CN102223340A - 基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统 - Google Patents

基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种系统结构更为简单可行的太比特传输速率相干光正交频分复用系统。包括发射端、接收端，发射端包括发射端光载波生成模块，发射端光载波生成模块包括发射端激光器、光梳生成器、光解复用器。本发明在单一光源的基础上，利用光梳生成器得到多个波长的光频率梳，并将其作为基带OFDM信号的光载波，在光域上产生了相互正交的OFDM频带，从而不需要现有技术中结构复杂的多个RF振荡源。本发明在不使用射频振荡器的情况下获得OBM-COOFDM光信号，大大降低了发射机的复杂度和成本，同时具有OBM-COOFDM良好的硬件可行性，降低了传统COOFDM太比特收发机对DAC和ADC采样速率的较高要求。

Description

基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及光通信技术。
背景技术
近几年来，随着宽带业务的迅速增长，对核心主干网络传输容量的提高提出了更高的要求，从而出现了对单信道传输速率达到100Gb/s以及1Tb/s的需求。高速电时分复用(ElectricalTime Division Multiplexing，ETDM)调制器和光电探测器的相关技术还没能完全商用，因此，高速ETDM系统仍无法得到实际应用。另一方面，目前的波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing，WDM)网络的信道间隔都是国际电信联盟(International TelecommunicationsUnion，ITU)的50GHz或100GHz标准，不能充分满足超高速数据信号的传输。
基于此，将近两年来发展起来的新型光调制技术——光正交频分复用(Optical OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OOFDM)技术应用于长距离超高速主干光传输系统应运而生。由于光纤带宽与色散容限的平方成反比，信号带宽越小，色散容限就越大，能够容忍色散的能力就越强，OOFDM技术将高速、宽带信号划分成许多相互正交的子频带，这些子频带的信号带宽大大减小，从而使色散容限变大。应用OOFDM技术可以做到无色散补偿的高速光纤传输，同时对光放大器的要求又有所降低，既可以大量节省器件费用又能保证传输品质。OOFDM不仅保持了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术原有的频谱利用率高，抗多径衰落等优点，还可以有效地对抗由于光纤色散造成的符号间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)和载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)。
在OOFDM系统中，限制传输速率提高的主要因素在于发射端中数模转换器(DigitalAnalog Converter，DAC)和接收端中的模数转换器(Analog Digital Converter，ADC)的采样速率。如今的DAC(ADC)采样速率最高也只能达到30Gsamples/s左右，因此为了实现太比特速率的传输，必须降低OOFDM系统对DAC(ADC)采样速率的要求。因此，正交频带相干OOFDM太比特传输应运而生。正交频带相干OOFDM太比特传输的基本思想是在电域中并行生成多个相互正交的频带OFDM信号(RF-OFDM信号)，然后再上变频到光域通过正交频带复用形成RF-OBM-OOFDM信号，进行光传输。
