專利名稱：基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高速率光纖傳輸系統(tǒng)中的數(shù)字信號處理。
背景技術(shù)：
光纖通信系統(tǒng)中已經(jīng)存在多種不同的調(diào)制格式，但是選擇一個適合高速光通信的調(diào)制格式并不是很容易，主要原因是不同調(diào)制格式有不同的特性，例如不同的頻譜效率、成本和計算復(fù)雜度。目前高速光傳輸系統(tǒng)的接收端中通過使用數(shù)字信號處理器(DSP)來補(bǔ)償光纖鏈路造成的信號畸變，從而提高光傳輸速率已經(jīng)成為一個必然發(fā)展方向。目前高速光傳輸系統(tǒng)中的接收端的DSP在對接收信號進(jìn)行解調(diào)之前還主要進(jìn)行以下處理數(shù)字偏振角軍復(fù)用(digital polarization de-multiplexing)光偏振復(fù)用就是將兩路信號調(diào)制到激光的兩個正交偏振方向上，可以有效的將光頻譜效率提高一倍。但實現(xiàn)時，傳輸光纖本身并不能保持光信號的偏振態(tài)，所以在接收機(jī)端需要專門的功能模塊來跟蹤光信號的偏振態(tài)，然后才有可能實現(xiàn)光偏振解復(fù)用。傳統(tǒng)的光偏振跟蹤需要專門的光學(xué)器件，其成本比較高、反應(yīng)速度比較慢。數(shù)字偏振解復(fù)用將數(shù)字化后的信息經(jīng)相應(yīng)的算法進(jìn)行解復(fù)用，不再需要專門的光學(xué)器件。電色散補(bǔ)償(electrical dispersion compensation)光纖色散會造成信號畸變，因此需要對信道進(jìn)行色散補(bǔ)償。光色散補(bǔ)償已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是近年來電色散補(bǔ)償?shù)玫介L足發(fā)展，主要是因為電色散補(bǔ)償能夠進(jìn)行動態(tài)和精確的補(bǔ)償，同時能夠在規(guī)?；瘧?yīng)用時實現(xiàn)較低的成本。電色散補(bǔ)償?shù)幕驹砭褪枪烙嫵龉馍⒃斐傻耐ǖ理憫?yīng)H(f)，然后在電域使用反轉(zhuǎn)的通道響應(yīng)ffHf)進(jìn)行通道補(bǔ)償。首先利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬電信號數(shù)字化后輸入至DSP，在專用的集成電路中進(jìn)行運(yùn)算。光纖傳輸?shù)乃俣韧ǔ６即笥跀?shù)字信號處理的速度，因此運(yùn)算復(fù)雜度在電色散補(bǔ)償技術(shù)中是非常重要的參數(shù)，而當(dāng)前為了基于數(shù)字信號處理的電色散補(bǔ)償?shù)木_度，電色散補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜度不斷提高。數(shù)字相位補(bǔ)償(digital phase compensation)目前長途光通信系統(tǒng)中調(diào)制(包括相位調(diào)制)的速率都在10(ib/S或更快，而相應(yīng)使用到的半導(dǎo)體激光器的帶寬通常在IOkHz到IOMHz范圍內(nèi)，其相位噪聲變化的速率大大慢于信號的調(diào)制速率，因此可以在電域通過多個比特中載波相位噪聲的平均來估計激光器相位噪聲，并進(jìn)行補(bǔ)償。載波相位噪聲的估計方法通常和調(diào)制格式相關(guān)。另外，激光器相位噪聲對系統(tǒng)影響和信號調(diào)制速率、調(diào)制格式相關(guān)，使用同樣帶寬的激光器，低速率調(diào)制受到影響較大，高階調(diào)制格式受到影響也比較大。高速率光纖傳輸系統(tǒng)常用的傳輸技術(shù)包括單載波(single-carrier)傳輸、多載波(multi-carrier)的OFDM(正交頻分復(fù)用)傳輸。單載波傳輸技術(shù)單載波傳輸將所有數(shù)據(jù)調(diào)制到一個載波上。在單個載波上，有多種調(diào)制格式可供選擇，如二相相移鍵控(BPSK)、四相相移鍵控(QPSK)等。
