研究目的
为提高基于低比特分辨率数模转换器（DAC）的强度调制直接检测（IM-DD）正交频分复用（OFDM）传输系统的信噪比（SQNR），采用基于A律和劳埃德算法的非均匀量化方案。
研究成果
采用A律和Lloyd算法的非均匀量化方案显著提升了IM-DD OFDM系统的信噪比增益和接收机灵敏度，实验观测到最高达3.9分贝的性能增益。该优化在不牺牲频谱效率的前提下实现，仅需发射端进行简单的查表操作。研究表明该方法为短距离光通信系统提供了具有成本效益的改进方案，建议进一步探索实际数模转换器实现及更广泛的应用场景。
研究不足
该研究仅限于短距离IM-DD OFDM系统（光纤传输距离不超过10公里）及特定调制格式（4-QAM、16-QAM、64-QAM）。非均匀量化依赖训练符号进行概率密度函数计算，可能无法适用于所有信号条件。采用高分辨率任意波形发生器模拟低比特数模转换器的方法，或无法完全复现真实低比特DAC的约束条件。性能提升效果随调制格式和比特分辨率而变化，该方法对极高比特分辨率或其他系统损伤可能无效。
1：实验设计与方法选择：
本实验采用A律和Lloyd算法为IM-DD OFDM系统中的DAC设计非均匀量化方案，通过优化输出电平来降低量化噪声。整体设计思路是通过针对信号幅度分布定制量化方式来提高信噪比。
2：样本选择与数据来源：
生成的OFDM信号采用512点FFT，其中168个子载波分别加载4-QAM、16-QAM和64-QAM格式的数据。使用10%的传输符号作为训练符号来计算Lloyd算法所需的概率密度函数(PDF)。
3：实验设备与材料清单：
设备包括任意波形发生器(AWG，Tektronix 7122C和7102)、马赫-曾德尔调制器(MZM)、1550nm DFB激光器、10公里标准单模光纤(SSMF)、可调光衰减器(VOA)、带跨阻放大器(TIA)的雪崩光电二极管(APD)以及实时示波器(Tektronix DPO73304D)。材料包含用于信号传输和检测的光电元件。
4：2)、马赫-曾德尔调制器(MZM)、1550nm DFB激光器、10公里标准单模光纤(SSMF)、可调光衰减器(VOA)、带跨阻放大器(TIA)的雪崩光电二极管(APD)以及实时示波器(Tektronix DPO73304D)。材料包含用于信号传输和检测的光电元件。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：OFDM信号在MATLAB中生成并归一化后，发送至工作频率为10 GSa/s的AWG。电信号通过MZM调制光载波，经10公里SSMF传输后由VOA衰减，再通过APD+TIA转换回电信号，最后由示波器以50 GS/s采样率捕获。离线处理包括时间同步、FFT、信道估计、均衡、解映射和误码率计算。
5：数据分析方法：
使用MATLAB进行离线数据分析。每个案例计算一百万比特的误码率(BER)，根据接收机灵敏度提升和信噪比比较来评估性能。
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Arbitrary Waveform Generator
7122C
Tektronix
Emulates low-bit resolution DAC for generating and quantizing OFDM signals in the experimental setup.
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Arbitrary Waveform Generator
7102
Tektronix
Generates and sends OFDM signals at high sampling rates for modulation and transmission.
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Oscilloscope
DPO73304D
Tektronix
Captures and records electrical signals after optical-to-electrical conversion for offline processing and analysis.
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Mach-Zehnder Modulator
Modulates the continuous wave light from the laser with the electrical OFDM signal to convert it to optical domain.
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DFB Laser
Provides the optical carrier at 1550 nm for modulation and transmission.
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Standard Single Mode Fiber
SSMF
Transmits the optical signal over a distance of 10 km in the experimental link.
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Variable Optical Attenuator
VOA
Controls the power of the received optical signal to vary the received power for sensitivity measurements.
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Avalanche Photodiode
APD
Converts the received optical signal back to electrical signal for detection and processing.
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