CN102265540B - 光发送器以及光ofdm通信系统 - Google Patents

Abstract

一种光OFDM通信系统，不扩宽信号频带而降低光电变换中产生的副载波间干涉引起的接收信号失真。在发送器内部的发送信号处理部(100)中设置失真产生电路(失真生成部)(170)。使用副载波信号作为该电路的输入信号。失真生成部(170)使用输入信号通过逆FFT运算而生成基带OFDM信号，并取该信号的绝对值的平方，通过FFT运算而返回副载波信号。因为在该信号中也包含副载波间干涉，所以如果取与输入信号的差，就能够取出由副载波间干涉产生的失真成分。将从本来应通信的数据进行调制后的副载波信号中减去了该失真成分而得到的信号作为发送信号。发送信号在接收器被进行光电变换。此时产生的副载波间干涉与不实施上述处理的情况下相比变小。

Description

光发送器以及光OFDM通信系统

技术领域

本发明涉及光发送器以及光OFDM通信系统，尤其涉及使用了多载波的光通信系统的光发送器，更具体而言，涉及在使用了直接检波接收方式的光OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、正交频分复用）通信系统中降低副载波间干涉的影响的光发送器以及光OFDM通信系统。

背景技术

到目前为止实用化的光通信系统，应用着使用光强度的二进制调制解调技术。具体而言，在发送侧将数字信息的“0”和“1”变换为光强度的开-关并向光纤发送，在光纤中传播的光在接收侧被光电变换，从而复原为原来的信息。近年，随着因特网的爆发式普及，光通信系统中所要求的通信容量飞跃式增长。相对于通信容量的大容量化的要求，到目前为止以使光的开-关速度、即调制速度上升的方式进行应对。但是，在使调制速度上升以实现大容量化的方法中，一般存在如下所述的课题。

存在使调制速度上升时、由光纤的波长色散所限制的可传送距离缩短这样的课题。一般地由波长色散所限制的传送距离按比特率的平方而变短。也就是说，比特率变成2倍时，由波长色散所限制的传送距离变成1/4。同样，也存在使调制速度上升时、由光纤的偏振色散所限制的可传送距离缩短这样的课题。一般地比特率变成2倍时，由偏振色散所限制的传送距离变成1/2。若具体地表示波长色散的影响，通常，当比特率为10Gbps并使用色散光纤时，由波长色散所限制的传送距离为60km，但如果是比特率为40Gbps的系统，则其距离大概缩短为4km。进一步在第二代100Gbps系统的情况下，由波长色散所限制的传送距离变成0.6km，这样的话，不能够实现传送距离为500km左右的干线光通信系统。为了建造超高速的干线光通信系统，目前为了消除传送路径的波长色散，在中继器或收发机中设置具有负波长色散的称作所谓的色散补偿光纤的特殊光纤。该特殊纤维价格高，而且需要在各区域设置多少（色散补偿光纤的长度）该色散补偿光纤这样的高级设计，上述两者提高了光通信系统的价格。

因此，最近作为使通信容量增加的光调制解调方式，使用了OFDM技术的光通信系统的研究正显露头角。OFDM技术是通过将在一个码元时间内正交的、即具有一个码元时间的倒数的整数倍的频率的多个正弦波（将其称作副载波）中的每个正弦波的振幅和相位设定为规定的值，由此载入（调制）信息，通过集束了这些副载波的信号来调制载波并进行发送的技术。该OFDM技术在电话局和家庭之间通信的VDSL（Very high bit rateDigital Subscriber Line、甚高速数字用户专线）系统、家庭内的电力线通信系统以及地面波数字TV系统中使用并实用化。而且也打算在下一代便携电话系统中使用。

光OFDM通信系统是将光作为载波而应用了OFDM技术的通信系统。在OFDM技术中，如上所述，使用多个副载波，而且各自的副载波的调制方式例如可以应用4-QAM、8-PSK或16-QAM等多值调制方式，所以一个码元时间比比特率的倒数长很多。作为其结果，由上述波长色散或偏振色散所限制的传送距离与光通信系统所设想的传送距离（例如，在国内的干线系统中为500km）相比变得足够长，而不需要上述色散补偿光纤。结果，存在能够实现低成本光通信系统的可能性。若要表示具体的数值例，则考虑以光OFDM技术实现例如10Gbps的比特率的光通信系统的情况。如果设副载波数为10、设各副载波的调制为4-QAM，则一个码元速度变成500MBaud。由该情况下的波长色散所限制的传送距离为将10Gbps的光通信系统进行以往的开-关调制的OOK（On-Off Keying)方式的（10/0.5）²=400倍、即成为24000km，能够不使用高价的色散补偿光纤而实现传送距离500km的国内干线系统，能够建造低成本光通信系统。

另外，光OFDM通信系统根据光信号的接收方式能够分类为两种。一种是直接检波接收方式，另一种是相干接收方式。本发明是涉及使用了直接检波接收方式的光OFDM通信系统的发明。

由图3示出该系统的结构图。当本来应该通信的数据由输入端子9输入到发送器1时，在发送器1内部的发送信号处理部100被变换成基带OFDM信号，该信号由激励放大器2放大并由光调制器4承载于作为载波的光上而生成光OFDM信号。该光OFDM信号通过作为传送路径的光纤5到达接收器6。光OFDM信号通过光电二极管7被直接检波接收并变换成电信号。该电信号理想上来讲是上述的基带OFDM信号，该信号由前置放大器6放大，而后由接收信号处理部200解调为本来应通信的数据并由输出端子10输出。

