CN101133575B - 将ism频带副载波调制为监控信道的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种用于传输光网络监控信号的装置及其方法。所述装置包括：副载波传输系统，用于接收第一监控信号并输出第二监控信号；电光转换系统，用于接收所述第二监控信号和数据信号并输出光信号。所述第二监控信号与副载波频率相关。所述数据信号与数据带宽相关；所述数据带宽包括数据频率。在所述数据频率，所述数据信号的功率密度无限趋近于0。所述副载波频率与所述数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。

Description

将ISM频带副载波调制为监控信道的系统和方法

技术领域

本发明涉及电信技术领域，具体涉及将副载波调制为监控信道的系统和方法。在所列举的实施例中，本发明应用于光网络，但需要说明的是，本发明的实际应用范围更为广阔。 

背景技术

电信技术经历了多年的发展和进步。现在，光网络已经应用于传统的电信业务中，比如语音业务和其它应用。光网络能够传输具有不同容量的多种信号，例如，光网络终端信号、低速到高速的复用信号、切换信号和网络中定义的传送信号等。 

为了监控这些信号，光网络经常通过多个节点、交换站点和链路来跟踪数据流。例如，光网络提供了随数据信号传播的监控信号。这些监控信号提供用于维护和检测光网络的信息。一些传统技术可用于传输和接收这些监控信号。 

在密集波分复用(DWDM)系统中，使用基于数据频带外的波长的单独信道来传输该监控信号。例如，该监控信道位于数据信号传输波段外的1510纳米或1620纳米波长，而数据波段常位于从1530纳米到1562纳米的C波段或从1570纳米到1610纳米的L波段范围内。如果在大多数波长信道部署并且所有数据信道共同承担监控信道的成本，则此传输方式是个好的解决方案。但是在很多实际情况中，尤其是在城域波分复用(WDM)应用中，总是仅部署少数的信道。这样，独立波分复用监控信道的成本就不可忽视，所以该方案并不节约成本。 

另一种携带监控信号的方法是应用频分复用(FDM)机制。频分复用方法通过副载波来传输监控信号。监控信号和数据信号通常是由同一发射机生成并 共享相同波长。监控信道的副载波频率在数据信号的带宽之外。例如，对于最高2.5Gbps的基带数据速率来说，副载波频率大概为3GHz。为了适应较高的副载波频率，发射机和接收机需要具有比仅传输数据信号更高的频率响应。这样就需要许多非标准和高成本的组件。例如，可以用独立的高速接收机来检测监控信道的信号。 

同样地，监控信号也可以用低频副载波或“导频音”来传输。将副载波频率降低到kHz或MHz范围内可以减少组件的成本和实现难度，但是该监控信号的性能也相应降低。 

因此，迫切的需要发展传输和接收监控信号的新技术。 

发明内容

本发明通常涉及电信技术领域，具体涉及将副载波调制为监控信道的系统和方法。在列举的实施例中，本发明应用于光网络，但需要说明的是，本发明的实际应用范围更为广阔。 

本发明的一个实施例提出了一种用于处理光网络监控信号的装置，所述装置包括：副载波传输系统，用于接收第一监控信号并输出第二监控信号；电光转换系统，用于接收所述第二监控信号和第一数据信号并输出第一光信号；除此之外，所述装置还包括：光电转换系统，用于接收所述第一光信号并输出第一电信号和第二数据信号；副载波接收系统，用于接收所述第一电信号并输出第三监控信号；其中所述第二监控信号与第一副载波频率相关；所述第一数据信号与第一数据带宽相关，所述第一数据带宽包括第一数据频率；所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0；所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率范围为0.8～1；所述第一光信号与所述第一数据信号的扰动相关，所述扰动小于或等于1dB；所述第一光信号与所述第一监控信号的信噪比相关，所述信噪比大于或等于20dB。所述第一监控信号与数据速率大于1Mbps的第一副载波相关。 

