CN102546515A - 光正交频分复用变速率传输系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光正交频分复用变速率传输系统和方法。该系统和方法基于并行异或和曲线偏离的原理，实现了多数据流、实时非同步变速率的数据传输。本发明系统的发送系统包含插值模块，通过获得对应的数据流和速率型号，对数据流的二进制比特进行特定方法的插值，并由该数据流对应的正交频分复用子载波进行承载传输；在本发明系统的接收系统中，对应地将含有冗余插值比特的数据流被实时地、自适应的识别其实际速率，并还原成系统所需传输的数据流，完成数据光正交频分复用系统的变速率传输。采用本发明的系统和方法，能够提高光正交频分复用传输系统的灵活性和实用性，并且高效地适应多业务数据的传输。

Description

光正交频分复用变速率传输系统和方法

技术领域

本发明涉及光通信技术，特别是一种基于并行异或和曲线偏离的光正交频分复用变速率传输系统和方法。

背景技术

随着40G传输系统飞速步入商用领域的同时，100G的传输也逐步开始被人们重视。100G传输将是下一代高速率传输领域的核心技术，可实现单信道每秒112G比特的传输，从而将目前主流传输速率提高了10倍。现如今可视电话、视频聊天、视频游戏、视频点播、高清电视等以视频为主的业务已经丰富了人们的生活，而这种多业务需求注定将是未来通信的主流方向。多业务的快速发展导致网络带宽的需求急剧增长，使骨干网面临越来越大的带宽增长压力。在骨干网中，全球已经安装了大量的单信道10G速率级别的路由器以及DWDM系统。40G速率级别的路由器与DWDM系统也已经规模商用。如今，单信道100G速率级别的传输技术已经出现，预示着100G传输时代已经到来。随着传输速率的这种不断演进，复杂的调制技术在波分系统中被广泛应用。在实际应用中，不同的调制格式对应着不同的传输速率，如10G系统主要是OOK格式，40G有DQPSK/DPSK等调制格式等，100G业界主要采用DP-QPSK格式，未来的更高速的400G或1T系统则可能采用DP-xQAM和DP-正交频分复用等更复杂的调制技术，以上每一种不同的调制技术都对应着不同的硬件系统，这极大的增加了设备商的开发成本，也导致运营商的管理运维难度的增加。因此，迫切需要一种传输系统，不仅可以适应10G、40G，甚至100G以及更高的速率传输。变速率正交频分复用的研究就是为了解决多种速率混传的问题。

在解决多种速率混传问题时，由于100G信号比特率比较高，在满足50GHz DWDM通道间隔的需求，以及与10G/40G低速信号混合传输、平滑升级需要时，100G业务传输需要采用更加先进的新技术，以降低线路上传输的光信号的波特率，提升光纤对信号损伤的容限。考虑如果能基于一套硬件系统，通过软件的形式改变传输速率，应用于不同的传输场景，无疑将大为降低设备商的开发成本，减低运营商的运维成本。同时考虑到业界基本都是基于软件编程的方法来实现可变速率的发送和接收的。变速率正交频分复用的研究，采用发送端由两个FPGA进行软件编程产生各种调制格式，或者用DSP实现编程可控的各种调制，以改变发射机的发送比特率，FPGA特有的流水线设计结构可以使前后级在时间上并发，达到高效、高速的目的；在接收端收集各个链路的性能信息，将该信息反馈给发送端来控制各个链路的调制格式，使其拥有最佳的传输性能。同时，作为未来必然趋势的电处理技术在实现形式上体现为CMOS的芯片技术，大量CMOS芯片的应用是其低成本的前提。随着正交频分复用技术在传输距离和最高传输速度方面不断取得的突破性进展，传统的下线处理不能应用于实际的工程中，未来变速率正交频分复用技术也将必须能够用于实现实时处理。在硬件方面，现在的FPGA在处理速度上可以实现越来越高的速度；在结构上，体积越来越小；在功能上，能够实现的功能也越来越全面；在成本上，相比原来的昂贵开发板，目前的FPGA开发板已大大降低的成本。这些都对实现变速率正交频分复用的传输平台以及实时处理数据提供了技术上的可行性。而光正交频分复用技术以其子载波数目的灵活可调以及各个子载波调制格式可动态映射优势，使其成为解决变速率传输的一个最有力的手段。

图1为现有光正交频分复用通信系统的结构示意图。现结合图1，对现有的光正交频分复用通信系统的结构进行说明，具体如下：

现有的光正交频分复用通信系统，包括：发送端数字处理模块10、DAC模块11、低通滤波器12、电光转换模块13、光电转换模块14、低通滤波器15、ADC模块16、接收端数字处理模块17。

