CN103401832A - 包含数据的光信号的发送设备和接收设备及方法 - Google Patents

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本发明公开了一种发送包含数据的光信号的发送设备、接收设备、发送方法和接收方法。该发送设备包括：多个子发送设备，用于在多个不同的子频带上发送数据的各个部分；其中，每个子发送设备包括：偏振光生成器，被配置为生成具有特定频率的相互正交的偏振方向的两个光子载波；第一OFDM/OQAM调制器，被配置为将第一子数据信号调制为第一OFDM/OQAM电信号；第二OFDM/OQAM调制器，被配置为将第二子数据信号调制为第二OFDM/OQAM电信号；第一光载波制器，被配置为用所述第一OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波之一进行调制以形成第一子光信号；以及第二光载波制器，被配置为用所述第二OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波中的另一个进行调制以形成第二子光信号。

Description

包含数据的光信号的发送设备和接收设备及方法
技术领域
本公开涉及发送包含数据的光信号的发送设备和接收包含数据的光信号的接收设备及其方法，且更具体地，涉及利用基于偏置正交幅度调制的正交频分复用（Orthogonal frequency-division multiplexing/Offset QuadrateAmplitude Modulation，OFDM/OQAM）调制和解调来频带复用地进行发送和接收包含数据的光信号的技术。
背景技术
随着光通信需求的不断增长，1T/s级别以及更高速率的超级信道传输技术越来越受到重视。通过进行频带复用，并使得各个子频带之间的保护间隔足够小，可以比较低成本地增加信道容量，从而实现高速的光通信系统设计。其中，单载波和正交频分复用技术(OFDM)是当前大容量高速相干光通信系统的两种主要的调制技术。对于单载波系统，奈奎斯特（Nyquist）波分复用技术通过将信号经过频域的矩形滤波器，从而获得较好的旁瓣抑制比，可以使得各个光频带间的保护间隔很小，从而提高了频谱效率，但是对于时钟抖动（Jitter）的设计要求很高，光信噪比会有损失。对于光OFDM，由于其旁瓣抑制比相对较高，因此如果不能保证频带之间的时域频域同步，就需要设置比较大的频带间保护间隔来防止频带间干扰。在保证各个频带之间时域频域同步的条件下，由于其本身的正交性的原因，可以使用正交频带复用（Orthogonal-Band-Multiplexed，OBM）来在不引入防护频带的情况下无缝地构造O-OFDM的超宽频带。但是这种解决方案有以下的严格的实现限制：(1)每个频带上的子载波间隔必须严格相同，意味着每个频带上的射频器件，比如数字模拟转换器（Digital to Analog Converter,DAC）都必须工作在相同频率;(2)为了保证各个频带之间的正交性，频带间保护间隔必须是子载波间隔的整数倍；(3)每个频带上发送的数据必须保证时域同步，防止相邻频带之间的码间串扰(Inter Symbol Interference，ISI)。经过实验验证，任何一个条件不满足，都会对系统性能造成较大影响。这无疑增加了实现成本，并且不利用各频带间资源的灵活分配。因此，如何以较低的实现要求，使得频带间保护间隔尽可能小即较高的频谱效率，且有较好光信噪比性能，就成了高速相干光系统的一个重要问题。
发明内容
作为OFDM的替代方案，OFDM/OQAM系统是无线通信领域中目前研究的热点。由于OFDM/OQAM具有较高的旁瓣抑制比，因此我们可以将该技术用于频带复用的高速相干光通信系统设计中。在设计好对应的数字信号处理算法，使得单频带下光信噪比性能和OFDM接近，而在时频非同步的多频带复用系统中，OFDM/OQAM由于旁瓣抑制比高，就可以大大减小频带间的保护间隔而不引入频带间干扰，从而以较高的频谱效率和较低的实现要求实现高质量的高速传输。
因而本发明人创新性地将OFDM/OQAM技术应用于多频带复用相干光双偏振（Coherent Optical Dual-Polarization）信号传输系统中，通过实验得出，这样的OFDM/OQAM传输系统可以实现较高的旁瓣抑制比（>35dB），且能够得到“完美”的矩形频谱形状。而OFDM信号的旁瓣抑制比只有约等于15dB。在多子频带复用系统中，这样的OFDM/OQAM传输系统可以不需要像传统的正交频带复用的OFDM（Orthogonal-Band-Multiplexed OFDM，OBM-OFDM）系统那样要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(Interblock Interference，IBI)，且对字符间干扰(Inter SymbolInterference，ISI)和载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
