CN103107851B - 信号发送设备和方法以及信号接收设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种信号发送设备和方法以及信号接收设备和方法。信号发送方法包括：从基本光载波产生多个光载波，其具有彼此不同的频率，并且包括基本光载波；利用多个数据信号分别调制所述多个光载波中除了预定光载波之外的光载波，以产生多个光调制信号；以及将所述多个光调制信号与预定光载波合成为单个光信号并发送该光信号。信号接收方法包括：将接收的光信号分离为多个光载波，其具有彼此不同的频率，并且包括预定光载波；从所述预定光载波产生多个解调用光波，其频率分别对应于所述多个光载波中除了预定光载波以外的光载波的频率；以及分别利用所述多个解调用光波将所述多个光载波中除了预定光载波以外的光载波解调，以恢复数据信号。

Description

信号发送设备和方法以及信号接收设备和方法

技术领域

本发明涉及光通信，并且具体涉及光通信中的信号发送设备和信号发送方法以及信号接收设备和信号接收方法。

背景技术

在光通信领域，由于具有高频谱效率，对色散/偏振模色散有良好的容忍度以及带宽灵活可变等特性，光正交复用（OFDM）已成为未来用于实现长距离传输的颇具潜力的技术。在光OFDM系统中，在接收端，分别研究了直接检测方式和相干检测方式。由于相干检测可以完全恢复接收信号的复数电场，可对信号的强度和相位等信息进行检测，因此相干检测方式比直接检测方式具有更高的灵敏度，并且以获得广泛认可。然而，在传统的相干检测方式中，在接收端提供本地振荡光源，其产生本地振荡光以用于光信号的解调，这使得系统成本提高。一些研究者提出在接收端从所接收的光信号中提取载波信号作为本地振荡光，但由于接收端模数转换器的带宽有限，因此可接收的信号带宽仅能接受本地振荡光对应的频带上承载的信号，这大大限制发送端信号的谱宽，进而影响系统传输速率。

因此，需要一种能够以低成本和/或在宽频带上实现信号的发送与接收的信号发送设备和信号发送方法以及对应的信号接收设备和信号接收方法。

发明内容

考虑到以上问题而提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种信号发送设备和信号发送方法，其能够在宽频带上发送信号，从而提高系统的传输速率。本发明的另一目的是提供一种信号接收设备和信号接收方法，其能够以低成本在宽频带上实现信号的接收，从而降低系统成本，并且提高系统的传输速率。

根据本发明的一个方面，提供了一种信号发送设备，包括：一种信号发送设备，包括：多载波产生单元，从基本光载波产生多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括所述基本光载波；调制单元，利用多个数据信号分别调制所述多个光载波中除了预定光载波之外的光载波，以产生多个光调制信号；以及合成单元，将所述多个光调制信号与所述预定光载波合成为单个光信号并发送该光信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种信号发送方法，包括以下步骤：从基本光载波产生多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括所述基本光载波；利用多个数据信号分别调制所述多个光载波中除了预定光载波之外的光载波，以产生多个光调制信号；以及将所述多个光调制信号与所述预定光载波合成为单个光信号并发送该光信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种信号接收设备，包括：分离单元，将接收的光信号分离为多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括预定光载波；多载波产生单元，从所述预定光载波产生多个解调用光波，所述多个解调用光波的频率分别对应于所述多个光载波中除了该预定光载波以外的光载波的频率；以及解调单元，分别利用所述多个解调用光波将所述多个光载波中除了所述预定光载波以外的光载波解调，以恢复数据信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种信号接收方法，包括以下步骤：将接收的光信号分离为多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括预定光载波；从所述预定光载波产生多个解调用光波，所述多个解调用光波的频率分别对应于所述多个光载波中除了该预定光载波以外的光载波的频率；以及分别利用所述多个解调用光波将所述多个光载波中除了所述预定光载波以外的光载波解调，以恢复数据信号。

在根据上述方面的信号发送设备和方法中，通过从基本光载波产生多个光载波，然后利用所述多个光载波（不包括预定光载波）来发送数据，可以在宽频带上发送不同的数据，从而提高系统传输速率。此外，在根据上述方面的信号接收设备和方法中，通过使用从预定光载波产生的多个光波充当“本地振荡光”来进行光信号的解调，在接收端不需要设置本地振荡器，降低了系统成本，同时能够在宽频带上接收发送信号，提高了系统性能。

附图说明

通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明实施例的光通信系统的框图；

图2是示出根据本发明实施例的信号发送设备的框图；

图3是示出根据本发明实施例的信号接收设备的框图；

图4是示出图3所示的解调单元的示例结构的框图；

图5是示出根据本发明实施例的信号发送方法的流程图；

图6是示出根据本发明实施例的信号接收方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述根据本发明实施例的信号发送设备和方法以及信号接收设备和方法。

