CN103222216A - 用于改进dd-ofdm系统的接收器灵敏度而无需使用频率保护带的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高DD-OFDM系统的接收灵敏度而无需使用频率保护带的系统和方法。该方法包括：交错DD-OFDM系统的输入数据以产生交错的数据;使用第一递归系统卷积码来编码输入数据，以产生第一递归系统卷积编码的数据;使用第二递归系统卷积码来编码交错的数据，以产生第二递归系统卷积编码的数据;打孔第一递归系统卷积编码的数据和第二递归系统卷积编码的数据，以产生奇偶校验序列;及将输入数据与奇偶校验序列组合，以产生编码的DD-OFDM数据;其中，通过针对不同的OFDM子载波使用不同的打孔率来生成奇偶校验序列，以取得较高的频谱效率。该系统和方法通过在DD-OFDM系统中使用ACE和交错技术，可以提高接收灵敏度和频谱效率而无需使用频率保护带。

Description

用于改进DD-OFDM系统的接收器灵敏度而无需使用频率保护带的系统和方法

技术领域

本发明涉及通信技术，且特别涉及用于改进光学直接检测-正交频分调制（DD-OFDM）系统的接收器灵敏度而无需使用频率保护带的系统和方法。

背景

由于其高频谱效率、防止色度色散（CD）和偏振模式色散（PMD）的能力及在数字信号处理中的灵活性，正交频分调制（OFDM）在光纤通信中是一种很有前途的技术。（请参考Jean Armstrong,“OFDM for OpticalCommunications（用于光纤通信的OFDM）”,JOURNAL OF LIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.27,NO.3,2009年2月1日;Dayou Qian,NedaCvijetic,Junqiang Hu,Ting Wang“Optical OFDM Transmission inMetro/Access Networks（在城域/接入网中的光学OFDM传输）”,OSA/OFC/NFOEC2009,OMV1;A.J.Lowery和J.Armstrong,“Orthogonal-frequency-division multiplexing for dispersion compensation oflong-haul optical systems（用于长途光学系统的色散补偿的正交频分复用）,”Opt.Express,vol.14,no.6,pp.2079–2084,2006;Sander L.Jansen,Itsuro Morita,Kamyar Forozesh,Sebastian Randel,Dirk van den Borne1andHideaki Tanaka,“Optical OFDM,a hype or is it for real?（光学OFDM，炒作或者是真实的吗？）”ECOC2008,Mo.3.E.3;D.Qian,N.Cvijetic,JunqiangHu和Ting Wang,“108Gb/s OFDMA-PON with Polarization Multiplexing andDirect Detection（使用偏振复用和直接检测的OFDMA-PON）”）。

近年来，大量研究集中于相干检测OFDM（CD-OFDM），因为它具有高的频谱效率和高的接收器灵敏度的优点。然而，由于其结构复杂和高带宽硬件要求，其将是非常昂贵的。（请参阅Hidenori Takahashi,“CoherentOFDM Transmission with High Spectral Efficiency（具有高频谱效率的相干OFDM传输）”,ECOC2009,paper1.3.3;W.Shieh,H.Bao,和Y.Tang,“Coherent optical OFDM:theory and design”）

与光学CD-OFDM相比，光学直接检测（DD）OFDM由于其简单的接收机，是一种更实惠的方案。但是，为了避免光载波和OFDM信号之间的干扰，在传统的光学DD-OFDM中，在光载波和OFDM子载波之间需要频谱低效频率保护带（FGB），并已经做了许多研究用于改善光学DD-OFDM的频谱效率。（请参阅Wei-Ren Peng1,Xiaoxia Wu,Vahid R.Arbab,Bishara Shamee,Jeng-Yuan Yang,Louis C.Christen1,Kai-MingFeng,Alan E.Willner和Sien Chi,“Experimental Demonstration of340kmSSMF Transmission Using a Virtual Single Sideband OFDM Signal thatEmploys Carrier Suppressed and Iterative Detection Techniques（使用采用载波抑制和迭代检测技术的虚拟的单边带OFDM信号的340km SSMF传输的实验演示）”,OFC/NFOEC2008,OMU1;Abdulamir Ali,Jochen Leibrich和Werner Rosenkranz,“Spectral Efficiency and Receiver Sensitivity in DirectDetection Optical-OFDM（直接-检测光学OFDM系统中的频谱效率和接收器灵敏度）”,OSA/OFC/NFOEC2009,OMT7;Arthur James Lowery,“Improving Sensitivity and Spectral Efficiency in Direct-Detection OpticalOFDM Systems（改进直接-检测光学OFDM系统中的灵敏度和频谱效率）”OFC/NFOEC2008,OMM4;Zhenbo Xu,Maurice O’Sullivan和RongqingHui,“Spectral-efficient OOFDM system using compatible SSB modulationwith a simple dual-electrode MZM（使用利用简单的双电极MZM的兼容的SSB调制的频谱高效的OOFDM系统）”OSA/OFC/NFOEC2010,OMR2;Zizheng Cao,Jianjun Yu,Wenpei Wang,Lin Chen,and ZeDong,”Direct-Detection Optical OFDM Transmission System WithoutFrequency Guard Band（无需频率保护带的直接检测光学OFDM传输系统）”,IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.22,NO.11,2010年6月1日)