正交频带相干OOFDM太比特传输中RF-OBM-COOFDM(射频-正交频带复用-相干光正交频分复用)发射机结构如图1所示，包括N个OFDM基带发射机、N个RF(Radio Frequency，射频)振荡源、N个电同相正交(In-phase and Quadrature，IQ)调制器，2N个DAC，以及电复用器、光调制器、激光器。太比特速率的数据流串并变换为N路数据流输入各OFDM基带发射机中，各OFDM基带发射机生成单路OFDM基带信号，OFDM基带信号经DAC后，输入对应的电IQ调制器。OFDM基带发射机输出的OFDM基带信号包含两路信号分量，分别为I路信号分量(同相分量)与Q路信号分量(正交分量)。各电IQ调制器接收来自不同RF振荡源的不同频率的RF载波，各OFDM基带发射机输出的两路OFDM基带信号分量通过电IQ调制器调制到不同频率的RF载波上，得到不同中心频率的正交频带OFDM电信号(RF-OBM-OFDM信号)，当RF载波频率间隔为OFDM基带信号子载波频率间隔的整数倍时可以保证不同OFDM频带中的各个子载波相互正交。各电IQ调制器输出频带OFDM信号至电复用器进行电域上的频带OFDM信号复用，并将复用后的正交频带OFDM电信号输入光调制器，光调制器通过接收激光器输出的光载波，将电域的频带OFDM信号上变频至光域形成RF-OBM-OOFDM信号。RF-OBM-COOFDM接收机结构为发射机的逆变换，如图2所示，包括光混频器、接收端本地激光器、光平衡探测器、带通滤波器阵列，N个电IQ解调器、N个RF振荡源、N个OFDM基带接收机，2N个ADC。光混频器、接收端本地激光器、光平衡探测器用于相干光检测，RF-OBM-OOFDM信号输入光混频器，光混频器将RF-OBM-OOFDM信号与本地激光器的输出进行混频并输出至光平衡探测器，光平衡探测器将接收到的光域信号下变频至电域并输出至带通滤波器阵列。带通滤波器阵列输出N路中心频率分别是发射端N个RF振荡源输出频率的频带OFDM电信号。N路频带OFDM电信号输入其对应的电IQ解调器。各电IQ解调器根据输入的RF载波对频带OFDM电信号进行解调，恢复出I路与Q路两路基带OFDM信号分量。两路基带OFDM信号分量通过各自的ADC输入OFDM基带接收机，OFDM基带接收机恢复的数据流再通过并串变换得到发送的太比特速率数据流。
由于上述传输方案将高速数据流的传输分配到多个正交OFDM频带上，各个OFDM频带承载的数据速率得以降低，从而降低了对基带OFDM收发机中DAC(ADC)采样速率的要求。同时，由于各个OFDM频带中的子载波是相互正交的，则可以降低各频带之间的保护间隔，提高系统的频带利用率。但是，从图1可以看出，该发射机需要多个RF振荡源，因此发射机结构较复杂。而且，由于各个RF振荡源都存在相互独立的相位噪声，在接收机的OFDM基带接收机中必须对各个正交OFDM频带分别进行相位估计，导致接收机结构亦较复杂。用此方案实现太比特速率传输存在一个关键的问题，即该方案对光电、电光转换器件的带宽要求在几百GHz左右，而现有器件制作工艺很难满足此要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种系统结构更为简单可行的太比特传输速率相干光正交频分复用系统。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，包括发射端、接收端，所述发射端包括发射端光载波生成模块、串并变换模块、基带OFDM电信号生成模块、正交频带OFDM光信号生成模块、光信号输出模块；发射端光载波生成模块包括发射端激光器、光梳生成器、光解复用器；
发射端光载波生成模块用于，发射端激光器发出的激光通过光梳生成器生成光频率梳，光解复用器将光频率梳中各个光频率分量分开并做作为正交频带OFDM光信号生成模块的光载波输入；
串并变换模块用于，将接收到的太比特速率数据流分为多路数据流，将分出的多路数据流输出至基带OFDM电信号生成模块；