如圖1(a)所示，單載波傳輸系統(tǒng)中的單載波偏振復(fù)用發(fā)射機(jī)包括發(fā)射端激光器、 偏振光束分離器(PBS)、偏振光束合成器(PBC)以及兩套完全相同的單載波發(fā)射機(jī)。發(fā)射端激光器發(fā)射的激光通過PBS后被分解成兩路偏振態(tài)相互正交的光信號輸入至單載波發(fā)射機(jī)的載波輸入端。需發(fā)送的數(shù)據(jù)流輸入至單載波發(fā)射機(jī)的調(diào)制信號輸入端，單載波發(fā)射機(jī)用輸入的數(shù)據(jù)流調(diào)制輸入的光信號，生成已調(diào)單載波光信號。兩路已調(diào)單載波光信號經(jīng) PBC合成一路光信號發(fā)送到光纖上進(jìn)行傳輸。圖1(b)單載波偏振復(fù)用接收機(jī)，包括接收端的本地可調(diào)激光器、光電轉(zhuǎn)換模塊、 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊；光電轉(zhuǎn)換模塊包括光混頻器、光探測器；本地可調(diào)激光器輸出激光至光混頻器的本地光輸入端，從光纖傳輸過來的光信號輸入光混頻器的光信號端，光混頻器對輸入的兩路光進(jìn)行混頻后輸出至光探測器，光探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電域信號，光電轉(zhuǎn)換模塊將電域信號輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后輸入數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊，數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊對輸入的電域信號進(jìn)行數(shù)字偏振解復(fù)用、電色散補(bǔ)償、數(shù)字相位補(bǔ)償，對處理后的信號再進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流?；跀?shù)字信號處理的單載波偏振復(fù)用接收機(jī)，其最大的特點就是在電域(而不是光域)完成數(shù)字偏振解復(fù)用、電色散補(bǔ)償和數(shù)字相位補(bǔ)償，因此減少了相關(guān)光器件的使用， 也就是降低了接收機(jī)的成本。目前單載波傳輸系統(tǒng)主要的技術(shù)難題是在進(jìn)行電色散補(bǔ)償時的計算復(fù)雜度會隨著光纖傳輸長度迅速增加，以至于限制了整個光傳輸?shù)拈L度，這個問題在高速光通信系統(tǒng)中尤其嚴(yán)重。單載波系統(tǒng)的電色散補(bǔ)償是基于有限沖擊濾波器(FIR)，這種濾波器是基于抽頭延遲線(tapped-delay-line)的結(jié)構(gòu)，包含卷積運(yùn)算，當(dāng)使用多個抽頭時這種濾波器機(jī)構(gòu)的計算復(fù)雜度迅速上升。多載波(multi-carrier)的OFDM 傳輸技術(shù)正交頻分復(fù)用(OFDM)已經(jīng)在無線傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。OFDM的顯著特點是能夠抵抗頻率選擇性衰落(frequency selective fading)，由于這個特點，OFDM被應(yīng)用到光傳輸中抵抗光纖中的色散。光OFDM中使用大量低速的子載波來承載高速信號，而低速子載波對色散的容限可以很大。目前實用的OFDM調(diào)制和解調(diào)制方案都是基于數(shù)字信號處理的離散傅里葉變換(DFT)，因此光OFDM只有在模數(shù)轉(zhuǎn)換器和DSP進(jìn)入光纖傳輸系統(tǒng)中后才可能實現(xiàn)。圖2(a)是OFDM偏振復(fù)用的光發(fā)射機(jī)示意圖，其基本原理和單載波偏振復(fù)用發(fā)射機(jī)的主要差別就是使用了 OFDM發(fā)射機(jī)，需發(fā)送的數(shù)據(jù)流輸入至OFDM發(fā)射機(jī)，先用數(shù)據(jù)流生成電OFDM信號，再用電OFDM信號調(diào)制輸入的光信號，生成光OFDM信號。其它部分相似，不再贅述。 圖2 (b)是OFDM偏振復(fù)用的光接收機(jī)，與單載波偏振復(fù)用發(fā)射機(jī)相比，同樣包括接收端的本地可調(diào)激光器、光電轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊；主要的差別在于數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊中的數(shù)字信號處理過程上的差別。