本发明另一个实施例提出了一种用于处理光网络监控信号的装置，包括：副载波传输系统，用于接收第一监控信号并输出第二监控信号；电光转换系统，用于接收所述第二监控信号和第一数据信号并输出第一光信号；所述装置进一步包括：光电转换系统，用于接收所述第一光信号并输出第一电信号和第二数据信号；副载波接收系统，用于接收所述第一电信号并输出第三监控信号；所述装置进一步包括：连接到所述电光转换系统和光电转换系统的光系统；所述第二监控信号与第一副载波频率相关；所述第一数据信号与第一数据带宽相关；所述第一数据带宽包括：第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0；所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明另一个实施例提出了一种用于处理光网络监控信号的方法，包括：接收第一监控信号，处理与所述第一监控信号相关的信息，然后至少基于与所述第一监控信号相关的信息输出第二监控信号。所述方法进一步包括：接收所述第二监控信号和第一数据信号，处理与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息，然后至少基于所述第二监控信号和所述第一数据信号的相关信息输出第一光信号。所述方法进一步包括：接收所述第一光信号，处理与所述第一光信号相关的信息，然后至少基于与所述第一光信号相关的信息输出第一电信号和第二数据信号。所述方法进一步包括：接收所述第一电信号，处理与所述第一电信号相关的信息，然后输出第三监控信号。所述第二监控信号与第一副载波频率相关；所述第一数据信号与第一数据带宽相关。所述第一数据带宽包括：第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明另一个实施例提出了一种用于传输光网络监控信号的装置，包括：副载波传输系统，用于接收第一监控信号并输出第二监控信号；电光转换系统， 用于接收所述第二监控信号和第一数据信号并输出第一光信号。所述第二监控信号与第一副载波频率相关；所述第一数据信号与第一数据带宽相关。所述第一数据带宽包括：第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明另一个实施例提出了一种用于接收光网络监控信号的装置，包括：光电转换系统，用于接收第一光信号并输出第一电信号和第二数据信号；副载波接收系统，用来接收所述第一电信号并输出第三监控信号。所述副载波接收系统包括：与第一副载波频率相关的带通滤波器，所述第二数据信号与第一数据带宽相关。所述第一数据带宽包括最大数据频率。所述第一副载波频率与最大数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明另一个实施例提出了一种用于传输光网络监控信号的方法，包括：接收第一监控信号，处理与所述第一监控信号相关的信息，然后至少基于与所述第一监控信号相关的信息输出第二监控信号。所述方法进一步包括：接收所述第二监控信号和第一数据信号，处理与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息，然后至少基于与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息输出第一光信号。所述第二监控信号与第一副载波频率相关；所述第一数据信号与第一数据带宽相关。所述第一数据带宽包括：第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明另一个实施例提出了一种接收光网络监控信号的方法，包括：接收第一光信号，处理与所述第一光信号相关的信息，然后至少基于与所述第一光信号相关的信息输出第一电信号和第二数据信号。所述方法进一步包括：接收所述第一电信号，处理与所述第一电信号相关的信息，然后输出第三监控信号。所述与第一电信号相关的处理信息包括过滤所述第一电信号，并且过滤与所述第一电信号相关的第一副载波频率。所述第二数据信号与第一数据带宽相关；所述第一数据带宽包括最大数据频率。所述第一副载波频率与最大数据频率的比率取值范围为0.8～1。

使用本发明的实施例，可以获得很多传统技术无法实现的好处。例如，本发明的实施例使用稍低于数据信号250或450频带的最大频率的副载波频率，该副载波功率谱与数据功率谱的后部重叠。该后部的数据功率密度低于低频数据功率密度。例如，该低频在kHz或MHz范围内。本发明的有些实施例提供了副载波信号，其与所述数据信号共享部分或全部光电信号转换器、电光信号转换器以及其它光电或电光转换组件。本发明的实施例大大降低了传输和接收监控信号的成本。本发明的有些实施例提供了在f_sc的低数据功率密度。所述监控信号具有较高的信噪比并且能够以较高的速率传输，例如，以高于1Mbps的速率传输。本发明的实施例提供了低幅的副载波调制。主数据信道只受到很小的扰动干扰。例如，对光功率的扰动小于1dB。本发明的有些实施例提供了简单配置和简化实现。 

本发明另一个实施例提出了一种用于处理光网络监控信号的装置，包括：副载波传输系统，用于接收第一监控信号并输出第二监控信号；电光转换系统，用于接收所述第二监控信号和第一数据信号并输出第一光信号；光电转换系统，用于接收所述第一光信号并输出第一电信号和第二数据信号。所述处理光网络监控信号的装置进一步包括：副载波接收系统，用于接收所述第一电信号并输出第三监控信号；光系统，连接于所述电光转换系统和所述光电转换系统。所述第二监控信号与第一副载波频率相关。所述第一数据信号与第一数据带宽相关；所述第一数据带宽包括第一数据频率。在所述第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度无限趋近于0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述第一副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。 

本发明另一个实施例提出了一种用于处理光网络监控信号的方法，包括：接收第一监控信号，处理与所述第一监控信号相关的信息，至少基于与所述第一监控信号相关的信息输出第二监控信号，然后接收所述第二监控信号和第一数据信号。所述方法进一步包括：处理与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息，至少基于与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息输出第一光信号，然后接收所述第一光信号并处理与所述第一光信号相关的信息。所述方法进一步包括：至少基于与所述第一光信号相关的信息输出第一电信号和第二数据信号，接收所述第一电信号，然后处理与所述第一电信号相关的信息并输出第三监控信号。所述第二监控信号与第一副载波频率相关。所述第一数据信号与第一数据带宽相关；所述第一数据带宽包括第一数据频率。在所述第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度无限趋近于0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述第一副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。 

本发明另一个实施例提出了一种用于传输光网络监控信号的装置，包括：副载波传输系统，用于接收第一监控信号并输出第二监控信号；电光转换系统，用于接收所述第二监控信号和数据信号并输出光信号。所述第二监控信号与副载波频率相关。所述数据信号与数据带宽相关；所述数据带宽包括数据频率。在所述数据频率，所述数据信号的功率密度无限趋近于0。所述副载波频率与所述数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。 

本发明另一个实施例提出了一种接收光网络监控信号的装置，包括：光电转换系统，用于接收光信号并输出电信号和数据信号；副载波接收系统，用于接收所述电信号并输出监控信号。所述副载波接收系统进一步包括与副载波频率相关的带通滤波器。所述数据信号与数据带宽相关；所述数据带宽包括数据 频率。在所述数据频率，所述数据信号的功率密度无限趋近于0。所述副载波频率与所述数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。 

本发明的实施例具有很多优越性。本发明的实施例能够在低成本的条件下实现高性能。本发明的有些实施例使用对于无线通信行业在商业上可用的射频(RF)发射机和射频接收机。例如，在ISM频带内进行的无线通信。所述射频发射机和射频接收机包括集成电路(IC)芯片。这些集成电路芯片能够以低价格为光通信提供优越的性能。 