基带OFDM电信号生成模块用于，将输入的每一路数据流生成对应的基带OFDM电信号，将生成的基带OFDM电信号作为正交频带OFDM光信号生成模块的调制信号输入；
正交频带OFDM光信号生成模块用于，接收不同频率的光载波输入，通过光IQ调制将输入的各基带OFDM电信号生成不同中心频率的相互正交的频带OFDM光信号，并输出至光信号输出模块；
光信号输出模块用于，将接收到的多路不同中心频率的正交频带OFDM光信号复用为一路光信号输出至光纤信道；
所述接收端包括正交频带OFDM光信号恢复模块、接收端本振光生成模块、光电探测模块、基带OFDM电信号解调模块、并串变换模块；接收端本振光生成模块包括接收端本地激光器、光梳生成器、光解复用器；
正交频带OFDM光信号恢复模块用于，将接收光信号通过解复用，恢复出正交频带OFDM光信号并输入光电探测模块；
接收端本振光生成模块用于，接收端本地激光器发出的激光通过光梳生成器生成光频率梳，光解复用器将光频率梳中各个光频率分量分开并做作为光电探测模块的本振光输入；
光电探测模块用于，将不同中心频率的正交频带OFDM光信号与接收端本振光生成模块输出的对应波长的本振光混频后进行相干检测，恢复出基带OFDM电信号并输出至基带OFDM电信号解调模块；
基带OFDM电信号解调模块用于，将输入的基带OFDM电信号进行模数转换，再对转换后的基带OFDM电信号进行基带处理，恢复出以数据流并输出至并串变换模块；
并串变换模块用于，将接收到多路并行的数据流合为一路，恢复出太比特速率数据流。
现有基于OBM-COOFDM传输方案需要多个射频振荡源来形成正交的OFDM频带。这就需要稳定的RF振荡源阵列，大大增加了发射机复杂度和成本，且各个RF振荡源互不相关，其相位噪声会降低系统的可靠性。本发明在单一光源的基础上，利用光梳生成器得到多个波长的光频率梳，并将其作为基带OFDM信号的光载波，在光域上产生了相互正交的OFDM频带，从而不需要现有技术中结构复杂的多个RF振荡源。本发明在不使用射频振荡器的情况下获得OBM-COOFDM光信号，大大降低了发射机的复杂度和成本，同时具有OBM-COOFDM良好的硬件可行性，降低了传统COOFDM太比特收发机对DAC和ADC采样速率的较高要求，并解决现有方案中高带宽光电、电光器件难以制作的问题，使得COOFDM技术可以在现有硬件基础上实现太比特速率的数据传输。
由于光梳生成器产生的多波长光梳频率间隔可调谐，为了保证各个频带OFDM光信号中的子载波互相正交，控制光梳生成器输出的多波长光梳频率间隔为基带OFDM信号子载波频率间隔的整数倍。
进一步的，为了使系统的频带利用率达到最高，控制光梳生成器输出的光梳频率间隔等于基带OFDM信号带宽(即可使相邻OFDM频带之间不需要保护间隔)。
可选的，所述基带处理包括激光器相位噪声估计与补偿，信道估计与补偿；所述基带OFDM电信号解调模块将输入的基带OFDM电信号经模数转换后，进行激光器相位噪声估计与补偿，以及信道估计与补偿，恢复出数据流。由于光梳生成器的多波长光载波来自同一个激光器，具有相同的相位噪声，因此具有良好的相干性，在接收端可以使用较简单的数字信号处理算法估计就能补偿激光器的相位噪声对传输系统的影响，大大提高了系统传输的可靠性。
可选的，为了避免接收端在每个基带OFDM接收机中分别进行相位噪声的估计和补偿，缩短接收端处理时延，在发送端光梳中选择一个光频不进行信号调制，在接收端增加了光注入相位锁定模块。发射端光载波生成模块将光频率梳中各个光频率分量分开后，将一路光频率分量作为光注入锁定光，不进行信号调制直接发送至光信号输出模块，其余光频率分量作为正交频带OFDM光信号生成模块的光载波输入；光信号输出模块将接收到的多路不同中心频率的正交频带OFDM光信号以及注入锁定光复用为一路光信号输出至光纤信道；所述光注入相位锁定模块用于，接收来自于光纤信道的光信号，分离出发射端光梳中未调制的用于注入锁定的光频，并将注入锁定光输入接收端本振光生成模块；将分离出注入锁定光后的光信号输入正交频带OFDM光信号恢复模块；接收端本振光生成模块还用于，利用注入锁定光锁定接收机中本地激光器的输出激光的相位，经相位锁定后的激光通过光梳生成器生成光频率梳。经光注入相位锁定后，生成的光频率梳与发射端的光频率梳具有良好的相干性(具有相同的相位噪声)，因此基带OFDM电信号解调模块在进行基带处理时不再需要进行激光器相位噪声估计与补偿，降低了接收端实现的复杂度。
