CN102064905B - 光纤通信系统的多子通道复用方法及信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤通信系统的多子通道复用方法，包括复用步骤，所述复用步骤的复用方式为：在每个码元间隔内对多个脉冲进行复用，使各脉冲之间至少两两混叠。本发明的复用方法充分利用了时间维度的资源，在每个码元间隔内复用了多个子通道，成倍提高了系统的传输容量。相比光通信领域内已经提出的其他MIMO技术，本发明的多子通道复用方法可以完全兼容现有通信系统架构，因此应用更广。本发明还针对该复用方法提出了一种信号处理方法，该方法可以解调出各子信道的信息，消除了ISI。
Description
技术领域
本发明涉及属于光通信领域，特别涉及一种光纤通信系统的多子通道复用方法及信号处理方法。
背景技术
高速率与大容量一直是光传输研究的主要方向，围绕着光载波在时间、频率、极化方向等多维资源的利用，先后出现了各种复用技术：时分复用、波分复用、偏分复用等。近年来，在相干光通信的推动下，多种高阶调制格式被引入到光通信中，如QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying，四相相移键控)、QAM(QuadratureAmplitudeModulation，正交幅度调制)、OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)等，高阶调制格式允许一个码元间隔内容纳更多的比特信息，进而增加了比特传输速率。
现有点到点光纤传输通信系统(简称为光纤通信系统)的典型架构如图1所示。
在发射机，各模块协作完成了从二进制逻辑信号到光载信息的转换。最终的光波信息承载形式表达为一连串脉冲，而非连续波。光脉冲的产生由光域信息加载模块实现，核心器件一般采用马赫曾格尔调制器(MZM)，激光连续波注入MZM波导端，电平信息作为驱动电压加载在MZM两臂上，即完成信息形式从电到光的转换。
另一方面，调制码型也是光纤通信系统的一个重要因素，一般为非归零码(NRZ)和归零码(RZ)。RZ码在高速场景下相比NRZ码的优势在于：在平均接收功率相同的情况下，RZ码的眼图张开度大于NRZ码，即拥有更好的误码性能；RZ码对非线性效应有更好的免疫力。高速光纤通信系统中一般采用RZ码，在这种情况下，即使连续“1”的逻辑电平出现，光载波也是以分立的脉冲形式呈现。
RZ码的光域实现可以由两个MZM串联完成，其中一个MZM用于电域信息加载，另一个MZM用于波形切割，以产生特定占空比的信号脉冲。具有50％占空比的RZ码的时域脉冲示意如图2所示。
现有RZ码的每个光脉冲间是存在一定间隔的，这种间隔在一定程度上能够对抗色散，减弱了码间串扰(ISI)的影响。但从另一个角度来看，空余的间隔造成了时间维度上资源的浪费。理想情况下，每段时间间隙内都存在光脉冲才能达到最大的信息传输量。然而在这种情况下，符号间串扰将大大降低系统传输性能。
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：如何提出一种能够提高系统的传输容量的复用方法，并针对该复用方法提出一种能够消除码间串扰的信号处理方法。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光纤通信系统的多子通道复用方法，包括复用步骤，所述复用步骤的复用方式为：在每个码元间隔内对多个脉冲进行复用，使各脉冲之间至少两两混叠。
其中，所述脉冲为归零码脉冲。
其中，所述脉冲的个数n≥2。
本发明还提供了一种光纤通信系统的信号处理方法，包括以下步骤：
S1、执行权利要求1～3任一项所述的复用步骤；
S2、在每个码元间隔内进行过采样，输出过采样值，采样点的个数N≥n；
S3、对步骤S2输出的过采样值进行均衡处理，恢复出所述多个脉冲的数据。
其中，所述光纤通信系统为相位调制系统。
其中，使用恒模算法来实现所述均衡处理。
(三)有益效果
本发明的复用方法充分利用了时间维度的资源，在每个码元间隔内复用了多个子通道，成倍提高了系统的传输容量，其中选取归零码脉冲作为复用的对象，实验证明，相对于其它的调制码型，其能够更好地提高系统的传输容量。相比光通信领域内已经提出的其他MIMO(多输入多输出)技术，本发明的多子通道复用方法可以完全兼容现有通信系统架构，因此应用更广。本发明还针对该复用方法提出了一种信号处理方法，该方法可以解调出各子信道的信息，消除了ISI。
附图说明
图1是现有的光纤通信系统架构示意图；
图2是具有50％占空比的RZ码的时域脉冲示意图；
图3是本发明的方法流程图；
图4是本发明实施例中具有50％占空比的RZ码三路子信道复用时域波形图；
图5是本发明实施例中进行过采样的示意图；
图6是本发明实施例所采用的CMA算法框图。
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说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提出了一种多子通道复用方法，如图4所示，在发送端在每个码元间隔内放入多个RZ码脉冲，每个脉冲可以看作独立的子通道，但脉冲之间是至少两两重叠的。对于本实施例所使用的50％占空比的RZ码来说，每个码元间隔内允许复用的脉冲可以为大于或等于2个。三路子信道复用下，50％RZ码时域脉冲示意如图4所示。