下文将结合对本发明的详细描述和附图，充分说明多种上文没有提及的本发明的目的、特征和优点。 

附图说明

图1是现有技术中简化的传统光网络连接示意图。 

图2是本发明实施例中简化的光网络连接示意图。 

图3是现有技术中简化的传统光网络连接示意图。 

图4是本发明另一实施例中简化的光网络连接示意图。 

图5是本发明实施例中数据信号和监控信号的功率谱示意图。 

图6是本发明实施例中副载波信号简化的功率谱示意图和带通滤波器简化的频带限制特性示意图。 

图7是现有技术中简化的ISM频带内传输和接收信号的示意图。 

图8是本发明另一实施例中简化的光网络连接示意图。 

图9是本发明另一实施例中简化的光网络连接示意图。 

具体实施方式

本发明涉及电信技术领域，具体涉及将副载波调制为监控信道的系统和方 法。在列举的实施例中，本发明应用于光网络，但需要说明的是，本发明的实际应用范围更为广阔。 

在低频率，副载波可以调制为监控信道。由于副载波频率与主数据频谱重叠，所以后者对于副载波信号就像一个高级噪声源。由于受到数据信号高谱密度的限制，低频副载波调制一般支持kbps级别传输速率的监控信号。例如，监控信道具有9.6kbps的传输速率。在现代的光网络中，终端节点通常要求比kbps更高速的通信。 

图1为简化的传统光网络连接示意图。光网络连接100包括发射机系统110、接收机系统120和光链路130。发射机系统110进一步包括电光信号转换器112。接收机系统120进一步包括光电信号转换器122以及时钟和数据恢复系统124。所述光电信号转换器用于接收数据信号140。在发射机系统110，数据信号被转换成光信号142。光信号142通过光链路130传输，然后由接收机系统120接收。例如，光链路130包括光纤。在接收机系统120，光信号142被转换成电信号144，这个过程中经常会发生信号失真。通过时钟和数据恢复系统124可以降低信号失真。时钟和数据恢复系统124生成数据信号146，数据信号146可看作数据信号140的备份。 

图2是本发明实施例中简化的光网络连接示意图。这仅仅是一个例子，不应视作对本发明权利要求保护范围的限制。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。光连接200包括发射机系统210、接收机系统220和光链路230。发射机系统210进一步包括电光信号转换器212、射频带通滤波器214和射频调制器216。接收机系统220进一步包括光电信号转换器222、射频带通滤波器224、射频解调器226以及时钟和数据恢复系统228。例如，射频带通滤波器214和射频调制器216组成副载波发射机系统。再比如，射频带通滤波器224和射频解调器226组成副载波接收机系统。尽管以上内容用系统 210、212、214、216、220、222、224、226、228和230说明，但是仍然有各种变体、等同替换和修改。有些系统可以相互合并。其它系统可以被添加到光连接200中。根据实施例的不同，可以替代一个或多个系统。以下将进一步详细描述这些系统。 

射频调制器216接收监控信号240并调制射频源270。例如，由控制电路生成监控信号240。再比如，射频源270具有大约2.4GHz的频率。在射频调制器216，根据基带监控信号240调制射频信号。调制格式可以是幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相移键控法(PSK)。调制得到的副载波信号通过射频带通滤波器214。该射频带通滤波器214具有与射频源270相等的中心频率，和监控信号带宽相等的传输带宽。 

在电光信号转换器212，数据信号250与副载波信号242合并。合并后的信号被转换成光信号260。例如副载波信号242的频率位于电光信号转换器212的频率响应范围内。再比如，电光转换器212具有最高达2.5Gbps的频率响应范围。又如，电光信号转换器212是模拟系统，其输出信号与输入信号是相称的。光信号260是数据信号250对应的光功率和副载波信号242对应的光功率的叠加。在光功率方面，副载波信号242和数据信号250的比率取值范围为1％～10％。该比率也常被称为副载波调制深度。 

光信号260通过光链路230传输并由接收机系统220接收。例如，光链路230包括光纤。在接收机系统220，光信号260由光电信号转换器222转换成电信号262。信号262的一部分，即，信号244，通过射频带通滤波器224然后进入射频解调器226。射频带通滤波器只允许与副载波频率相近的信号频率分量通过，拒绝所有其它的信号频率分量通过。在射频解调器226，通过幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相移键控法(PSK)解调该带通信号。然后，射频解调器226输出基带监控信号246。该基带监控信号246是监控信号240的备份。例如，将该基带监控信号246发送到控制电路。另外，信号262的其余部分由时钟和数据恢复系统228接收。时钟和数据恢复系统228能够减小信号失真并生成数据信号252。数据信号252是数据信号250的备份。 

图3为简化的传统光网络连接示意图。光网络连接300包括发射机系统310、接收机系统320和光链路330。发射机系统310进一步包括激光源312和电光信号调制器314。接收机系统320进一步包括光电信号转换器322以及时钟和数据恢复系统324。激光源312为电光信号调制器314提供连续波(CW)光380，例如，激光源312进一步包括激光二极管。调制器用接收到的数据信号340调制连续波光380并将接收到的数据信号340转换成光信号342。光信号342通过光链路330传输并由接收机系统320接收。例如光链路330包括光纤。在接收机系统320，光信号342被转换成电信号344，这个过程中经常会发生信号失真。通过时钟和数据恢复系统324来可以降低信号失真。时钟和数据恢复系统324生成数据信号346，该数据信号346是数据信号340的备份。 