具体的，光注入相位锁定模块包括反射窄带光滤波器，反射窄带光滤波器的输入端接收来自于从光纤信道中接收到的光信号，反射窄带光滤波器的反射输出端与接收端本振光生成模块中的接收端本地激光器的注入锁定光输入端相连，反射窄带光滤波器的透射输出端与正交频带OFDM光信号恢复模块的光信号输入端相连。
本发明的有益效果是，降低了太比特传输速率COOFDM系统发射机的复杂度和成本，提高了系统传输的可靠性和系统实现可行性。进一步的，接收机采用注入相位锁定技术，省去了基带处理中对激光器相位噪声估计和补偿的步骤，减少了对接收机中数字信号处理器资源的占用，并有效地降低收发端的处理时延，降低了接收机实现的复杂度。同时，由于注入相位锁定，系统对激光器相位噪声的容限提高，就可以使用更高阶的调制技术来提高频谱使用效率。
附图说明
图1为现有技术中采用射频振荡器阵列的OBM-COOFDM发射机结构图；
图2为现有技术中采用射频振荡器阵列的OBM-COOFDM接收机结构图；
图3为本发明实施例1的发射机原理图；
图4为本发明实施例1的接收机原理图；
图5为本发明实施例1的发射机结构图；
图6为本发明实施例1的接收机结构图；
图7为本发明实施例2的发射机原理图；
图8为本发明实施例2的接收机原理图；
图9为本发明实施例2的发射机结构图；
图10为本发明实施例2的接收机结构图。
具体实施方式
实施例1
本发明的基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统包括发射端、接收端，发射端包括发射端光载波生成模块、基带OFDM电信号生成模块、正交频带OFDM光信号生成模块、光信号输出模块、串并变换模块，如图3所示。接收端包括正交频带OFDM光信号恢复模块、接收端本振光生成模块、光电探测模块、基带OFDM电信号解调模块、并串变换模块，如图4所示。
发射端的具体结构如图5所示：发射端光载波生成模块包括发射端激光器、光梳生成器、光解复用器；基带OFDM电信号生成模块包括2N个数模转换器、N个OFDM基带发射机；正交频带OFDM光信号生成模块包括N个光IQ调制器，光信号输出模块包括光复用器；N为大于2的正整数；
太比特速率数据流被串并变换模块分成N路低速数据流，并将N路数据流分别输入各OFDM基带发射机的输入端，每一路数据流生成对应的基带OFDM电信号，各OFDM基带发射机的I路输出端、Q路输出端通过DAC分别连接光IQ调制器的I路输入端、Q路输入端；各光IQ调制器的光载波输入端连接光解复用器的对应输出端，将生成的基带OFDM电信号作为IQ解调器的调制信号输入；发射端激光器的输出端连接光梳生成器的输入端，发射端激光器发出的激光通过光梳生成器生成光频率梳，光梳生成器的输出端连接光解复用器的输入端，光解复用器将光频率梳中各个光频率分量分开并分别做作为N个光IQ解调器的的光载波输入，各光IQ调制器接收不同频率的光载波输入，通过IQ调制将输入的基带OFDM电信号生成不同中心频率的相互正交的频带OFDM光信号，各光IQ调制器的输出端连接光复用器的对应输入端，光IQ调制器将生成的不同中心频率的N路正交频带OFDM光信号输入光复用器；光复用器将接收到的多路不同中心频率的正交频带OFDM光信号复用为一路光信号通过光缆输出至接收端。
接收端的具体结构如图6所示：接收端中，接收端本振光生成模块包括接收端本地激光器、光梳生成器、光解复用器；正交频带OFDM光信号恢复模块包括光解复用器，光电探测模块包括N个光混频器、2N个光平衡探测器，基带OFDM电信号解调模块包括2N个模数转换器、N个OFDM基带接收机；