在图5中示出发送信号处理部100的功能结构图，在图6中示出接收信号处理部200的功能结构图。应通信的数据首先在串并行变换部110被变换成2N个并行数据。在此，N是承载数据的副载波的个数。在副载波的调制为4-QAM的情况下是2N个并行数据，但在例如16-QAM的情况下是4N个。即、串行数据变换成“1个码元周围的位数×副载波的个数”个并行数据。副载波调制部120使用该并行数据对N根副载波进行调制。该被调制后的副载波由逆FFT部130变换为时间轴的数据，之后由并行-串行变换部140变换为串行数据。该串行数据由循环前缀插入部150插入循环前缀，通过D/A变换部160并作为模拟信号而向激励放大器发送信号。

在接收信号处理部200中，将前置放大器所放大的接收电信号通过A/D变换部210变换成数字信号，由循环前缀消除部220消除循环前缀，之后由串行-并行变换部230变换成N个并行数据。这些并行数据在FFT部240中被分离成N个副载波信号，由副载波解调部250对承载于各副载波的数据进行解调，并通过并行-串行变换部260变换成串行信号。

为了避免光纤的波长色散的影响，在光纤5中传播的光OFDM信号的光谱使用单边带调制方式。在图8中示出该情况下的光OFDM信号的光谱。在光的载波的高频侧排列有副载波信号（也可以在低频侧配置副载波）。该光OFDM信号的光谱具有以间隔为1个码元时间Ts的倒数Δ而等间隔排列的多个副载波信号。在设副载波的根数为N时，光OFDM信号所占的信号频带B大约为N×Δ。在对该信号进行直接检波接收的情况下，因通过光电二极管进行的直接检波即光电变换而产生副载波之间的差拍信号（拍频信号），该差拍信号与本来要接收的副载波信号干涉，使接收信号失真，结果引起接收灵敏度恶化。

该课题（以下称作副载波间干涉（ICI）带来的灵敏度恶化）到目前为止示出有例如如下4种解决方法。

第一方法是例如在非专利文献1中示出的保护频带方式。分别在图10（a）和（b）中示出在该方式下生成的基带OFDM信号的光谱的示意图和对该信号进行了直接检波接收的情况下产生的接收电信号的的示意图。在该方式中，对承载有本来通信的信号的副载波信号设置信号频带B大小的保护频带而从直流中分离。将其变换为光OFDM信号并发送，进行直接检波。在该情况下，副载波间干涉（ICI）在从直流到信号频带B之间产生，与承载有本来要通信的数据的副载波在频率上不同而不会引起干涉。

第二方法是在非专利文献2中示出的保护频带方式。在该方式中，使基带OFDM信号的光谱具有保护频带的方式与第一方法相同，但是在该方法中，将光调制器4的偏置点设定在不产生光载波的所谓的透射特性的零点（透射比为零），使用基带的某个频率（例如-fc）成分作为载波，从该载波中设定信号带宽B大小的保护频带，由此在高频侧配置承载信号的副载波。在图11的（a）和（b）中分别示出具体的基带OFDM信号的光谱的示意图和对该信号进行光传送并直接接收的情况下的电信号的光谱。本方法与上述第一方法的不同之处在于，基带OFDM信号的偏移-fc。因此，进行了直接检波接收的电信号的光谱变得相同（参照图10（b）和图11（b））。

第三方法同样在非专利文献2示出。在该解决方案中，使用将第一、第二方法的保护频带配置在信号所承载的副载波之间的信号。在图12（a）和（b）中示出具体的频率配置。在发送侧的基带OFDM信号的光谱（a）中，将信号所承载的副载波的间隔空出为2×Δ。将该信号变换为光OFDM信号并发送、进行直接检波接收，产生的电信号波谱成为图12（b）。副载波间干涉（ICI）在信号所承载的副载波成分之间产生，不会引起与信号的干涉。

第四方法在非专利文献3中示出，光OFDM信号的波谱为图8那样。第四方法是如下方法：在接收器中，在进行通常的信号处理并进行了副载波的解调后，使用该解调后的数据通过信号处理来生成副载波间干涉的失真成分，通过从接收的信号减去该副载波间干涉的失真成分，由此降低副载波间干涉的影响。

非专利文献1：A.J.Lowery、L.Du、and J.Armstrong、“OrthogonalFrequency Division Multiplexing for Adaptive Dispersion Compensation inLong Haul WDM Systems”、OFC2006、Postdeadline Papers、PDP39、2006

非专利文献2：W.Peng、X.Wu、and V.R.Arbab、et al、“ExperimentalDemonstration of a Coherently Modulated and Directly Detected OpticalOFDM Systems Using an RF-Tone Insertion”、OFC2008、OMU2、2008

非专利文献3：W.Peng、X.Wu、V.R.Arbab、et al、“ExperimentalDemonstration of340km SSMF Transmission Using a Virtual Single SidebandOFDM Signal that Employs Carrier Suppressed and Iterative DetectionTechniques”、OFC2008、OMU1、2008

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述第一到第三方法中，通过使用保护频带，发送信号的频带扩展到具有本来信号的频带B的2倍。由此，在将该OFDM传送技术应用到波分复用传输系统的情况下，存在能够由一根光纤发送的总传送容量变成一半这样的课题。而且，在上述第四方法中，由于从对接收信号进行解调后的信号中提取由副载波间干涉引起的失真成分，所以存在以下课题：由于杂音而使用错误的解调信号来提取失真成分，从而不能提取到正确的失真成分。