首先，参照图1来描述根据本发明实施例的光通信系统。该光通信系统1包括信号发送设备10、光纤20和信号接收设备30，其中，信号发送设备10通过光纤20连接到信号接收设备30。

图2示出了信号发送设备10的框图。如图2所示，信号发送设备10包括光源11，多载波产生单元12，分离单元13，数据信号源14，多个调制单元15-1、15-2、15-1’、15-2’...，和合成单元16。

光源11可以由单频激光器来实现，其产生频率为f₀（基本频率）的激光（基本光载波），并且将该基本光载波输出到多载波产生单元12。

多载波产生单元12从基本光载波(f₀)产生多个光载波（f_2’、f_1’、f₀、f₁、f₂、...），所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括基本光载波。根据需要，可以产生多个光载波，使得基本光载波在频率轴上相对于其他光载波位于任何位置。例如，可以使基本光载波位于其他光载波的左侧或右侧。或者，如图2所示，所述多个光载波中除了基本光载波以外的光载波在频率轴上可以对称地分布于基本光载波两侧。

多载波产生单元12可以用移频器来实现，其通过将基本光载波在频率轴上分别移动到多个不同的频率位置，来产生多个光载波。或者，可以用本领域公知的其他方式来实现多载波产生单元12。例如，可以通过强度调制器或相位调制器等类型的调制器结合光纤环状反馈结构来实现多载波产生单元12，或者可以通过强度调制器或相位调制器等类型的调制器结合非线性器件(例如非线性光纤)来实现多载波产生单元12。

在一些实施例中，由于光载波产生单元12产生的多个光载波混合在一起，因此分离单元13接收所述多个光载波并将其彼此分离，然后例如经由不同的路径分别输出经分离的多个光载波，如图2所示。可以用具有不同通带的多个带通光滤波器来实现分离单元13，其中，每个带通光滤波器的通带对应于一个光载波，其滤除除了所对应的光载波之外的其他光载波，并且输出该光载波。或者，可以用可调谐光滤波器来实现分离单元13，其中，可以调谐该光滤波器的通带，使得依次输出所述多个光载波。或者，也可以用本领域公知的解复用器来实现所述分离单元13。在经分离的多个光载波中，所述多个光载波中的预定光载波被直接输出到合成单元16，其他光载波分别被输出到所述多个调制单元以进行调制。所述预定光载波可以是基本光载波（f₀），也可以是与基本光载波不同的光载波。在图2中，作为示例，示出了所述预定光载波为基本光载波的情况。在这种情况下，基本光载波（f₀）被直接输出到合成单元16，其他光载波（f_2’、f_1’、f₁、f₂、...）分别被输出到所述多个调制单元15-2’、15-1’、15-1、15-2...中对应调制单元的第一输入端。应当注意，在某些实施例中，多载波产生单元12可以产生彼此分离而非混合在一起的多个光载波，在这种情况下，不需要执行上述分离操作，而是可以将所述多个光载波从多载波产生单元12直接输出到合成单元（预定光载波）和调制单元（其他光载波），在这种情况下可以省略分离单元13。

数据信号源14产生携带要发送的数据的多个数据信号（2’，1’，1，2...），并且将所述多个数据信号分别提供给所述多个调制单元15-2’、15-1’、15-1、15-2...的第一输入端。所述多个数据信号可以携带相同的数据，也可以携带不同的数据。

所述多个调制单元15-2’、15-1’、15-1、15-2...分别利用在第二输入端接收的数据信号（2’，1’，1，2...）调制在其第一输入端接收的光载波（除了所述预定光载波以外的其他光载波，在图2的示例中为除了基本光载波以外的其他光载波，其频率分别为f_2’、f_1’、f₁、f₂、...)，以产生多个光调制信号。如图2所示，所述多个光调制信号分别具有与输入各个调制单元的光载波的频率相同的频率（中心频率）。该调制的具体方法是本领域公知的，因此在这里省略其详细描述。各个光调制信号被提供给合成单元16。可以看到，在本发明的实施例中，在所述多个光载波中，不对基本光载波进行调制，而只对其他光载波进行调制。

合成单元16可以是复用器，其将从各个调制单元输出的所述多个光调制信号和所述预定光载波（在图2的示例中为基本光载波）合成为单个光信号，其示意波形如图2所示，并且经由光纤20发送该光信号。

