CN101692626A - 一种产生和接收光ofdm-msk信号的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光通信网络技术领域，具体为一种产生和接收光OFDM-MSK信号的装置。该装置包括发送装置和接收装置，其中，发送装置包括连续波激光器、数据信号源、MSK编码器、信号解复用映射装置、信号反向傅里叶变换装置、并串变换装置、数模变换装置、单电极电光调制器，接收装置包括光电检测二极管、模数变换装置、串并变换装置、信号傅里叶变换装置、信号解映射复用装置、MSK解码器和数据接收器等主要部件，其结构简单，性能稳定，价格低廉。该装置可用于改善直接调制-检测光OFDM通信系统和相干调制-检测光OFDM通信系统中光OFDM信号的性能和简化接收机中解调信号的处理。

Description

一种产生和接收光OFDM-MSK信号的方法及装置
技术领域
本发明属于光通信网络技术领域，具体涉及一种产生和接收光OFDM-MSK信号的装置，可用于改善直接调制-检测光OFDM通信系统和相干调制-检测光OFDM通信系统中光OFDM信号的性能和简化接收机中解调信号的处理。
背景技术
近期的研究表明，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)信号同样也能应用在长距离的光纤通信系统中[Jean Armstrong.，OFDM forOptical Communications.JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，VOL.27，NO.3，FEBRUARY1，2009，189-204]，是考虑OFDM结合调制技术能抵抗光纤色散和偏振模色散的影响，尤其是能用来补偿链路长度不确定的WDM光交换网络中的色散。与传统意义上的单边带调制(SSB)格式相比，利用光纤传输的OFDM-over-fiber系统具有下列优势：首先，OFDM系统中副载波频谱相互交叠，因此具有高的频带利用率；其次，利用OFDM技术可以克服光纤通信信道中的严重色散影响，尤其是偏振模色散能被有效地消除；再次，由于光纤OFDM系统的接收机部分采用FFT/IFFT技术，因此信号的处理速度快、计算复杂度低。
然而，国内外已见报道的关于光纤OFDM系统仅仅局限在结合相移键控(PSK)调制技术或正交振幅(QAM)调制技术，没有涉及结合最小频移键控(MSK)调制技术。现有的光纤OFDM系统中采用PSK调制或QAM调制时各信号点之间将会出现180度的相位调制偏移量，尤其是结合多进制PSK调制或QAM调制时会出现相位调制偏移量不一致，因此导致接收机中实现相位解调的数字信号处理过程变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可使信号处理过程简单、信号接收性能提高的在直接调制-检测光OFDM通信系统中及相干调制-检测光OFDM通信系统中产生和接收光OFDM-MSK信号的装置。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：在直接调制-检测光OFDM通信系统中及相干调制-检测光OFDM通信系统中，结合MSK调制产生光OFDM-MSK信号，结合MSK解调接收光OFDM-MSK信号，该装置包括发送装置和接收装置两个部分。
1.在直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统中
所述的发送装置包括：一个连续波激光器，一个数据信号源，一个MSK编码器，一个信号解复用映射装置，一个信号反向傅里叶变换装置，一个并串变换装置，一个数模变换装置，一个单电极电光调制器。
所述的接收装置包括：一个光电检测二极管；一个模数变换装置，一个串并变换装置，一个信号傅里叶变换装置，一个信号解映射复用装置，一个MSK解码器，一个数据接收器。
在直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统中，本发明提供的发送和接收信号的装置特征在于：连续波激光器，用于产生光载波；数据信号源，用于产生稳定的数据信号；MSK编码器用于对数据信号进行MSK编码；信号解复用映射装置，信号反向傅里叶变换装置，并串变换装置和数模变换装置依次连接，实现将MSK编码的电信号转换成电OFDM-MSK信号，其中数模变换装置中含上变频副载波调制过程；单电极电光调制器实现将电OFDM-MSK信号转换成光OFDM-MSK信号；光电检测二极管，用于把光OFDM-MSK信号转换成电OFDM-MSK信号；模数变换装置，串并变换装置，信号傅里叶变换装置和信号解映射复用装置依次连接，实现将电OFDM-MSK信号恢复成MSK编码的电信号，其中模数变换装置中含下变频副载波解调过程；MSK编码器用于对MSK编码的电信号进行解码；数据接收器，将接收解调后的电信号。
2.在相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统中
