CN102025682B - 全光ofdm系统发射机装置、ofdm系统及处理信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全光OFDM系统发射机装置，包括：二进制随机序列产生器、脉冲成型模块和N个马赫曾德尔调制器，还包括：分光器和全光IFFT_CW模块，分光器用于将接收到的单连续波分成多路连续波，并将多路连续波发送到所述N个马赫曾德尔调制器；N个马赫曾德尔调制器用于根据多路不归零电脉冲信号调制所述N路连续波，并将调制后的N路光信号发送给所述全光IFFT_CW模块；全光IFFT_CW模块用于将所述N路光信号处理成OFDM信号，并将所述OFDM信号发送到接收端。本发明还公开了一种全光OFDM的系统及其处理信号的方法。本发明显著降低发射端构成的成本和复杂度，接收端仍可采用原有的接收端，保持了和原有系统的部分兼容。

Description

全光OFDM系统发射机装置、OFDM系统及处理信号的方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种全光OFDM系统发射机装置、OFDM系统及处理信号的方法。 

背景技术

正交频分复用技术(OFDM)将高速率数据转化为多路低速率信号并行传输，这样OFDM信号就有良好的抗色散性能，OFDM信号的符号速率等于载波间频率间隔，这样OFDM信号频谱就有一半的混叠，从而频谱利用率高。相干光正交频分复用(COOFDM)由于循环前缀的加入，可消除载波间干扰和符号间干扰，是很有前途的新技术。但它基于电的OFDM调制，随着速率的提高，有两个限制因素： 

1、电域反傅里叶变换/傅里叶变换(IFFT/FFT)调制器本身的处理速度； 

2、DAC/ADC的带宽限制。 

在此条件下，为了满足更高实速率时处理，系统需要在光域实现FFT，即需要全光OFDM系统。而全光OFDM系统的核心器件为全光FFT/IFFT。全光IFFT/FFT在光域实现载波正交而不是在电域实现载波正交再调制在光域，便于实现实时处理。由于省去电IFFT/FFT部分，在能耗方面也会有很大的改善。 

现有的全光OFDM系统有两种设计方案，以四载波为例进行说明： 

设计方案1： 

如图1所示，激光器组发出频率间隔相等的连续波，频率间隔等于符号速率，经马赫曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，简称 马赫曾德尔调制器)成为光信号，耦合入光纤进行传输，在接收端经全光傅里叶连变换连续波模块(FFT_CW)处理，光电转化，解调出信息序列，判决统计。其中，全光FFT_CW模块结构如图2所示，从光纤来的信号，经分光器，延时，移相，光FFT，时间门电路实现光FFT的全部功能。时间门为：在一个符号周期的时间内，后四分之一符号周期时间内全通，剩余时间内闭合。 

设计方案2： 

如图3所示，短脉冲经分光器，分为多路相同的短脉冲，然后分别调制，经全光傅里叶连反变换短脉冲模块(IFFT_Splu)，经光纤传输，接收端用全光傅里叶连变换短脉冲模块(FFT_Splu)解调，光电转换，判决统计。其中，全光IFFT_Splu模块结构如图4所示，分为IFFT内核和延时部分，经合光器组成OFDM信号。全光FFT_Splu模块结构如图5所示，从光纤来的信号，经分光器，延时，光FFT，时间门电路实现光FFT的全部功能。时间门为：在一个符号周期的时间内，后四分之一符号周期时间内全通，剩余时间内闭合。 

上述两种设计方案有如下缺陷： 

设计方案1：由于要用到多载波，随着载波数的增加需要的激光器的个数增加，使配置复杂成本很高，若用多载波生成系统，实现比较复杂且会引入附加噪声。 

设计方案2：短脉冲生成技术，限制短脉冲的持续时间，同样随着传输速率的提高或者载波数的提高，稳定的超短脉冲要求越来越高难以实现。 

此外，两种设计中接收端的全光FFT器件存在差异，不能通用。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明要解决的技术问题是：如何显著降低发射端构成的成本和复杂度，并与原有系统部分兼容。 

（二）技术方案 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全光OFDM系统发射机装置，包括：二进制随机序列产生器、脉冲成型模块和N个马赫曾德尔调制器，其特征在于，还包括：分光器和全光傅里叶反变换连续波模块（IFFT_CW）模块， 

所述二进制随机序列产生器产生与N路二进制序列，并将所述二进制序列发送到所述脉冲成型模块，生成N路不归零电脉冲信号； 

所述分光器用于将接收到的单连续波分成N路连续波，并将所述N路连续波发送到所述N个马赫曾德尔调制器； 

所述N个马赫曾德尔调制器用于根据所述N路不归零电脉冲信号调制所述N路连续波，并将调制后的N路光信号发送给所述全光IFFT_CW模块； 

所述全光IFFT_CW模块用于将所述N路光信号处理成OFDM信号，并将所述OFDM信号发送到接收端。 

其中，所述全光IFFT_CW模块包括：用于实现光域IFFT基本操作的内核子模块、合光器和N个时间门，通过所述内核子模块处理的信号经过所述N个时间门发送给所述合光器。 

