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系統識別號 U0002-1907201000004700
中文論文名稱 基於波長再用技術的光纖-無線寬頻接取網路之研究
英文論文名稱 Study of Fiber-Wireless (FiWi) Broadband Access Networks Based on Wavelength Reuse Techniques
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 洪羣祐
研究生英文姓名 Qun-You Hung
學號 697440120
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-01
論文頁數 87頁
口試委員 指導教授-楊淳良
委員-李三良
委員-曹恆偉
委員-劉政光
委員-楊淳良
中文關鍵字 明滅比  法布里-珀羅析光器  被動光網路  反射式半導體光放大器  無線射頻訊號上載光纖  分波多工  波長再用 
英文關鍵字 Extinction Ratio (ER)  Fabry-Perot Etalon  Passive Optical Network (PON)  Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA)  Radio over Fiber (RoF)  Wavelength Division Multiplexing (WDM)  Wavelength Reuse 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 近期分波多工被動光網路(Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network, WDM-PON)的研究發展,被視為邁向更高資料速率及遠距離傳輸的新世代網路(Next Generation Network, NGN)技術的解決方案。另一方面,隨著第四代無線通訊技術的最新發展,無線射頻訊號上載光纖(Radio over Fiber, RoF)的相關研究亦受到熱烈討論。

本論文中,我們運用波長再技術,設計出以WDM-PON為基礎架構之光纖-無線寬頻接取網路,此方案可以同時提供數據以及RoF傳輸服務。在光線路終端(Optical Line Terminal, OLT)採用10 Gbps直調式DFB雷射載送10 Gbps下行數據,再經法布里-珀羅析光器(Fabry-Perot Etalon)提升下行數據訊號品質以及提供再生光源作為下行RoF訊號載送,每一再生光源以反射式半導體光放大器(Reflective Semiconductor Optical Amplifier, RSOA)再次調變上速率5 Mbps下行2.5-GHz RoF訊號。在光網路單元(Optical Network Unit, ONU)則採用單顆RSOA將下行類比射頻訊號光源再次調上1.25Gbps上行數據訊號以及速率5 Mbps上行1.5-GHz RoF訊號。因此,本方案以最佳成本效益方式達成光纖-無線寬頻接取網路之需求。
英文摘要 Recently, the research and development of wavelength-division-multiplexed passive optical network (WDM-PON) is considered as a solution to next generation network technology providing higher data rates and long-distance transmission. On the other hand, accompanying the latest development of the fourth generation wireless communication technology, the research in radio over fiber (RoF) has also been widely discussed.

In this thesis, we utilize the wavelength reuse technologies to design a fiber-wireless (FiWi) broadband access network based on the WDM-PON architecture. The proposed scheme can provide the transmission services for data and RoF simultaneously. At the optical line terminal (OLT), directly modulated DFB lasers with the data rate of 10-Gbps carry the own downstream data, and then Fabry-Perot etalons are used to enhance the signal quality of the downstream data and to provide reusable lights for transporting downstream RoF signals. Each of those reusable lights is modulated by a reflective semiconductor optical amplifier (RSOA) with 2.5-GHz downstream RoF signal at the data rate of 5 Mbps. In the optical network unit (ONU), we use the downstream RoF light as the upstream source and choose a single RSOA to re-modulate 1.25-Gbps upstream data signal and 1.5-GHz upstream RoF signal with the data rate of 5 Mbps. Therefore, this scheme can achieve the best cost-effective way to meet the demands for FiWi broadband access networks.