這個差別體現(xiàn)在DFT這個步驟上，數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊先進(jìn)行DFT，將信號轉(zhuǎn)換到頻域，再進(jìn)行數(shù)字偏振解復(fù)用，電色散補(bǔ)償，數(shù)字相位補(bǔ)償，最后進(jìn)行OFDM解調(diào)恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流。OFDM在頻域進(jìn)行色散補(bǔ)償，其計算復(fù)雜度較低。但是光OFDM—個突出的問題就是其時域信號的峰均比(peak-to-average ratio)很高，也就是其信號功率起伏很大。這一問題除了對發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的設(shè)計和制造造成挑戰(zhàn)， 同時也導(dǎo)致了光纖傳輸時，相應(yīng)的光信號會引起更強(qiáng)的光纖非線性效應(yīng)，從而降低接收光信號的質(zhì)量。光OFDM的另一個問題是對相位噪聲比較敏感，包括激光器的相位噪聲。多載波系統(tǒng)使用低速率的子載波，它們對激光器相位噪聲的容忍范圍相對較小，因此光OFDM系統(tǒng)需要使用窄線寬的激光器，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種相對于單一調(diào)制方式，其傳輸性能更優(yōu)光通信系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，包括發(fā)射端、接收端，所述發(fā)射端包括發(fā)射端激光器、偏振光束分離器、單載波發(fā)射機(jī)、OFDM發(fā)射機(jī)、偏振光束合成器；所述發(fā)射端激光器與偏振光束分離器的輸入端相連，偏振光束分離器的一路輸出端與單載波發(fā)射機(jī)的載波輸入端相連，另一路輸出端與OFDM發(fā)射機(jī)的載波輸入端相連，需發(fā)送的數(shù)據(jù)流分別輸入單載波發(fā)射機(jī)、OFDM發(fā)射機(jī)的調(diào)制信號輸入端，單載波發(fā)射機(jī)與OFDM發(fā)射機(jī)的輸出端與偏振光束合成器的輸入相連，偏振光束合成器的輸出端通過光纖發(fā)送光信號；所述接收端包括本地可調(diào)激光器、光電轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊；來自光纖的光信號輸入光輸入電轉(zhuǎn)換模塊的光信號端，本地可調(diào)激光器的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊的本地光輸入端相連，光電轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連， 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊的輸入端相連；所述數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊包括數(shù)字偏振解復(fù)用模塊、單載波信號處理模塊、OFDM信號處理模塊；所述數(shù)字偏振解復(fù)用模塊用于，對輸入的電信號進(jìn)行解復(fù)用，得到偏振方向相互正交的兩路信號，將一路單載波信號輸入至相應(yīng)的單載波信號處理模塊，將另一路OFDM信號輸入至相應(yīng)的OFDM信號處理模塊；所述單載波信號處理模塊用于，對接收的信號進(jìn)行電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償?shù)奶幚?，將處理后的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；進(jìn)行電色散補(bǔ)償時，根據(jù)OFDM信號處理模塊發(fā)送的信道響應(yīng)來完成色散補(bǔ)償；進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，將計算得到的相位演變發(fā)送至OFDM信號處理模塊；所述OFDM信號處理模塊用于，對接收的信號變換至頻域，再進(jìn)行電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償?shù)奶幚?