本發(fā)明提出了一種光纖通信鏈路的載波調(diào)制方法，涉及光纖通信。

背景技術(shù)：

1、隨著國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和通信業(yè)的飛速發(fā)展，信息化給世界生產(chǎn)力和人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)了極大的推動(dòng)。光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，通過(guò)光電變換，用光來(lái)傳輸信息的通信系統(tǒng)。

2、如圖1所示，光纖通信系統(tǒng)包括發(fā)射、傳輸、接收等基本功能模塊。信息源將用戶(hù)信息(話音、圖象、數(shù)據(jù)等)轉(zhuǎn)化為原始電信號(hào),這種信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào)。電發(fā)射機(jī)把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)。

3、輸入到光發(fā)射機(jī)帶有信息的電信號(hào),光發(fā)射機(jī)通過(guò)調(diào)制轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光載波經(jīng)光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的光接收機(jī),再經(jīng)過(guò)電發(fā)射機(jī)的解調(diào)從載波中取出用戶(hù)需要的信息源。

4、隨著互聯(lián)網(wǎng)流量的持續(xù)增長(zhǎng)，光纖通信技術(shù)將繼續(xù)追求更高的傳輸速率、更大的系統(tǒng)容量以及更長(zhǎng)的傳輸距離，涉及到更先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)、更大的頻譜利用率以及新型光纖的開(kāi)發(fā)；同時(shí)，在高功率和長(zhǎng)距離傳輸中，光纖的非線性效應(yīng)將更加顯著，需要新的技術(shù)和方法來(lái)管理和抑制；隨著網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜和動(dòng)態(tài)，管理和安全問(wèn)題也變得更加突出。

5、例如現(xiàn)有技術(shù)中，相干光通信技術(shù)通過(guò)使用相干檢測(cè)和數(shù)字信號(hào)處理(dsp)技術(shù)，可以有效地補(bǔ)償光纖中的色散和非線性效應(yīng)，從而提高傳輸速率和距離。

6、再例如現(xiàn)有技術(shù)中，隨著傳輸速率的提高，光纖中的非線性效應(yīng)變得更加顯著，正在開(kāi)發(fā)新的非線性補(bǔ)償技術(shù)，如數(shù)字后處理算法，可以提高傳輸性能并延長(zhǎng)傳輸距離。

7、然而現(xiàn)有技術(shù)光纖通信鏈路的載波調(diào)制方法仍存在以下技術(shù)問(wèn)題，隨著通信容量需求的增長(zhǎng)，如何進(jìn)一步提高頻譜利用率，是光纖通信領(lǐng)域持續(xù)研究的重點(diǎn)；成本和能效方面：隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的增加，如何在保證性能的同時(shí)控制成本和提高能效，也是光纖通信技術(shù)發(fā)展中需要考慮的問(wèn)題。

8、另外，在長(zhǎng)距離傳輸中，光纖的非線性效應(yīng)會(huì)對(duì)信號(hào)造成損傷；但在不同的傳輸距離和條件下，如何實(shí)現(xiàn)有效的色散補(bǔ)償仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種光纖通信鏈路的載波調(diào)制方法，包括如下步驟：

2、在發(fā)送端將待傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)流分割成多個(gè)低速數(shù)據(jù)流，并將多個(gè)低速數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到多個(gè)相互獨(dú)立的子載波上，對(duì)每個(gè)子載波待傳輸?shù)男盘?hào)添加前置信號(hào)后進(jìn)行傳輸；

3、在接收端用耦合正交調(diào)制的方式對(duì)接收到的多個(gè)子載波傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行調(diào)制并合成，對(duì)合成后的總載波信號(hào)進(jìn)行色散補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償。

4、進(jìn)一步地，所述前置信號(hào)是在各自子載波待傳輸?shù)男盘?hào)的開(kāi)始處添加一段信號(hào)的副本，所述副本是各自子載波待傳輸?shù)男盘?hào)的第t個(gè)時(shí)段至末尾時(shí)段的信號(hào)，子載波待傳輸?shù)男盘?hào)的第t個(gè)時(shí)段為前置信號(hào)的起始時(shí)段。

5、進(jìn)一步地，前置信號(hào)的起始時(shí)段的確認(rèn)方式包括：

6、(1)f(k)代表子載波待傳輸?shù)男盘?hào)第k個(gè)時(shí)段的信號(hào)序列，k為自然數(shù)，k＝1,2,3…t；t代表子載波待傳輸?shù)男盘?hào)共有t個(gè)時(shí)段；

7、計(jì)算第k個(gè)時(shí)段的信號(hào)序列與第(k+δk)個(gè)時(shí)段的信號(hào)序列的相位差值p(k)。

8、(2)計(jì)算第k個(gè)時(shí)段的信號(hào)序列與第(k+δk)個(gè)時(shí)段的信號(hào)序列的幅值比m(k)；

9、(3)通過(guò)m(k)和p(k)判定第k個(gè)采樣點(diǎn)是否屬于前置信號(hào)的起始時(shí)段，如果m(k)小于幅值比閾值t1且p(k)小于相位差閾值t2，則當(dāng)前時(shí)段k即為前置信號(hào)的起始時(shí)段。