在根据本发明实施例的信号发送设备中，通过利用单个光载波产生多个光载波，可以在只有一个光源的情况下增加用来承载数据的光载波数量，提高光通信系统的总信息速率。此外，通过用不同的数据信号来调制各个光载波（不包括所述预定光载波），使得各个光载波承载不同的数据，可以使光通信系统更具有灵活性和实用性。

应当注意，尽管在图2中图示了一个数据信号源，其产生多个数据信号，但这仅仅是示意性的，也可以采用多个数据信号源，每个数据信号源产生一个数据信号并且输出到对应的调制单元。或者，信号发送设备10也可以不包括数据信号源，而是从外部接收所述多个数据信号。此外，在图2中，为简单起见仅示出了5个频率（f_2’、f_1’、f₀、f₁、f₂）的光载波以及4个调制单元，但这只是示意性的，可以根据需要而产生任意数量的光载波，并且相应地设置任何数目的调制单元。

下面，参照图3来描述根据本发明实施例的信号接收设备。

如图3所示，信号接收设备30包括分离单元31和32、多载波产生单元33、分离单元34、以及多个解调单元35-1、35-2、35-1’、35-2’、...。

信号接收设备30经由光纤20而接收从信号发送设备10发送的上述光信号，该光信号被提供给分离单元31。

分离单元31将预定光载波从该光信号中分离出来并将其输出到多载波产生单元33。所分离的该预定光载波与在信号发送设备中选择的预定光载波相同，其可以是上述基本光载波，也可以是其他光载波。在这里，由于在图2的示例中使用基本光载波作为预定光载波，因此在图3所示的信号接收设备示例中，也使用基本光载波（频率为f₀）作为预定光载波。分离单元31将该光信号的其余部分（光载波）输出到分离单元32，分离单元32将其进一步分离为多个光载波，如图3所示，各个光载波的频率（中心频率）分别与信号发送设备处产生的各个光调制信号一致。由此，通过分离单元31和32，所接收的光信号被分离为具有彼此不同的频率的多个光载波，其频率分别与在信号发送设备中产生的所述多个光载波相同。

与针对图2描述的分离单元13相似，可以用多个带通光滤波器、可调谐光滤波器或者解复用器来实现分离单元31和32。例如，在所述预定光载波为基本光载波（f₀）的示例中，当利用可调谐光滤波器来实现分离单元31和32时，可以通过将分离单元31的通带中心调谐到基本频率f₀以滤除除了基本光载波之外的光载波，从而获得基本光载波，并且可以将分离单元32的通带中心分别调谐到频率f_k（k=2’，1’，1，2...），以分别滤除频率为f_k的光载波以外的光载波，从而获得频率为f_k的光载波。分离单元32将所分离出的多个光载波（不包括所述预定光载波）分别输出到对应的解调单元的第一输入端。在图3的示例中，分离单元32将所分离出的多个光载波（f_2’、f_1’、f₁、f₂、...，不包括f₀）分别输出到解调单元35-2’、35-1’、35-1、35-2...的第一输入端。

光载波产生单元33与多载波产生单元12相似，其按照与多载波产生单元12相似的方式，从所述预定光载波产生多个解调用光波。所述多个解调用光波的频率分别与从分离单元32输出的各个光载波的中心频率相同。在图3的示例中，从基本光载波（f₀）产生多个解调用光波（其频率分别为f_2’、f_1’、f₁、f₂、...）。

在一些实施例中，当光载波产生单元33产生的多个解调用光波混合在一起时，分离单元34接收所述多个解调用光波，将它们彼此分离，并且将经分离的各个解调用光波分别输出到对应的解调单元的第二输入端。具体地，在图3所示的示例中，频率为f_k（k=2’，1’，1，2...）的解调用光波被输入到接收了频率为f_k的光载波信号的解调单元的第二输入端。在多载波产生单元33产生彼此分离而非混合在一起的多个光载波的其他实施例中，可以省略分离单元33。

解调单元35-2、35-1、35-1’、35-2’...分别利用输入到其第二输入端的解调用光波来解调输入到其第一输入端的光载波，从而恢复数据信号。

下面，参照图4来更详细的描述所述多个解调单元。由于各个解调单元的结构基本相同，因此在这里以解调单元35-k为例来进行描述。

图4示出了解调单元的一种示例结构。如图4所示，解调单元35-k包括混频器351以及光电转换单元352。输入到解调单元35-k的第一输入端的光载波（其频率为f_k）与输入到其第二输入端的解调用光波（其频率也为f_k）在混频器351中被混频，混频后的光被输出到光电转换单元352。光电转换单元352例如可以由光电二极管实现，其对混频后的光信号进行光电转换，从而产生多个数据信号。应当注意，通过混频器以及光电转换单元来解调所述光载波以产生对应数据信号的这一方法是本领域公知的，因此在这里只对其进行了简要的描述。除了图4所示的结构以外，也可以使用本领域公知的其他方式来实现光载波的解调。