，將處理后的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；進(jìn)行色散補(bǔ)償時，將計算得到的信道響應(yīng)發(fā)送至單載波信號處理模塊；進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，根據(jù)單載波信號處理模塊發(fā)送的相位演變完成相位補(bǔ)償。在本發(fā)明通過偏振復(fù)用的方式將兩種調(diào)制格式復(fù)用到一個光載波上，實現(xiàn)了兩種不同調(diào)制格式的混合傳輸。先用偏振光束分路器將激光分成兩路，在一路上使用單載波光調(diào)制技術(shù)，在另一路上使用OFDM光調(diào)制技術(shù)，然后使用偏振光束合路器將調(diào)制好的信號進(jìn)行偏振復(fù)用，完成發(fā)射機(jī)功能?；旌险{(diào)制信號光譜的峰均比是介于單載波調(diào)制信號和OFDM 各自的峰均比之間。接收端在對電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償這兩個關(guān)鍵的信號處理上，本發(fā)明從兩種調(diào)制格式中選擇具有優(yōu)勢的一種來進(jìn)行，從而實現(xiàn)兩種調(diào)制格式的優(yōu)劣互補(bǔ)， 提高總體系統(tǒng)性能。本發(fā)明中，兩種調(diào)制格式的關(guān)鍵信號處理能夠互相借用，其基本原理是因為兩種調(diào)制格式復(fù)用到同一個光載波上，經(jīng)過相同的光纖傳輸鏈路，在接收機(jī)被同一個光電轉(zhuǎn)換模塊(同一個本地激光器)轉(zhuǎn)換到電域。相對于完全基于單載波的傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明能用較低的計算復(fù)雜度來補(bǔ)償光纖中的色散，實現(xiàn)更長的傳輸距離。相對于完全基于OFDM的技術(shù)，本發(fā)明能夠容忍更大的激光器相位噪聲，因此可以使用比較便宜的寬帶激光器，或者可以在每個子載波上實現(xiàn)更高階的先進(jìn)調(diào)制格式來提高系統(tǒng)的頻譜利用效率，并且由于減小了信號的峰均比，即，減小光纖中的非線性效應(yīng)，也就是能夠提高光纖中的信號光功率，從而實現(xiàn)更長距離的傳輸。具體的，單載波信號處理模塊在時域進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償；OFDM信號處理模塊將接收到的OFDM信號轉(zhuǎn)換至頻域，在頻域進(jìn)行電色散補(bǔ)償。可選的，單載波信號處理模塊先將單載波信號轉(zhuǎn)變至頻域，在頻域完成電色散補(bǔ)償后，再反變換至?xí)r域；或者，直接在時域進(jìn)行電色散補(bǔ)償。優(yōu)選的，不同于常規(guī)的OFDM信號處理，OFDM信號處理模塊在時域進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償，之后再變換回頻域進(jìn)行后續(xù)處理。本發(fā)明的有益效果是，提高了現(xiàn)有光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸性能，能夠?qū)崿F(xiàn)更長距離的傳輸。


圖1 (a)為基于數(shù)字信號處理的單載波偏振復(fù)用發(fā)射機(jī)示意圖；圖1 (b)為基于數(shù)字信號處理的單載波偏振復(fù)用接收機(jī)示意圖；圖2(a)為基于數(shù)字信號處理的OFDM偏振復(fù)用的光發(fā)射機(jī)示意圖；圖2(b)為基于數(shù)字信號處理的OFDM偏振復(fù)用的光接收機(jī)示意圖；圖3為實施例中QPSK和OFDM通過偏振復(fù)用實現(xiàn)混合調(diào)制格式的發(fā)送端以及調(diào)制時的光頻譜示意圖；圖4為實施例接收端的數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊中數(shù)字信號處理示意圖。