本发明是鉴于上述问题点而做出的，其一个目的在于提供一种光发送器以及光OFDM通信系统，在使用了直接检波接收方式的OFDM通信系统中，能够不受传送路径以及接收器中的杂音的影响而减小由副载波间干涉引起的接收信号的失真，能够降低接收灵敏度恶化。本发明的另一个目的在于使光OFDM信号的光谱频带宽度为本来的原信号频带宽度B而进行通信。而且，本发明的另一个目的在于，在使用该技术建造波分复用通信系统的情况下，使一根光纤能够通信的传送容量成为现有的使用保护频带的光OFDM通信系统的2倍。另外，本发明的另一个目的在于，不依赖于用于光OFDM通信系统的设备例如光电二极管、光调制器、激励放大器、前置放大器等的特性的个体差、温度等环境的变化带来的特性变化、随时间变化，来降低由光电变换产生的副载波间干涉的影响。

用于解决课题的方案

在本发明中，在发送信号处理部生成在光电变换时产生的副载波间干涉的失真成分，从应通信的数据所承载的副载波信号中减去该副载波间干涉的失真成分并进行发送。本发明的光OFDM信号的光谱与图8相同，并在图9中示出基带OFDM信号的单边带光谱。以下，更具体地叙述用于解决课题的方案。

在发送器内部的发送信号处理部中设置失真产生电路（失真生成部）。使用以数据进行调制而得到的副载波信号作为该电路的输入信号。在失真生成部中，使用该输入信号通过逆FFT运算而生成基带OFDM信号，为了使之与光电变换同样动作而取该信号的绝对值的平方，通过FFT运算返回副载波信号。因为在该信号也包含由光电变换生成的副载波间干涉，所以如果取与输入信号即应通信的信号的差，就能够取出由副载波间干涉产生的失真成分。失真生成部的输出是各副载波的失真成分。将从以本来应通信的数据进行调制而得到的副载波信号中减去该失真成分而得到的信号作为发送信号。此时，发送信号在失真的状态下被发送，但是如果通过接收器的光电二极管进行光电变换，其结果，产生的电信号的副载波间干涉与不实施上述信号处理的情况下相比变小。

以下，使用公式对于本发明涉及的失真的产生机理以及失真的除去进行说明。图8的光OFDM信号的电场可由下式表示。

［公式1］

$E\left(t\right)=[c_0+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_k\exp \left(j2\mathrm{\πk\Δt}\right)]\·\exp \left(j2\mathrm{\π}{f}_{0}t\right)$      式(1)

在此，c₀表示光的载波振幅，c_k表示各副载波的调制成分（例如4-QAM），Δ表示副载波的频率差，f₀表示光的载波频率。

对该信号进行直接检波接收时，其光电流可用下式（2）表示。

［公式2］

$\begin{array}{c}i\left(t\right)=R\·{\left|E\left(t\right)\right|}^2\\ =R\·[{\left|c_0\right|}^2+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|c_k\right|}^2+{c_0}^{*}\·\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(c_k+{\mathrm{\δ}}_k)\·\exp \left(j2\mathrm{\πk\Δt}\right)+c_0\·\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}({c_k}^{*}+{{\mathrm{\δ}}_k}^{*})\·\exp (-i2\mathrm{\πk\Δt})\\ +c_0\·{c_N}^{*}\·\exp (-j2\mathrm{\πNt})+{c_0}^{*}\·c_N\·\exp \left(j2\mathrm{\πNt}\right)]\end{array}$

        式(2)

在此，R是包含光电二极管的量子效率、光纤与光电二极管之间的光学耦合效率的比例常数，*表示复数共轭。而且，δ_k由下式给出。

［公式3］

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\δ}}_k=\frac{1}{{c_0}^{*}}\·\underset{k^{\′}=k+1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c_{k^{\′}}\·c_{k^{\′}-k}}^{*},& (k=\mathrm{1,2},...N-1)\end{array}$    式(3)

从式（2）可知，在进行了直接检波接收后的光电流中，除了想要通信的本来的信号c_k以外，还产生δ_k这一多余的成分。从式（3）来看，可知该多余的成分是载波间的差拍信号的和。这是由直接检波接收生成的失真成分。

本发明例如通过使该失真成分δ_k在发送器内部的失真生成电路中产生，并从本来想发送的信息信号c_k减去该失真成分δ_k后进行发送，由此可以将该失真成分抑制得较小。

为了较好地推测，以下将副载波的数目（N）缩减到2来说明本发明的动作原理。在发送器的内部对各副载波施加了调制后而变换成串行信号的信号V（t）可用下式表示。

［公式4］

V(t)=c0+c₁·exp(j2πΔt)+c₂·exp(j2π2Δt)    式(4)

如果对该信号进行平方律检波则变成下式。

［公式5］

$\begin{array}{c}{\left|V\left(t\right)\right|}^2={\left|c_0\right|}^2+{\left|c_1\right|}^2+{\left|c_2\right|}^2+{c_0}^{*}\·(c_1+{\mathrm{\δ}}_1)\·\exp \left(j2\mathrm{\π\Δt}\right)+c_0\·({c_1}^{*}+{{\mathrm{\δ}}_1}^{*})\·\exp (-j2\mathrm{\π\Δt})\\ +{c_0}^{*}\·c_2\·\exp \left(j2\mathrm{\π}2\mathrm{\Δt}\right)+c_0\·{c_2}^{*}\·\exp (-j2\mathrm{\π}2\mathrm{\Δt})\end{array}$   式(5)