各个解调单元35-2、35-1、35-1’、35-2’...按照与解调单元35-k相同的方式，分别将所述多个光载波解调，产生相应的数据信号，从而实现数据的接收。

图3所示的信号接收设备仅仅是示例性的，本领域技术人员可以对其做出改变，而不背离本发明的精神和范围。例如，尽管在图3所示的信号接收设备中，利用分离单元31和分离单元32以两级来分离预定光载波和其他光载波，但是也可以用一个分离单元从所接收的光信号分离出包括预定光载波和其他光载波的全部光载波。此外，在图3中，为简单起见仅示出了5个频率（f_2’、f_1’、f₀、f₁、f₂）的光载波以及4个解调单元，但这只是示意性的，可以根据信号发送设备中使用的频率数量而分离出相应数量的光载波，并且设置相应数量的解调单元。

在根据本发明实施例的信号接收设备中，利用从所接收的光信号中分离的预定光载波产生多个解调用光波，然后分别用这些解调用光波充当“本地振荡光”来解调各个光载波。这样，不需要使用用来产生本地振荡光的本地振荡光源，降低了信号接收设备乃至光通信系统的成本。此外，由于可以根据需要增加从基本光载波产生的解调用光波的数量（和频率），即，可以在宽频带上产生解调用光波，因此，在接收端可以解调宽频带上的光载波，使得接收端不再成为限制光通信系统速率的瓶颈。

下面，将描述根据本发明实施例的信号发送方法和信号接收方法。

图5示出了根据本发明实施例的信号发送方法的流程图。

如图5所示，在发送端，在步骤S501，从基本光载波产生多个光载波，所述多个光载波具有不同的频率（f_2’、f_1’、f₀、f₁、f₂、...），并且包括所述基本光载波（其频率为f₀）。

该步骤可以由图2所示的多载波产生单元执行，其中，所述基本光载波可以来自单频激光器。如上文所述，可以通过将基本光载波在频率轴上分别移动到不同的频率位置，来产生多个光载波，或者可以通过本领域公知的其他方式来从基本光载波产生多个光载波。在所产生的多个光载波中，基本光载波在频率轴上相对于其他光载波可以位于任何位置，例如，所述多个光载波中除了基本光载波以外的光载波在频率轴上可以对称地分布于基本光载波两侧。随后，在所述多个光载波混合在一起的情况下，利用例如上文所述的分离单元13将所述多个光载波彼此分离。在所述多个光载波被彼此分离地产生的情况下，不需要执行该分离操作。

接下来，在步骤S502，利用多个数据信号分别调制所述多个光载波中除了预定光载波以外的光载波，以产生多个光调制信号。可以通过例如图2所示的多个调制单元，利用各个数据信号来调制除了预定光载波以外的光载波，其中，各个数据信号可以携带相同的数据，也可以携带不同的数据，所述预定光载波可以是基本光载波，可以是与基本光载波不同的任意光载波。如上文所述，所产生的所述多个光调制信号分别具有与所述多个光载波中除了预定光载波以外的光载波（参与调制的光载波）的频率相同的频率（中心频率）。由于该调制过程与上文所述的相同，因此在这里不再赘述。

然后，在步骤S503，将所述多个光调制信号和所述预定光载波合成为一个光信号，该光信号随后经由光纤被发送到接收端。

可以看到，在根据本发明实施例的信号发送方法中，利用从基本光载波产生的多个光载波来承载数据信号，因而可以增大发送设备的发送带宽，提高光通信系统的性能。此外，所述预定光载波（例如基本光载波）并没有经过调制，而是被直接合成到所发送的光信号中，以用于后续的接收过程。

下面，参照图6来描述根据本发明实施例的信号接收方法。

如图6所示，在接收端，在步骤S601，将从外部接收的光信号分离为多个光载波。所接收的光信号可以是按照图5所示的方法产生的信号。所述多个光载波具有彼此不同的频率（f_2’、f_1’、f₀、f₁、f₂、...，其分别与在发送端使用的多个光载波相同），并且包括预定光载波。该预定光载波与在发送端选择的预定光载波相同，并且可以是具有基本频率f₀的基本光载波或者与基本光载波不同的光载波。

如上文所述，可以首先将预定光载波（例如基本光载波(f₀)）从该光信号中分离出来，然后从光信号的剩余部分进一步分离多个光载波(例如f_2’、f_1’、f₁、f₂、...)。或者，可以从所述光信号中一次性地分离全部光载波（f_2’、f_1’、f₀、f₁、f₂、...）。