图4是本发明另一实施例中简化的光网络连接示意图。这仅仅是一个例子，不应视作对本发明权利要求保护范围的限制。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。光连接400包括发射机系统410、接收机系统420和光链路430。发射机系统410进一步包括激光源412、电光信号调制器414、射频带通滤波器416和射频调制器418。例如激光源412进一步包括激光二极管。接收机系统420进一步包括光电信号转换器422、射频带通滤波器424、射频解调器426以及时钟和数据恢复系统428。例如，射频带通滤波器416和射频调制器418组成副载波发射机系统。再比如，射频带通滤波器424和射频解调器426组成副载波接收机系统。尽管以上内容由系统410、412、414、416、418、420、422、424、426、428和430说明，但是本发明的实施例仍然有各种变体、等同替换和修改。有些系统可以相互合并。例如，将激光源412和电光信号调制器414合并在一起。其它系统可以被添加到光连接400中。根据实施例的不同，可以替代一个或多个系统。以下将进一步详细描述这些系统。 

射频调制器418接收监控信号440并调制射频源470。例如，由控制电路生成监控信号440。在射频调制器418，根据基带监控信号440调制射频信号。调制格式可以是幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相移键控法(PSK)。调制得到的副载波信号通过射频带通滤波器416。该射频带通滤波器416具有与射频源470相等的中心频率，以及与监控信号带宽相等的传输带宽。 

激光源412接收副载波信号442并生成激光信号480。副载波信号442调制激光信号480的强度，例如，激光源412包括激光二极管。需要为电光信号调制器414提供激光信号。调制器414用接收到的数据信号450调制该激光信号并将接收到的数据信号450转换成光信号452。例如，副载波信号442的频率范围在2.4GHz～2.5GHz，该频率范围属于激光源412和电光信号调制器414的频率响应范围。再如，副载波调制深度在1％～10％。 

光信号452通过光链路430传输并由接收机系统420接收。例如光链路430包括光纤。在接收机系统420，光信号452由光电信号转换器422转换成电信号462。信号462的一部分，即信号464，通过射频带通滤波器424然后进入射频解调器426。射频带通滤波器只允许与副载波频率相近的信号频率分量通过并拒绝所有其它的信号频率分量通过。在射频解调器426，通过幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相移键控法(PSK)解该调带通信号。然后，射频解调器426输出基带监控信号466。该基带监控信号466是监控信号440的备份。例如，将该基带监控信号466发送到控制电路。另外，时钟和数据恢复系统428接收信号462的其它部分。时钟和数据恢复系统428能够减小信号失真并生成数据信号454。数据信号454是数据信号450的备份。 

如图2和图4所述，数据信号250和450分别为副载波信号240和440的噪音。在副载波频率，数据信号250和450的谱密度一定分别低于副载波信号 240和440的谱密度。 

如图2和图4所述，数据信号250或450用非归零(NRZ)格式传输。在非归零格式中，在光电信号转换器222或422的输出262或462中二进制的0对应-1.0伏特，二进制的1对应+1.0伏特。数据信号250或450的平均功率为： 

$P_{\mathrm{DATA}}=\frac{{1.0}^2}{R}$ (公式1) 

其中R为光电信号转换器222或422的输出负载阻抗。例如，R的值可以为50欧姆左右。数据信号250或450与副载波信号240或440根据下面的公式叠加： 

(公式2) 

其中，V_sc、A_sc和f_sc分别为副载波信号240或440的电压、幅度和频率。 

表示常数相位，t表示时间。可以通过用幅移键控法(ASK)调制A_sc，或通过用频移键控法(FSK)调制f_sc，或通过用相移键控法(PSK)调制 传输副载波信号240或440。对于频移键控或相移键控，A_sc为常数。副载波信号的平均功率为： 

$P_{\mathrm{SC}}=\frac{0.5\×A_{\mathrm{SC}}^2}{R}$ (公式3) 

为了减小数据信号240或440的扰动，需要分别限制副载波信号240或440，使得在输出262或462的“0”和“1”不超过±20％的展宽。具体而言， 

A_SC＝20％×1.0＝0.2(伏)                      (公式4) 

上述扰动一般会导致在电信产业中通用的1分贝眼图张合度。该1分贝眼图张合度一般会导致接收机的灵敏度降低1分贝。相应地，副载波信号240或440的最大功率为： 

$P_{\mathrm{SC}}=\frac{0.5\×{0.2}^2}{R}=2\%\×P_{\mathrm{DATA}}$ (公式5) 

因此，副载波信号240或440的最大功率应该不超过数据信号250或450平均功率的2％。当副载波调制使用该限制时，可以用信噪比(SNR)限制来确定副载波的最大速率。 

对于带内副载波传输，副载波频率位于数据信号250或450的频带内。数据信号250或450的频谱为副载波信号240或440的噪声。因此，副载波信号的信噪比由副载波信号谱密度和数据信号谱密度的比率确定。 

图5是本发明实施例中数据信号和监控信号的简化功率谱示意图。图5中的功率谱可以分别由图2或图4中所述系统200或系统400实现。图5仅仅是一个例子，不应视作对本发明权利要求保护范围的限制。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。例如，数据信号为非归零格式。数据信号的速率为2.5G比特每秒(Gbps)。数据功率密度随着频率的增加而降低，在2.5GHz时基本降为0。为了选择副载波信号，射频带通滤波器224或424使用如下-3dB传输带宽等于副载波速率的情况： 