根据本公开的一个方面，提供一种发送包含数据的光信号的发送设备，包括：多个子发送设备，用于在多个不同的子频带上发送数据的各个部分；其中，每个子发送设备包括：偏振光生成器，被配置为生成具有特定频率的相互正交的偏振方向的两个光子载波；第一OFDM/OQAM调制器，被配置为将第一子数据信号调制为第一OFDM/OQAM电信号；第二OFDM/OQAM调制器，被配置为将第二子数据信号调制为第二OFDM/OQAM电信号；第一光载波制器，被配置为用所述第一OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波之一进行调制以形成第一子光信号；以及第二光载波制器，被配置为用所述第二OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波中的另一个进行调制以形成第二子光信号。
根据本公开的另一个方面，提供一种接收包含数据的光信号的接收设备，包括：多个子接收设备，每个子接收设备包括：光混频器，被配置为用具有某一频率的光载波来对接收到的光信号中的具有该频率的光信号进行混频，得到混频的光信号；光电二极管，被配置为将混频的光信号转换成电模拟信号；模数转换器，被配置为将所述电模拟信号转换为数字信号；OFDM/OQAM解调器，被配置为将所述数字信号进行OFDM/OQAM解调以恢复数据。
根据本公开的一个方面，提供一种发送包含数据的光信号的发送方法，包括：在多个不同的子频带上发送数据的各个部分的多个子发送步骤；其中，所述多个子发送步骤中的每个子发送步骤包括：生成具有特定频率的相互正交偏振方向的两个光子载波；将第一子数据信号调制为第一OFDM/OQAM电信号；将第二子数据信号调制为第二OFDM/OQAM电信号；用所述第一OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波之一进行调制以形成第一子光信号；以及用所述第二OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波中的另一个进行调制以形成第二子光信号。
根据本公开的另一方面，提供一种接收包含数据的光信号的接收方法，包括：多个子接收步骤，每个子接收步骤包括：用具有某一频率的光载波来对接收到的光信号中的具有该频率的光信号进行混频，得到混频的光信号；将混频的光信号转换成电模拟信号；将所述电模拟信号转换为数字信号；将所述数字信号进行OFDM/OQAM解调以恢复数据。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的发送包含数据的光信号的发送设备的方框图。
图2是示出根据本发明的另一个实施例的发送包含数据的光信号的发送设备的方框图。
图3A是示出根据本发明的一个实施例的发送设备中使用的OFDM/OQAM调制解调结构的原理示意图。图3B是示出该实施例中使用的OFDM/OQAM和传统OFDM在时域和频域以及频谱上的差别图。图3C是示出根据本发明的实施例的发送设备利用N个子频带来传送数据的示意图。
图4是示出根据本发明的另一个实施例的接收包含数据的光信号的接收设备的方框图。
图5是示出根据本发明的再一个实施例的接收包含数据的光信号的接收设备的方框图。
图6A到C是为说明OFDM/OQAM与传统OFDM相比的优点而进行的若干实验的系统框图。
图7A是背靠背的误码率（Bit Error Rate，BER）vs.光信噪比（OpticalSignal Noise Ratio，OSNR）比较示意图。图7B是背靠背的边缘子载波的SNR敏感性性能示意图。图7C是相干接收器的接收频谱示意图。图7D是单个光载波的背靠背OFDM-4OQAM和超过160km的9个光载波的背靠背的110.25Gb/s OFDM/OQAM的BER vs.OSNR示意图。
图8A是根据本发明的一个实施例的发送方法的流程图。图8B是根据本发明的一个实施例的发送方法中的子发送步骤的流程图。
图9A是根据本发明的另一个实施例的接收方法的流程图。图9B是根据本发明的另一个实施例的接收方法中的子接收步骤的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
图1是示出根据本发明的一个实施例的发送包含数据的光信号的发送设备1的方框图。
如图1所示，根据本发明的一个实施例的发送包含数据的光信号的发送设备1包括：多个子发送设备（例如图1所示的100等），用于在多个不同的子频带上发送数据的各个部分。每个子发送设备（例如图1所示的子发送设备100）包括：偏振光生成器101，被配置为生成具有特定频率的相互正交的偏振方向的两个光子载波；第一OFDM/OQAM调制器102，被配置为将第一子数据信号调制为第一OFDM/OQAM电信号；第二OFDM/OQAM调制器103，被配置为将第二子数据信号调制为第二OFDM/OQAM电信号；第一光载波制器104，被配置为用所述第一OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波之一进行调制以形成第一子光信号；以及第二光载波制器105，被配置为用所述第二OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波中的另一个进行调制以形成第二子光信号。