接下来，在步骤S602，从所述预定光载波产生多个解调用光波，所述多个解调用光波的频率分别与所述多个光载波中除了预定光载波之外的光载波相同。随后，在所产生的多个解调用光波混合在一起的情况下，可以利用诸如光滤波器之类的分离器将所述多个光波分离为彼此独立的光波。如果从预定光载波产生的是彼此分离的光波，则不需要执行该分离操作。如上文所述，可以通过将预定光载波在频率轴上分别移动到多个不同的频率位置或者采用本领域公知的其他方式来产生所述多个光波。

然后，在步骤S603，分别利用所述多个解调用光波（f_k），将所述多个光载波中除了所述预定光载波以外的光载波（f_k）解调，以恢复数据信号。可以利用在上文中参照图4描述的解调单元进行该解调操作，在这里为简单起见而省略其描述。

可以看到，在根据本发明实施例的信号接收方法中，不是利用传统的本地振荡光源产生本地振荡光，而是用根据从所接收的光信号分离的预定光载波产生的解调用光波充当“本地振荡光”，由此进行光载波的解调，这样，可以省去本地振荡光源，降低了系统成本。而且，由于可以从基本光载波产生跨越宽频带的解调用光波，因此，可以接收和解调所接收的宽频带的光信号，从而提高系统的信息传输能力。

尽管已经示出和描述了本发明的示例实施例，本领域技术人员应当理解，在不背离权利要求及其等价物中限定的本发明的范围和精神的情况下，可以对这些示例实施例做出各种形式和细节上的变化。

Claims (14)

1.一种信号发送设备，包括：

多载波产生单元，从基本光载波产生多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括所述基本光载波；

调制单元，利用多个数据信号分别调制所述多个光载波中除了所述基本光载波之外的光载波，以产生多个光调制信号；以及

合成单元，将所述多个光调制信号与所述基本光载波合成为单个光信号并发送该光信号。

2.如权利要求1所述的信号发送设备，其中，所述多载波产生单元通过将所述基本光载波在频率轴上分别移动到多个不同的频率位置，来产生所述多个光载波。

3.如权利要求1所述的信号发送设备，还包括：分离单元，用于将多载波产生单元产生的所述多个光载波彼此分离。

4.如权利要求1所述的信号发送设备，其中，所述多个数据信号分别携带不同的数据。

5.一种信号发送方法，包括以下步骤：

从基本光载波产生多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括所述基本光载波；

利用多个数据信号分别调制所述多个光载波中除了所述基本光载波之外的光载波，以产生多个光调制信号；以及

将所述多个光调制信号与所述基本光载波合成为单个光信号并发送该光信号。

6.如权利要求5所述的信号发送方法，其中，通过将所述基本光载波在频率轴上分别移动到多个不同的频率位置，来产生所述多个光载波。

7.如权利要求5所述的信号发送方法，还包括以下步骤：将所述多个光载波彼此分离。

8.如权利要求5所述的信号发送方法，其中，所述多个数据信号分别携带不同的数据。

9.一种信号接收设备，包括：

分离单元，将接收的光信号分离为多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括基本光载波；

多载波产生单元，从所述基本光载波产生多个解调用光波，所述多个解调用光波的频率分别对应于所述多个光载波中除了该基本光载波以外的光载波的频率；以及

解调单元，分别利用所述多个解调用光波将所述多个光载波中除了所述基本光载波以外的光载波解调，以恢复数据信号。

10.如权利要求9所述的信号接收设备，其中，所述多载波产生单元通过将所述基本光载波在频率轴上分别移动到多个不同的频率位置，来产生所述多个解调用光波。

11.如权利要求9所述的信号接收设备，还包括：另一分离单元，用于将多载波产生单元产生的所述多个解调用光波彼此分离。

12.一种信号接收方法，包括以下步骤：

将接收的光信号分离为多个光载波，所述多个光载波具有彼此不同的频率，并且包括基本光载波；

从所述基本光载波产生多个解调用光波，所述多个解调用光波的频率分别对应于所述多个光载波中除了该基本光载波以外的光载波的频率；以及

分别利用所述多个解调用光波将所述多个光载波中除了所述基本光载波以外的光载波解调，以恢复数据信号。

13.如权利要求12所述的信号接收方法，其中，通过将所述基本光载波在频率轴上分别移动到多个不同的频率位置，来产生所述多个解调用光波。

14.如权利要求12所述的信号接收方法，还包括以下步骤：将所述多个解调用光波彼此分离。