具體實施例方式單載波調(diào)制方式有多種，經(jīng)過幾年的發(fā)展和比較，QPSK已經(jīng)被確立為性價比最優(yōu)的一種調(diào)制格式。它能夠?qū)崿F(xiàn)2bit/s/Hz的頻譜效率，并且實現(xiàn)和BPSK—樣的接收靈敏度。 因此在本實施例中選擇QPSK作為單載波的代表性技術(shù)。如圖3所示，發(fā)射端包括發(fā)射端激光器、PBS、PBC、0FDM發(fā)射機(jī)、QPSK發(fā)射機(jī)；所述發(fā)射端激光器與PBS的輸入端相連，PBS的一路χ偏振分量輸出端與QPSK發(fā)射機(jī)的載波輸入端相連，另一路y偏振分量輸出端與OFDM發(fā)射機(jī)的載波輸入端相連，需發(fā)送的數(shù)據(jù)流分別輸入QPSK發(fā)射機(jī)、OFDM發(fā)射機(jī)的調(diào)制信號輸入端，QPSK發(fā)射機(jī)與OFDM發(fā)射機(jī)的輸出端與偏振光束合成器的輸入相連，偏振光束合成器的輸出端通過光纖發(fā)送光信號。發(fā)射端通過偏振復(fù)用將QPSK單載波調(diào)制格式和OFDM多載波調(diào)制格式復(fù)用到一個光載波上，具體實施步驟如下1 =PBS將發(fā)射端激光分成X，y兩個相互正交的偏振方向的激光信號；2 對X，y兩個偏振方向的激光進(jìn)行不同的調(diào)制，本實例中，對χ偏振方向進(jìn)行 QPSK調(diào)制，對y偏振方向進(jìn)行OFDM調(diào)制；
3 使用PBC將分別調(diào)制后的X，y兩個偏振方向的激光信號偏振復(fù)用為一路激光信號。如圖3所示，從發(fā)射端最后的混合光譜能夠看出QPSK和OFDM各自的光譜特征?；旌瞎庾V得到峰均比是介于QPSK和OFDM各自的峰均比之間。峰均比和光纖傳輸時的非線性效應(yīng)緊密相關(guān)，峰均比越小，非線性效應(yīng)越小。本發(fā)明接收端的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的單一調(diào)制方式的傳輸系統(tǒng)中的接收端相同，同樣包括接收端的本地可調(diào)激光器、光電轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊；來自光纖的光信號輸入光輸入電轉(zhuǎn)換模塊的光信號端，本地可調(diào)激光器的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊的本地光輸入端相連，光電轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊的輸入端相連；光電轉(zhuǎn)換模塊包括光混頻器、光探測器。接收端的具體實施步驟如下1 被接收的光信號和本地可調(diào)激光器共同輸入光混頻器后，輸出已混頻光信號；2 完成混頻的多路光信號平行輸入多路光探測器完成光電轉(zhuǎn)換，從而轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號。3 使用多路ADC平行采樣轉(zhuǎn)換得到的多路電信號(通常為四路)；4 采樣后的多路電信號輸入到數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊(DSP)中完成數(shù)字信號處理。數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊包括數(shù)字偏振解復(fù)用模塊、單載波信號處理模塊、OFDM信號處理模塊；數(shù)字偏振解復(fù)用模塊用于，對輸入的電信號進(jìn)行解復(fù)用，得到對應(yīng)于兩路偏振方向相互正交光信號的兩路電信號，將一路單載波信號輸入至相應(yīng)的單載波信號處理模塊， 將另一路OFDM信號輸入至相應(yīng)的OFDM信號處理模塊；單載波信號處理模塊用于，對接收的信號進(jìn)行電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償?shù)奶幚?，將處理后的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；進(jìn)行電色散補(bǔ)償時，根據(jù)OFDM信號處理模塊發(fā)送的信道響應(yīng)來完成色散補(bǔ)償；進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，將計算得到的相位演變發(fā)送至OFDM信號處理模塊；OFDM信號處理模塊用于，對接收的信號變換至頻域，再進(jìn)行電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償?shù)奶幚?，將處理后的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；進(jìn)行色散補(bǔ)償時，將計算得到的信道響應(yīng)發(fā)送至單載波信號處理模塊；進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，根據(jù)單載波信號處理模塊發(fā)送的相位演變完成相位補(bǔ)償。