在图4中可以看到，通过这种子通道复用技术，系统的传输容量将成倍增加。但这种脉冲混叠同样拥有严重的ISI，因此接收端必须使用正确的解调方式才能分离出各子信道的信息。因此，本发明还针对上述的复用方法提出了一种信号处理方法，以解调出各子信道的信息，即进行复用的各个脉冲的数据(下面也称为原始发送信息)。
在接收端，在电域DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理)处理之前(如图1所示)，在每个码元间隔内进行过采样，采样点个数N不少于子通道复用的脉冲个数，把每个采样位置得到的数据作为各个子通道的输出值，其数据构成分为两部分：目标脉冲信息和干扰脉冲信息。目标脉冲信息是想要获得的原始发送信息，干扰脉冲信息是混叠后周围脉冲的尾端波形在当前采样位置的叠加。
时变信道下每个子通道的传递函数是不同的，也是线性无关的。若假定光纤模型为恒定时不变信道，其传递函数将对这两部分信息产生相同的作用，但影响干扰脉冲信息的因素还有脉冲间的距离、脉冲形状等，这些因素在各个采样位置均是不同的，由于采样位置均是不同的，子通道输出数据的混叠比例是不一样的，同样可以看作是线性无关的。因此，总的子通道传递函数相互独立，其输出数据包含了全部的有效信息(包括目标脉冲信息和干扰脉冲信息)，理论上经过后续的DSP算法处理可以分离出原始发送信息。
假设每个码元间隔内复用三个脉冲，令x、y、z表示接收端三路脉冲各自的幅值(即所谓的原始发送信息)，t1、t2、t3表示三个采样时刻，X、Y、Z表示接收端三个采样位置的输出值(包括目标脉冲信息和干扰脉冲信息)，脉冲与采样位置示意如图5所示：
因此，在每个采样位置处：
X＝a1*x+b1*y+c1*z
Y＝a2*x+b2*y+c2*z
Z＝a3*x+b3*y+c3*z
其中，a1、a2、a3表示非混叠状态下第一个脉冲在t1、t2、t3采样位置处采样值与幅度x的比值，b1、b2、b3表示第二个脉冲的三个采样值与幅度y的比值，c1、c2、c3表示第三个脉冲的三个采样值与幅度z的比值。
令矩阵A＝[a1a2a3]，B＝[b1b2b3]，C＝[c1c2c3]，只要A、B、C线性无关，就能通过均衡算法处理得到原始发送信息，即由采样值X、Y、Z恢复出单独每个脉冲的数据x、y、z。
对于相位调制系统，DSP处理采用n×n路自适应盲均衡算法，优选为CMA(恒模算法)，(对于其它的系统，可以使用其它的算法，例如EASI(EquivariantAdaptiveSourceSeparationviaIndependence)算法)。CMA算法的实施框图如图5所示。
在图6中，h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33均为抽头可变的自适应滤波器。输入采样值X、Y、Z分别通过三路滤波器后按图6所示将输出值叠加，之后在自适应误差准则下反馈更新滤波器抽头系数，多次迭代后得到输出值x、y、z。
该CMA算法的误差准则包含两部分：输出模值与恒模间的差值、多路输出数据间的互信息熵。恒模作为相位调制系统的重要特点，其收敛性保证了相位信息的准确获得；输出数据间的互相关信息要求最小，这样可以防止多路数据收敛到一路原始信息上。
需要说明的是，NRZ码型也可进行相应的复用，但容量提升的效果不如RZ码的复用。
由以上实施例可以看出，本发明的复用方法充分利用了时间维度的资源，在每个码元间隔内复用了多个子通道，成倍提高了系统的传输容量。相比光通信领域内已经提出的其他MIMO技术(多模、多芯等，“多模”要求多模光纤作为传输介质，“多芯”则要求使用光子晶体光纤传输)，本发明多子通道复用方法可以完全兼容现有通信系统架构(仅仅增加了接收机的AD采样速率和DSP算法的复杂度)，因此应用更广。另外，本发明的信号处理方法可以解调出各子信道的信息，消除了ISI。
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 (3)
1.一种光纤通信系统的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在每个码元间隔内对多个脉冲进行复用，使各脉冲之间至少两两混叠；其中，所述脉冲的个数n≥2，每个脉冲为一个子通道；
S2、在每个码元间隔内进行过采样，输出过采样值，采样点的个数N≥n；
S3、对步骤S2输出的过采样值进行均衡处理以去除过采样值中的干扰脉冲信息，恢复出所述多个脉冲的数据；其中，所述光纤通信系统为相位调制系统，所述干扰脉冲信息是混叠后周围脉冲的尾端波形在相应采样位置的叠加。
2.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述脉冲为归零码脉冲。
3.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，使用恒模算法来实现所述均衡处理。
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