如此，可以将整个频谱划分为N个子频带（即，子发送设备的数目为N，其中N为正整数），且将要发送的数据也划分为N个部分，因而在每个子频带上，都采用OFDM/OQAM调制从要发送的数据的一部分产生OFDM/OQAM电信号，则每个子频带上的OFDM/OQAM电信号可以采用不同的发送速率，也可以在时域上不同步。
如此，将OFDM/OQAM调制技术与多频带复用相结合，充分利用了OFDM/OQAM信号具有旁瓣抑制比高的特点(如图3B所示，以下还将详细描述)。在同样配置参数下，OFDM/OQAM信号的旁瓣抑制比可以达到35dB以上，而OFDM信号只有约等于15dB。因此，在多频带复用系统中，不需要像传统的OBM-OFDM系统那样要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
在一个实施例中，每个子发送设备100中的所述偏振光生成器101可以包括：外腔调制激光器（图中未示出），被配置为生成具有所述特定频率的光载波；以及偏振分束器（图中未示出），被配置为将生成的光载波进行偏振分束以生成所述相互正交偏振方向的两个光子载波。当然，该偏振光生成器101的结构仅是示例，本领域技术人员也可以构思其他设计来实现生成具有特定频率的相互正交的偏振方向的两个光子载波的目的。
在一个实施例中，所述子发送设备100还可以包括：掺铒光纤放大器（图中未示出），被配置为将所述第一子光信号和所述第二子光信号进行功率放大；偏振合束器，被配置为将进行了功率放大的所述第一子光信号和所述第二子光信号合成一个OFDM/OQAM子光信号。
在一个实施例中，一个子发送设备包括的偏振光生成器生成的两个光子载波的频率可以与另一个子发送设备包括的偏振光生成器生成的两个光子载波的频率不同。例如，N个子发送设备包括的N个偏振光生成器生成的光子载波的频率可以互相不同。因此，可以在N个不同频率的光子载波上传输要发送的数据的N个部分。
在一个实施例中，所述第一子数据信号和所述第二子数据信号可以是不同的数据信号，且所述第一子数据信号和所述第二子数据信号可以构成要发送的数据的一部分（例如，上述要发送的数据的N个部分之一）。
因此，在每个子频带上采用OFDM/OQAM调制从要发送的数据的N个部分之一产生OFDM/OQAM电信号时，还可以将要发送的数据的该部分再分为两半（例如，第一子数据信号和第二子数据信号），一半经过OFDM/OQAM调制器得到一个OFDM/OQAM电信号，用其对具有特定频率的相互正交的偏振方向的两个光子载波之一进行调制得到第一子光信号，而另一半经过OFDM/OQAM调制器得到另一个OFDM/OQAM电信号，用其对具有特定频率的相互正交的偏振方向的两个光子载波中的另一个进行调制以得到第二子光信号。最后，可以将两个光子载波调制后的两个子光信号合束成一个OFDM/OQAM子光信号作为子发送设备的输出。
在一个实施例中，该发送设备1还可以包括：耦合器，被配置为耦合从所述多个子发送设备输出的各个子光信号以生成要发送的光信号。
然后，将耦合器耦合生成的要发送的光信号输入到光纤链路中以进行发送。因此，利用根据本发明的实施例的该OFDM/OQAM多频带复用系统中，不需要像传统的OBM-OFDM系统那样要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
图2是示出根据本发明的另一个实施例的发送包含数据的光信号的发送设备的方框图。
在图2所示的例子中，在发送端，如图2所示，首先将要发送的数据分为例如N个部分。其中，该要发送的数据的N个部分之一被输入到一个子发送设备（例如Tx1，100）中，并将其再划分为两个数据部分。由两个OFDM/OQAM信号产生器分别调制这两个数据部分，以分别产生两个OFDM/OQAM电数字信号。同时，外腔调制激光器（External Cavity Laser，ECL）生成具有所述特定频率（子频带1）的光载波，然后偏振分束器（Polarization BeamSplitter，PBS）将生成的光载波进行偏振分束以生成所述相互正交偏振方向的两个光子载波。将该两个光子载波分别输入到两个光I/Q调制器中，用之前提到的产生的两个OFDM/OQAM电数字信号分别调制这两个光子载波以分别形成两个子光信号。然后该两个子光信号分别经过掺铒光纤放大器（Er-DopedFiber Amplifier，EDFA）进行功率放大，再将进行了功率放大的两个子光信号经过偏振合束器（Polarization Beam Combiner，PBC）合成一路子光信号，这样就产生了对应于子频带1上的双偏振OFDM/OQAM子光信号，利用其他类似的子发送设备（例如，Tx2、Tx3……TxN），可以在其他N-1个子频带上产生对应的OFDM/OQAM子光信号，然后，将这样产生的N路子光信号经过耦合器合并成一路光信号（即，多频带模式OFDM/OQAM（Multi-Band Mode-OFDM/OQAM,MBM-OFDM/OQAM）光信号）来发送到光纤链路中。
