1、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 日拟选论文题目： OFDM-RoF 系统的分析与仿真设计 选题报告会地点： 通信教研室 选题报告会日期： 2010 年 10 月 8 日文献综述与选题报告要求：1. 查阅并阅读一定数量的文献资料，其中，选题报告中引用的外文文献不少于 10 篇，写出文献综述与选题书面报告，要求在 3000 字以
2、上（不含图表）；2. 书面报告内容应包括：选题背景及意义，国内外研究 动态 ，本 论文的主要研究工作、课题研究内容，预期成果和可能的创新点等；3. 填好“选题报告及论文工作计划”表，连同书面报告一起交院（系），由院（系）交研究生院（筹）备案；4. 详细要求参见研究生培养方案和华北电力大学硕士研究生必修环节实施细则；5. 书面报告的格式见附件。阅读国内外文献情况：国内文献约 14 篇，国外文献约 12 篇 导师对选题报告的评语（就研究生对该研究领域国内外研究现状的了解情况、研究方法、研究手段、预期成果予以评价）：基于 OFDM 格式的 ROF 系统是当今无线宽带接入技术的研发热点。张重祥同学对该
3、领域的国内外研究现状进行了广泛深入地调研并作了深入地分析总结。该选题基于理论研究方法并结合仿真结果分析，研究内容具体，研究手段和技术方案合理， 预期成果可以实现。同意选题和论文工作计划。导师签名： 年 月 日评审小组对选题的意见（是否同意选定该课题、是否同意选题报告通过、以及对下一阶段研究工作的建议；其他建议，如限期重作选题报告、终止培养建议等）：评审小组成员签名：论 文 工 作 计 划论文工作的总体时间安排：2010.9-2010.10 学习正交频分复用（OFDM）技术及 ROF 系统相关文献资料，撰写开题报告。 2010.11-2010.12 对 OFDM 技术与 RoF 技术结合的优缺点
4、进行对比分析，为后面的研究做好准备。2010.12-2011.2 认真学习 Matlab 软件，并用 Matlab 编程实现 OFDM 信号。2011.2-2011.3 熟悉 Optisystem 光通信系统仿真软件,并选择系统所需元器件进行认真学习。2011.3-2011.4 采用 Optisystem 仿真软件，对 OFDM-ROF 系统进行建模及仿真分析。2011.4-2011.6 优化上述系统并分析眼图、星座图及误码率曲线，使系统性能达到最佳效果。2011.6-2011.8 进一步完善系统，调试和测试使得系统性能最优。2011.8-2011.12 总结前期工作，撰写论文。论文实际工作预
5、计完成日期： 2011 年 12 月 工作条件（图书资料、实验设备、 经费及其他条件）落实情况：已落实论文选题来源、项目所属类别（国家重点、部委、省（市）、企事业委托、校重点、自选等）及经费来源情况：所属类别：自选经费来源：研究生硕士导师经费论文类型 基础（理论）研究 应用基础（理论）研究 应用研究 开发研究 其它附件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
6、，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
7、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
8、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. Rodrig
9、ues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
10、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xQAM（ 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
11、，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
12、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 OFDMRoF 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 。串/并变换 编码器 IFFT并/串变换加循环前缀CP信道去循环前缀CP串/并变换FFT译码器并/串变换图 2
13、 . 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 OF
14、DM-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
15、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。本文将会着重于某一点（例如光线非线性问题或者光纤色散问题）进行研究，并提出行之有效的解决办法。四 、研究方案、工作特点及难点1.对 OFDM 信号的产生的研究，主要是对 OFDM 的基本原理有一个清晰的认识和把握，然后才能利用 Matlab 软件编程实
16、现 OFDM 信号。而对 RoF 系统的研究，将着力于学习 Optisystem 光通信仿真软件，利用该软件搭建 RoF 通信系统，然后将利用 Matlab 软件编程实现 OFDM 信号嵌入到利用 Optisystem 光通信软件实现的 RoF 系统从而实现整个的 OFDM-RoF 系统。之后设置系统的参数是该系统的性能达到最优。2.对 OFDM-RoF 系统进行建模以及系统仿真分析。通过 Optisystem 光通信仿真软件选择适合的光器件搭建仿真模型，在系统仿真时，可能由于光调制器等器件参数设置时的微小偏差，造成实验结果较大失真，因此对系统参数的精确设置将成为本部分的重点。3.由于 OFD
17、M 技术是一种多载波调制技术，其基本原理较为复杂，利用 Matlab 编程实现该信号是本工作的一个难点；另外，利用 Optisystem 光通信仿真软件设计该系统时，因系统结构复杂，因此搭建该系统模型是重点同时也是一个难点。还有就是如何将Matlab 软件编程实现 OFDM 信号使其能够在 Optisystem 光通信软件实现的 RoF 系统中传输也是一个难点。以上问题解决后，对整个系统的性能进行分析是至关重要的。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也是一个难点。五、预期成果和可能的创新点在阅读分析总结文献资料的基础上，认真学习 OFDM 的基本原理，并利用