发送端数字处理模块10用于接收上层设备所需传输的二进制数据流18，将其通过各种数字域的处理，分别生成I路、Q路两路正交频分复用的数字信号，输出至数模转换模块11。其中，数字处理模块10包括：一个串并变换模块100、一个星座映射模块101、一个IFFT运算模块102、一个加入GI模块103。串并变换模块100将上层系统所需传输的数据进行串并变换，由一路二进制数据转换为M路二进制数据；星座映射模块101将M路二进制数据映射进行相同的星座图映射，得到M路星座图数据流；IFFT运算模块102将M路星座图数据流进行反快速傅里叶运算，每次运算得到M个复数，并将其并串变换后传递给加入GI模块103；加入GI模块103接收到串行的M复数后，在其前端插入保护间隔GI并将复数以实部、虚部区分，分成I路、Q路一共两路串行正交频分复用数字信号，完成发送端数字处理模块10的功能。其中，M为光正交频分复用系统的子载波数，为了符合IFFT运算的特点，其取值为2的正整数次幂。

两个DAC模块11分别接受数字处理模块10产生的I路、Q路正交频分复用数字信号，将其进行数模转换，得到电域正交频分复用基带信号，传递给LPF模块12；电域正交频分复用基带信号中，对应M个数据加上其保护间隔的电信号波形，为一个正交频分复用符号。

两个LPF模块12获得正交频分复用基带信号，并进行低通滤波，滤除系统高频噪声，将滤波后的正交频分复用基带信号传递给电光转换模块13。

电光转换模块13，是一个光I/Q调制器，将滤波后的正交频分复用基带信号加载至光载波上，并传递至光纤链路中进行传输。

光电转换模块14，是一个光I/Q解调器，将从链路获得的光信号还原成电域正交频分复用基带信号，并分实部(I路)、虚部(Q路)传递给两个LPF模块15。

LPF模块15将光电转换模块产生的电域正交频分复用基带信号滤波，滤除传输中的干扰和噪声频率成分，将滤波后的正交频分复用基带信号传递给两个ADC模块16。

两个ADC模块16分别将正交频分复用基带信号中实部、虚部部分进行模数转换，获得正交频分复用数字信号。

接收端数字处理模块17将接收到的I路、Q路正交频分复用数字信号进行各种数字处理，最终合成一路上层系统所需要传输的二进制原始数据，完成整个数据传输过程。其中，数字处理模块17包括：一个去除GI模块170、一个FFT运算模块171、一个星座逆映射模块172、一个并串变换模块173。其中，去除GI模块170将I、Q两路数据分别以实部、虚部合成为一路数据，并将每个正交频分复用符号前端的保护间隔去除，得到一路复数数字信号；FFT运算模块171将去除GI模块170产生的复数数字信号进行快速傅里叶运算，得到M路子载波传输的数字星座信号；星座逆映射模块172将数字星座信号进行星座逆映射，获得M路二进制比特数据；并串变换模块173将M路二进制比特数据进行并串，形成上层系统所需传输的二进制原始数据流18。

上述现有的光正交频分复用通信系统能够以光正交频分复用方式实现基本数据传输功能，但是只能实现一路数据流的传输，而未能实现多个数据流的传输；在数据传输时，具有恒定的速率，但是在上层系统为用户提供服务改变时，其所需传输的数据流速率可能有一定的变化，因此已有的系统不能够灵活传输数据这类数据业务。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于并行异或和曲线偏离的光正交频分复用变速率传输系统，该系统能够以光正交频分复用方式同时传输多路数据流，并且在各数据流数据速率发生改变的时候亦能够完成数据的传输。

本发明的另一目的在于提供一种基于并行异或和曲线偏离的光正交频分复用变速率传输方法，该方法能够以光正交频分复用方式完成多路数据流的传输，并且在各数据流数据速率发生改变的时候亦能够完成数据的传输。

为了达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明的光正交频分复用变速率传输系统，包括发送系统和接收系统。发送系统将N个二进制数据流信息进行数字处理，并进行数模转换形成子载波数为M的正交频分复用电域信号，随后加载至光载波上生成光正交频分复用信号，输入至光纤链路中；接收系统将接收到的光正交频分复用信号转换为电域信号，并将电域信号通过判决、数字处理，还原成N个二进制数据流信息。N和M均为大于等于1的正整数，N小于等于M。

发送系统具体包含以下部分：

插值模块可以改变各数据流的二进制数据数率，具体是：获得一路原始二进制数据流数据，并且获得上层系统提供的、对应该路数据流的速率信号；上层系统提供的速率信号和每一路所述数据流的速率一一对应，用以控制该路数据流中，每两个原始数据比特中所需插入的冗余比特数；所述其中一路数据流的二进制数据在插值模块中，根据对应的不同速率信号，在各比特之间插入若干冗余比特，冗余比特值为前一比特之值，插值后数据流被传输至所述串并变换模块；

N个串并变换模块，用于将N路二进制数据转换为M路二进制载波数据，具体是将N路数据流信息分别进行串并变换，其中第i路数据流有一路串行数据转换为Mi路串行数据；N路数据各自并行后并行路数之和(M1+M2+...+MN)等于M，对应M路正交频分复用子载波；M路子载波资源被划分为N组，每一组分别对应N支数据流中的一支；i为大于或等于1，且小于或等于N的整数；串并变换后，M路子载波具有相同的比特速率。