在根据本发明的实施例中，利用N个子发送设备的每个中的偏振光生成器来生成两个具有各自频率的相互正交的偏振方向的光子载波，并用生成的两个光子载波来分别携带OFDM/OQAM调制器调制的两个OFDM/OQAM电信号，以得到两个子光信号，然后经过可选的偏振合束器将该子发送设备中生成的两个子光信号合成一个OFDM/OQAM子光信号。最后，用耦合器将各个OFDM/OQAM子光信号耦合成一个要发送的光信号。这样，使得在N个子频带上传输了Ｎ个OFDM/OQAM子光信号，与传统的OFDM系统和仅在单个频带上传输OFDM/OQAM信号的系统相比，根据本发明的实施例的发送系统可以使得不要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
如此，利用本发明的实施例的各个发送设备，可以实现具有很高频谱效率和较低实现代价的高速多载波传输。
图3A是示出根据本发明的一个实施例的发送设备中使用的OFDM/OQAM调制解调结构的原理示意图。图3B是示出该实施例中使用的OFDM/OQAM和传统OFDM在时域和频域以及频谱上的差别图。图3C是示出根据本发明的实施例的发送设备利用N个子频带来传送数据的示意图。
如图3A所示，在根据本发明的实施例的发送端的OFDM/OQAM调制器中，QAM调制的复数符号被写为：
x k ( n ) = s k I ( n ) + js k Q ( n ) - - - ( 1 )
其中，
Figure BDA00003652697100082
和
Figure BDA00003652697100083
分别是第k个子载波中的第n个符号的实数和虚数部分，k在0到N-1之间取整数值。然后，正交分量相对于同相分量延迟了一半个符号周期T/2，从而形成了偏置的QAM调制信号。
同相和正交分量被馈送到滤波器中，且使用N个子载波OFDM调制器来调制，该N个子载波OFDM调制器的载波频率间隔1/T，然后，经过上述OFDM-OQAM调制后的信号被写为：
Figure BDA00003652697100084
其中，h(t)是滤波器的脉冲响应，且
Figure BDA00003652697100085
然后，经过OFDM-OQAM调制的电信号y(t)可以在图1所示的光载波制器或图2所示的光I/Q调制器中被转换为光信号并发送。
在接收端，在进行光电转换之后，使用N个子载波OFDM-OQAM解调器来解调接收的信号r(t)，并将其传送到相应的一组滤波器。然后，用周期T来采样滤波后的信号，从而得到输出的符号为：
Figure BDA00003652697100086
其中，和
Figure BDA00003652697100088
分别是在第k个子载波上的第n个接收的符号的实数和虚数部分。其中：
Figure BDA000036526971000810
Figure BDA000036526971000811
以及
Figure BDA000036526971000812
Figure BDA000036526971000813
Figure BDA000036526971000814
作为滤波器响应，h(t)是实数的，且h(t)=h(-t)，满足完美的重构条件，且在接收端的输出数据与在发送端的输入数据应该相同（在理想状态下），即：
rk(n)=xk(n)    (6)
假设，具有脉冲响应h(t)的滤波器是平方根升余弦滤波器，其中，在图3B的上部示出了OFDM/OQAM和传统OFDM的时域和频域脉冲响应。图3B的下部示出了OFDM/OQAM中的滤波器与传统OFDM系统中的矩形滤波器相比的频率响应的区别。从图3B可见，OFDM/OQAM系统比传统的OFDM的旁瓣抑制比（约15dB）高得多（一般>35dB）。在图3A中示出的OFDM/OQAM系统的实现可能比较复杂，但是，由于子载波OFDM调制和解调与传统OFDM的相同，因此可以容易地用高效的基于IFFT的实施方式来实现该OFDM/OQAM系统，从而可以减少将OFDM系统转换为OFDM/OQAM系统的成本。
在根据本发明的实施例中，利用N个子发送设备的每个中的偏振光生成器来生成两个具有各自频率的相互正交的偏振方向的光子载波，并用生成的两个光子载波来分别携带图3A中示意的OFDM/OQAM调制器调制的两个OFDM/OQAM电信号，以得到两个子光信号，然后经过可选的偏振合束器将该子发送设备中生成的两个子光信号合成一个OFDM/OQAM子光信号。最后，用耦合器将各个OFDM/OQAM子光信号耦合成一个要发送的光信号。这样，使得在N个子频带上传输了Ｎ个OFDM/OQAM子光信号（如图3（Ｃ）所示），与传统的OFDM系统和仅在单个频带上传输OFDM/OQAM信号的系统相比，根据本发明的实施例的发送系统可以使得不要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