此外，Turbo编码可以用于提高接收器灵敏度，并且在无线系统中被广泛使用。（请参阅Lajos Hanzo,Jason P.Woodard,和Patrick Robertson,“Turbo Decoding and Detection for Wireless Applications（用于无线应用的Turbo译码和检测）”）

因此，需要以简单的架构提高光学DD-OFDM系统的接收器灵敏度，同时获得高频谱效率。

发明内容

在本发明中，在光学DD-OFDM系统使用了自适应编码效率（ACE）和交错技术而无需FGB，从而在提高接收灵敏度的同时，获得高频谱效率。

本发明的一个目的是提供一种用于提高DD-OFDM系统的接收灵敏度而无需使用频率保护带的系统，该系统包括：交错器，其被配置为交错所述DD-OFDM系统的输入数据以产生交错的数据;第一递归系统卷积编码器，其被配置为使用第一递归系统卷积码来编码所述输入数据，以产生第一递归系统卷积编码的数据;第二递归系统卷积编码器，其被配置为使用第二递归系统卷积码来编码所述交错的数据，以产生第二递归系统卷积编码的数据;打孔装置，其被配置为打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据，以产生奇偶校验序列;及组合器，其被配置为将所述输入数据与所述奇偶校验序列组合，以产生编码的DD-OFDM数据;其中，所述打孔装置被配置为针对不同的OFDM子载波使用不同的打孔率来生成所述奇偶校验序列，以取得较高的频谱效率。

根据本发明的某些实施例，打孔装置还被配置为对于具有较高的误码率的OFDM子载波，使用较高的打孔率，而对于具有较低的误码率的OFDM子载波，使用较低的打孔率。

在根据本发明的另一个实施例中，所述较高的打孔率是0.5及所述较低的打孔率是0.25。

在根据本发明的又一个实施例中，所述具有较高的误码率的OFDM子载波是更接近OFDM载波的OFDM子载波的20％。

在根据本发明的又一个实施例中，所述第一递归系统卷积码是1011及所述第二递归系统卷积码是1101。

本发明的另一个目的是提供一种用于提高DD-OFDM系统的接收灵敏度而无需使用频率保护带的方法，该方法包括：交错所述DD-OFDM系统的输入数据以产生交错的数据;使用第一递归系统卷积码来编码所述输入数据，以产生第一递归系统卷积编码的数据;使用第二递归系统卷积码来编码所述交错的数据，以产生第二递归系统卷积编码的数据;打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据，以产生奇偶校验序列;及将所述输入数据与所述奇偶校验序列组合，以产生编码的DD-OFDM数据;其中，在打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据时，通过针对不同的OFDM子载波使用不同的打孔率来生成所述奇偶校验序列，以取得较高的频谱效率。

根据本发明的某些实施例，在打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据时，对于具有较高的误码率的OFDM子载波，使用较高的打孔率，而对于具有较低的误码率的OFDM子载波，使用较低的打孔率。

在根据本发明的另一个实施例中，所述较高的打孔率是0.5，及所述较低的打孔率是0.25。

在根据本发明的又一个实施例中，所述具有较高的误码率的OFDM子载波是更接近OFDM载波的OFDM子载波的20％。

在根据本发明的又一个实施例中，所述第一递归系统卷积码是1011及所述第二递归系统卷积码是1101。

在利用使用ACE和交错技术的系统及方法时，接收灵敏度被明显提高。

附图描述

图1示出没有频率保护带的光学DD OFDM系统中的子载波间干扰（ISI）;