星座映射模块，将M路二进制数据映射至M路星座信号，具体是：对于M路子载波分别处理，进行适合于信道特性的的、相同的星座映射，形成M路带有实部与虚部的星座信号，并传递给发送端数字处理模块。

发送端数字处理模块，将M路子载波的数据进行IFFT变换，并进行并串变换处理，随后加入保护间隔，输出分别为IFFT处理结果实部和虚部的I路、Q路数字信号；

两个DAC模块，将数字信号转换为合适参数的模拟信号，获得基带正交频分复用信号，两个模块分别负责I路与Q路信号的转换；

两个低通滤波器，将DAC模块形成的模拟信号I路、Q路中的系统的噪声分别滤除，保留基带正交频分复用信号；

发送端激光器，用以生成光正交频分复用信号所需要特定频率的光载波，并输出至光电转换模块；

光I/Q调制器，获得发送端激光器产生的特定频率光载波，并通过分路器分为I路、Q路两路相同的特定频率光载波；I路、Q路光载波通过调制器被加载上所述DAC模块产生的I路、Q路模拟信号，形成两路光信号；将所述两路光信号其中一路移相90°，并共同耦合至输出端，进入光纤链路传输。

接收系统具体包含以下部分：

接收端激光器，用以生成与发送端激光器产生的光载波相同频率的解调光，传输至光I/Q解调器中用以进行相干解调；

光I/Q解调器，接收光纤链路传输的光正交频分复用信号，并利用所述接收端激光器产生的解调光进行相干解调，并进行光电转换，最终得到I路、Q路一共两路正交频分复用电信号，输出至LPF模块；

两个低通滤波器LPF，将光I/Q解调器提供的模拟信号中I路、Q路中的传输干扰与噪声分别滤除，保留基带正交频分复用信号；

两块ADC模块，将I、Q两路基带正交频分复用模拟信号转换为对应的数字信号；

接收端数字处理模块，对接收到的I、Q两路数字信号进行串并变换、去保护间隔的处理，并进行M点的FFT运算，获得M路子载波星座数据；

星座逆映射模块，将M路子载波星座数据逆映射为M路子载波二进制序列；

并串变换模块，将M路子载波二进制序列通过并串变换合成为N路带有冗余插值比特的数据流，子载波与数据流对应方式与所述发送系统中串并变换模块对应方式相同；

N个指令识别与去插值模块，自适应识别并去除所述带有冗余差值比特的数据流，还原成N路系统实际传输的原始数据流。每个指令识别与去插值模块具体包括：指令识别部分与去插值部分；指令识别与去插值模块各接收一路带冗余差值比特的数据流，自适应、动态地识别每个冗余数据流在所述发送系统插值模块所插入的冗余比特数，并将冗余比特去除，获得一共M路子载波携带的系统实际所需要传输数据；冗余数据流在经过各指令识别与去插值模块后，数据速率下降，其速率对应所述发送系统中插值模块前端数据速率。

本发明的光正交频分复用变速率传输方法包括以下8个步骤：

A、发送端获得N个原始二进制数据流，和与这N个数据流一一对应的速率信号，并以二的整数次幂等值插值的方法，进行相应程度的插值；所述的N个数据流可能具有不同的数据速率，其速率由上层系统的传输需求而确定；经过不同程度插值后的带冗余比特的数据流可能具有不同的速率，其速率由所述原始数据流和速率信号共同确定；所述N个速率信号，携带指令k，表示将对应数据流比特长度有1个单位插值扩展为2k长度的单位；k的为大于等于0的整数；所述一共N个速率信号，需要保证插值后的各冗余数据流在经过串并变换后，整个系统的M个子载波具有相同的速率；

B、将M个子载波资源根据需要分配给N个插值后的数据流，将N个数据流的二进制数据串并变换到对应分配的子载波上；

C、对串并变换后的M个子载波信号进行星座映射、数字信号处理，并经过DAC模块转换为电域正交频分复用基带信号，以及经过低通滤波器滤除系统噪声；所述数字信号处理包括对经过星座映射的信号进行M点的IFFT运算，运算结果虚部、实部分别串并变换为两路数字信号、两路数字信号分别加入保护间隔GI；

D、将电域正交频分复用信号加载至光载波上形成光正交频分复用信号，输出至光纤链路；

E、光正交频分复用信号在接收端被还原成电域正交频分复用基带信号；所述正交频分复用基带信号分为实部、虚部两路传输给低通滤波器；

F、低通滤波器滤除传输中的干扰与噪声，获得电域正交频分复用基带信号，并经过ADC模块的模数转换，并进行数字信号处理，还原成带有冗余差值比特的M路子载波数据流；所述数字信号处理包括移除保护间隔GI，串并变换为M路复数数据，以及M点的FFT运算；

G、将M路子载波数据依照发送端分配方式，通过并串变换获得N路带有冗余差值比特的数据流；所述发送端分配方式，即数据流i对应的Mi个子载波；

H、对各带有冗余差值比特的数据流分别进行基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法处理，自适应地识别出该子载波对应的速率信号，并以此识别结果进行冗余插值比特的去除，获得N路原始数据流。