从光纤信道中接收到的光信号输入光解复用器的输入端，光解复用器将光信号通过频谱解复用，划分出N路正交频带OFDM光信号并输入对应光混频器的光信号输入端；接收端本地激光器发出的激光通过光梳生成器生成光频率梳，光解复用器将光频率梳中各个光频率分量分开，从而得到N路光频输出，此N路输出作为对应光混频器的本振光输入；各光混频器的I路信号和Q路信号输出端分别连接一个光平衡探测器，各光平衡探测器的输出端分别连接对应OFDM基带接收机的I路输入端、Q路输入端。不同中心频率的正交频带OFDM光信号与对应频率的本振光混频后进行相干检测，将OFDM频谱从光域搬移至电域，恢复出基带OFDM电信号；恢复出的基带OFDM电信号通过ADC进行模数转换后，输出至OFDM基带接收机，OFDM基带接收机对基带OFDM电信号进行基带处理，恢复出原始的数据流，并通过并串转换器得到原始的太比特速率数据流。
光梳生成器常有两种实现方法，锁模激光器实现方法和深度电光调制(即调制指数较大)实现方法。
实施例1所进行基带处理包括激光器相位噪声补偿、光纤色散补偿等处理。由于发射机中的发送端激光器和接收端本地激光器都存在相位噪声，且两者的相位差是随机的，因此在数据恢复过程(基带处理)中必须对其相位差进行估计和补偿。在本实施例中，利用导频进行激光器相位噪声估计。在各个正交的OFDM频带中插入适当的导频，并在OFDM基带接收机中利用导频子载波传输的已知数据进行激光器相位噪声估计，得到各个OFDM频带中由激光器相位噪声造成的相位偏移量。
正交OFDM频带是在光域上产生的，由于使用了光梳生成器，连续波激光器输出的激光首先通过光梳生成器，得到超平坦的光频率梳，然后对功率相近的各个光频进行解复用，即将光梳生成器输出光谱中的各个光频率分量分开，作为各个基带OFDM电信号的光载波，实现了由单一光源产生多个光波长的光载波。太比特传输速率的数据流首先被分成多路并行低速数据流，由于每个波长实际承载的数据流速率得到降低，因而可以降低OFDM基带发射机对DAC采样速率的要求。将其生成多路基带OFDM电信号，各路基带OFDM电信号通过光IQ调制器调制到光梳生成器产生的具有相同频率间隔的光载波上，得到包含有多个OFDM频带的OOFDM信号。当光梳生成器输出的平坦光频梳频率间隔是基带OFDM信号子载波频率间隔的整数倍时，各个OFDM频带中的子载波相互正交。由于光梳产生器生成的多波长光梳频率间隔可调谐，当其频率间隔等于基带OFDM电信号频带宽度时(即相邻OFDM频带间不需要插入保护间隔)可以最大程度上利用系统频带资源，从而大大提高了系统频带利用率。在此基础上，可以合理设计OFDM频带宽度，降低OFDM信号中循环前缀造成的开销(因为OFDM频带的宽度和循环前缀的长度是成正比的)，从而提高系统的利用率。由于光梳产生器生成的多波长光载波来自同一个激光器，因此具有良好的相干性(也是前述实现正交频带复用的基础)，在接收端可以使用较简单的数字信号处理算法估计和补偿激光器的相位噪声造成的相位偏移，大大提高了系统传输的可靠性，并为实施例2使用光注入相位锁定技术创造了可行条件。
实施例2
实施例1的接收端需要对发射端激光器和接收端本地激光器的相位噪声差进行估计和补偿，处理过程是在OFDM基带接收机的数字信号处理器中完成。由于需要在每个基带OFDM信号中分别进行激光器相位噪声估计和补偿的基带处理，使得接收端的处理时延较长，且需要较为精准的相位估计算法。因此，实施例2的接收端采用了光注入锁定技术，只需要提取出接收光信号中未调制的光载波即可完成接收端本地激光器的注入相位锁定。实施例2与实施例1相比，在发送端光梳中保留了一个光频(光载波)不进行调制，在接收端增加了光注入相位锁定模块。如图7所示，发射端包括发射端光载波生成模块、基带OFDM电信号生成模块、正交频带OFDM光信号生成模块、光信号输出模块、串并变换模块，发射端光载波生成模块将光频率梳中各个光频率分量分开后，将一个光频率分量(波长为λN/2的光频率分量)作为注入锁定光，并将其直接发送至光信号输出模块，其余光频率分量(除λN/2外的其余光频率分量)做作为正交频带OFDM光信号生成模块的光载波输入；光信号输出模块将接收到的多路不同中心频率的正交频带OFDM光信号以及注入锁定光复用为一路光信号输出至光纤信道。