所述的发送装置包括：一个连续波激光器，一个数据信号源，一个MSK编码器，一个信号解复用映射装置，一个信号反向傅里叶变换装置，一个并串变换装置，两个数模变换装置，一个90度光相位偏置器，两个单电极电光调制器。
所述的接收装置包括：一个连续波激光器，一个90度光相位偏置器，两个光信号耦合器，四个光电检测二极管，一个模数变换装置，一个串并变换装置，一个信号傅里叶变换装置，一个信号解映射复用装置，一个MSK解码器，一个数据接收器。
在相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统中，本发明提供的发送和接收信号的装置特征在于：连续波激光器，用于产生光载波；数据信号源，用于产生稳定的数据信号；MSK编码器用于对数据信号进行MSK编码；信号解复用映射装置，信号反向傅里叶变换装置，并串变换装置和数模变换装置依次连接，实现将MSK编码的电信号转换成电OFDM-MSK信号，其中数模变换装置中包含或者不包含上变频副载波调制过程；90度光相位偏置器实现光信号的90度相位偏置；单电极电光调制器实现将电OFDM-MSK信号转换成光OFDM-MSK信号；光电检测二极管，用于把光OFDM-MSK信号转换成电OFDM-MSK信号；光信号耦合器，用于耦合光信号；模数变换装置，串并变换装置，信号傅里叶变换装置和信号解映射复用装置依次连接，实现将电OFDM-MSK信号恢复成MSK编码的电信号，其中模数变换装置中包含或者不包含上变频副载波调制过程；MSK编码器用于对MSK编码的电信号进行解码；数据接收器，将接收解调后的电信号。
所述的光OFDM-MSK信号产生装置可以直接应用到光信号传输系统的发送端，所述的光OFDM-MSK信号接收装置可以直接应用到光信号传输系统的接收端，其目的都是增加通信容量，改善直接调制-检测光OFDM通信系统和相干调制-检测光OFDM通信系统中光OFDM信号的性能和简化接收机中解调信号的处理过程。
用PSK调制或QAM调制后会产生信号点的相位“对角线过渡”现象，本发明提出的结合MSK调制技术产生光OFDM-MSK信号的方法及装置，结合MSK调制消除了信号点的相位“对角线过渡”现象，即相位变化的最大值为90度，而不是PSK调制或QAM调制后的180度。因为在本发明提出的光OFDM-MSK通信系统中，信号码元转换时，相位变化连续，只存在90度的相位跳变，信号通过带通滤波器后包络起伏小，性能得到改善。当数据率增大时，这点尤为重要，因为相位的连续跳变可以简化接收机中相位解调的数字信号处理过程。
按照本发明实现光OFDM-MSK信号的产生和接收，使得接收机中数字信号处理过程变得简单且可行，而且产生的光OFDM-MSK信号通过带通滤波器后包络起伏小，性能得到改善。本发明所采用的元件都是通用的光纤通信元件，从而实现了价格低廉、技术可行的目的，本发明所产生的光OFDM-MSK信号是可以通过常规光OFDM信号检测方式的接收机进行信号检测，从而可用于常规的光纤通信网络。
附图说明
图1为本发明中直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统的发送端结构。
图2为本发明中直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统的接收端结构。
图3为本发明中相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统的发送端结构。
图4为本发明中相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统的发送端结构。
图5为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的直接调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的频谱图。
图6为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的频谱图。
图7为本发明中基带相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的频谱图。
图8为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的直接调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座图。
图9为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的直接调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座轨迹图。
图10为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座图。
图11为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座轨迹图。