在该式中，频率Δ的成分除了c₁以外还生成有失真成分δ₁。在此，失真成分δ₁是

［公式6］

${\mathrm{\δ}}_1=\frac{1}{{c_0}^{*}}\·c_2\·{c_1}^{*}$    式(6)

由此来看，可知生成了由式（3）求出的通过直接检波接收产生的载波间干涉引起的失真式（3）。

将失真从作为本来信息想要发送的信号c₁中减去该失真成分δ₁。将减去该失真而得到的信号作为d₁。

［公式7］

d₁＝c₁-δ₁       式(7)

另外，因为信号c₂没有接受失真，所以d₂=c₂。

使用该失真了的信号（d₁、d₂）进行光OFDM通信。该情况下的光OFDM信号用下式表示。即、是如下公式。

［公式8］

$E\left(t\right)=[c_0+\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{d}_k\exp \left(j2\mathrm{\πk\Δt}\right)]\·\exp \left(j2\mathrm{\π}{f}_{0}t\right)$        式(8)

将该信号进行直接检波接收而获得的光电流是：

［公式9］

$\begin{array}{c}i\left(t\right)=R\·{\left|E\left(t\right)\right|}^2\\ =R\·[{\left|c_0\right|}^2+\underset{k=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|d_k\right|}^2+{c_0}^{*}\·(d_1+\frac{d_2\·{d_1}^{*}}{{c_0}^{*}})\·\exp \left(j2\mathrm{\π\Δt}\right)+c_0\·({d_1}^{*}+\frac{{d_2}^{*}\·d_1}{c_0})\·\exp (-i2\mathrm{\π\Δt})\\ +c_0\·{d_2}^{*}\·\exp (-j2\mathrm{\π}2t)+{c_0}^{*}\·d_2\·\exp \left(j2\mathrm{\π}2t\right)]\end{array}$

                       式(9)

在此，频率Δ的成分如果使用式（6）和（7），则成为

［公式10］

$d_1+\frac{d_2\·{d_1}^{*}}{{c_0}^{*}}=c_1-{\mathrm{\δ}}_1+\frac{c_2}{{c_0}^{*}}\·({c_1}^{*}-{{\mathrm{\δ}}_1}^{*})=c_1-{\mathrm{\δ}}_1+{\mathrm{\δ}}_1-\frac{{\left|c_2\right|}^2}{{\left|c_0\right|}^2}\·c_1=c_1\·(1-\frac{{\left|c_2\right|}^2}{{\left|c_0\right|}^2})$       式(10)

失真成分δ₁的确消失。通常|c₀|²>>|c₂|²，上式大致与c₁相等。这就是本发明的原理。

另外，对于式10的右边的较小成分|c₂|²/|c₀|²，如果副载波数增大则变得不可忽视。因此，通过多次进行该发送侧的失真生成并多次从本来的发送信号减去失真后进行发送，由此该较小的失真成分能够进一步消除。这也是本发明的一部分。而且，也可以使用切换器来控制反复进行失真的生成的次数。

如从式（10）可知那样，本发明的预失真引起的失真成分的消除不依赖于式（2）的R。也就是说，本发明不依赖于直接接收器的特性例如光电二极管的量子效率、光纤与光电二极管的光学耦合效率等而动作。而且，从上述原理说明中也可知，不依赖于发送器的设备、例如调制器的动作点、驱动振幅等特性。

根据本发明的第一解决方式，提供一种光发送器，处于光OFDM通信系统中，该光发送器经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；

光接收器将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

该光发送器具备：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制后的副载波信号；

第一失真生成部，对该副载波信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由副载波间干涉引起的失真成分；减法部，从由上述调制部输出的副载波信号中减去由上述第一失真生成部生成的失真成分而求出发送信号；

逆FFT部，对减去失真成分而得到的该发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号；以及

发送部，将基于由上述逆FFT部变换的发送信号的光信号经由上述光纤发给给上述光接收器。

而且，在上述光发送器中，还具备：

第二失真生成部，对由上述减法部求出的发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由该发送信号的副载波间干涉引起的第二失真成分；以及

第三减法部，从上述减法部的输出中减去由上述第二失真生成部生成的第二失真成分而求出发送信号；

上述逆FFT部对减去了上述失真成分以及上述第二失真成分而得到的发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号。

根据本发明的第二解决方式，提供一种光发送器，处于光OFDM通信系统中，该光发送器经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；

光接收器将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

该光发送器具备：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制后的副载波信号；

预失真部，生成减去了副载波间干涉引起的失真成分的发送信号；

逆FFT部，对该发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号；

发送部，将基于由上述逆FFT部生成的基带OFDM信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器；

第一切换器，选择上述调制部的输出或上述预失真部的输出中的任一输出，引导到上述预失真部的输入；

第二切换器，将上述预失真部的输出选择性地引导到上述逆FFT部的输入或上述预失真部的输入中的任一输入；以及

切换器控制部，切换上述第一切换器以及第二切换器；

上述预失真部将经由上述第一切换器输入的信号引导到对该信号生成上述失真成分的失真生成部，从上述预失真部的输入信号中减去失真生成部的输出而生成新的发送信号，该失真生成部对经由上述第一切换器输入的信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由副载波间干涉引起的失真成分。