图2示出没有FGB的光学DD OFDM系统的交错和ACE技术的原理;

图3示出了使用ACE和交错技术的光学DD-OFDM系统的实验装置，其中使用了四种类型的OFDM信号：5.18Gb/s的OFDM，5.18Gb/s的turbo编码的OFDM，使用ACE的5.18Gb/s的OFDM和使用ACE和交错器的5.18Gb/s的OFDM;

图4示出四种类型的OFDM信号的接收信号的误码率（BER）的曲线。

具体实施方式

在本发明中，在没有FGB的情况下，自适应编码效率（ACE）和交错技术用于光学DD-OFDM系统中，从而在提高频谱效率的同时，获得高频谱效率。对没有FBG的光学DD-OFDM信号的子载波间干扰进行了理论和实验研究。实验表明，在利用ACE和交错技术时，接收灵敏度被明显提高。

下面描述自适应编码效率（ACE）和交错技术的理论。首先，对子载波间干扰的数学理论分析进行讨论。

没有FGB的情况下，光学DD-OFDM信号的子载波间干扰：

时域的电学OFDM信号可表示为：

$f\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})---\left(1\right)$

其中N表示OFDM信号的IFFT大小，k是OFDM信号的子载波的数目，kΩ是OFDM信号的第k个子载波，及a_k、b_k分别是第k个子载波的同相分量和正交分量。

在强度调制后，没有FGB情况下的光学OFDM信号可以表示为：

$E_{\mathrm{out}}\left(t\right)=[\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})+\mathrm{\γ}]\cos \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)---\left(2\right)$

其中E_out(t)是没有FGB的光学OFDM信号，γ是强度调制器的光学调制指数，及cos(ω₀t)针对光学载波，ω₀是光载波的频率。在传输后，光检测器用于在接收器处将光学OFDM信号转换成电信号。然后，经过光检测器后的电信号I将是：

$I={\left|E_{\mathrm{out}}\right|}^2$

$={(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})\·\cos {\mathrm{\ω}}_{0}t)}^2+{\mathrm{\γ}}^2\·{\cos }^2{\mathrm{\ω}}_{0}t+2\mathrm{\γ}\·{\cos }^2{\mathrm{\ω}}_{0}t\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})$

$=\frac{1}{2}{(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})}^2+\frac{1}{2}\·\cos 2{\mathrm{\ω}}_{0}t\·{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})\right)}^2$

$+(\frac{1}{2}\·{\mathrm{\γ}}^2+\frac{1}{2}\·{\mathrm{\γ}}^2\·\cos 2{\mathrm{\ω}}_{0}t)$

$+\mathrm{\γ}\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})+\mathrm{\γ}\·\cos 2{\mathrm{\ω}}_{0}t\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})$

$=\mathrm{\γ}\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(a_k\cos \mathrm{k\Ωt}+b_k\sin \mathrm{k\Ωt})$

$+\frac{1}{2}\mathrm{\γ}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k[\cos (2{\mathrm{\ω}}_0+\mathrm{k\Ω})t+\cos (2{\mathrm{\ω}}_0-\mathrm{k\Ω})t]+\frac{1}{2}\mathrm{\γ}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k[\sin (2{\mathrm{\ω}}_0+\mathrm{k\Ω})t-\sin (2{\mathrm{\ω}}_0-\mathrm{k\Ω})t]$

$+\frac{1}{2}\·{\mathrm{\γ}}^2$

$+\frac{1}{4}\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k+\frac{1}{4}\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k(\cos 2\mathrm{k\Ωt}+\cos 2{\mathrm{\ω}}_{0}t)+\frac{1}{4}\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k+\frac{1}{4}\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k(\cos 2\mathrm{k\Ωt}+\cos 2{\mathrm{\ω}}_{0}t)$

$+\frac{1}{2}\·\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_k[\sin (2{\mathrm{\ω}}_0+2\mathrm{k\Ω})t+\sin \left(2\mathrm{k\Ωt}\right)]+\frac{1}{2}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_k[\cos \left(2{\mathrm{\ω}}_0\right)+\cos \left(2\mathrm{k\Ωt}\right)]$

$+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{a}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t+(n+k)\mathrm{\Ωt}]+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{a}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t-(n+k)\mathrm{\Ωt}]$

$+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{a}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t+(n-k)\mathrm{\Ωt}]+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{a}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t-(n-k)\mathrm{\Ωt}]$