如圖4所示，本實施例數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊中的數(shù)字信號處理步驟為1 通過數(shù)字偏振解復(fù)用算法，將信號分成對應(yīng)的X，y偏振方向的信號；2 =QPSK信號處理模塊對χ偏振方向的信號進(jìn)行QPSK信號處理，包括色散補(bǔ)償、相干檢測、QPSK解調(diào)，最終恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；OFDM信號處理模塊對y偏振方向的信號進(jìn)行 OFDM信號處理，包括色散補(bǔ)償、相干檢測、OFDM解調(diào)，最終恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；OFDM信號處理模塊在進(jìn)行色散補(bǔ)償時，運(yùn)算出信道響應(yīng)，并將此信道響應(yīng)傳遞給 QPSK信號處理模塊在接收到的信道響應(yīng)的基礎(chǔ)上完成色散補(bǔ)償；QPSK信號處理模塊在進(jìn)行相位補(bǔ)償時，運(yùn)算出相位演變，并將此相位演變傳遞給OFDM信號處理模塊，OFDM信號處理模塊在接收到的相位演變的基礎(chǔ)上完成相干檢測。QPSK信號處理模塊在時域進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償；OFDM信號處理模塊將接收到的OFDM信號轉(zhuǎn)換至頻域，在頻域進(jìn)行電色散補(bǔ)償。QPSK信號處理模塊在進(jìn)行相位補(bǔ)償時，運(yùn)算出相位演變，并將此相位演變傳遞給OFDM信號處理模塊。OFDM信號處理模塊在接收到的相位演變的基礎(chǔ)上完成相干檢測。OFDM信號處理模塊在頻域運(yùn)算出的信道響應(yīng)可以表達(dá)為H2(f)。當(dāng)QPSK信號的頻域表達(dá)式為S1，對QPSK的頻域信號的信道補(bǔ)償可以簡化表達(dá)為=S1M2 (f)。由于信道響應(yīng)主要是由光纖色散造成的，因此這里的信道補(bǔ)償也就是色散補(bǔ)償。或者，QPSK信號處理模塊可以選擇在時域補(bǔ)償色散，首先需要將頻域的信道響應(yīng) H2 (f)轉(zhuǎn)換到時域，即Ii2 (t)，然后使用抽頭式延遲線濾波器來補(bǔ)償色散，也就是^⑴ ^⑴， S1 (t)為QPSK的時域信號。包括QPSK在內(nèi)的單載波信號處理模塊在時域進(jìn)行色散補(bǔ)償，均是采用抽頭式延遲線(taped-delay-line)濾波器，這種方式的主要問題是在色散增大時，其復(fù)雜度迅速上升，從而在限制其在實際系統(tǒng)中補(bǔ)償色散的能力，也就是限制系統(tǒng)傳輸距離。而此處的通道響應(yīng)是在頻域，因此盡管是單載波系統(tǒng)，也優(yōu)先選擇在頻域來補(bǔ)償色散。在頻域來補(bǔ)償色散，單載波信號也需要進(jìn)行頻譜變換，在頻域中進(jìn)行色散補(bǔ)償后，再反變換回時域。在本發(fā)明的混合傳輸方案中，單載波信號處理模塊直接使用OFDM信號處理模塊得到的信道響應(yīng)， 省去了單載波信號處理模塊的通道估計以及相應(yīng)的一些開銷。在實際使用中，在直接使用此方法對單載波進(jìn)行色散補(bǔ)償時，其補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確度如不能滿足系統(tǒng)要求，進(jìn)一步的，可以再輔助使用傳統(tǒng)的時域的抽頭式延遲線濾波器來補(bǔ)償殘余的色散量，這個時候抽頭式延遲線濾波器的復(fù)雜度可以很低，因為經(jīng)過頻域補(bǔ)償后的殘余色散量會比較小。即，當(dāng)單載波單載波信號處理模塊在頻域根據(jù)OFDM信號處理模塊的信道響應(yīng)進(jìn)行色散補(bǔ)償后，再將補(bǔ)償后的信號轉(zhuǎn)換至?xí)r域，再進(jìn)行一次時域上的色散補(bǔ)償。OFDM信號處理模塊可以在時域或頻域進(jìn)行相位補(bǔ)償，之后再變換至頻域當(dāng)OFDM的時域信號為& (t)，頻域信號為&。通過QPSK信號處理模塊得到相位演變Φπ是在時域得到，時域的相位補(bǔ)償可以表達(dá)為=S2 (t) ·ΘΧρ(-」Φπ)，其中exp表示以自然對數(shù)e為底指數(shù)函數(shù)。在頻域進(jìn)行相位補(bǔ)償時選擇對應(yīng)的相位值來計算OFDM需要的公共相位誤差 (CPE common phase error)，其計算表達(dá)式為expC/'D =+ΣexPGD其中 Φ 為單載