Δf_SC＝R_SC                                (公式6) 

其中Δf_sc为射频带通滤波器224或424的-3dB传输带宽，R_sc为副载波速率。射频带通滤波器224或424允许副载波信号和一部分数据信号通过。通过的部分数据信号为导致副载波信号恶化的噪声。在频域，通过带通滤波器的副载波信号功率为： 

P_SC≈ρ_SC(f_SC)×R_SC                       (公式7) 

其中P_sc为副载波功率，ρ_sc(f_sc)为副载波频率上的副载波功率密度。在频域，通过带通滤波器的数据信号的噪声功率为： 

P_N≈ρ_DATA(f_SC)×R_SC                      (公式8) 

其中P_N为噪声功率，ρ_DATA(f_SC)为副载波频率的噪声功率密度。副载波信号的信噪比为： 

$\mathrm{SNR}=\frac{P_{\mathrm{SC}}}{P_N}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{SC}}\left(f_{\mathrm{SC}}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{DATA}}\left(f_{\mathrm{SC}}\right)}=\frac{P_{\mathrm{SC}}}{R_{\mathrm{SC}}\×{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{DATA}}\left(f_{\mathrm{SC}}\right)}$ (公式9) 

其中SNR与副载波数据速率R_SC成反比。如图5所述，当副载波频率在kHz或MHz范围内，谱密度ρ_DATA可以近似为： 

ρ_DATA(f_SC)≈ρ_DATA(0)                         (公式10) 

另外，总数据信号功率P_DATA等于频率间隔中ρ_DATA的积分。如图5，可以近似为： 

P_DATA≈ρ_DATA(0)×0.5×R_DATA                   (公式11) 

其中R_DATA为数据信号的主速率。根据公式5和9-11，副载波信号的信噪比为： 

$\mathrm{SNR}=\frac{P_{\mathrm{SC}}}{R_{\mathrm{SC}}\×P_{\mathrm{DATA}}/(0.5\×R_{\mathrm{DATA}})}=1\%\×R_{\mathrm{DATA}}/R_{\mathrm{SC}}$ (公式12) 

对于高质量检测，实施例中的信噪比至少应该等于20分贝。特别地， 

SNR＝100                                       (公式13) 

因此，副载波速率R_SC和主数据速率R_DATA具有如下关系： 

R_SC≤10^-4×R_DATA                               (公式14) 

为了满足公式4和13的要求，公式14限制了副载波速率。对于数据信号的高质量检测，通常需要满足公式4的要求。对于副载波信号的高质量检测，通常需要满足公式13的要求。为了同时传输数据信号和副载波信号，公式4和公式13的条件需要同时满足。例如，主数据速率等于2.5Gbps，副载波速率就应该不超过250kbps。又如，主数据速率等于100Mbps，最大副载波速率就应该不超过10kbps。 

与此相反，当副载波频率由kHz或MHz增大到GHz，例如2.4GHz，则最大副载波速率也相应提高。例如，如图5所述，当f_SC为2.4GHz时，噪声功率密度大概26分贝，低于f_SC在kHz-MHz时，即，ρ_DATA(2.4GHz)＝10^-26ρ_DATA(0)的噪声功率密度。这样，根据公式9，信噪比为26分贝，高于给定的副载波数据速率，并且最大的副载波数据速率可以增加到100Mbps，从而获得需要的20分贝信噪比。另外，如果最大副载波数据速率不能用，则副载波调制深度和数据信号的扰动就会减小。 

图6是本发明实施例中副载波信号的简化功率谱示意图和带通滤波器的简化频带限制特性示意图。这仅仅是一个例子，不应视作对本发明权利要求保护范围的限制。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。所述副载波信号具有功率谱610。例如，功率谱610与在2.41GHz副载波频率的1Mbps数据速率相关。所述射频带通滤波器具有频带限制特性620。例如，该频带限制特性620具有以2.41GHz为中心且等于1.6MHz的半峰值全带宽(FWHM)。该射频带通滤波器可以用作射频带通滤波器214、224、416或424。 

上文已经表述过，在这里还要进一步强调，图5和图6示出的是本发明的实施例，这些实施例不应用于限制本发明权利要求的保护范围。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。例如，在频率等于、小于或大于2.5GHz时，数据功率密度几乎降低到0。所述副载波频率可以选择为数据功率密度几乎降低到0时的频率的一定百分比。例如，该百分比范围为80％～100％。 