根据本发明的第三解决方式，提供一种光OFDM通信系统，具备：

光发送器，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；以及

光接收器，将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

上述光发送器具有：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制后的副载波信号；

第一失真生成部，对该副载波信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由副载波间干涉引起的失真成分；

减法部，从由上述调制部输出的副载波信号中减去由上述第一失真生成部生成的失真成分而求出发送信号；

逆FFT部，对减去失真成分而得到的该发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号；以及

发送部，将基于由上述逆FFT部变换的发送信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器。

而且，例如在上述光OFDM通信系统中，还具备：

第二失真生成部，对由上述减法部求出的发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由该发送信号的副载波间干涉引起的第二失真成分；以及

第三减法部，从上述减法部的输出中减去由上述第二失真生成部生成的第二失真成分而求出发送信号；

上述逆FFT部对减去了上述失真成分以及上述第二失真成分而得到的发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号。

根据本发明的第四解决方式，提供一种光OFDM通信系统，具备：

光发送器，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；以及

光接收器，将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

上述光发送器具有：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制的副载波信号；

预失真部，生成减去了由副载波间干涉引起的失真成分而得到的发送信号；

逆FFT部，对该发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号；

发送部，将基于由上述逆FFT部生成的基带OFDM信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器；

第一切换器，选择上述调制部的输出或上述预失真部的输出中的任一输出，引导到上述预失真部的输入；

第二切换器，将上述预失真部的输出选择性地引导到上述逆FFT部的输入或上述预失真部的输入中的任一输入；以及

切换器控制部，切换上述第一切换器以及第二切换器；

上述预失真部将经由上述第一切换器输入的信号引导到对该信号生成上述失真成分的失真生成部，从上述预失真部的输入信号中减去失真生成部的输出而生成新的发送信号，该失真生成部对经由上述第一切换器输入的信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由副载波间干涉引起的失真成分。

发明效果

根据本发明，在使用了直接检波接收方式的光OFDM通信系统中，能够提供一种可不受传送路径和接收器中的杂音影响而减小由副载波间干涉引起的接收信号的失真、可降低接收灵敏度恶化的光发送器以及光OFDM通信系统。而且，根据本发明，能够在光OFDM信号的光谱频带宽度是本来的原信号频带宽度B的状态下进行通信。因此，在使用该技术建造波分复用通信系统的情况下，使由一根光纤能够通信的传送容量能够成为现有的使用保护频带的光OFDM通信系统的2倍。另外，根据本发明，具有如下效果：能够不依赖于用于光OFDM通信系统的设备例如光电二极管、光调制器、激励放大器、前置放大器等的特性的个体差、温度等环境的变化带来的特性变化、随时间变化，来降低由光电变换产生的副载波间干涉的影响，能够广泛而普遍地进行应用。

附图说明

图1是表示第一实施方式的发送器内部的发送信号处理部的功能框图。

图2是表示第一实施方式的发送器内部的发送信号处理部的失真发生部的功能框图。

图3是使用了光调制器的光OFDM通信系统的结构图。

图4是使用了激光的直接调制的光OFDM通信系统的结构图。

图5是现有的光OFDM通信系统中的发送信号处理部的功能框图。

图6是现有的光OFDM通信系统中的接收信号处理部的功能框图。

图7是表示第二实施方式的发送器内部的发送信号处理部的功能框图。

图8是光OFDM信号的光谱的示意图。

图9是基带OFDM信号的光谱的示意图。

图10是避免了副载波间干涉的第一方法的基带OFDM信号的发送、接收光谱的示意图。

图11是避免了副载波间干涉的第二方法的基带OFDM信号的发送、接收光谱的示意图。

图12是避免了副载波间干涉的第三方法的基带OFDM信号的发送、接收光谱的示意图。

图13是表示第三实施方式的发送器内部的发送信号处理部的功能框图。

图14是表示第三实施方式的发送器内部的发送信号处理部的预失真部的功能框图。

图15是在I-Q平面上的收发信号的信号点分布图（第一实施方式的情况）。

图16是在I-Q平面上的收发信号的信号点分布图（第二实施方式的情况）。

具体实施方式

以下，基于图1～图4、图7、图8、图13～图16说明本实施方式。

1、第一实施方式

参照图1等说明第一实施方式。在此为了说明，假定副载波的调制为4-QAM，但是本实施方式并不限于此，能够应用于任意的副载波调制方式。而且，设副载波的个数为N（N为整数）。

在图3中，示出光OFDM通信系统的结构图。

光OFDM通信系统例如具有发送器（光发送器）1、光纤5、接收器（光接收器）6。发送器1例如具有发送信号处理部100、激励放大器2、激光器3、光调制器4。发送器1也可以具有输入端子9。接收器6例如具有光电二极管7、前置放大器8、接收信号处理部200。接收器6也可以具有输出端子10。发送器1和接收器6经由光纤5连接。另外，发送器1例如可以如图4所示那样具有直接调制用半导体激光器20以及光过滤器30来代替激光器3以及光调制器4。另外，在本实施方式中，存在将激励放大器2、激光器3以及光调制器4称作发送部的情况。