丄、SC
波估計得到的相位演變，Nsc為FFT(快速傅里葉變換)的長度(OFDM子載波個數(shù))，Φ。即為公共相位誤差。OFDM頻域相位補(bǔ)償可以表達(dá)為S2*eXp(-jc5。)。由于公共相位誤差是時域相位噪聲的平均，在計算公共相位誤差時會平均掉部分相位演變的信息，從而會在一定程度上影響頻域補(bǔ)償相位噪聲的精度。
權(quán)利要求
1.基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射端、接收端，其特征在于，所述發(fā)射端包括發(fā)射端激光器、偏振光束分離器、單載波發(fā)射機(jī)、OFDM發(fā)射機(jī)、偏振光束合成器；所述發(fā)射端激光器與偏振光束分離器的輸入端相連，偏振光束分離器的一路輸出端與單載波發(fā)射機(jī)的載波輸入端相連，另一路輸出端與OFDM發(fā)射機(jī)的載波輸入端相連，需發(fā)送的數(shù)據(jù)流分別輸入單載波發(fā)射機(jī)、OFDM發(fā)射機(jī)的調(diào)制信號輸入端，單載波發(fā)射機(jī)與OFDM發(fā)射機(jī)的輸出端與偏振光束合成器的輸入相連，偏振光束合成器的輸出端通過光纖發(fā)送光信號；所述接收端包括本地激光器、光電轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊；來自光纖的光信號輸入光輸入電轉(zhuǎn)換模塊的光信號端，本地激光器的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊的本地光輸入端相連，光電轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊的輸入端相連；所述數(shù)據(jù)流恢復(fù)模塊包括數(shù)字偏振解復(fù)用模塊、單載波信號處理模塊、OFDM信號處理模塊；所述數(shù)字偏振解復(fù)用模塊用于，對輸入的電信號進(jìn)行解復(fù)用，得到對應(yīng)于兩個相互正交光偏振方向的兩路電信號，將一路單載波信號輸入至相應(yīng)的單載波信號處理模塊，將另一路OFDM信號輸入至相應(yīng)的OFDM信號處理模塊；所述單載波信號處理模塊用于，對接收的信號進(jìn)行電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償?shù)奶幚?，將處理后的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；進(jìn)行電色散補(bǔ)償時，根據(jù)OFDM信號處理模塊發(fā)送的信道響應(yīng)來完成色散補(bǔ)償；進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，將計算得到的相位演變發(fā)送至OFDM信號處理模塊；所述OFDM信號處理模塊用于，對接收的信號變換至頻域，再進(jìn)行電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償?shù)奶幚?，將處理后的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流；進(jìn)行色散補(bǔ)償時，將計算得到的信道響應(yīng)發(fā)送至單載波信號處理模塊；進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，根據(jù)單載波信號處理模塊發(fā)送的相位演變完成相位補(bǔ)償。
2.如權(quán)利要求1所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述單載波信號處理模塊用于，在時域進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償；所述OFDM信號處理模塊用于，將接收到的OFDM信號轉(zhuǎn)換至頻域，在頻域進(jìn)行電色散補(bǔ)mte ο
3.如權(quán)利要求2所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述單載波信號處理模塊用于，先將單載波信號轉(zhuǎn)變至頻域，在頻域完成電色散補(bǔ)償后，再反變換至?xí)r域。