本发明另一个实施例提出了一种光网络监控信号的处理方法，包括：接收第一监控信号，处理与所述第一监控信号相关的信息，然后至少基于与所述第一监控信号相关的信息输出第二监控信号。所述方法进一步包括：接收所述第二监控信号和第一数据信号，处理与所述第二监控信号和所述第一数据信号相 关的信息，然后至少基于与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息输出第一光信号。所述方法进一步包括：接收所述第一光信号，处理与所述第一光信号相关的信息，然后至少基于与所述第一光信号相关的信息输出第一电信号和第二数据信号。所述方法进一步包括：接收所述第一电信号，处理与所述第一电信号相关的信息，然后输出第三监控信号。所述第二监控信号与第一副载波频率相关；所述第一数据信号与第一数据带宽相关。所述第一数据带宽包括：第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明另一个实施例提出了一种光网络监控信号的传输方法，包括：接收第一监控信号，处理与所述第一监控信号相关的信息，然后至少基于与所述第一监控信号相关的信息输出第二监控信号。所述方法进一步包括：接收所述第二监控信号和第一数据信号，处理与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息，然后至少基于与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息输出第一光信号。所述第二监控信号与第一副载波频率相关；所述第一数据信号与第一数据带宽相关。所述第一数据带宽包括：第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明另一个实施例提出了一种光网络监控信号的接收方法，包括：接收第一光信号，处理与所述第一光信号相关的信息，然后至少基于与所述第一光信号相关的信息输出第一电信号和第二数据信号。所述方法进一步包括：接收所述第一电信号，处理与所述第一电信号相关的信息，然后输出第三监控信号。所述第一电信号的处理信息包括过滤所述第一电信号，并且过滤与所述第一电信号相关的第一副载波频率。所述第二数据信号与第一数据带宽相关；所述第一数据带宽包括最大数据频率。所述第一副载波频率与所述最大数据频率的比率取值范围为0.8～1。 

本发明的实施例具有很多优越性。本发明的实施例使用稍低于数据信号250或450频带的最大频率的副载波频率，该副载波功率谱与数据功率谱的后部重叠。该后部的数据功率密度远低于低频数据功率密度。例如，该低频在kHz或MHz范围内。本发明的有些实施例提供了副载波信号，其与所述数据信号共享全部或部分光电信号转换器、电光信号转换器以及其它光电或电光转换组件。本发明实施例大大减低了传输和接收监控信号的成本。本发明的有些实施例提供了在f_SC的低数据功率密度。所述监控信号具有较高信噪比并且能够以较高的速率传输，例如，以高于1Mbps的速率传输。本发明的实施例提供了低幅的副载波调制。所述主数据信道只受到很小的扰动干扰。例如，光功率的扰动小于1dB。本发明的有些实施例还提供了简单配置和简化实现。 

图7是现有技术中ISM频带内传输和接收信号的简化示意图。系统700包括射频发射机710、射频接收机720以及天线730和740。例如，射频发射机710将基带信号750转换成射频信号752。射频信号752的载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。例如，这个频率范围在美国属于不需执照即可使用的工业、科研和医疗(ISM)频带。又如，射频发射机710包括ISM频带的射频发射机芯片。射频信号752由天线730传播到空中作为传输媒介。由天线740接收传播的射频信号。例如，天线740位于天线730几米到几百米的远处。作为响应，天线740向射频接收机720输出射频信号754。射频接收机720将射频信号754转换成基带信号756。例如，射频接收机720包括ISM频带的射频接收机芯片。再如，天线730和天线740之间的通信为双向的。射频接收机710是射频发射机/接收机对的一部分，射频发射机720是射频发射机/接收机对的一部分。 

图8是本发明另一实施例中简化的光网络连接示意图。这仅仅是一个例子，不应视作对本发明权利要求保护范围的限制。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。系统800包括发射机系统810、接收机系 统820和光链路830。发射机系统810进一步包括电光信号转换器812和射频发射机870。接收机系统820进一步包括光电信号转换器822、射频接收机880和数据恢复系统828。尽管以上内容用组件810、812、820、822、828、830、870和880说明，但是仍然有各种变体、等同替换和修改。有些组件可以相互合并。其它组件可以被添加到系统800中。根据实施例的不同，可以替代一个或多个组件。以下将进一步详细描述这些组件。 

射频发射机870接收监控信号840并将其转换成射频信号842。在一个实施例中，射频信号842为副载波信号。另一个实施例中，射频信号842的载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。例如，载波频率在ISM波段内。另一个实施例中，由控制电路生成监控信号840。另一个实施例中，射频发射机870作为副载波传输系统。另一个实施例中，射频发射机870包括射频发射机710。例如，射频发射机870可用于无线局域网、蓝牙和/或无线USB。在另一个例子中，射频发射机870使用幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相移键控法(PSK)等调制方式。 

在电光信号转换器812，数据信号850与副载波信号842合并。合并后的信号被转换成光信号860。例如副载波信号842的频率位于电光信号转换器812的频率响应范围内。再比如，电光转换器812具有最高达2.5Gbps的频率响应范围。又如，电光信号转换器812是模拟系统，其输出信号与输入信号成正比。光信号860为对应于数据信号850的光功率和对应于副载波信号842的光功率的叠加。例如，该叠加为线性的。在光功率方面，副载波信号842和数据信号850的比率范围为1％～10％。该比率也常被称为副载波调制深度。 

光信号860通过光链路830传输并由接收机系统820接收。在一个实施例中，光链路830包括光纤。例如，光纤作为传输媒介，且传输距离可达几百公里。在接收机系统820，光信号860由光电信号转换器822转换成电信号862。 电信号862的一部分，即，信号844，由射频接收机880接收。例如，射频接收机880包括带通滤波器。射频接收机880从该部分信号844中提取副载波信号并将其转换成监控信号846。在一个实施例中，射频接收机880作为副载波接收系统。另一个实施例中，射频接收机880包括射频接收机720。例如，射频接收机880可用于无线局域网、蓝牙和/或无线USB。在另一个例子中，射频接收机880使用幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相移键控法(PSK)等解调方式。监控信号846为监控信号840的备份。例如，将监控信号846送往控制电路。另外，信号862的其它部分由时钟和数据恢复系统828接收。时钟和数据恢复系统828能够减小信号失真并生成数据信号852。数据信号852是数据信号850的备份。 