$+\frac{1}{4}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t+(n+k)\mathrm{\Ωt}]+\frac{1}{4}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t-(n+k)\mathrm{\Ωt}]$

$+\frac{1}{4}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t+(n-k)\mathrm{\Ωt}]+\frac{1}{4}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t-(n-k)\mathrm{\Ωt}]$

$+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t+(n+k)\mathrm{\Ωt}]+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t-(n+k)\mathrm{\Ωt}]$

$+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t+(n-k)\mathrm{\Ωt}]+\frac{1}{8}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{b}_n\cos [2{\mathrm{\ω}}_{0}t-(n-k)\mathrm{\Ωt}]$

$+\frac{1}{4}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{a}_n\cos (k-n)\mathrm{\Ωt}+\frac{1}{4}\underset{\underset{k=1,n=1}{k\≠n}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{a}_n\cos (k+n)\mathrm{\Ωt}$

$+\frac{1}{2}\underset{\underset{k\≠n}{k=1,n=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_n\sin (k-n)\mathrm{\Ωt}+\frac{1}{2}\underset{\underset{k\≠n}{k=1,n=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{b}_n\sin (k+n)\mathrm{\Ωt}$ $\left(3\right)$

$+\frac{1}{4}\underset{\underset{k\≠n}{k=1,n=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{b}_n\cos (k-n)\mathrm{\Ωt}+\frac{1}{4}\underset{\underset{k\≠n}{k=1,n=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{b}_n\cos (k+n)\mathrm{\Ωt}$

由于平方律检测器的性质，输出不仅包含OFDM信号，也包含由于子载波间干扰(ISI)导致的跳动噪声，这将大大降低系统的性能，如图1所示。值得注意的是，由于强烈的ISI，接近光载波的子载波具有差的性能。子载波越接近光载波，由ISI引起的噪声将越大。

因此，在没有FGB的情况下，系统的性能可由于光学DD-OFDM信号的子载波间干扰而下降。

自适应编码效率（ACE）和交错技术：

在本发明中，没有FGB的情况下，自适应编码效率（ACE）和交错技术用于光学DD-OFDM系统。

图2示出了没有FGB的光学DD-OFDM系统中的ACE和交错技术的原理。在图2（a）中的红色实心矩形表示错误的位。由于ISI，没有FGB的光学DD OFDM的性能会降低。更接近光载波的子载波很容易受到ISI的影响。为了分散这些相邻的错误，则对于子载波调制，这些位可以被成行写入并可以被成列读出。当接收到OFDM信号时，位被成行读出。以这种方式，相邻的错误可以被分散。上述的数字信号处理是关于交错技术，这是通信领域的技术人员已知的。

由于位错误通常集中在接近光载波的OFDM子载波中，在其他的子载波中具有较少的位错误。因此，根据误码率（BER），OFDM子载波可以分为两部分：具有高BER的需要更强大的编码（低编码效率）的一部分，和具有低BER的可使用不那么强大的编码（高编码效率）的另一部分。

通过考虑子载波的不同的BER，本发明的Turbo编码器可以提高接收器灵敏度并获得高的频谱效率。本发明的Turbo编码器如图2（b）所示。图2（b）的本发明的turbo编码器使用ACE和交错技术。在下文中，将对使用ACE和交错技术的turbo编码器进行详细说明。

Turbo编码器包括交错器、两个递归的系统卷积（RSC）编码器、打孔装置、以及组合器。输入数据被输入到RSC编码器1，同时输入数据也被输入到交错器。上面已经关于分散相邻的错误描述了交错器的处理。从交错器输出的数据被输入到RSC编码器2。两个RSC编码器分别使用两个RSC码以产生输入数据的奇偶校验序列。一个RSC码用于编码原始输入位，而另一RSC码用于编码交错后的位。使用两个RSC码对原始输入位和交错的位进行编码的方法是无线系统的现有技术，这将不作详细讨论。然后由两个RSC编码器产生的两个RSC编码的数据在打孔装置进行打孔来生成输入数据的奇偶校验序列。通过将原始输入数据与由打孔装置所产生的奇偶校验序列组合来产生turbo编码的位。

在本发明的某些实施例中，RSC码1011和1101用于编码原始输入位和交错的位。具体而言，RSC码1011用于编码原始输入位，而RSC码1101用来编码交错后的位。