4.如權(quán)利要求3所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述單載波信號處理模塊用于，進(jìn)行電色散補(bǔ)償時，先將單載波信號轉(zhuǎn)變至頻域得到單載波的頻域信號S1,再根據(jù)OFDM信號處理模塊發(fā)送的信道響應(yīng)吐(f)對頻域信號S1進(jìn)行色散補(bǔ)償，色散補(bǔ)償后的頻域信號為S1M2^
5.如權(quán)利要求2所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述單載波信號處理模塊在時域進(jìn)行電色散補(bǔ)償。
6.如權(quán)利要求5所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述單載波信號處理模塊用于，進(jìn)行色散補(bǔ)償時，先將接收到的信道響應(yīng)H2(f)轉(zhuǎn)換到時域，得到時域信道響應(yīng)Ii2(t)，再根據(jù)時域信道響應(yīng)來對單載波的時域信號Sl(t)進(jìn)行色散補(bǔ)償Α( ) /^)，其中O為卷積運(yùn)算。
7.如權(quán)利要求2所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述OFDM信號處理模塊在時域進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償，再變換至頻域。
8.如權(quán)利要求7所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述OFDM信號處理模塊用于，進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，根據(jù)OFDM信號處理模塊發(fā)送的相位演變Φπ對 OFDM的時域信號s2 (t)進(jìn)行相位補(bǔ)償，相位補(bǔ)償后的時域信號為s2 (t) · exphU，其中 exp表示以自然對數(shù)e為底指數(shù)函數(shù)。
9.如權(quán)利要求2所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述OFDM信號處理模塊在頻域進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償。
10.如權(quán)利要求9所述基于單載波和多載波的混合傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述OFDM信號處理模塊用于，進(jìn)行數(shù)字相位補(bǔ)償時，根據(jù)OFDM信號處理模塊發(fā)送的相位演變Φ π來計算公共相位誤差Φ。:exp(70c) = -^ZexP(^)，其中，Nsc為OFDM子載波個數(shù)，再根據(jù)公丄、sc i共相位誤差Φ。來對OFDM的頻域信號&進(jìn)行色散補(bǔ)償S2 · eXp(-jc5。)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相對于單一調(diào)制方式，其傳輸性能更優(yōu)光通信系統(tǒng)。通過偏振復(fù)用的方式將兩種調(diào)制格式復(fù)用到一個光載波上，實現(xiàn)了兩種不同調(diào)制格式的混合傳輸。先用偏振光束分路器將激光分成兩路，在一路上使用單載波光調(diào)制技術(shù)，在另一路上使用OFDM光調(diào)制技術(shù)，然后使用偏振光束合路器將調(diào)制好的信號進(jìn)行偏振復(fù)用，完成發(fā)射機(jī)功能?；旌险{(diào)制信號光譜的峰均比是介于單載波調(diào)制信號和OFDM各自的峰均比之間。接收端在對電色散補(bǔ)償與數(shù)字相位補(bǔ)償這兩個關(guān)鍵的信號處理上，本發(fā)明從兩種調(diào)制格式中選擇具有優(yōu)勢的一種來進(jìn)行，從而實現(xiàn)兩種調(diào)制格式的優(yōu)劣互補(bǔ)，提高總體系統(tǒng)性能。
文檔編號H04B10/12GK102231648SQ20111017237
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者易興文, 邱昆 申請人:電子科技大學(xué)