18、 Matalab编程实现 OFDM 信号。通过 Optisystem 光通信仿真软件搭建 OFDM-RoF 系统仿真模型，通过分析系统频谱图以及眼图，验证 OFDM-RoF 系统的可靠性以及有效性。对于 OFDM-RoF 系统，创新点在于对该系统的某一问题对传输 OFDM 信号的影响进行分析并提出一种更为好的一种方法，是系统的性能达到更优。六、主要参考文献1 雷小燕，陈林，董译，等. ROF 系统中单边带光载 OFDM 信号传输性能研究 J.通信学报，2009，11(4):142 胡黎亮.光纤无线通信系统中的毫米波调制和基站简化技术研究：硕士学位论文，湖南：湖南大学计算机与通信学院，20083
19、 修明磊.毫米波 Radio-Over-Fiber 传输系统的相关技术研究： 博士学位论文.上海：上海大学，2008.4 胡善梅，陈林.基于相位调制器产生六倍频光毫米波的 OFDM 信号光传输系统研究J. 光子学报，2010，4(2)：238242.5 文鸿，光纤无线系统中光毫米波的产生和全双工通信研究 湖南大学博士学位论文D，湖南：湖南大学， 2008，3-13.6 刘晓敏， Radio over Fiber 系统的性能研究及其实现 浙江大学硕士学位论文D ，浙江：浙江大学，2007，4.7 巫玮佳 , 严开恩, 王陆唐 , 黄肇明. 关于 OFDM -RoF 光无线传输系统中若干问题的研究
20、J. 光电子技术. 2005, (02)8 李伟林，张杰，顾畹仪. OFDM-RoF 原理与关键技术J. 中兴通信技术，2009，15(3)： 2934. 9 邓沌华，陶智勇，李蔚.OFDM-RoF 系统的传输模型和光脉冲性能分析J. 光通信研究，2010，2（5）：4548，108.10 张博，吕英华，张金玲，王登伟，等. OFDM 在 RoF 系统中的传输性能研究J. 半导体光电，2007，5（1）：364211 徐庆征，彭丽，郗亚平，等. OFDM 系统及其若干关键技术问题研究J. 移动通信，2004 ,17 (8) :74276. 12 严开恩，王陆唐，黄肇明. RoF 光传输系统中的
21、偏振模色散对 OFDM 信号传输影响的研究C. 第四届中国光通信论坛，中国，上海, 2004: 115 13 孙小东，于全，王红星，等. OFDM 技术及系统仿真设计J. 系统仿真学报，2004 ,12 (3) :4992503. 14 唐文红，陈少平，等.RoF 非线性链路对 OFDM 信号的影响. 通信技术，2010，43（1）：364215 Linghui Rao; Xiaoqiang Sun; Wei Li; Dexiu Huang. OFDM-RoF System and Performance Analysis of Signal TransmissionJ Journal of
22、Lightwave Technology, 2006,28(1):71-78.16 Wake D, Lima C R, Davies P A. Optical generation of millimeter-wave signals for fiber-radio systems using a dual-mode DFB semiconductor laserJ. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1995,43(9):2270 -2276.17 Jianping Wang, Bosheng Liu, Xianwei
23、 Zhou. PCE Algorithm for PAPR Reduction in OFDM-RoF System J. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2009,3(55):2013-2017. 18 Ning Kang; XueKang Sun; Jin Liang; Wanyi Gu. Performance improvement of OFDM-RoF system with combined adaptive modulation C. Global Mobile Congress,2009. 19 Ch
24、ristina L, Thas A N, Masud B, et al. OFCNFOEC2009 C. California, USA: OFC/NFOEC committees. 2009:OWP520 Jianping Wang; Xianwei Zhou; Yongxia Xu; Wen Wang. Performance improvement of OFDM-RoF system with clipping and filtering technique J. Consumer Electronics 2008 , Page(s): 296 - 299 21 M. Mohamed,
25、 X. Zhang, B.Hraimel and K.Wu ,Efficient Photonic Generation of Millimeter-Waves Using Optical Frequency Multiplication in Radio-over-fiber Systems J, Microwave Photonics, 2007 IEEE International Topical meeting. pp.179182,Oct,200722 Razibul Islam, A.H.M.; Town, G.; Tariqul Islam, A.B.M. PAPR and SF
26、DR of an OFDM-RoF link J. IEEE，2008：1223 L. Chen, Y. Shao, X.Lei, et al. A Novel Radio-Over-Fiber System With Wavelength Reuse for Upstream Data Connection J. IEEE Photonics Technology Letters,2007,19(6):7924 M.G.L , A.M.J.Koonen , J.J.Vegas Olmos, A.NgOma. Bidirectional Radio -Over- Fiber Link Empl
27、oying Optical Frequency MultiplicationJ, IEEE Photonics Technology Letters, 2006,18(1)： 24124325 Chanda D, Sesay A , Davies B. Perfo rmance of clipped OFDM signal in fiber C . 2004 Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, N iagara Falls, Ontari2o, Canada, 2004: 2401240426 M itchell J E. Perfo rmance of OFDM at 5. 8 GHz using radioover fiber link J . Electronics Letters, 2004, 40 (21) : 13531354