同时，在总的信号带宽非常大时，每个子频带的带宽又可以比较小，因为每个子频带均可以采用低速的模数转换器/数模转换器（Analog to DigitalConverter/Digital to Analog Converter,ADC/DAC）。该系统采用了针对相干光通信中的OFDM/OQAM信号处理算法，在单个光载波上的性能和传统相干光OFDM（Coherent Optical-OFDM，CO-OFDM）基本相同，同时在时域频域非同步的多频带(即多光子载波)复用系统中能够获得更高的性能。
图4是示出根据本发明的另一个实施例的接收包含数据的光信号的接收设备的方框图。
根据本发明的另一个实施例的接收包含数据的光信号的接收设备4包括：多个子接收设备400，每个子接收设备400包括：光混频器401，被配置为用具有某一频率的光载波来对接收到的光信号中的具有该频率的光信号进行混频，得到混频的光信号；光电二极管402，被配置为将混频的光信号转换成电模拟信号；模数转换器403，被配置为将所述电模拟信号转换为数字信号；OFDM/OQAM解调器404，被配置为将所述数字信号进行OFDM/OQAM解调以恢复数据。
在一个实施例中，该接收设备4还可以包括：解耦合器（图中未示出），被配置为将接收的光信号划分为多个子光信号；多个可调光滤波器（图中未示出），每个被配置为过滤所述子光信号以得到具有对应频率的光信号，以便输入到所述多个子接收设备的每个。
在一个实施例中，每个子接收设备400还可以包括：本地振荡器（图中未示出），被配置为生成具有所述某一频率的光载波。
如此，接收了在N个子频带上传输了的Ｎ个OFDM/OQAM子光信号，与传统的OFDM系统和仅在单个频带上传输的OFDM/OQAM信号的系统相比，可以使得不要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
图5是示出根据本发明的再一个实施例的接收包含数据的光信号的接收设备的方框图。
在接收端，如图5所示，接收的光信号首先经过解耦合器分成N路，每路光信号可以经过可调光滤波器，如此，可以在频带上把各个子频带光信号分离出来。对子频带上的一路光信号，可以经过对应的子接收设备（例如，图5所示的Rx1）。首先，在子接收设备Rx1中，该子频带上的光信号经过掺铒光纤放大器（Er-Doped Fiber Amplifier，EDFA）功率放大，然后经过光混频器，与本地振荡器（Local Oscillator，LO）发出的具有特定频率的光一起得到电模拟信号，再经过ADC得到数字信号，最后经过离线数字信号处理模块（例如，OFDM/OQAM解调器），恢复出对应子频带的数据信号。其中，离线数字信号处理模块可以包括频偏估计，同步，信道估计，解偏振，相位补偿，OQAM解调制。
如此，接收了在N个子频带上传输了的Ｎ个OFDM/OQAM子光信号，与传统的基于OFDM的多频带复用系统相比，可以使得不要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
图6A到C是为说明基于OFDM/OQAM的多频带复用技术与传统基于OFDM的频带复用技术相比的优点而进行的若干实验的系统框图。而且，图7A是背靠背的BER vs.OSNR比较示意图。图7B是背靠背的边缘子载波的SNR敏感性性能示意图。图7C是相干接收器的接收频谱示意图。图7D是单光载波的背靠背OFDM-4OQAM和超过160km的9个光载波的背靠背的110.25Gb/sOFDM/OQAM的BER vs.OSNR示意图。
在图6中，发明人设计了三个不同的发送器配置来评估OFDM/OQAM性能。对于与传统OFDM的某些差别，设计OFDM/OQAM信号的特殊训练序列（TrainingSequences，TS），为了不破坏OFDM/OQAM信号的旁瓣抑制比，设计OFDM/OQAM为同步头部序列，该序列具有极好的本地相关性。为了解偏振和信道估计，分别在X和Y偏振上使用[A A]和[A-A]的训练符号结构。A是独立的OFDM/OQAM序列。根据用于解偏振和信道估计的TS的结构，用4个元素来设置Jones矩阵，其每个包含信道响应的部分。因此，同时完成解偏振和信道估计。
在第一个实验中，在图6A中示出了该发送器的配置。例如，进行简单的背靠背（back-at-back）传输测量来比较单频带传输OFDM/OQAM和传统的单频带OFDM。外腔激光器（External Cavity Laser，ECL）（线宽度<100kHz）首先被偏振分束器（Polarization Beam Splitter，PBS）分裂为具有正交偏振的两个部分。然后，每个部分被光I/Q调制器调制为OFDM/OQAM光信号。该光I/Q调制器用来自任意波形生成器（Arbitrary Waveform Generator，AWG）的两个电的10级信号、即同相和正交信号来驱动。