在步骤A中提到的二的整数次幂等值插值方法，通过以下具体方法实现：

A1、获取数据流i，取其中一个比特，以及此时数据流i对应的速率信号所含的指令k；

A2、在获得的单个比特后面插入相同的冗余比特，冗余比特数量为2k-1；

A3、输出获得的2k个比特，传递给串并变换模块，准备进行下一个比特的处理。

在步骤H提到的基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法通过以下具体方法实现：

H1、指令识别模块获得若干正交频分复用符号中传输的初始带插值串行二进制数据，一共L个比特，设置异或计数器kcnt＝0；其中L必须满足：当系统中指令k的最大值为K时，L的长度至少为4×2K+3；

H2、奇偶并行异或，记录异或结果现“1”次数，为sum(kcnt)；所述奇偶并行异或，即将一列串行二进制数据中位于奇数位置的比特与其下一个位于偶数位置上的比特进行异或运算，得到一列原长度一半的串行数据；

H3、计算对用的参数f(kcnt)；所述参数f(kcnt)，等于L/(4×2kcnt)；

H4、判断参数sum(kcnt)与参数[(1-η)×f(kcnt)]的大小，若前者大于等于后者，跳至步骤H6；

H5、令kcnt＝kcnt+1，取异或前比特序列的奇数比特，并跳至步骤H2继续进行异或处理；

H6、判断速率信号为指令k＝kcnt；

H7、将初始带插值串行二进制数据每2k个比特的第一位保留，其余作为冗余插值比特去除，获得不带插值的原始二进制数据流。

由以上技术方案可见，本发明提供了一种基于并行异或和曲线偏离的光正交频分复用变速率传输系统和方法，该系统中通过给数据流分配子载波，实现了为多个数据流接口提供服务的功能；加入插值模块以插值统一速率，并在接收端自适应去插值获得传输数据，各载波间不同步、实时变速率的光正交频分复用传输。由此使光正交频分复用通信系统具有了高效、灵活特点。

附图说明

图1为现有光正交频分复用通信系统的结构示意图。

图2为本发明光正交频分复用变速率传输系统的总体结构示意图。

图3为本发明中发送系统的具体结构示意图。

图4为本发明中接收系统的具体结构示意图。

图5为本发明光正交频分复用变速率传输系统方法的流程图。

图6为本发明中二的整数次幂等值插值方法流程图。

图7为本发明中基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法流程图。

图8为概率曲线f(cnt)的图形。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，一下参照附图并举例实施，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种基于并行异或和曲线偏离的光正交频分复用变速率传输系统和方法，实现多数据流，实时非同步变速率的数据传输。本发明系统的发送系统包含插值模块，通过获得对应的数据流和速率型号，对数据流的二进制比特进行特定方法的插值，并由该数据流对应的正交频分复用子载波进行承载传输；在本发明系统的接收系统中，对应含有冗余插值比特的数据流被实时地、自适应的识别其实际速率，并还原成系统所需传输的数据流，完成数据光正交频分复用系统的变速率传输。采用本发明的系统和方法，能够提高光正交频分复用传输系统的灵活性和实用性，并且高效地适应多业务数据的传输。

图2为本发明光正交频分复用变速率传输系统的总体结构示意图；图3为本发明中发送系统的具体结构示意图；图4为本发明中接收系统的具体结构示意图。现结合图2、图3及图4，对本发明基于并行异或和曲线偏离的光正交频分复用变速率传输系统结构进行说明，具体如下：

为了表述清楚，先对本发明基于并行异或和曲线偏离的光正交频分复用变速率传输系统进行定义，本发明实现N路数据流的变速传输，需要N个速率信号由发送端上层设备同时给出；能够实现实时变速率，指的是系统能够在非人为改变且非暂停状态下连续的完成对同一数据流改变数据速率的传输任务；本发明能够非同步的实现变速率传输，表示的是本发明的系统与方法能够完成多个数据流之间速率改变无任何关联的实时变速率任务。

本发明一种光正交频分复用变速率传输系统包括：发送系统20、接收系统21。

发送系统20将N个二进制数据流18信息进行数字处理，并进行数模转换形成子载波数为M的正交频分复用电域信号，随后加载至光载波上生成光正交频分复用信号，输入至光纤链路中；接收系统21将接收到的光正交频分复用信号转换为电域信号，并将电域信号通过判决、数字处理，还原成N个二进制数据流信息18。这里提到的N与M均为大于等于1的正整数，N小于等于M。

如图3所示，发送系统20包括插值模块30、串并转换模块31、星座映射模块32、发送端数字处理模块33、DAC模块34、低通滤波器LPF35、发送端激光器36和光I/Q调制器37。

N个插值模块30分布在每一个数据流路径上，作用是改变各数据流18的二进制数据数率。每一个插值模块30获得一路原始二进制数据流数据18，并且获得上层系统提供的、对应该路数据流的速率信号22。这些速率信号22用来告知发送系统20各个数据流18的数据速率，和每一路所述数据流的速率一一对应，从而控制该路数据流18中，每两个原始数据比特中所需插入的冗余比特数。N路数据流18中任意一路数据流的二进制数据在插值模块30中，根据对应的不同速率信号22，在各比特之间插入若干冗余比特，冗余比特值为前一比特之值。插值后数据流被传输至所述串并变换模块31。