如图8所示，接收端包括光注入相位锁定模块、接收端正交频带OFDM光信号恢复模块、接收端本振光生成模块、光电探测模块、基带OFDM电信号解调模块、并串变换模块。光注入相位锁定模块用于接收光纤信道传输来的光信号，分离出发射端未调制的注入锁定光(波长为λN/2的光频率分量)，并将注入锁定光输入接收端本振光生成模块；分离出注入锁定光后的光信号(此时的光信号里包含了承载数据的正交频带OFDM信号，只是其中的OFDM频带的中心频率在除λN/2之外的其它光频处)输入正交频带OFDM光信号恢复模块；接收端本振光生成模块利用注入锁定光锁定激光器输出激光的相位，经相位锁定后的激光通过光梳生成器生成光频率梳。
由于发射端光梳中的多个光载波(光频率分量)具有较好的相干性(均来自于同一个激光器)，因此可以利用注入锁定后的接收端本地激光器产生的光梳作为本振光实现相干检测(因为在注入锁定后，接收端的本地激光器和注入光载波(发射端未调制的光梳分量)以及各正交频带OFDM光信号的光载波具有同一偏振方向和固定的相位关系)。因此，在接收端采用光注入锁定方法，省去了激光器相位噪声估计和补偿的步骤，减少了对接收机中数字信号处理器资源的占用，并有效地降低收发端的处理时延，从而降低了接收机实现的复杂度。
如图9所示的发射端中，发射端光载波生成模块包括发射端激光器、光梳生成器、光解复用器；基带OFDM电信号生成模块包括2(N-1)个数模转换器、N-1个OFDM基带发射机；正交频带OFDM光信号生成模块包括N-1个光IQ调制器，光信号输出模块包括光复用器；光解复用器输出的N路光频率分量中，预留了一个光频(波长为λN/2的光频率分量)不进行调制直接输入光复用器，为实现光注入相位锁定创造了条件；光解复用器输出的另外的N-1路光频率分量用于输入至光IQ调制器的光载波输入端；太比特速率数据流分成N-1路低速数据流，并将N-1路数据流分别输入各OFDM基带发射机的输入端，每一路数据流生成对应的基带OFDM电信号，各OFDM基带发射机的I路输出端、Q路输出端通过DAC分别连接光IQ调制器的I路输入端、Q路输入端；各IQ解调器接收不同频率的光载波输入，通过IQ调制将输入的基带OFDM电信号生成不同中心频率的相互正交的频带OFDM光信号，各光IQ调制器的输出端连接光复用器的对应输入端，光IQ调制器生成的不同中心频率的N-1路相互正交的频带OFDM光信号输入光复用器；光复用器将接收到的N-1路不同中心频率的正交频带OFDM光信号与一路注入锁定光复用为一路光信号输入至光纤信道。
如图10所示的接收端中还包括光带通滤波器，光注入相位锁定模块包括第一光环形器、第二光环形器、反射窄带光滤波器；接收端本振光生成模块包括接收端本地激光器、光梳生成器、光解复用器；正交频带OFDM光信号恢复模块包括光解复用器；光电探测模块包括N-1个光混频器、2(N-1)个光平衡探测器，基带OFDM电信号解调模块包括2(N-1)个模数转换器、N-1个OFDM基带接收机。