图9是本发明另一实施例中简化的光网络连接示意图。这仅仅是一个例子，不应视作对本发明权利要求保护范围的限制。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。系统900包括发射机系统910、接收机系统920和光链路930。发射机系统910进一步包括激光源912、电光信号调制器914和射频发射机970。例如激光源912包括激光二极管。接收机系统920包括光电信号转换器922、射频接收机990以及时钟和数据恢复系统928。尽管以上内容用组件910、912、914、920、922、928、930、970和990说明，但是仍然有各种变体、等同替换和修改。有些组件可以相互合并。例如，可以将激光源912和电光信号调制器914合并在一起。其它组件可以被添加到系统900中。根据实施例的不同，可以替代一个或多个组件。以下将进一步详细描述这些组件。 

射频发射机970接收监控信号940并将其转换为射频信号942。在一个实施例中，射频信号942为副载波信号。另一个实施例中，射频信号942的载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。例如，该载波频率在ISM频段内。另一个实施例中，由控制电路生成监控信号940。另一个实施例中，射频发射机970作 为副载波传输系统。另一个实施例中，射频发射机970包括射频发射机710。例如，射频发射机970可用于无线局域网、蓝牙和/或无线USB。在另一个例子中，射频发射机970使用幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相移键控法(PSK)等调制方式。 

激光源912接收副载波信号942并生成激光信号980。副载波信号942调制激光信号980的强度，例如，激光源912包括激光二极管。为电光信号调制器914提供激光信号。调制器914用接收到的数据信号950调制该激光信号并将接收到的数据信号950转换成光信号952。例如，副载波信号942的频率范围在2.4GHz～2.483GHz，位于激光源912和电光信号调制器914的频率响应范围内。再如，副载波调制深度在1％～10％。 

光信号952通过光链路930传输并由接收机系统920接收。在一个实施例中，光链路930包括光纤。例如，光纤作为传输媒介，且传输距离可达几百公里。在接收机系统920，光信号952由光电信号转换器922转换为电信号962。电信号962的一部分，即信号964，由射频接收机990接收。例如射频接收机990包括带通滤波器。射频接收机990从该部分信号964中提取副载波信号并将其转换成监控信号966。在一个实施例中，射频接收机990作为副载波接收系统。另一个实施例中，射频接收机990包括射频接收机720。例如，射频接收机990可用于无线局域网、蓝牙和/或无线USB。在另一个例子中，射频接收机990使用幅移键控法(ASK)、频移键控法(FSK)或相键监控法(PSK)等解调方式。监控信号966为监控信号940的备份。例如，将监控信号966发送到控制电路。另外，信号962的其它部分由时钟和数据恢复系统928接收。时钟和数据恢复系统928能够减小信号失真并生成数据信号954。数据信号954是数据信号950的备份。 

上文已经表述过，在这里还要进一步强调，图8和图9示出的是本发明的 实施例，这些实施例不应用于限制本发明权利要求的保护范围。本领域技术人员应该清楚本发明的各种变体、等同替换和修改。例如，系统800为光连接200的示例。另外，系统900为光连接400的示例。 

本发明的另一个实施例提出了一种光网络监控信号的处理方法，包括：接收第一监控信号，处理与所述第一监控信号相关的信息，至少基于与所述第一监控信号相关的信息输出第二监控信号，然后接收所述第二监控信号和第一数据信号。所述方法进一步包括：处理与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息，至少基于与所述第二监控信号和所述第一数据信号相关的信息输出第一光信号，然后接收所述第一光信号并处理与所述第一光信号相关的信息。所述方法进一步包括：至少基于与所述第一光信号相关的信息输出第一电信号和第二数据信号，接收所述第一电信号，然后处理与所述第一电信号相关的信息并输出第三监控信号。所述第二监控信号与第一副载波频率相关。所述第一数据信号与第一数据带宽相关；所述第一数据带宽包括第一数据频率。在所述第一数据频率，所述第一数据信号的功率密度无限趋近于0。所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述第一副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。例如，系统800和/或系统900能够执行所述方法。 

本发明另一个实施例提出了一种光网络监控信号的传输方法，包括：接收第一监控信号，处理与所述第一监控信号相关的信息，然后至少基于与所述第一监控信号相关的信息输出第二监控信号。所述方法进一步包括：接收所述第二监控信号和数据信号，处理与所述第二监控信号和所述数据信号相关的信息，然后至少基于与所述第二监控信号和所述数据信号相关的信息输出光信号。所述第二监控信号与副载波频率相关；所述数据信号与数据带宽相关。所述数据带宽包括：数据频率，所述数据信号的功率密度在所述数据频率上接近0。所述副载波频率与所述数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。例如，系统800和/或系统900能够执行所述方法。 

本发明另一个实施例提出了一种光网络监控信号的接收方法，包括：接收光信号，处理与所述光信号相关的信息，然后至少基于与所述光信号相关的信息输出电信号和数据信号。所述方法进一步包括：接收所述电信号，处理与所述电信号相关的信息，然后输出监控信号。所述电信号的处理信息包括过滤所述电信号，并且过滤与所述电信号相关的副载波频率。所述数据信号与数据带宽相关；所述数据带宽包括数据频率。在所述数据频率，所述数据信号的功率密度无限趋近于0。所述副载波频率与所述数据频率的比率取值范围为0.8～1，且所述副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。例如，系统800和/或系统900能够执行所述方法。 