串并转换模块31，将N路数据流信息分别进行串并变换，成为M路二进制子载波数据。其中第i路数据流有一路串行数据转换为Mi路串行数据；N路数据各自并行后并行路数之和(M1+M2+...+MN)等于M，对应M路正交频分复用子载波；M路子载波资源被划分为N组，每一组分别对应N支数据流中的一支；i为大于或等于1，且小于或等于N的整数；串并变换后，M路子载波具有相同的比特速率。

星座映射模块32，对M路子载波分别处理，进行适合于信道特性的的、相同的星座映射，形成M路带有实部与虚部的星座信号，并传递给发送端数字处理模块。

随后是光正交频分复用信号38的生成部分。发送端数字处理模块33将M路子载波的数据进行IFFT变换，并进行并串变换处理，随后加入保护间隔，输出分别为IFFT处理结果实部和虚部的I路、Q路数字信号。两个DAC模块34将数字信号转换为合适参数的模拟信号，获得基带正交频分复用信号，两个模块分别负责I路与Q路信号的转换。两个低通滤波器35将DAC模块形成的模拟信号I路、Q路中的系统的噪声分别滤除，保留基带正交频分复用信号。发送端激光器36，用以生成光正交频分复用信号所需要特定频率的光载波，并输出至光I/Q调制器37。光I/Q调制器37，获得所述发送端激光器产生的特定频率光载波，并通过分路器分为I路、Q路两路相同的特定频率光载波；所述I路、Q路光载波通过调制器被加载上所述DAC模块产生的I路、Q路模拟信号，形成两路光信号；将所述两路光信号其中一路移相90°，并共同耦合至输出端获得光正交频分复用信号38，进入光纤链路传输。

如图4所示，接收系统21包括接收端激光器40、光I/Q解调器41、低通滤波器LPF42、ADC模块43、接收端数字处理模块44、星座逆映射模块45、并串变换模块46和指令识别与去插值模块47。

接收端激光器40生成与发送端激光器36产生的光载波相同频率的解调光，传输至光I/Q解调器41中用以进行相干解调。光I/Q解调器41，接收光纤链路所传输的光正交频分复用信号38，并利用接收端激光器40产生的解调光进行相干解调，并进行光电转换，得到I路、Q路一共两路正交频分复用电信号，输出至LPF模块42。两个低通滤波器LPF42，分别将光I/Q解调器41提供的模拟信号中I路、Q路中的传输干扰与噪声滤除，保留基带正交频分复用信号。两块ADC模块43，将I、Q两路基带正交频分复用模拟信号转换为对应的数字信号。接收端数字处理模块44，对接收到的I、Q两路数字信号进行串并变换、去保护间隔的处理，并进行M点的FFT运算，获得M路子载波星座数据。

星座逆映射模块45将M路子载波星座数据逆映射为M路子载波二进制序列。并串变换模块46，将M路子载波二进制序列通过并串变换合成为N路带有冗余插值比特的数据流，子载波与数据流对应方式与所述发送系统20中串并变换模块31对应方式相同。

指令识别与去插值模块47，自适应识别并去除所述带有冗余差值比特的数据流，还原成N路系统实际传输的原始数据流18。指令识别与插值模块47一共N组，包括指令识别部分与去插值部分。每个指令识别与去插值模块47各接收一路带冗余差值比特的数据流，自适应、动态地识别每个冗余数据流在所述发送系统20插值模块30所插入的冗余比特数，并将冗余比特去除，获得一共M路子载波携带的系统实际所需要传输数据。各冗余数据流在经过各指令识别与去插值模块后，数据速率下降，其速率对应所述发送系统20中插值模块30前端数据流18的速率。

图5为本发明光正交频分复用变速率传输系统方法的流程图；图6为本发明中二的整数次幂等值插值方法流程图；图7为本发明中基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法流程图；图8为概率曲线f(cnt)的图形。现结合图5、图6、图7及图8，对本发明光正交频分复用变速率传输系统方法及方法原理进行说明，具体如下：

步骤50：发送端获得N个原始二进制数据流，和与这N个数据流一一对应的速率信号，并以二的整数次幂等值插值的方法，进行相应程度的插值。

N个数据流可能具有不同的数据速率，其速率由上层系统的传输需求而确定。经过不同程度插值后的带冗余比特的数据流可能具有不同的速率，其速率由所述原始数据流18和速率信号22共同确定。

速率信号22携带的信息称为指令k，k可以取大于等于1的正整数，表示将对应数据流比特长度有1个单位插值扩展为2k长度的单位。一路数据流18对应的指令k不可以任意取值，其值应该与概率数据流18的速率相关，需要保证插值后的各冗余数据流在经过串并变换后，整个系统的M个子载波具有相同的速率。写为等式即Ri×2k(i)/Mi＝R(常数)，其中Ri为该数据流的比特率，k(i)为对应速率信号所含指令k，Mi为该数据流被分配的子载波数，R为星座映射前各个子载波的统一比特速率，i表示不同数据流，取值为大于0且小于等于N的整数。