值得注意的是，图2（b）中的打孔装置被配置为对于OFDM子载波的上述两部分使用不同的打孔率：具有较高的BER的一部分，和具有较低的BER的另一部分。具有较高的BER的OFDM子载波的部分比具有较低的BER的OFDM子载波的部分更接近光载波。对于具有较高的BER的OFDM子载波的部分，应该使用较高的打孔率。而对于具有较低的BER的OFDM子载波的部分，应该使用较低的打孔率。较高的打孔率意味着较长的奇偶校验序列。因此，当使用较高的打孔率时，编码效率较低，而当使用较低的打孔率时，编码效率较高。

在本发明的某些实施例中，打孔率最佳为0.25和0.5。当打孔率为0.25时，编码效率为0.66（50％的开销），及当打孔率为0.5时，编码效率为0.5（100％的开销）。在本发明的某些实施例中，在DD OFDM系统中，约20％的子载波应用0.5的编码效率，而其他应用0.66。在不同的情况下，“20％”的百分比可以改变。

可以相应地给出根据本发明的用于提高DD-OFDM系统的接收器的灵敏度而无需使用频率保护带的方法。该方法包括：

交错所述DD-OFDM系统的输入数据以产生交错的数据;

使用第一递归系统卷积码来编码所述输入数据，以产生第一递归系统卷积编码的数据;

使用第二递归系统卷积码来编码所述交错的数据，以产生第二递归系统卷积编码的数据;

打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据，以产生奇偶校验序列;及

将所述输入数据与所述奇偶校验序列组合，以产生编码的DD-OFDM数据;

其中，在打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据时，通过针对不同的OFDM子载波使用不同的打孔率来生成所述奇偶校验序列，以取得较高的频谱效率。

具体地，在根据本发明的方法中，对于具有较高的误码率的OFDM子载波，使用较高的打孔率，而对于具有较低的误码率的OFDM子载波，使用较低的打孔率。较高的打孔率可以是0.5，及较低的打孔率可以是0.25。具有较高的误码率的OFDM子载波可能是更接近OFDM载波的OFDM子载波的20％。更具体地，第一递归系统卷积码是1011，及第二递归系统卷积码是1101。

从上述的实施例中，可以看出，在本发明中，使用自适应编码效率的技术和交错技术一起使用，以提高接收器灵敏度，同时获得高频谱效率，而无需使用FGB。具体而言，包括使用不同的打孔率的打孔装置和交错器的turbo编码器实现本发明的ACE和交错技术。通过使用具有不同的打孔率的打孔装置和用于分散相邻的错误的交错器，可以实现在提高接收器灵敏度的同时，获得高频谱效率，而无需使用FGB的优点。此外，本发明的Turbo编码器的架构简单。

总之，通过使用本发明的ACE和交错技术，整体OFDM信号的总的BER将减少。因此，通过使用本发明的ACE和交错技术，频谱效率提高，而无需使用FGB。

通过使用ACE和交错技术的实验结果：

图3示出使用ACE和交错技术的光学DD-OFDM系统的实验装置。电的64QAM-OFDM信号由一个市售的任意波形发生器（AWG）产生。OFDM信号的IFFT大小为256，其中，8个子载波用于导频，56个子载波用于保护间隔，及192个子载波用于数据。

在实验中，使用了四种类型的OFDM信号：5.18Gb/s的OFDM，5.18Gb/s的turbo编码的OFDM，使用ACE的5.18Gb/s的OFDM和使用ACE和交错的5.18Gb/s的OFDM。当使用5.18Gb/s的OFDM与ACE和交错的信号时，更接近光载波的子载波的Turbo编码率或效率为0.5，其他的子载波为0.66。

从分布式反馈（DFB）激光器产生的光波在强度调制器（IM）中通过由所产生的电的OFDM信号驱动的一个马赫-增德尔调制器（MZM）调制，以产生四个光学OFDM信号。光学OFDM信号在掺铒光纤放大器（EDFA）1后，在标准单模光纤（SSMF）上传输100km，然后在EDFA2后在SSMF上传输另一个100km。在接收机中，在光学OFDM信号传输到光电二极管（PD）之前，分别使用EDFA3和光学带通滤波器（OBF）对信号进行放大并过滤噪声。然后，光学OFDM信号被传输到实时的数字信号示波器（TDS），在这之后，对光学OFDM信号将实施离线处理。