两个AWG用于产生两个正交偏振的信号。然后，通过偏振合束器（Polarization Beam Combiner，PBC）来对两个信号进行合束。用166个子载波来构造OFDM/OQAM基带信号。该快速傅里叶变换（Fast FourierTransformation,FFT）长度为例如256。例如，未使用中间的2个子载波（第127个和第128个子载波）以避免直流（Direct Current,DC）影响。选择4个子载波作为导频子载波来估计相位噪声。使用集成相干接收器来将光信号转换为电域的信号。然后，将两个偏振的所检测的无线射频（RadioFrequency，RF）信号输入到Tektronix振荡器中，且以50Gb/s的速率来获得两个偏振的所检测的RF信号，且用MATLAB程序来离线地处理两个偏振的所检测的RF信号。
为了比较的目的，在传统的CO-OFDM中使用相同的设置。使用单偏振和霜偏振两者。线速率是在4-QAM和16-QAM映射的情况下的12.5Gb/s。
如图7A所示，首先以光背靠背来测试作为OSNR的函数的BER。为了实现1x10-3的BER，需要的OSNR是单偏振的OFDM-4QAM和OFDM/OQAM-4QAM的大约5.3dB，这意味着对于背靠背的单频带，OFDM/OQAM给出了与传统OFDM相同的敏感性能。双偏振的OFDM/OQAM（线速率是大约25Gb/s）的需要的OSNR是8.8dB。与单偏振方案相比，3dB的差是由于在另一偏振中的增加的数据速率而导致的，而另一0.5dB主要是由于实施误差。16-QAM方案（线速率也大约是25Gb/s）的需要的OSNR是13.7dB，这表示OFDM/OQAM可以实现高调制格式。16-QAM方案（线速率是大约25Gb/s）的需要的OSNR，这表示可以用高调制格式来应用OFDM/OQAM。图7A示出了4QAM和16QAM与OFDM/OQAM的恢复的星座图。
然后，在图6B的实验中，估计时域/频域上不同步的具有单偏振的多频带传输的OFDM/OQAM性能。以背靠背来进行该实验，且OFDM/OQAM基带信号与图6A相同。在图6B中示出了发送器设置。将ECL分裂为两路。在上面的一路中，通过以10GS/s运行的AWG1来生成信号。在下面的一路中，通过马赫曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)在抑制模式中以大约6.5GHz的强RF波来调制它。通过调节调制器偏压来抑制该中心载波。可以通过改变驱动频率来控制防护频带间隔。然后，生成的光载波被输送到另一光I/Q调制器，该另一光I/Q调制器由AWG2以12GS/s来驱动。两个AWG在时域和频域上完全独立地生成信号。相邻的两个频带是时域/频域不同步的。在该实验中，调整3个频带的防护频带频率，且估计中间频带的最右边的子载波的Q因子，来查看相邻频带的影响。
图7B和图7C分别示出了相干接收器的接收频谱和该影响的结果。选择子载波间隔的一半(10GHz/256/2=约19.5MHz)作为改变步长。当装入OFDM信号时，Q因子以非常低的水平（大约12dB）开始。这种影响当放大防护频带时减少。与传统OFDM相反，即使该防护频带等于子载波间隔（）的整数倍，Q因子也不会到达高水平。因为子载波之间的正交性在时域/频域不同步的多频带传输中被破坏，如果该防护频带不够大，则来自相邻频带的影响将总是存在。当防护频带达到1时，Q因子稳定在19dB。但是在OFDM/OQAM方案中，所有测试的Q因子稳定在大约19dB的水平，这说明防护频带的影响是可忽略的，即使在非常小的间隙（<20MHz）的情况下。传统的OFDM需要在多频带系统中同步的时域/频域，或付出更大的代价。该实验结果表示OFDM/OQAM相比于传统OFDM具有能够在没有时域和频域同步的情况下传输的优点。
最后，如图6C所示，评估背靠背的超级信道传输性能。OFDM/OQAM基带信号具有与图6A相同的设置。ECL首先通过相位调制器，该相位调制器用大约19.5GHz的RF正弦波来驱动。然后，三个光载波的强度由波长可选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）来改变形状。放大的光载波进入用大约6.5GHz的RF正弦波驱动的强度调制器，且输出是具有9个光载波的光梳。可以改变大约6.5GHz的RF信号的功率以得到具有相同强度的9个光载波。然后，9个光载波被输入到由AWG以10GS/s驱动的I/Q调制器。总容量是112Gb/s。使用相干接收器。