图12为本发明中基带相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座图。
图13为本发明中基带相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座轨迹图。
具体实施方式
如图1所示，直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统的发送端装置，由连续波激光器11和数据加载模块组成。其中，数据加载模块包括数据信号源12，MSK编码器13，信号解复用映射装置14，信号反向傅里叶变换装置15，并串变换装置16，数模变换装置17，单电极电光调制器18。通过采用-个单电极电光调制器18实现数据的加载功能，进一步实现电OFDM-MSK信号向光OFDM-MSK信号转换。其连接方式和工作步骤是：连续波激光器11与单电极电光调制器18的光输入端相连，数据信号源12与MSK编码器13相连，MSK编码器13与信号解复用映射装置14相连，信号解复用映射装置14与信号反向傅里叶变换装置15相连，信号反向傅里叶变换装置15与并串变换装置16相连，并串变换装置16与数模变换装置17相连，数模变换装置17与单电极电光调制器18的电输入端相连。单电极电光调制器18的光输出端输出直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统中的光OFDM-MSK信号。
如图2所示，直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统的接收端装置，包括：
光电检测二极管21，模数变换装置22，串并变换装置23，信号傅里叶变换装置24，信号解映射复用装置25，MSK解码器26，数据接收器27。光电检测二极管21实现光电信号转换之后，进一步实现电OFDM-MSK信号向输入数据信号的转换。其连接方式和工作步骤是：光信号输入光电检测二极管21，光电检测二极管21与模数变换装置22相连，模数变换装置22与串并变换装置23相连，串并变换装置23与信号傅里叶变换装置24相连，信号傅里叶变换装置24与信号解映射复用装置25相连，信号解映射复用装置25与MSK解码器26相连，MSK解码器26与数据接收器27相连。数据接收器27接收恢复的数据信号。
如图3所示，相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统的发送端装置，由连续波激光器31和数据加载模块组成。其中，数据加载模块包括数据信号源32，MSK编码器33，信号解复用映射装置34，信号反向傅里叶变换装置35，并串变换装置36，数模变换装置37，数模变换装置38，单电极电光调制器39，单电极电光调制器40，90度光相位偏置器41。通过采用两个个单电极电光调制器39和40实现数据的加载功能，进一步实现电OFDM-MSK信号向光OFDM-MSK信号转换。其连接方式和工作步骤是：连续波激光器3分成两路分别与单电极电光调制器39和单电极电光调制器40的光输入端相连，数据信号源32与MSK编码器33相连，MSK编码器33与信号解复用映射装置34相连，信号解复用映射装置34与信号反向傅里叶变换装置35相连，信号反向傅里叶变换装置35与并串变换装置36相连，并串变换装置36分成两路分别与数模变换装置37和数模变换装置38相连，数模变换装置37与单电极电光调制器39的电输入端相连，数模变换装置38与单电极电光调制器40的电输入端相连，单电极电光调制器40的光信号输出端与90度光相位偏置器41相连。单电极电光调制器39的光信号输出端与90度光相位偏置器41的输出端合并输出相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统中的光OFDM-MSK信号。
如图4所示，相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统的接收端装置，包括：
连续波激光器41，90度光相位偏置器42，光信号耦合器43，光信号耦合器44，光电检测二极管45，光电检测二极管46，光电检测二极管47，光电检测二极管48，模数变换装置49，串并变换装置50，信号傅里叶变换装置51，信号解映射复用装置52，MSK解码器53，3数据接收器54。其连接方式和工作步骤是：光信号分成两路分别输入光信号耦合器43的一个输入端和光信号耦合器44的一个输入端，连续波激光器41的输出光信号分成两路，一路连接光信号耦合器43，另一路连接90度光相位偏置器42，90度光相位偏置器42与光信号耦合器44相连，光信号耦合器43的两个输出端分别连接光电检测二极管45和光电检测二极管46，光信号耦合器44的两个输出端分别连接光电检测二极管47和光电检测二极管48，光电检测二极管45和光电检测二极管46输出的电信号和光电检测二极管47和光电检测二极管48输出的电信号合并输入到模数变换装置49，模数变换装置49与串并变换装置50相连，串并变换装置50与信号傅里叶变换装置51相连，信号傅里叶变换装置51与信号解映射复用装置52相连，信号解映射复用装置52与MSK解码器53相连，MSK解码器53与数据接收器54相连。数据接收器54接收恢复的数据信号。