图1是表示第一实施方式的发送信号处理部100的结构图。

发送信号处理部100例如具有串行-并行变换部（S/P）110、副载波调制器120、逆FFT部（反傅立叶变换部）130、并行-串行变换部（P/S）140、循环前缀插入部（CPI）150、数字-模拟变换部（D/A变换部）160、失真生成部170、减法部300。本来应通信的数据在串行-并行变换部110被变换成2N个并行数据。副载波调制部120使用该并行数据对N个副载波进行调制。该被调制过的副载波（c_k、k=1、2、…N）被分成三部分，其中两个成为失真生成部170的输入信号。剩余的一部分在减法部300被减去失真生成部170的输出信号（δ_k、k=1、2、…N），其结果（d_k、k=1、2、…N）被输入到逆FFT部130。被输入的信号在逆FFT部130被变换成时间轴的数据，在并行-串行变换部140被变换成串行数据。该串行数据在循环前缀插入部150被插入循环前缀，通过D/A变换部160后作为模拟信号而被向激励放大器2发送。

该信号经图3的激励放大器2放大后，通过光调制器4成为将来自激光器3的激光作为载波的光OFDM信号，并从发送器1发射到光纤5。光OFDM信号通过作为传送路径的光纤5入射到接收器6。在此，通过光电二极管7的光电变换作用变换成电信号，该电信号在前置放大器8放大后，由接收信号处理部200解调后作为串行数据从输出端子10被取出。接收信号处理部200的结构例如与在图6中示出的结构相同，能够使用通常的OFDM信号处理结构。

在图2中示出本实施方式的失真生成部170的结构图。

失真生成部170例如具有逆FFT部171、并行-串行变换部（P/S）172、平方运算部173、串行-并行变换部（S/P）174、FFT部（傅立叶变换部）175以及减法部176。

图1的副载波调制部120的输出信号（c_k，k=1、2、…N）的一部分输入到该失真生成部170。输入进来的信号在逆FFT部171被变换成时间轴的信号，由并行-串行变换部172变换成串行数据。这基本上是基带OFDM信号本身。接着，由与光电二极管的光电变换发挥相同作用的平方运算部173对该信号取绝对值并进行平方运算，由此能够生成包含有副载波间干涉的接收电信号。另外，取绝对值是由于基带OFDM信号通常是复数。由串行-并行变换部174将该信号变换成并行数据，由FFT部175将该并行数据分解为副载波。该FFT部175的输出成为包含有由因光电变换产生的副载波间干涉而引起的失真成分的信号（c_k+δ_k，k=1、2、…N），所以通过减法部176用本来应通信的数据减去调制过的副载波信号（c_k，k=1、2、…N）即失真生成电路170的输入信号，由此能够输出失真成分（δ_k，k=1、2、…N）。

接着示出通过仿真对本实施方式的效果进行评价的结果。在仿真中，使用下面的参数实施。即、将副载波个数设为128、将各副载波的调制设为4-QAM、将码元数目设为256、数据使用独立的2个序列的PN15级伪随机信号。用EVM（Error Vector Magnitude：误差向量幅度）评价由副载波间干涉引起的失真的大小。在本仿真中，没有引入传送路径中的杂音以及接收器内部的杂音，所以EVM纯粹地表现出由载波间干涉引起的接收信号的失真。因此，EVM越小，则载波间干涉越小，接收灵敏度也越好。

在图15中总结示出仿真结果。

图15示出在I-Q平面上的收发信号的副载波的信号点配置。在没有失真生成部的情况表示没有应用本实施方式的通常的光OFDM通信的情况下的信号点配置。该情况下的发送信号的信号点配置表示本来应通信的数据的信号点配置，其表现为接收信号的信号点配置的情况是能够实现完全没有失真的理想化的通信的情况。用直接检波接收方式接收该信号的情况下的信号点配置在图15中表示为没有失真生成部的情况下的接收信号。从该表可知，由于直接检波中的光电变换带来的副载波间干涉，信号点在I-Q平面上扩散分布。如果计算该接收信号的EVM，则为17.6%。

接着，表示本实施方式的情况下的仿真结果。其在图15中的具有失真生成部的栏中示出。发送信号的信号点配置是减去由失真生成部生成的失真后的信号（d_k），与本来应通信的信号的信号点配置差异非常大。但是，通过直接检波接收方式的接收器接收到该信号的信号的信号点配置如图15的具有失真生成部的接收信号中所示那样，信号点的扩散变小。如果计算实际EVM，则减少到6.6%，可定量地确认本实施方式的效果。

在本实施方式中，例如具有能够通过数字信号处理来生成由副载波间干涉引起的失真这样的优点。

2、第二实施方式

参照图7等说明第二实施方式。图7表示第二实施方式的发送器1的发送信号处理部100的结构图。对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。另外，系统的整体结构与第一实施方式相同。

本实施方式中的发送信号处理部100还具有失真生成部170′和减法部310。在本实施方式中，两次使用在第一实施方式中使用的失真生成部170（图7的失真生成部170和170′）。失真生成部170和170′能够使用相同的结构。这是通过失真生成部170′再次生成使用失真生成部170没有完全获得的副载波间干涉的残留失真（相当于上述式（10）的右边的|c₂|²/|c₀|²项），通过减法部310从减法部300的输出信号中再次减去所生成的失真成分，并将该信号作为光OFDM信号发送。接收器是与图3示出的现有的光OFDM通信用的接收器6相同的结构。观察图15的具有失真生成部的接收信号的信号点配置可知，即使使用失真生成部170也存在残留有残留失真的情况。因此，进一步由失真生成部170′生成该残留失真，并从减法部300的输出信号中减去上述残留失真，来进一步减小接收时的残留失真。