論文目次 目錄
第一章 緒論1
1.1 前言1
1.2 光接取網路技術的簡介1
1.3 研究動機5
1.4 論文架構7
第二章 光纖-無線寬頻傳輸技術介紹8
2.1 正交分頻多工技術概論8
2.2 訊號量測參數介紹16
2.2.1 向量錯誤強度分析16
2.2.2 誤碼率分析17
2.2.3 明滅比與功率償付值的關係21
2.3 低通濾波器以及3dB電訊號耦合器23
第三章 系統之關鍵光元件介紹27
3.1 雷射二極體27
3.1.1 法布里-珀羅雷射二極體27
3.1.2 分佈反饋雷射二極體(DFB-LD)30
3.1.3 分佈反饋雷射二極體之特性32
3.1.4偏壓電流與頻率啁啾的關係33
3.2 法布里-珀羅濾波器36
3.3 半導體光放大器之類型與特性39
第四章 無色光源之分波多工被動光網路技術43
4.1 RSOA直接調變43
4.2 法布里珀羅濾波器的應用46
4.2.1 明滅比提升技術46
4.2.2 資料抹除技術49
4.3 數位訊號以及RoF訊號的整合傳輸51
第五章 光訊號明滅比提升與資料抹除之實驗結果52
5.1光纖-無線寬頻接取網路系統架構設計52
5.2 實際傳輸實驗設置54
5.3 傳輸實驗的最佳工作點56
5.4 下行數位有線訊號傳輸量測61
5.5 下行無線射頻訊號傳輸量測63
5.6 上行訊號傳輸量測66
5.6.1上行訊號傳輸實驗設置66
5.6.2 上行數位有線訊號傳輸量測67
5.6.3上行無線射頻訊號傳輸量測69
5.7 不同的RoF調變方式的傳輸量測及探討72
5.7.1 RoF訊號實際資料速率計算72
5.7.2 色散對於RoF訊號在傳輸過程的影響74
5.7.3 不同的RoF調變方式的傳輸量測75
5.8功率預算之計算80
第六章 結論與未來研究方向83
6.1 成果與討論83
6.2 未來研究方向84
參考文獻86
圖目錄
圖1.1 EPON與GPON的架構示意圖2
圖1.2 WDM-PON的架構示意圖3
圖1.3 以WDM-PON接取網路為主的都會型網路[1]3
圖1.4 RoF延伸無線訊號涵蓋範圍概念圖[2]4
圖1.5 通訊系統發展趨勢圖[3]5
圖1.6 有線/無線光通訊系統整合架構圖[4]6
圖2.1 OFDM實現基本概念[7]10
圖2.2 OFDM載波頻譜示意圖11
圖2.3 OFDM調變器[7]12
圖2.4 分頻多工(FDM)與正交分頻多工(OFDM)比較示意圖13
圖2.5 錯誤向量強度(EVM)[10]16
圖2.6 二進位信號誤碼機率 (a)接收機後的訊號 (b)0與1高斯機率分布18
圖2.7 誤碼率與Q函數關係圖20
圖2.8 明滅比對功率償付值的關係22
圖2.9 3dB電訊號耦合器23
圖2.10 3dB電訊號耦合器之插入損耗24
圖2.11 低通濾波器25
圖2.12 1.25-Gbps NRZ訊號之頻譜分佈25
圖3.1 雷射二極體居量反轉示意圖27
圖3.2 光的受激放射27
圖3.3 法布里-珀羅共振腔基本特性29
圖3.4 法布里-珀羅雷射的光頻譜30
圖3.5 單模態雷射二極體結構[13]31
圖3.6 DFB的光頻譜圖32
圖3.7 頻率啁啾的光頻譜圖33
圖3.8 在不同的偏壓電流下,直調雷射的輸出光頻譜34
圖3.9 在不同的調變電流下,直調雷射的輸出光頻譜35
圖3.10 光入射法布里-珀羅濾波器示意圖36
圖3.11 法布里-珀羅濾波器種類37
圖3.12 法布里-珀羅濾波器的結構38
圖3.13 半導體放大器種類39
圖3.14 在不同偏壓電流下,RSOA的輸出光頻譜41
圖3.15 RSOA增益曲線圖42
圖4.1 RSOA直接調變先前技術架構[14]44
圖4.2 RSOA飽和增益再次調變示意圖45
圖4.3 飽和增益再次調變先前技術架構圖[15]45
圖4.4 直調雷射輸出光訊號0與1訊號分解[16]47
圖4.5 單顆法布里-珀羅濾波器進行多通道明滅比提升[16]48
圖4.6 多顆法布里-珀羅濾波器進行多通道明滅比提升[17]49
圖4.7 透射濾波資料抹除模擬架構[18]50
圖4.8 資料抹除實驗設置[18]50