如图3所示，四个图形分别在IM、EDFA1、EDFA2、和EDFA3之前被测量。

在图4中通过实验示出针对四种类型的OFDM信号的测量的BER曲线。图4中的曲线在图3的DFA3之前被测量。在图4中，4条曲线分别表示四种类型的OFDM信号。注意，在图4中，VC表示可变编码率，及VC-IL表示可变编码率-交错器。在200公里的SSMF上传输后，在1×10^-4的BER，使用ACE和交错的光学DD-OFDM信号与Turbo编码的光学DD-OFDM信号的接收灵敏度相比，前者的接收灵敏度提高超过1dB，且与光学DD-OFDM信号的接收灵敏度相比，提高超过5dB。

从图4中，可以看出，本发明的ACE和交错技术可用于提高光学DDOFDM信号的性能而无需FGB。例如，在200公里的SSMF上传输后，使用ACE和交错的DD-OFDM系统的接收灵敏度在1×10^-4的BER下被提高超过5dB。

在本发明的某些实施例中，四个非FGB的OFDM信号：5.18Gb/s的OFDM，5.18Gb/s的turbo编码的OFDM，使用ACE的5.18Gb/s的OFDM，及使用ACE和交错的5.18Gb/s的OFDM的性能被评估。使用ACE和交错的5.18Gb/s的OFDM的信号的性能优于其他三种信号的性能。因此，通过使用本发明的ACE和交错技术而无需FGB可以提高频谱效率。

产业适用性

本发明的ACE和交错技术的主要优点是使用数字信号处理来以非常简单的架构提高接收器灵敏度，同时获得高频谱效率而无需使用FGB。

虽然已经示出和描述了本发明的实施例，但不旨在这些实施例示出和描述了本发明的所有可能的形式。相反，在本说明书中使用的词语是描述性而不是限制性的词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于提高光学直接检测-正交频分调制DD-OFDM系统的接收器灵敏度而无需使用频率保护带的系统，包括：

交错器，所述交错器被配置为交错所述DD-OFDM系统的输入数据以产生交错的数据;

第一递归系统卷积编码器，所述第一递归系统卷积编码器被配置为使用第一递归系统卷积码来编码所述输入数据，以产生第一递归系统卷积编码的数据;

第二递归系统卷积编码器，所述第二递归系统卷积编码器被配置为使用第二递归系统卷积码来编码所述交错的数据，以产生第二递归系统卷积编码的数据;

打孔装置，所述打孔装置被配置为打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据，以产生奇偶校验序列;及

组合器，所述组合器被配置为将所述输入数据与所述奇偶校验序列组合，以产生编码的DD-OFDM数据;

其中，所述打孔装置被配置为针对不同的OFDM子载波使用不同的打孔率来生成所述奇偶校验序列，以取得较高的频谱效率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述打孔装置还被配置为对于具有较高的误码率的OFDM子载波，使用较高的打孔率，而对于具有较低的误码率的OFDM子载波，使用较低的打孔率。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述较高的打孔率是0.5及所述较低的打孔率是0.25。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述具有较高的误码率的OFDM子载波是更接近OFDM载波的OFDM子载波的20％。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一递归系统卷积码是1011及所述第二递归系统卷积码是1101。

6.一种用于提高光学直接检测-正交频分调制DD-OFDM系统的接收器灵敏度而无需使用频率保护带的方法，包括：

交错所述DD-OFDM系统的输入数据以产生交错的数据;

使用第一递归系统卷积码来编码所述输入数据，以产生第一递归系统卷积编码的数据;

使用第二递归系统卷积码来编码所述交错的数据，以产生第二递归系统卷积编码的数据;

打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据，以产生奇偶校验序列;及

将所述输入数据与所述奇偶校验序列组合，以产生编码的DD-OFDM数据;

其中，在打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据时，通过针对不同的OFDM子载波使用不同的打孔率来生成所述奇偶校验序列，以取得较高的频谱效率。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，在打孔所述第一递归系统卷积编码的数据和所述第二递归系统卷积编码的数据时，对于具有较高的误码率的OFDM子载波，使用较高的打孔率，而对于具有较低的误码率的OFDM子载波，使用较低的打孔率。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述较高的打孔率是0.5，及所述较低的打孔率是0.25。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其中所述具有较高的误码率的OFDM子载波是更接近OFDM载波的OFDM子载波的20％。

10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一递归系统卷积码是1011及所述第二递归系统卷积码是1101。

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