由于2k随着k增长，呈指数增长，故k的取值不可过大。过大的取值将会降低接收端实现自适应识别的运算效率。

步骤50中，二的整数次幂等值插值方法包括：

步骤60，获取数据流i，取其中一个比特，以及此时数据流i对应的速率信号所含的指令k；

步骤61，在获得的单个比特后面插入相同的冗余比特，冗余比特数量为2k-1；

步骤62，输出获得的2k个比特，传递给串并变换模块，准备进行下一个比特的处理。

二的整数次幂等值插值方法以2k为长度变化单位，适合于二进制的电子芯片运算，这样的处理方式也与接收端的自适应识别算法相一致。

步骤51：将M个子载波资源根据需要分配给N个插值后的数据流，将N个数据流的二进制数据串并变换到对应分配的子载波上。

由于可视电话、文本传输等不同数据业务数据流比特率相差较大，因此不同的数据流被分配上不同的子载波数，可以使本发明光正交频分复用变速率通信方法适合于多种不同业务数据流的混合传输。

步骤52：对串并变换后的M个子载波信号进行星座映射、数字信号处理，并经过DAC模块转换为电域正交频分复用基带信号，以及经过LPF滤除系统噪声。

数字信号处理包括对经过星座映射的信号进行M点的IFFT运算，运算结果虚部、实部分别串并变换为两路数字信号、两路数字信号分别加入保护间隔GI。

步骤53：将电域正交频分复用信号加载至光载波上形成光正交频分复用信号，输出至光纤链路。

步骤54：光正交频分复用信号在接收端被还原成电域正交频分复用基带信号。正交频分复用基带信号分为实部、虚部两路传输给低通滤波器。

步骤55：低通滤波器滤除传输中的干扰与噪声，获得电域正交频分复用基带信号，并经过ADC模块的模数转换，并进行数字信号处理，还原成带有冗余差值比特的M路子载波数据流。数字信号处理包括移除保护间隔GI，串并变换为M路复数数据，以及M点的FFT运算。

步骤56：将M路子载波数据依照发送端分配方式，通过并串变换获得N路带有冗余差值比特的数据流。发送端分配方式，即数据流i对应的Mi个子载波。

步骤57：对各带有冗余差值比特的数据流分别进行基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法处理，自适应地识别出该子载波对应的速率信号，并以此识别结果进行冗余插值比特的去除，获得N路原始数据流。步骤57中，基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法包括：

步骤70，指令识别模块获得若干正交频分复用符号中传输的初始带插值串行二进制数据，一共L个比特，设置异或计数器kcnt＝0。其中L必须满足：当系统中指令k的最大值为K时，L的长度至少为4×2K+3。

步骤71，奇偶并行异或，记录异或结果现“1”次数，为sum(kcnt)。奇偶并行异或，即将一列串行二进制数据中位于奇数位置的比特与其下一个位于偶数位置上的比特进行异或运算，得到一列原长度一半的串行数据。并行的奇偶运算，对于数字处理有运算简单、效率高的优点。

步骤72，计算对用的参数f(kcnt)。参数f(kcnt)，等于L/(4×2kcnt)；

步骤73判断参数sum(kcnt)与参数[(1-η)×f(kcnt)]的大小，若前者大于等于后者，跳至步骤75。

步骤74令kcnt＝kcnt+1，取异或前比特序列的奇数比特，并跳至步骤71继续进行异或处理。

步骤75，判断速率信号为指令k＝kcnt。

步骤76，将初始带插值串行二进制数据每2k个比特的第一位保留，其余作为冗余插值比特去除，获得不带插值的原始二进制数据流。

从图8可以看出概率曲线f(kcnt)的形状，这是一个指数曲线。f(kcnt)的意义是当L长度的二进制数据列为随机数列时(亦可认为是未插值的数据源数据，或者经过指令0插值后的二进制数据)，每一次经过奇偶并行运算后，kcnt和sum(cnk)用L表示的对应关系。若k≠0时，例如k＝2时，则有：当cnt＝0或1，sum(cnt)＝0；当cnt＞1，sum(cnt)＝f(cnt)。若信号经过信道传输，受到干扰产生误码，例如k＝2时，sum(0)与sum(1)将有分别远小于f(0)与f(1)的正数值，称为干扰值；sum(i)将在f(i)复接有小的偏离；f(0)、f(1)称为无干扰值。随着干扰的增大，干扰值将趋向于无干扰值。对于存在一定程度信道干扰的系统干扰，通过随着kcnt逐次增加，在恰当的范围内比较sum(kcnt)与无干扰值的偏离程度。偏离程度通过步骤73中的参数[(1-η)×f(kcnt)]确定。