圖4.9 資整合數位訊號以及RoF訊號的單向傳輸架構[19]51
圖5.1 光纖-無線寬頻接取網路系統架構圖52
圖5.2 光纖-無線寬頻接取網路系統之傳輸實驗設置54
圖5.3 資料抹除實驗設置56
圖5.4 不同的明滅比資料抹除再調變之EVM值57
圖5.5 不同RSOA偏壓電流之EVM值58
圖5.6 無線射頻光訊號經由不同種類光纖的25公里傳輸59
圖5.7 資料抹除眼形圖60
圖5.8 25公里SMF的色散對於資料抹除的影響60
圖5.9 下行數位有線訊號傳輸實驗61
圖5.10 透射濾波明滅比提升光頻譜圖61
圖5.11 明滅比提升前與後眼形圖的比較62
圖5.12 下行數位有線訊號之誤碼率62
圖5.13 下行無線射頻訊號傳輸實驗設置63
圖5.14 資料抹除之光頻譜圖63
圖5.15 下行無線射頻訊號傳輸實驗之EVM量測結果64
圖5.16 下行無線射頻訊號傳輸實驗之星座圖65
圖5.17 上行傳輸實驗設置圖66
圖5.18 上行訊號在接收端之電頻譜圖67
圖5.19 上行數位有線訊號之眼形圖68
圖5.20 上行有線數位訊號傳輸誤碼率69
圖5.21 上行無線射頻訊號傳輸之EVM量測結果70
圖5.22上行無線射頻訊號傳輸實驗之星座圖70
圖5.23 上行有線數位訊號對於上行無線射頻訊號的干擾程度量測71
圖5.24 GI以及TFFT合併成為訊框73
圖5.25 NZDSF傳輸RoF訊號與其他種類光纖之EVM值比較74
圖5.26 資料抹除得到之再生光源經過25公里NZDSF之眼形圖75
圖5.27 RoF訊號經過25公里光纖傳輸之星座圖75
圖5.28 QPSK之下行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之EVM值76
圖5.29 QPSK之上行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之EVM值76
圖5.30 QPSK之下行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之星座圖77
圖5.31 QPSK之上行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之星座圖77
圖5.32 64 QAM之下行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之EVM值78
圖5.33 64 QAM之上行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之EVM值78
圖5.34 64 -QAM之下行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之星座圖79
圖5.35 64 -QAM之上行RoF訊號經過25公里光纖傳輸之星座圖79
圖5.36光纖-無線寬頻接取網路之系統設置圖80
圖6.1 上行RoF的載波頻率位於1.5 GHz及2.51 GHz之EVM比較84
表目錄
表2.1 802.16主要標準比較[8]14
表2.2 各國WiMAX使用頻段規畫[9]15
表2.3 台灣WiMAX使用頻段規劃[9]15
表2.4 多種調變方案之EVM最大容忍度[11]17
表2.5 不同明滅比所造成的功率償付值關係表22
表2.6 低通濾波器適用於不同的標準規範26
表3.1 反射式光半導體放大器規格表(Ibias=50 mA)40
表5.1 實驗設置使用之儀器、元件一覽表55
表5.2 各式光纖的特性比較表[20]59
表5.3 不同調變方案之實際資料傳輸速率73
表5.4 下行有線數位訊號光功率預算計算表81
表5.5 入射RSOA光功率預算計算表(下行)81
表5.6 下行無線射頻訊號光功率預算計算表82
表5.7 入射RSOA光功率預算計算表(上行)82
表5.8 上行訊號光功率預算計算表82
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