在图16中，示出通过仿真来对本实施方式的效果进行验证的结果。不具有失真生成部的栏是使用了现有的光OFDM通信系统的情况下的发送信号以及接收信号在I-Q平面上的信号点配置，这与第一实施方式的图15中的不具有失真生成部的情况相同。在具有两个失真生成部的栏中示出了使用了本实施方式的情况下的发送信号和接收信号的信号点配置。如从该图可知那样，由副载波间干涉引起的失真明显降低，EVM值能够从17.6%降低到3.8%。进一步，与图15所示的第一实施方式的结果相比较，EVM在使用了一个失真生成部的系统中为6.6%，但在使用了两个失真生成部的系统中改善为3.8%。由此，验证了本实施方式的效果。

在本实施方式中，具有能够比第一实施方式进一步降低由副载波间干涉引起的失真的优点。另外，在本实施方式中是两次使用失真生成部170，但是只要失真成分减小也可以使用多次。

3、第三实施方式

参照图13和图14等说明第三实施方式。系统的整体结构与第一实施方式相同。对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

图13是第三实施方式的发送信号处理部的结构图。

第三实施方式的发送信号处理部100例如具有串行-并行变换部（S/P）110、副载波调制部120、逆FFT部130、并行-串行变换部（P/S）140、循环前缀插入部（CPI）150、数字-模拟变换部（D/A变换部）160、预失真部180、与副载波对应的2：1切换器（第一切换器）181和1：2切换器（第二切换器）182、切换器控制部190。

图14是本实施方式的预失真部180的结构图。

预失真部180例如具有失真生成部170和减法部320。

在发送器1内部的发送信号处理部100中，由串行-并行变换部110将本来通信的数据变换成并行数据，在副载波调制部120中，由这些并行数据调制副载波。调制得到的各副载波信号通过2：1切换器181输入到预失真部180。预失真部180将该输入信号分成两部分并使一部分输入到失真生成部170。失真生成部170具有与图2相同的结构，根据该输入信号生成失真成分δ_k并进行输出。预失真部180通过减法部320从刚才分成两部分的该输入信号中减去作为失真生成部170的输出信号的失真成分δ_k并进行输出。预失真部180的输出信号通过2：1切换器182而被引导到逆FFT部130，通过逆FFT部130变换成时间轴的数据，由并行-串行变换部140作为串行数据输出。由CPI部150对该信号附加循环前缀，该数字数据由D/A部160变换成模拟信号，之后被发送给激励放大器。这以后直到来自接收器的数据的解调为止与其他实施方式相同。

在本实施方式中，多次使用预失真部180能够减小残留失真。对两次使用预失真部180的情况进行说明。该情况下的各步骤如下所述。首先具有将各码元引导到失真生成部180的步骤。此时，通过来自切换器控制部190的控制信号，2：1切换器181被设定成将调制部的输出引导到预失真部180的输入。2：1切换器181将调制部120的输出（ck）引导到预失真部180时，从预失真部180输出信号（ck-δk），该信号（ck-δk）是从本来想通信的信号（ck）中减去了由光电变换产生的失真成分（δk）的信号。在接下来的步骤中，通过来自切换器控制部190的控制信号，1：2切换器182将该信号（ck-δk）引导到2：1切换器181，2：1切换器181将该信号再次引导到预失真部180的输入。预失真部180使用该输入信号（ck-δk）计算由光电变换产生的失真成分，并输出将该失真成分减去的信号。这样两次通过了预失真部180的信号，在接下来的步骤中通过由来自切换器控制部190的控制信号所控制的1：2切换器182，被引导至逆FFT部130以后。因此，这样通过预失真部180两次减去了失真而得到的信号被发送。生成三次以上失真的情况相同，从由调制部120输出的副载波信号中依次减去多个失真成分δ1k、δ2k…。

另外，通过SW控制部190，该各步骤的定时能够以如下方式进行控制：匹配于码元时钟（或其整数倍）相适应，反复进行预先设定的次数的失真生成部170的失真成分的生成和减法部320的减法运算。

在本实施方式中，与第二实施方式相比较，具有以下优点：信号处理部的结构简单，而且即使在多次使用失真生成部的情况下也不会增大电路规模。

产业上的可利用性

本发明例如能够利用于在接收侧进行光电变换、直接检波的光OFDM通信系统中。

Claims (11)

1.一种光OFDM通信系统中的光发送器，在该光OFDM通信系统中，光发送器经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；光接收器将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

该光发送器的特征在于，具备：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出被调制的副载波信号；

第一失真生成部，对该副载波信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由副载波间干涉引起的失真成分；

减法部，从由上述调制部输出的副载波信号中减去由上述第一失真生成部生成的失真成分而求出发送信号；

逆FFT部，对被减去失真成分而求出的该发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号；以及

发送部，将基于由上述逆FFT部变换的发送信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器。

2.如权利要求1所述的光发送器，其特征在于，

上述第一失真生成部将来自上述调制部的副载波信号作为输入，该第一失真生成部具有：

第二逆FFT部，对来自上述调制部的副载波信号进行逆FFT运算而求出基带OFDM信号；

平方运算部，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算；

FFT部，对上述平方运算部的运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号；以及

第二减法部，从由上述FFT部变换的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而求出失真成分，

所述光发送器还具有第二失真生成部，

上述第二失真生成部位于上述第一失真生成部的后级，将来自上述调制部的副载波信号以及使用从上述第一失真生成部输出的失真成分而修正得到的副载波信号这两个信号作为输入，该第二失真生成部具有：