从光纤信道中接收到的光信号通过光带通滤波器滤除带外噪声后输入第一光环形器的第一输入端，并通过第一光环形器的第一输出端进入反射窄带光滤波器的输入端，反射窄带光滤波器的反射输出端与第一光环形器的第二输入端相连，将反射输出的波长为λN/2的光频率分量通过第一光环形器的第二输出端传送至第二光环形器的第一输入端，波长为λN/2的光频率分量通过第二光环形器的第一输入端发射至接收端本地激光器的注入锁定输入端，即未调制的波长为λN/2的光频率分量被反射窄带光滤波器滤出，并注入到接收端的本地激光器实现波长为λN/2的光频率分量与接收端本地激光器输出连续光波的相位锁定；反射窄带光滤波器的透射输出端与正交频带OFDM光信号生成模块输入端相连。光解复用器将透射输出光信号进行解复用，恢复出N-1路正交频带OFDM光信号并输入对应光混频器的光信号输入端；接收端本地激光器发出的激光通过光梳生成器生成光频率梳，光解复用器将光频率梳中各个光频率分量分开N-1路输出，此N-1路输出作为对应光混频器的本振光输入；不同中心频率的正交频带OFDM光信号与对应频率的本振光混频后进行相干检测，将各个正交OFDM频带从光域搬移至电域，恢复出基带OFDM电信号；恢复出基带OFDM电信号通过ADC进行模数转换后，输出至OFDM基带接收机，OFDM基带接收机对基带OFDM电信号进行基带处理，并通过并传转换模块得到太比特数据流。
注入相位锁定后的接收端本地激光器通过光梳生成器产生具有良好相干性的光频梳，该光频梳通过解复用器后与各个正交频带OOFDM信号进行混频，得到的基带OFDM电信号采样后输入OFDM基带接收机进行数据恢复。由于实现并采用了光注入锁定技术，OFDM基带接收机在进行基带处理时不需要进行激光器相位噪声的估计与补偿，大大降低了接收机中数字信号处理的复杂度，提高了接收机数据处理的能力。另外，光注入锁定提高了系统对激光器相位噪声的容限，一方面可以降低对激光器的带宽的要求，另一方面可以使用更高阶的调制格式，从而提高系统的频谱使用效率。

Claims (8)

1.基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，包括发射端、接收端，其特征在于，所述发射端包括发射端光载波生成模块、串并变换模块、基带OFDM电信号生成模块、正交频带OFDM光信号生成模块、光信号输出模块；发射端光载波生成模块包括发射端激光器、光梳生成器、光解复用器；
发射端光载波生成模块用于，发射端激光器发出的激光通过光梳生成器生成光频率梳，光解复用器将光频率梳中各个光频率分量分开并做作为正交频带OFDM光信号生成模块的光载波输入；
串并变换模块用于，将接收到的太比特速率数据流分为多路数据流，将分出的多路数据流输出至基带OFDM电信号生成模块；
基带OFDM电信号生成模块用于，将输入的每一路数据流生成对应的基带OFDM电信号，将生成的基带OFDM电信号作为正交频带OFDM光信号生成模块的调制信号输入；
正交频带OFDM光信号生成模块用于，接收不同频率的光载波输入，通过IQ调制将输入的各基带OFDM电信号生成不同中心频率的相互正交的频带OFDM光信号，并输出至光信号输出模块；
光信号输出模块用于，将接收到的多路不同中心频率的正交频带OFDM光信号复用为一路光信号输出至光纤信道；
所述接收端包括正交频带OFDM光信号恢复模块、接收端本振光生成模块、光电探测模块、基带OFDM电信号解调模块、并串变换模块；接收端本振光生成模块包括接收端本地激光器、光梳生成器、光解复用器；
正交频带OFDM光信号恢复模块用于，将接收光信号通过解复用，恢复出正交频带OFDM光信号并输入光电探测模块；
接收端本振光生成模块用于，接收端本地激光器发出的激光通过光梳生成器生成光频率梳，光解复用器将光频率梳中各个光频率分量分开并做作为光电探测模块的本振光输入；
光电探测模块用于，将不同中心频率的正交频带OFDM光信号与接收端本振光生成模块输出的对应波长的本振光混频后进行相干检测，恢复出基带OFDM电信号并输出至基带OFDM电信号解调模块；
基带OFDM电信号解调模块用于，将输入的基带OFDM电信号进行模数转换，再对转换后的基带OFDM电信号进行基带处理，恢复出原始数据流并输出至并串变换模块；
并串变换模块用于，将接收到多路并行的比特数据流合为一路，恢复出太比特速率数据流。
2.如权利要求1所述基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，其特征在于，发送端中，基带OFDM电信号生成模块包括数模转换器、OFDM基带发射机；正交频带OFDM光信号生成模块包括光IQ调制器；光信号输出模块包括光复用器；