本发明实施例具有很多优越性。本发明的实施例能够在低成本的条件下实现高性能。本发明的有些实施例使用对于无线通信行业在商业上可用的射频(RF)发射机和接收机。例如，在ISM频带内进行无线通信。所述射频发射机和接收机包括集成电路(IC)芯片。这些集成电路芯片能够以低价格为光通信提供优越的性能。 

以上所述仅是本发明的几个具体实施例，本领域内技术人员应该可以理解，本发明还可以有很多与上述实施例等效的其它实施方法。因此，上述特定实施例不应用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应以权利要求所述范围为准。 

Claims (19)

1.一种用于处理光网络监控信号的装置，其特征在于，所述装置包括：

副载波传输系统，用于接收第一监控信号，根据第一监控信号调制射频信号得到第一副载波，将调制得到的第一副载波进行射频带通滤波，输出第二监控信号；

电光转换系统，用于接收所述第二监控信号和第一数据信号并输出第一光信号；

光电转换系统，用于接收所述第一光信号并输出第一电信号和第二数据信号；

副载波接收系统，用于接收所述第一电信号，对第一电信号进行射频带通滤波和射频解调，输出第三监控信号；

光链路，连接到所述电光转换系统和光电转换系统；

其中所述第二监控信号与第一副载波频率相关；

所述第一数据信号与第一数据带宽相关，所述第一数据带宽包括第一数据频率；所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0；

所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1；

所述第一副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光信号与所述第一数据信号的扰动相关；所述扰动小于或等于1dB。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光信号与所述第一监控信号的信噪比相关，所述信噪比大于或等于20dB。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数据频率是与所述第一数据带宽相关的最大频率。 

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一数据信号为非归零格式且第一数据速率为2.5G比特每秒。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一光信号与所述第一数据信号的扰动相关，所述扰动小于或等于1dB；所述第一光信号与所述第一监控信号的信噪比相关，所述信噪比大于或等于20dB。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述副载波传输系统包括ISM频带内的射频RF发射机。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述副载波接收系统包括ISM频带内的射频RF接收机。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第三监控信号与所述第一监控信号相同；

所述第二数据信号与所述第一数据信号相同。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电转换系统包括：

光电信号转换器，用于接收所述第一光信号并输出所述第一电信号和第二电信号；

时钟和数据恢复系统，用于接收所述第二电信号并输出所述第二数据信号。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电光转换系统包括：

激光源，用于接收所述第二监控信号；

电光信号调制器，连接于所述激光源，至少用于接收所述第一数据信号并输出所述第一光信号。 

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电光转换系统包括：电光信号转换器，用于接收所述第二监控信号和所述第一数据信号并输出所述第一光信号。

13.一种用于处理光网络监控信号的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收第一监控信号；

根据第一监控信号调制射频信号得到第一副载波，将调制得到的第一副载波进行射频带通滤波，输出第二监控信号；

接收所述第二监控信号和第一数据信号；

根据所述第二监控信号和所述第一数据信号输出第一光信号；

接收所述第一光信号；

根据所述第一光信号输出第一电信号和第二数据信号；

接收所述第一电信号；

对第一电信号进行射频带通滤波和射频解调；

输出第三监控信号；

其中所述第二监控信号与第一副载波频率相关；

所述第一数据信号与第一数据带宽相关，所述第一数据带宽包括第一数据频率；所述第一数据信号的功率密度在所述第一数据频率上接近0；

所述第一副载波频率与所述第一数据频率的比率取值范围为0.8～1；

所述第一副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。

14.一种用于传输光网络监控信号的装置，其特征在于，所述装置包括：

副载波传输系统，用于接收第一监控信号，根据第一监控信号调制射频信号得到第一副载波，将调制得到的第一副载波进行射频带通滤波，输出第二监控信号； 

电光转换系统，用于接收所述第二监控信号和数据信号并输出光信号；

其中所述第二监控信号与第一副载波频率相关；

所述数据信号与数据带宽相关，所述数据带宽包括数据频率；所述数据信号的功率密度在所述数据频率上接近0；

所述第一副载波频率与所述数据频率的比率取值范围为0.8～1；

所述第一副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述副载波传输系统包括ISM频带内的射频RF发射机。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述数据频率为与所述数据带宽相关的最大频率。

17.一种用于接收光网络监控信号的装置，其特征在于，所述装置包括：

光电转换系统，用于接收光信号并输出电信号和数据信号；其中，所述光信号的来源为：副载波传输系统接收第一监控信号，根据第一监控信号调制射频信号得到第一副载波，将调制得到的第一副载波进行射频带通滤波，输出第二监控信号，第二监控信号与第一副载波频率相关，电光转换系统将第二监控信号和数据信号合并并转换为所述光信号；

副载波接收系统，用于接收所述电信号，对所述电信号进行射频带通滤波和解调，输出监控信号；

所述副载波接收系统包括与第一副载波频率相关的带通滤波器；

所述光电转换系统输出的数据信号与数据带宽相关，所述数据带宽包括数据频率；所述光电转换系统输出的数据信号的功率密度在所述数据频率上接近0；

所述第一副载波频率与所述数据频率的比率取值范围为0.8～1； 

所述第一副载波频率范围为2.4GHz～2.483GHz。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，

所述副载波接收系统包括ISM频带内的射频RF接收机；

所述射频RF接收机包括与第一副载波频率相关的带通滤波器。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述数据频率为与所述数据带宽相关的最大频率。 

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