图7D示出了单个光载波的背靠背OFDM-4OQAM和超过160km的9个光载波的背靠背的110.25Gb/s OFDM/OQAM的BER vs.OSNR。防护频带频率大约是39MHz。该线速率是12.25×9=110.25Gb/s。所需的OSNR是以1e-3的BER水平的15dB。与单个频带的性能相比，实验实现误差仅大约0.15dB。利用9个光载波的OFDM/OQAM的OSNR比使用单个光载波的大9.7dB。因此，其证明可以在超级信道传输中使用该OFDM/OQAM调制，得到更好的光信噪比，且没有与传统OFDM一样的另外的代价，这表示OFDM/OQAM可以是100Gb/s传输方案之一。甚至，OFDM/OQAM给出了大容量传输的另一种可选方案。除此之外，还可以通过160km标准单模光纤(Standard Single Mode Fiber，SSMF)来传输信号。发现与背靠背性能相比的0.8dB代价。该偏差可以由数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）中的h(t)滤波器的特别设计来补偿。
因此，上述实验示出了OFDM/OQAM调制具有高的旁瓣抑制比和“完美”的矩形频谱形状，这在超级信道传输中有吸引力。上述实验展示了在时域/频域不同步的频带复用的系统中的双偏振相关光OFDM/OQAM。在频带复用中仅需要很小的防护频带间隔(<20MHz)，且没有任何性能降级。该实验示出了OFDM/OQAM将是OFDM的很好的替换方式，来用在高容量传输、可重新配置光接入和网络。
如此，根据本发明的各个实施例的在时域/频域不同步的多频带复用的双偏振相干光OFDM/OQAM发送/接收系统不需要像传统的OBM-OFDM系统那样要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
图8A是根据本发明的一个实施例的发送方法8的流程图。图8B是根据本发明的一个实施例的发送方法8中的子发送步骤800的流程图。
图8A中的发送包含数据的光信号的发送方法8包括：在多个不同的子频带上发送数据的各个部分的多个子发送步骤800。在8B中，所述多个子发送步骤中的每个子发送步骤800包括：生成具有特定频率的相互正交偏振方向的两个光子载波（S801）；将第一子数据信号调制为第一OFDM/OQAM电信号（S802）；将第二子数据信号调制为第二OFDM/OQAM电信号（S803）；用所述第一OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波之一进行调制以形成第一子光信号（S804）；以及用所述第二OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波中的另一个进行调制以形成第二子光信号（S805）。
在一个实施例中，所述子发送步骤800还可以包括：生成具有所述特定频率的光载波（图中未示出）；以及将生成的光载波进行偏振分束以生成所述相互正交偏振方向的两个光子载波（图中未示出）。
在一个实施例中，所述子发送步骤800还可以包括：将所述第一子光信号和所述第二子光信号进行功率放大（图中未示出）；将进行了功率放大的所述第一子光信号和所述第二子光信号合成一个OFDM/OQAM子光信号（图中未示出）。
在一个实施例中，所述一个子发送步骤中的生成的两个光子载波的频率可以与另一个子发送步骤中生成的两个子光载波的频率不同。
在一个实施例中，所述第一子数据信号和所述第二子数据信号可以是不同的数据信号，且所述第一子数据信号和所述第二子数据信号可以构成要发送的数据的一部分。
该发送方法8还可以包括：耦合所述各个子光信号以生成要发送的光信号（图中未示出）。
因此，根据本发明的实施例的发送方法，不需要像传统的OBM-OFDM系统那样要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
图9A是根据本发明的另一个实施例的接收方法9的流程图。图9B是根据本发明的另一个实施例的接收方法9中的子接收步骤900的流程图。
图9A所示的接收包含数据的光信号的接收方法9包括：多个子接收步骤900。如图9B所示，每个子接收步骤900包括：用具有某一频率的光载波来对接收到的光信号中的具有该频率的光信号进行混频，得到混频的光信号（S901）；将混频的光信号转换成电模拟信号（S902）；将所述电模拟信号转换为数字信号（S903）；将所述数字信号进行OFDM/OQAM解调以恢复数据（S904）。
在一个实施例中，该接收方法9还可以包括：将接收的光信号划分为多个子光信号（图中未示出）；过滤所述子光信号的每个以得到具有对应频率的光信号（图中未示出）。
在一个实施例中，每个子接收步骤900还可以包括：生成具有所述某一频率的光载波（图中未示出）。
如此，接收了在N个子频带上传输了的Ｎ个OFDM/OQAM子光信号，与传统的OFDM系统和仅在单个频带上传输的OFDM/OQAM信号的系统相比，可以使得不要求子频带之间严格的时域频域同步来保证正交性，就可以让相邻子频带之间的保护间隔很小(例如，<20MHz)，而不会引入子频带间干扰(IBI)，且对字符间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)有较强的鲁棒性，既降低了实现难度，又使得频谱利用效率大大提高，使得频谱资源分配更加灵活。