太比特速率数据流分成的N路并行数据流，分别输入各OFDM基带发射机的输入端，各OFDM基带发射机的I路输出端、Q路输出端通过数模转换器分别连接光IQ调制器的I路输入端、Q路输入端；各光IQ调制器的光载波输入端连接光解复用器的对应输出端；发射端激光器的输出端连接光梳生成器的输入端，光梳生成器的输出端连接光解复用器的输入端；各光IQ调制器的输出端连接光复用器的对应输入端；光复用器的输出端通过光缆连接至接收端；所述N为2以上的整数；
接收端中，正交频带OFDM光信号恢复模块包括光解复用器；光电探测模块包括光混频器、光平衡探测器；基带OFDM电信号解调模块包括模数转换器、OFDM基带接收机；
接收到的光信号输入光解复用器的输入端，光解复用器的输出端分别与对应的光混频器的信号光输入端相连；接收端本地激光器的输出端连接光梳生成器的输入端，光梳生成器的输出端连接对应的光混频器的本地光输入端；各光混频器的I路和Q路输出端连接对应光平衡探测器的输入端，由光平衡探测器探测到的光混频器I路和Q路输出分别连接对应OFDM基带接收机的I路输入端、Q路输入端。
3.如权利要求1所述基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，其特征在于，光梳生成器输出的多波长光梳频率间隔为基带OFDM电信号子载波频率间隔的整数倍。
4.如权利要求3所述基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，其特征在于，光梳生成器输出的光梳频率间隔等于OFDM信号带宽。
5.如权利要求1或2所述基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，其特征在于，所述基带处理包括激光器相位噪声估计与补偿，信道估计与补偿；所述基带OFDM电信号解调模块将输入的基带OFDM电信号经模数转换后，进行激光器相位噪声估计与补偿，信道估计与补偿，从而恢复出数据流。
6.如上述任意一项权利要求所述基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，其特征在于所述接收端还包括光注入相位锁定模块；
发射端光载波生成模块还用于，将光频率梳中各个光频率分量分开后，将一路光频率分量不进行信号调制而作为注入锁定光，发送至光信号输出模块，其余光频率分量作为正交频带OFDM光信号生成模块的光载波输入；
光信号输出模块还用于，将接收到的多路不同中心频率的正交频带OFDM光信号以及注入锁定光复用为一路光信号输出至光纤信道；
光注入相位锁定模块用于，接收信号光，分离出在发射端未进行信号调制的注入锁定光，并将其输入接收端本振光生成模块；将分离出注入锁定光后的光信号输入正交频带OFDM光信号恢复模块；
接收端本振光生成模块还用于，利用注入锁定光锁定本地激光器的输出激光的相位，经相位锁定后的激光通过光梳生成器生成光频率梳。
7.如权利要求6所述基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，其特征在于，所述光注入相位锁定模块包括反射窄带光滤波器(比如光纤布拉格光栅)，反射窄带光滤波器的输入端接收来自于光纤信道的光信号，反射窄带光滤波器的反射输出端与接收端本振光生成模块中的接收端本地激光器的锁定光注入端相连，反射窄带光滤波器的透射输出端与正交频带OFDM光信号恢复模块的光信号输入端相连。
8.如权利要求7所述基于光梳的太比特传输速率相干光正交频分复用系统，其特征在于，所述接收端还包括光带通滤波器，来自于光纤信道的光信号通过光带通滤波器输入光注入相位锁定模块。
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