本发明还提供了一种全光OFDM系统，包括上述的全光OFDM系统发射机装置及与其通过光纤连接的接收装置。 

其中，所述接收装置包括： 

全光FFT_CW模块，用于接收所述OFDM信号并将OFDM信号分成N路光信号，发送给光电转换模块； 

光电转换模块，用于对所述N路光信号进行光电转换； 

判决统计模块，用于对光电转换后的信号进行判决统计。 

本发明还提供了一种利用上述全光OFDM系统处理信号的方法，包括以下步骤： 

S1：所述分光器将接收到的单连续波分为相同的N路连续波； 

S2：所述N个马赫曾德尔调制器分别利用所述N路不归零电脉冲信号调制所述N路连续波，生成调制后的N路光信号； 

S3：所述全光IFFT_CW模块处理调制后的N路光信号，生成OFDM信号； 

S4：将所述OFDM信号通过光纤传输给所述全光FFT_CW模块； 

S5：将OFDM信号分成N路光信号，并通过光电转换处理后进行判决统计。 

其中，所述步骤S3具体包括： 

将调制后的N路光信号通过所述内核子模块基本操作后的延展信号输入N个时间门； 

通过所述N个时间门的通断分别对N路光信号的延展信号进行裁剪； 

在合光器中对裁剪后的信号进行相加，生成OFDM信号。 

其中，所述N个时间门的开通时间为：T/N，所述T为一个符号持续时间。 

（三）有益效果 

本发明的全光OFDM系统发射机装置、OFDM系统及处理信号的方法具有如下有益效果： 

1、用单连续波代替多连续波，从而使复杂度和成本显著降低。 

2、用单连续波代替短脉冲，使系统易于实现，接收机部分又与设计一完全相同，这样设计一和新设计接受机部分可通用，如果这两种系统以后都可能商用，可为开发商这两系统融合提供方便。 

3、本发明对全光FFT/IFFT核心模块进行了分离封装，即无论全光FFT/IFFT核心模块以何种形式实现，均不影响门电路，门电路不需改进即可使用，便于移植。 

附图说明

图1是现有技术中OFDM系统的一种系统设计结构示意图； 

图2是图1中的全光FFT_CW模块结构示意图； 

图3是现有技术中OFDM系统的另一种系统设计结构示意图； 

图4是图3中的全光IFFT_Splu模块结构示意图； 

图5是图3中的全光FFT_Splu模块结构示意图； 

图6是本发明实施例的一种全光OFDM的系统结构示意图； 

图7是图6中全光IFFT_CW模块结构示意图； 

图8是图7中全光IFFT_CW模块中的时间门开通起始位置与IFFT输出端口序号的对应关系图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

如图6所示，为本发明实施例的一种全光OFDM的系统结构示意图，包括全光OFDM系统发射机装置和通过光纤与其相连的接收装置。图6中示出了将单连续波分成4(N＝4)路信号的OFDM系统示意图。 

发射机装置包括：二进制随机序列产生器、脉冲成型模块和N个马赫曾德尔调制器MZM、分光器和全光IFFT_CW模块。 

二进制随机序列产生器产生与N路二进制序列，并将二进制序列发送到脉冲成型模块，生成N路不归零电脉冲信号。 

分光器用于将接收到的单连续波分成N路连续波，并将N路连续波发送到N个MZM。 

N个MZM用于根据N路不归零电脉冲信号调制N路连续波，并将调制后的N路光信号发送给所述全光IFFT_CW模块。 

全光IFFT_CW模块用于将N路光信号处理成OFDM信号，并将OFDM信号发送到接收端，即接收装置。 

全光IFFT_CW模块包括：用于实现光域IFFT基本操作的内核子模块、合光器和N个时间门，通过内核子模块处理的信号经过所述N 个时间门发送给所述合光器。 

如图7所示，示出了4路输入的全光IFFT_CW模块，此模块输入输出信号的编号为(0，1，2，3)，内核子模块的输入输出编号为(0，2，1，3)，所以内核的输入输出端，标号(1，2)要互换位置。图7中内核子模块为4个马赫曾德尔干涉仪MZI和一个90°的相移器，通过光学器件实现蝶形算法：有输入信号上下两路，输出信号上下两路，输出上路为输入上路信号与输出下路信号的和，输出下路为输入上路信号和下路信号的差。FFT/IFFT的基本原理，就是通过蝶形算法和各路相移实现。全光FFT/IFFT的本质是由相加和相移。内核子模块还可以为N个3dB耦合器和90°的相移器。 