这里对步骤70中L长度的标准4×2K+3进行解释：其中的指数3，目的一是增大样本的容量，减少误判；目的二是增大干扰偏离程度的判定精度，使判定精度可以量化到f(i)的1/(23)。

现仅以3个数据流为例，对本发明光正交频分复用变速率传输系统进行说明，具体如下：

系统共有数数据流数目N＝3，子载波数目M＝2048，被平均给3个数据流，分配参数M1＝512，M2＝512，M3＝1024。数据流1具有比特率R1＝Rb；数据流2具有比特率R2＝2Rb；数据流3具有比特率R3＝4Rb。此时控制信号1、2、3分别为：指令2，指令1，指令1。通过插值，3路带冗余数据流比特速率分别为4Rb、4Rb、8Rb。经过串并模块，3数据流对应所有子载波比特率统一成为Rb/128。星座映射采用64QAM方式。在接收系统中，各模块与发送系统中各对应模块具有同样参数。在接收系统的指令识别与去插值模块中，判决门限参数η取值为0.205。判断序列长度L为4096，最大指令k的编号K＝6。

本发明上述实施例中，系统中通过给数据流分配子载波，实现了为多个数据流接口提供服务的功能；加入插值模块以插值统一速率，并在接收端自适应去插值获得传输数据，各载波间不同步、实时变速率的光正交频分复用传输。由此使光正交频分复用通信系统具有了高效、灵活特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。对于本领域的技术人员来说，对于本发明的多种修改将是显而易见的，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种系统，其特征在于，包括：

一个发送系统，将N个二进制数据流信息进行数字处理，并进行数模转换形成子载波数为M的正交频分复用电域信号，随后加载至光载波上生成光正交频分复用信号，输入至光纤链路中；以及

一个接收系统，将接收到的光正交频分复用信号转换为电域信号，并将电域信号通过判决、数字处理，还原成N个二进制数据流信息；

所述传输系统中提到的N与M均为大于等于1的正整数，N小于等于M。

2.如权利要求1所述系统，其中发送系统，其特征在于，包括：

插值模块，用以改变各数据流的二进制数据数率；以及

N个串并变换模块，用于将N路二进制数据转换为M路二进制载波数据；以及

星座映射模块，将M路二进制数据映射至M路星座信号；以及

发送端数字处理模块，将M路子载波的数据进行IFFT变换，并进行并串变换处理，随后加入保护间隔，输出分别为IFFT处理结果实部和虚部的I路、Q路数字信号；以及

两个DAC模块，将数字信号转换为合适参数的模拟信号，获得基带正交频分复用信号，两个模块分别负责I路与Q路信号的转换；以及

两个低通滤波器，将DAC模块形成的模拟信号I路、Q路中的系统的噪声分别滤除，保留基带正交频分复用信号；以及

发送端激光器，用以生成光正交频分复用信号所需要特定频率的光载波，并输出至光电转换模块；以及

光I/Q调制器，获得所述发送端激光器产生的特定频率光载波，并通过分路器分为I路、Q路两路相同的特定频率光载波；所述I路、Q路光载波通过调制器被加载上所述DAC模块产生的I路、Q路模拟信号，形成两路光信号；将所述两路光信号其中一路移相90°，并共同耦合至输出端，进入光纤链路传输。

3.如权利要求2所述，插值模块，获得一路原始二进制数据流数据，并且获得上层系统提供的、对应该路数据流的速率信号；所述上层系统提供的速率信号和每一路所述数据流的速率一一对应，用以控制该路数据流中，每两个原始数据比特中所需插入的冗余比特数；所述其中一路数据流的二进制数据在插值模块中，根据对应的不同速率信号，在各比特之间插入若干冗余比特，冗余比特值为前一比特之值，插值后数据流被传输至所述串并变换模块。

4.如权利要求2所述，串并转换模块，将N路数据流信息分别进行串并变换，其中第i路数据流有一路串行数据转换为Mi路串行数据；N路数据各自并行后并行路数之和(M1+M2+...+MN)等于M，对应M路正交频分复用子载波；M路子载波资源被划分为N组，每一组分别对应N支数据流中的一支；i为大于或等于1，且小于或等于N的整数；串并变换后，M路子载波具有相同的比特速率。

5.如权利要求2所述，星座映射模块，对于M路子载波分别处理，进行适合于信道特性的的、相同的星座映射，形成M路带有实部与虚部的星座信号，并传递给发送端数字处理模块。

6.如权利要求1所述系统，其中接收系统，其特征在于，包括：

接收端激光器，用以生成与所述发送端激光器产生的光载波相同频率的解调光，传输至光I/Q解调器中用以进行相干解调；以及

光I/Q解调器，接收光纤链路所传输的光正交频分复用信号，并利用所述接收端激光器产生的解调光进行相干解调，并进行光电转换，最终得到I路、Q路一共两路正交频分复用电信号，输出至LPF模块；以及