第二逆FFT部，对使用上述第一失真生成部输出的失真成分而修正得到的副载波信号进行逆FFT运算而求出基带OFDM信号；

平方运算部，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算；

FFT部，对上述平方运算部的运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号；以及

第二减法部，从由上述FFT部变换的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而求出第二失真成分，

所述光发送器还具有第三减法部，该第三减法部从上述减法部的输出中减去由上述第二失真生成部生成的第二失真成分而求出发送信号；

上述逆FFT部对被减去了上述失真成分以及上述第二失真成分而得到的发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号。

3.如权利要求2所述的光发送器，其特征在于，

上述第一失真生成部及第二失真生成部还具有：

并行-串行变换部，将由上述第二逆FFT部变换得到的基带OFDM信号变换成串行信号并向上述平方运算部输出；以及

串行-并行变换部，将上述平方运算部的运算结果变换成并行信号并向上述FFT部输出。

4.如权利要求1所述的光发送器，其特征在于，还具备：

第二失真生成部，对由上述减法部求出的发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成该发送信号的由副载波间干涉引起的第二失真成分；以及

第三减法部，从上述减法部的输出中减去由上述第二失真生成部生成的第二失真成分而求出发送信号；

上述逆FFT部对被减去了上述失真成分以及上述第二失真成分而得到的发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号。

5.一种光OFDM通信系统中的光发送器，在该光OFDM通信系统中，光发送器经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；光接收器将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

该光发送器的特征在于，具备：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制的副载波信号；

预失真部，生成减去了由副载波间干涉引起的失真成分的发送信号；

逆FFT部，对该发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号；

发送部，将基于由上述逆FFT部生成的基带OFDM信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器；

第一切换器，选择上述调制部的输出或上述预失真部的输出中的任一输出，引导到上述预失真部的输入；

第二切换器，将上述预失真部的输出选择性地引导到上述逆FFT部的输入或上述预失真部的输入中的任一输入；以及

切换器控制部，切换上述第一切换器以及第二切换器；

上述预失真部将经由上述第一切换器输入的信号引导到对该信号生成上述失真成分的失真生成部，从上述预失真部的输入信号中减去失真生成部的输出而生成新的发送信号，该失真生成部对经由上述第一切换器输入的信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由副载波间干涉引起的失真成分。

6.如权利要求5所述的光发送器，其特征在于，

上述切换器控制部，基于码元时间，

首先将上述第一切换器设定成将来自上述调制部的信号引导到上述预失真部；

接着，设定成使经过了上述预失真部的信号通过上述第二切换器和第一切换器以预先设定的次数经过上述预失真部；

进一步将上述第二切换器设定成使得以预先设定的次数经过了上述预失真部的信号被引导到上述逆FFT部。

7.如权利要求5所述的光发送器，其特征在于，

上述预失真部将从其输入信号减去了其失真成分而得到的信号输出，并通过再次将该输出信号输入至上述预失真部，从减去了失真成分的信号中进一步减去第二失真成分；

上述切换器控制部切换上述第二切换器，将减去了第二失真成分后的该预失真部的输出引导到上述FFT部。

8.如权利要求5所述的光发送器，其特征在于，

上述预失真部通过上述预失真部所具有的减法部从其输入信号减去失真成分并进行输出，该失真成分基于其输入信号由上述失真生成部输出。

9.一种光OFDM通信系统，其特征在于，具备：

光发送器，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；以及

光接收器，将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

上述光发送器具有：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波中而进行调制，输出被调制的副载波信号；

第一失真生成部，对该副载波信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成副载波间干涉引起的失真成分；

减法部，从由上述调制部输出的副载波信号中减去由上述第一失真生成部生成的失真成分而求出发送信号；

逆FFT部，对被减去失真成分而求出的该发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号；以及

发送部，将基于由上述逆FFT部变换的发送信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器。

10.如权利要求9所述的光OFDM通信系统，其特征在于，

上述光发送器还具备：

第二失真生成部，对由上述减法部求出的发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成该发送信号的由副载波间干涉引起的第二失真成分；以及

第三减法部，从上述减法部的输出中减去由上述第二失真生成部生成的第二失真成分而求出发送信号；

上述逆FFT部对被减去了上述失真成分以及上述第二失真成分而得到的发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号。

11.一种光OFDM通信系统，其特征在于，具备：

光发送器，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；以及

光接收器，将在该光纤中传播的光信号通过光电二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；

上述光发送器具有：

调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制的副载波信号；

预失真部，生成减去了副载波间干涉引起的失真成分的发送信号；

逆FFT部，对该发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号；

发送部，将基于由上述逆FFT部生成的基带OFDM信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器；

第一切换器，选择上述调制部的输出或上述预失真部的输出中的任一输出，引导到上述预失真部的输入；

第二切换器，将上述预失真部的输出选择性地引导到上述逆FFT部的输入或上述预失真部的输入中的任一输入；以及

切换器控制部，切换上述第一切换器以及第二切换器；

上述预失真部将经由上述第一切换器输入的信号引导到对该信号生成上述失真成分的失真生成部，从上述预失真部的输入信号中减去失真生成部的输出而生成新的发送信号，该第一失真生成部对经由上述第一切换器输入的信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，对该平方运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号，从该变换后而得的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而生成由副载波间干涉引起的失真成分。