但经过内核子模块得到的各路信号是延展的信号，必须在适当的位置做裁剪相加才可得到最终的OFDM信号，最终从发射端输出。其中裁剪工作用时间门电路实现，相加由合光器实现。由图7所示可知，此时各路信号在时间上是互不重叠的。4个时间门设定各不相同，开通时间依次时延。时间门电路的设计：对于N×N的IFFT，需要N个时间门电路来控制信号的通断，时间门电路开通时间为：T/N，其中T为一个符号持续时间，开通起始位置与IFFT输出端口序号的对应关系如图8所示。 

其中，所述接收装置与现有设计1的接收端完全相同，如图2所示，包括：全光FFT_CW模块、光电转换模块和判决统计模块。本实施例中，由光纤传播来的OFDM信号，经分光器分为(N＝4)束完全相同的光束，第一路延时3T/4但不移相，第二路延时T/2移相，第三路延时T/4移相，第四路不延时但移相。移相的大小各不相同，最终实现相位同步。经FFT内核部分(由4个MZI和一个负90度移相器组成)，完成线性卷积的操作，一个符号周期内，后T/N时间段内为解调的信号，所以用配置相同的时间门电路将解调信号裁剪下来，完成解调。 

本发明还提供了一种利用上述全光OFDM系统处理信号的方法，包括以下步骤： 

S1：分光器将接收到的单连续波分为相同的N路连续波。 

S2：N个马赫曾德尔调制器分别利用N路不归零电脉冲信号调制所述N路连续波，生成调制后的N路光信号。 

S3：全光IFFT_CW模块处理调制后的N路光信号，生成OFDM信号，具体包括： 

将调制后的N路光信号通过内核子模块基本操作后的延展信号输入N个时间门； 

通过N个时间门的通断分别对N路光信号的延展信号进行裁剪，N个时间门的开通时间为：T/N，T为一个符号持续时间。 

在合光器中对裁剪后的信号进行相加，生成OFDM信号。 

S4：将OFDM信号通过光纤传输给全光FFT_CW模块。 

S5：将OFDM信号分成N路光信号，并通过光电转换处理后进行判决统计。 

可见本发明从可实现性和兼容性这两方面对现有设计一和设计二进行了改进。更易实现，兼容性良好。 

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 

Claims (7)

1.一种全光OFDM系统发射机装置，包括：二进制随机序列产生器、脉冲成型模块和N个马赫曾德尔调制器，其特征在于，还包括：分光器和全光IFFT_CW模块，

所述二进制随机序列产生器产生N路二进制序列，并将所述二进制序列发送到所述脉冲成型模块，生成N路不归零电脉冲信号；

所述分光器用于将接收到的单连续波分成N路连续波，并将所述N路连续波发送到所述N个马赫曾德尔调制器；

所述N个马赫曾德尔调制器用于根据所述N路不归零电脉冲信号调制所述N路连续波，并将调制后的N路光信号发送给所述全光IFFT_CW模块；

所述全光IFFT_CW模块用于将所述N路光信号处理成OFDM信号，并将所述OFDM信号发送到接收端。

2.如权利要求1所述的全光OFDM系统发射机装置，其特征在于，所述全光IFFT_CW模块包括：用于实现光域IFFT基本操作的内核子模块、合光器和N个时间门，通过所述内核子模块处理的信号经过所述N个时间门发送给所述合光器。

3.一种全光OFDM系统，其特征在于，包括权利要求1或2中任一项所述的全光OFDM系统发射机装置及与其通过光纤连接的接收装置。

4.如权利要求3所述的全光OFDM系统，其特征在于，所述接收装置包括：

全光FFT_CW模块，用于接收所述OFDM信号并将OFDM信号分成N路光信号，发送给光电转换模块；

光电转换模块，用于对所述N路光信号进行光电转换；

判决统计模块，用于对光电转换后的信号进行判决统计。

5.一种利用权利要求3或4的全光OFDM系统处理信号的方法， 其特征在于，包括以下步骤：

S1：所述分光器将接收到的单连续波分为相同的N路连续波；

S2：所述N个马赫曾德尔调制器分别利用所述N路不归零电脉冲信号调制所述N路连续波，生成调制后的N路光信号；

S3：所述全光IFFT_CW模块处理调制后的N路光信号，生成OFDM信号；

S4：将所述OFDM信号通过光纤传输给所述全光FFT_CW模块；

S5：将OFDM信号分成N路光信号，并通过光电转换处理后进行判决统计。

6.如权利要求5所述的全光OFDM系统处理信号的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

将调制后的N路光信号通过所述内核子模块基本操作后的延展信号输入N个时间门；

通过所述N个时间门的通断分别对N路光信号的延展信号进行裁剪；

在合光器中对裁剪后的信号进行相加，生成OFDM信号。

7.如权利要求6所述的全光OFDM系统处理信号的方法，其特征在于，所述N个时间门的开通时间为：T/N，所述T为一个符号持续时间。 

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