两个低通滤波器LPF，将光所述I/Q解调器提供的模拟信号中I路、Q路中的传输干扰与噪声分别滤除，保留基带正交频分复用信号；以及

两块ADC模块，将I、Q两路基带正交频分复用模拟信号转换为对应的数字信号；以及

接收端数字处理模块，对接收到的I、Q两路数字信号进行串并变换、去保护间隔的处理，并进行M点的FFT运算，获得M路子载波星座数据；以及

星座逆映射模块，将M路子载波星座数据逆映射为M路子载波二进制序列；以及

并串变换模块，将所述M路子载波二进制序列通过并串变换合成为N路带有冗余插值比特的数据流，子载波与数据流对应方式与所述发送系统中串并变换模块对应方式相同；以及

指令识别与去插值模块，自适应识别并去除所述带有冗余差值比特的数据流，还原成N路系统实际传输的原始数据流。

7.如权利要求6所述，去指令识别与插值模块，一共N组，其特征在于，包括：每组一个指令识别部分与一个去插值部分；

所述指令识别与去插值模块各接收一路带冗余差值比特的数据流，自适应、动态地识别每个冗余数据流在所述发送系统插值模块所插入的冗余比特数，并将冗余比特去除，获得一共M路子载波携带的系统实际所需要传输数据；所述冗余数据流在经过各指令识别与去插值模块后，数据速率下降，其速率对应所述发送系统中插值模块前端数据速率。

8.一种方法，其特征在于，包括：

A、发送端获得N个原始二进制数据流，和与这N个数据流一一对应的速率信号，并以二的整数次幂等值插值的方法，进行相应程度的插值；所述的N个数据流可能具有不同的数据速率，其速率由上层系统的传输需求而确定；经过不同程度插值后的带冗余比特的数据流可能具有不同的速率，其速率由所述原始数据流和速率信号共同确定；所述N个速率信号，携带指令k，表示将对应数据流比特长度有1个单位插值扩展为2k长度的单位；k的为大于等于0的整数；所述一共N个速率信号，需要保证插值后的各冗余数据流在经过串并变换后，整个系统的M个子载波具有相同的速率；

B、将M个子载波资源根据需要分配给N个插值后的数据流，将N个数据流的二进制数据串并变换到对应分配的子载波上；

C、对串并变换后的M个子载波信号进行星座映射、数字信号处理，并经过DAC模块转换为电域正交频分复用基带信号，以及经过低通滤波器滤除系统噪声；所述数字信号处理包括对经过星座映射的信号进行M点的IFFT运算，运算结果虚部、实部分别串并变换为两路数字信号、两路数字信号分别加入保护间隔GI；

D、将电域正交频分复用信号加载至光载波上形成光正交频分复用信号，输出至光纤链路；

E、光正交频分复用信号在接收端被还原成电域正交频分复用基带信号；所述正交频分复用基带信号分为实部、虚部两路传输给低通滤波器；

F、低通滤波器滤除传输中的干扰与噪声，获得电域正交频分复用基带信号，并经过ADC模块的模数转换，并进行数字信号处理，还原成带有冗余差值比特的M路子载波数据流；所述数字信号处理包括移除保护间隔GI，串并变换为M路复数数据，以及M点的FFT运算；

G、将M路子载波数据依照发送端分配方式，通过并串变换获得N路带有冗余差值比特的数据流；所述发送端分配方式，即数据流i对应的Mi个子载波；

H、对各带有冗余差值比特的数据流分别进行基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法处理，自适应地识别出该子载波对应的速率信号，并以此识别结果进行冗余插值比特的去除，获得N路原始数据流。

9.如权利要求8所述方法，步骤A中，二的整数次幂等值插值方法，其特征在于，包括步骤：

A1、获取数据流i，取其中一个比特，以及此时数据流i对应的速率信号所含的指令k；

A2、在获得的单个比特后面插入相同的冗余比特，冗余比特数量为2k-1；

A3、输出获得的2k个比特，传递给串并变换模块，准备进行下一个比特的处理。

10.如权利要求8所述方法，步骤H中，基于并行异或计数与曲线偏离的识别方法，其特征在于，包括步骤：

H1、指令识别模块获得若干正交频分复用符号中传输的初始带插值串行二进制数据，一共L个比特，设置异或计数器kcnt＝0；

H2、奇偶并行异或，记录异或结果现“1”次数，为sum(kcnt)；所述奇偶并行异或，即将一列串行二进制数据中位于奇数位置的比特与其下一个位于偶数位置上的比特进行异或运算，得到一列原长度一半的串行数据；

H3、计算对用的参数f(kcnt)；所述参数f(kcnt)，等于L/(4×2kcnt)；

H4、判断参数sum(kcnt)与参数[(1-η)×f(kcnt)]的大小，若前者大于等于后者，跳至步骤H6；

H5、令kcnt＝kcnt+1，取异或前比特序列的奇数比特，并跳至步骤H2继续进行异或处理；

H6、判断速率信号为指令k＝kcnt；

H7、将初始带插值串行二进制数据每2k个比特的第一位保留，其余作为冗余插值比特去除，获得不带插值的原始二进制数据流。

11.如权利要求10所述方法，步骤H1中，所述L个比特，L必须满足：当系统中指令k的最大值为K时，L的长度至少为4×2K+3。

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