10、進(jìn)一步地，所述耦合正交調(diào)制的方式是通過(guò)耦合調(diào)制端調(diào)制信號(hào)，具體包括：

11、在第i個(gè)時(shí)段上接收到的子載波信號(hào)s(i)包括同向支路光信號(hào)相位與正交支路光信號(hào)相位

12、同向支路z的光信號(hào)與正交支路j的光信號(hào)分別表示為：

13、

14、其中，分別為z、j兩支路的輸入調(diào)制信號(hào)電壓；分別為z、j兩支路的直流偏置信號(hào)電壓；vz、vq分別為z、j兩支路調(diào)制器的半波電壓。

15、進(jìn)一步地，耦合調(diào)制端輸出每個(gè)子載波調(diào)制信號(hào)表示為:

16、

17、第i個(gè)時(shí)段，n個(gè)子載波調(diào)制信號(hào)最終合成的信號(hào)h(i)表示為：

18、

19、其中，fn(i)是第i個(gè)時(shí)段第n個(gè)子載波調(diào)制信號(hào)，n為子載波個(gè)數(shù)，ωn為第n個(gè)子載波調(diào)制信號(hào)的頻率。

20、進(jìn)一步地，n個(gè)子載波調(diào)制信號(hào)最終合成的信號(hào)交替經(jīng)過(guò)多個(gè)非線性補(bǔ)償模塊和多個(gè)色散補(bǔ)償模塊進(jìn)行補(bǔ)償，校正信號(hào)在傳輸過(guò)程中由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的變化和由于光纖色散導(dǎo)致信號(hào)畸變。

21、進(jìn)一步地，將合成后的總載波信號(hào)h(i)的非線性效應(yīng)在時(shí)域中的傳遞函數(shù)進(jìn)行階數(shù)為p的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frftp，得到合成后的總載波信號(hào)h(i)的非線性效應(yīng)在分?jǐn)?shù)階傅里葉域中的傳遞函數(shù)

22、

23、其中：hnl(i)為非線性效應(yīng)的時(shí)域傳遞函數(shù)，i為虛數(shù)單位，α為光纖的損耗系數(shù)，γ為光纖的非線性系數(shù)，|h(i)|為信號(hào)功率幅值,h為補(bǔ)償算法的步長(zhǎng)。

24、進(jìn)一步地，經(jīng)過(guò)非線性補(bǔ)償后的總載波信號(hào)的色散在頻域中的傳遞函數(shù)進(jìn)行階數(shù)為1-p的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，得到非線性補(bǔ)償后的總載波信號(hào)的色散在分?jǐn)?shù)階傅里葉域中的傳遞函數(shù):

25、

26、其中：hcd(ω)為色散在頻域的傳遞函數(shù)，i為虛數(shù)單位，β為光纖的群速度色散，ω為總載波信號(hào)的角頻率，h為補(bǔ)償算法的步長(zhǎng)；為色散在p階分?jǐn)?shù)階傅里葉域中的傳遞函數(shù)，frft1-p表示階數(shù)為1-p的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換。

27、進(jìn)一步地，將色散在p階分?jǐn)?shù)階傅里葉域中的傳遞函數(shù)與非線性效應(yīng)在p階分?jǐn)?shù)傅里葉域中的傳遞函數(shù)進(jìn)行卷積運(yùn)算得到補(bǔ)償后的總信號(hào)x(i,ω),卷積過(guò)程可以通過(guò)以下公式實(shí)現(xiàn)：

28、

29、設(shè)經(jīng)過(guò)m次色散補(bǔ)償和m次非線性補(bǔ)償后的信號(hào)表示為x(m)(i,ω)。

30、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：

31、(1)、本發(fā)明的光纖通信鏈路的載波調(diào)制方法在發(fā)送端將待傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)流分割成多個(gè)低速數(shù)據(jù)流，并將多個(gè)低速數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到多個(gè)相互獨(dú)立的子載波上。通過(guò)子載波復(fù)用技術(shù)，可以在有限的頻譜資源中傳輸更多的數(shù)據(jù)，因?yàn)槊總€(gè)子載波可以獨(dú)立調(diào)制，從而提高了頻譜的利用效率。

32、(2)、本發(fā)明的光纖通信鏈路的載波調(diào)制方法對(duì)每個(gè)子載波待傳輸?shù)男盘?hào)添加前置信號(hào)后進(jìn)行傳輸；每個(gè)子載波可以獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，這樣即使某個(gè)子載波受到干擾，也不會(huì)影響到其他子載波，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

33、(3)、本發(fā)明的光纖通信鏈路的載波調(diào)制方法在接收端用耦合正交調(diào)制的方式對(duì)接收到的多個(gè)子載波傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行調(diào)制并合成。可以有效減少或消除符號(hào)間干擾，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸，如100gbit/s高速光接入等場(chǎng)景。

34、(4)、本發(fā)明的光纖通信鏈路的載波調(diào)制方法對(duì)合成后的總載波信號(hào)進(jìn)行色散補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償?？梢杂行б种朴捎诠饫w非線性效應(yīng)(如自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻等)引起的信號(hào)損傷，從而提高光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的最大容量。提高系統(tǒng)的q值和誤碼率(ber)性能，使得系統(tǒng)能夠在更高的入纖功率下仍保持較高的性能。