pueden implementar IFFT y FFT.
(4)? Al utilizar diferentes números de subcanales, se logran diferentes velocidades de transmisión de enlace ascendente y descendente, logrando así una transmisión asimétrica de servicios
(5)? para comunicarse Combinado con otros métodos de acceso. ?
Desventajas de OFDM
(1)? ¿Susceptibilidad a la desviación de frecuencia;
(2)? Mayor relación de potencia pico a promedio.
1.1.4? ¿Tecnologías clave de los sistemas OFDM
(1)? Sincronización en el dominio del tiempo y sincronización en el dominio de la frecuencia
Los sistemas OFDM son sensibles a la temporización y al desplazamiento de frecuencia. , especialmente cuando se usa en combinación con FDMA, TDMA y CDMA en aplicaciones prácticas, la sincronización en el dominio del tiempo y la frecuencia son particularmente importantes.
(2)?Estimación de canal
En el sistema OFDM, existen dos problemas principales en el diseño del estimador de canal: uno es la selección de la información piloto y el otro es Baja complejidad. Diseño de estimador de canales con buena capacidad de seguimiento de pilotos. En diseños prácticos, la selección de la información piloto y el diseño del mejor estimador generalmente están relacionados entre sí, porque el desempeño del estimador está relacionado con la forma en que se transmite la información piloto.
(3)? Codificación y entrelazado de canales
Para mejorar el rendimiento de los sistemas de comunicación digital, la codificación y el entrelazado de canales son métodos comúnmente utilizados. Para errores aleatorios en canales con desvanecimiento, se puede usar codificación de canal; para errores de ráfaga en canales con desvanecimiento, se puede usar tecnología de entrelazado. En aplicaciones prácticas, la codificación de canales y el entrelazado se suelen utilizar simultáneamente para mejorar aún más el rendimiento de todo el sistema.
(4)? Relación de potencia pico-promedio más baja.
Debido a que la señal OFDM es la superposición de N señales subportadoras ortogonales en el dominio del tiempo, cuando estas N señales aparecen en valores máximos, la señal OFDM también producirá un valor máximo máximo y la potencia máxima es el promedio N veces la potencia. Aunque la probabilidad de que se produzca un pico de potencia es muy baja, para transmitir estas señales PAPR OFDM altas sin distorsión, el transmisor requiere una alta linealidad de un amplificador de alta potencia, lo que resulta en una eficiencia de transmisión extremadamente baja. El receptor requiere una señal frontal de alta calidad. Amplificadores finales y convertidores A/D. Alta linealidad. Por lo tanto, una PAPR alta reduce en gran medida el rendimiento de los sistemas OFDM e incluso afecta directamente las aplicaciones prácticas. Para resolver este problema, se han propuesto métodos basados en tecnología de distorsión de señal, tecnología de codificación de señal y expansión del espacio de señal para reducir la PAPR de los sistemas OFDM.
(5)? Equilibrado
En entornos de desvanecimiento general, la ecualización en sistemas OFDM no es un método eficaz para mejorar el rendimiento del sistema, porque la esencia de la ecualización es compensar la interconexión de canales multitrayecto. La interferencia de símbolos causada por la propia tecnología OFDM ha aprovechado las características de diversidad de los canales multitrayecto, por lo que no se requiere ecualización. En un canal altamente disperso, la longitud de la memoria del canal es muy larga y la longitud del prefijo cíclico CP también debe ser muy larga para evitar ISI tanto como sea posible. Sin embargo, una longitud de CP excesivamente larga conducirá inevitablemente a una gran pérdida de energía, especialmente para sistemas con un número pequeño de subportadoras. En este momento, puede considerar agregar un ecualizador y reducir adecuadamente la longitud del CP, es decir, aumentar la complejidad del sistema a cambio de mejorar la utilización de la banda del sistema.
1.2.OOFDM
1.2.1? La idea básica de la multiplexación por división de frecuencia orientada a objetos
Multiplexación por división de frecuencia ortogonal óptica (¿óptica? ¿ortogonal? La idea principal de la tecnología de multiplexación de organización de frecuencia (OOFDM) es dividir un canal determinado en muchos subcanales ortogonales en el dominio de la frecuencia, utilizar una subportadora para la modulación y transmitir cada subportadora en paralelo. el cuadrado de la tolerancia de dispersión es inversamente proporcional al ancho de banda de la fibra, cuanto menor sea el ancho de banda del canal, mayor será la tolerancia de dispersión y mayor será la capacidad de tolerar la dispersión. La tecnología OOFDM divide la banda de frecuencia de la fibra en muchas subbandas ortogonales como sub. -canales para transmitir información, lo que resulta en una mayor tolerancia a la dispersión. El uso de la tecnología OOFDM puede lograr una transmisión de fibra óptica de alta velocidad sin compensación de dispersión, al tiempo que reduce los requisitos de amplificadores ópticos, lo que no solo puede ahorrar muchos costos de dispositivos, sino que también garantiza. calidad de transmisión.