图5为本发明中直接调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的频谱图101，图6为本发明中相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的频谱图102，图7为本发明中基带相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的频谱图103，图8为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的直接调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座图201，图9为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的直接调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座轨迹图202，图10为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座图301，图11为本发明中含上变频副载波调制和下变频副载波解调过程的相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座轨迹图302，图12为本发明中基带相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座图401，图13为本发明中基带相干调制-检测系统中光OFDM-MSK信号的星座轨迹图402。
本方法适合于2.5Gbit/s，10Gbit/s，40bit/s以及其它速率的光通信系统中产生和接收光OFDM-MSK信号的新方法及装置，用于改善直接调制-检测光OFDM通信系统和相干调制-检测光OFDM通信系统中光OFDM信号的性能和简化接收机中解调信号的处理装置。
本发明采用的光电器件能实现高稳定性和低价格。
总之，本发明能用较低的成本产生高频谱效率的光OFDM-MSK信号，结构简单，光学性能稳定，实现容易。

Claims (1)

1.一种产生和接收光OFDM-MSK信号的装置，其特征在于包括发送装置和接收装置两部分；
在直接调制-检测光OFDM-MSK通信系统中，所述的发送装置包括：一个连续波激光器，一个数据信号源，一个MSK编码器，一个信号解复用映射装置，一个信号反向傅里叶变换装置，一个并串变换装置，一个数模变换装置，一个单电极电光调制器；所述的接收装置包括：一个光电检测二极管；一个模数变换装置，一个串并变换装置，一个信号傅里叶变换装置，一个信号解映射复用装置，一个MSK解码器，一个数据接收器；
其中，连续波激光器，用于产生光载波；数据信号源，用于产生稳定的数据信号；MSK编码器用于对数据信号进行MSK编码；信号解复用映射装置、信号反向傅里叶变换装置、并串变换装置和数模变换装置依次连接，将MSK编码的电信号转换成电OFDM-MSK信号；单电极电光调制器将电OFDM-MSK信号转换成光OFDM-MSK信号；光电检测二极管，用于把光OFDM-MSK信号转换成电OFDM-MSK信号；模数变换装置、串并变换装置、信号傅里叶变换装置和信号解映射复用装置依次连接，将电OFDM-MSK信号恢复成MSK编码的电信号；MSK编码器用于对MSK编码的电信号进行解码；数据接收器，将接收解调后的电信号；
在相干调制-检测光OFDM-MSK通信系统中，所述的发送装置包括：一个连续波激光器，一个数据信号源，一个MSK编码器，一个信号解复用映射装置，一个信号反向傅里叶变换装置，一个并串变换装置，两个数模变换装置，一个90度光相位偏置器，两个单电极电光调制器；所述的接收装置包括：一个连续波激光器，一个90度光相位偏置器，两个光信号耦合器，四个光电检测二极管，一个模数变换装置，一个串并变换装置，一个信号傅里叶变换装置，一个信号解映射复用装置，一个MSK解码器，一个数据接收器；
其中，连续波激光器，用于产生光载波；数据信号源，用于产生稳定的数据信号；MSK编码器用于对数据信号进行MSK编码；信号解复用映射装置、信号反向傅里叶变换装置、并串变换装置和数模变换装置依次连接，将MSK编码的电信号转换成电OFDM-MSK信号；90度光相位偏置器光信号的90度相位偏置；单电极电光调制器将电OFDM-MSK信号转换成光OFDM-MSK信号；光电检测二极管，用于把光OFDM-MSK信号转换成电OFDM-MSK信号；光信号耦合器，用于耦合光信号；模数变换装置、串并变换装置、信号傅里叶变换装置和信号解映射复用装置依次连接，将电OFDM-MSK信号恢复成MSK编码的电信号；MSK编码器用于对MSK编码的电信号进行解码；数据接收器，将接收解调后的电信号。
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