En el sistema OOOFDM, el receptor puede utilizar detección coherente o detección directa. La detección directa es una detección relativamente coherente, que es simple de implementar y fácil de implementar. Su estructura simple lo hace más fácil. para actualizar el sistema OOOFDM a 100Gb/s/s..so. El sistema OOOFDM se basa en DD-OOOFDM (detección directa (DD-ooo FDM (¿detección directa? OOFDM))) y tiene cierto potencial de desarrollo.
1.2.2? Principios básicos de la multiplexación por división de frecuencia ortogonal
El principio básico de OOOFDM es similar al de OFDM. La única diferencia es que la transmisión de la señal se cambia del canal inalámbrico en el dominio eléctrico. Transmisión de canal óptico. El diagrama esquemático es el siguiente:
Los datos del usuario se convierten primero en n mediante conversión de serie a paralelo, donde n es el número de subportadoras en el sistema OFDM. sus respectivas subportadoras, y los métodos de modulación pueden ser iguales o diferentes. Luego, las señales multicanal se someten a modulación OFDM mediante conversión de modo paralelo a serie que convierte la señal multicanal modulada OFDM en una señal de corriente modulada. de un láser modulado directamente (modulado internamente) en el extremo receptor, la señal óptica OFDM transmitida a través del canal de fibra óptica se convierte primero en una señal eléctrica mediante conversión fotoeléctrica y luego se somete a una conversión de analógico a digital. completar la demodulación OFDM, recuperar la señal de modulación de cada subportadora y luego recuperar los datos transmitidos mediante la demodulación correspondiente.
Finalmente, después de la conversión de paralelo a serie, se reanuda el flujo de datos desde el iniciador.
Dos. (Igual que PassiveOpticalNetwork) Red Óptica Pasiva
2.1? Introducción a la Red Óptica Pasiva
Según si hay equipo activo entre OLT (Terminal de Línea Óptica) y ONU (Unidad de Red Óptica) Las redes de acceso óptico se pueden dividir en PON (red óptica pasiva) y AON (red óptica activa). PON (Red óptica pasiva) significa que ODN (Red de distribución óptica) no contiene ningún equipo electrónico. ODN está compuesto enteramente por equipos pasivos, como divisores ópticos, y no tiene equipos electrónicos activos costosos. ?
La ventaja destacada de la red PON es que se elimina el equipo activo exterior y todas las funciones de procesamiento de señal se completan en los interruptores y equipos del hogar del usuario. Además, la inversión inicial en este método de acceso es pequeña y la mayoría de los fondos sólo pueden invertirse cuando el usuario realmente accede. Su distancia de transmisión es más corta que la del sistema de acceso de fibra óptica activa y su cobertura es menor, pero su costo es bajo, no se necesita una sala de equipos separada y es fácil de mantener. Por lo tanto, esta estructura puede servir económicamente a los usuarios domésticos. ?
La complejidad de PON radica en la tecnología de procesamiento de señales. En la dirección descendente, la señal enviada por el conmutador se transmite a todos los usuarios. En la dirección de enlace ascendente, cada ONU debe adoptar algún tipo de protocolo de acceso múltiple, como el protocolo TDMA (¿Tiempo? ¿Organización? ¿Múltiple? Acceso), para completar * * * el acceso a la información del canal de transmisión.
Los componentes básicos de PON incluyen OLT (Terminal de línea óptica), ODN (Red de distribución óptica) y ONU (Unidad de red óptica). La OLT tiene la función de interfaz con el conmutador para completar el enlace descendente eléctrico a óptico. y enlace ascendente óptico convertir electricidad en electricidad, distribuir y controlar las conexiones de cada canal, monitorear cada interfaz óptica y eléctrica y proporcionar funciones de operación, mantenimiento y gestión. La función de ODN es establecer un canal de transmisión óptica entre el OLT y la ONU. para completar la distribución de potencia de señales ópticas, multiplexación de longitudes de onda, etc. , y está completamente compuesto por componentes pasivos de fibra óptica. La ONU proporciona una interfaz óptica con el ODN para implementar la función de interfaz de cliente.
El diagrama de estructura básica de la red óptica pasiva es el siguiente:
Diagrama esquemático de la estructura de red de la red óptica pasiva