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
本公开中的步骤流程图以及以上方法描述仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照给出的顺序进行各个实施例的步骤。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意顺序进行以上实施例中的步骤的顺序。诸如“其后”、“然后”、“接下来”等等的词语不意图限制步骤的顺序；这些词语仅用于引导读者通读这些方法的描述。此外，例如使用冠词“一个”、“一”或者“该”对于单数的要素的任何引用不被解释为将该要素限制为单数。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (18)

1.一种发送包含数据的光信号的发送设备，包括：
多个子发送设备，用于在多个不同的子频带上发送数据的各个部分；
其中，每个子发送设备包括：
偏振光生成器，被配置为生成具有特定频率的相互正交的偏振方向的两个光子载波；
第一OFDM/OQAM调制器，被配置为将第一子数据信号调制为第一OFDM/OQAM电信号；
第二OFDM/OQAM调制器，被配置为将第二子数据信号调制为第二OFDM/OQAM电信号；
第一光载波制器，被配置为用所述第一OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波之一进行调制以形成第一子光信号；以及
第二光载波制器，被配置为用所述第二OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波中的另一个进行调制以形成第二子光信号。
2.根据权利要求1所述的发送设备，其中，每个子发送设备中的所述偏振光生成器包括：
外腔调制激光器，被配置为生成具有所述特定频率的光载波；以及
偏振分束器，被配置为将生成的光载波进行偏振分束以生成所述相互正交偏振方向的两个光子载波。
3.根据权利要求1所述的发送设备，其中，所述子发送设备还包括：
掺铒光纤放大器，被配置为将所述第一子光信号和所述第二子光信号进行功率放大；
偏振合束器，被配置为将进行了功率放大的所述第一子光信号和所述第二子光信号合成一个OFDM/OQAM子光信号。
4.根据权利要求1所述的发送设备，其中，一个子发送设备包括的偏振光生成器生成的两个光子载波的频率与另一个子发送设备包括的偏振光生成器生成的两个光子载波的频率不同。
5.根据权利要求1所述的发送设备，其中，所述第一子数据信号和所述第二子数据信号是不同的数据信号，且所述第一子数据信号和所述第二子数据信号构成要发送的数据的一部分。
6.根据权利要求1所述的发送设备，还包括：
耦合器，被配置为耦合从所述多个子发送设备输出的各个子光信号以生成要发送的光信号。
7.一种接收包含数据的光信号的接收设备，包括：
多个子接收设备，每个子接收设备包括：
光混频器，被配置为用具有某一频率的光载波来对接收到的光信号中的具有该频率的光信号进行混频，得到混频的光信号；
光电二极管，被配置为将混频的光信号转换成电模拟信号；
模数转换器，被配置为将所述电模拟信号转换为数字信号；
OFDM/OQAM解调器，被配置为将所述数字信号进行OFDM/OQAM解调以恢复数据。
8.根据权利要求7所述的接收设备，还包括：
解耦合器，被配置为将接收的光信号划分为多个子光信号；
多个可调光滤波器，每个被配置为过滤所述子光信号以得到具有对应频率的光信号，以便输入到所述多个子接收设备的每个。
9.根据权利要求7所述的接收设备，其中，每个子接收设备还包括：
本地振荡器，被配置为生成具有所述某一频率的光载波。
10.一种发送包含数据的光信号的发送方法，包括：
在多个不同的子频带上发送数据的各个部分的多个子发送步骤；
其中，所述多个子发送步骤中的每个子发送步骤包括：
生成具有特定频率的相互正交偏振方向的两个光子载波；
将第一子数据信号调制为第一OFDM/OQAM电信号；
将第二子数据信号调制为第二OFDM/OQAM电信号；
用所述第一OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波之一进行调制以形成第一子光信号；以及
用所述第二OFDM/OQAM电信号对所述两个光子载波中的另一个进行调制以形成第二子光信号。
11.根据权利要求10所述的发送方法，其中，所述子发送步骤还包括：
生成具有所述特定频率的光载波；以及
将生成的光载波进行偏振分束以生成所述相互正交偏振方向的两个光子载波。
12.根据权利要求10所述的发送方法，其中，所述子发送步骤还包括：
将所述第一子光信号和所述第二子光信号进行功率放大；
将进行了功率放大的所述第一子光信号和所述第二子光信号合成一个OFDM/OQAM子光信号。
13.根据权利要求10所述的发送方法，其中，所述一个子发送步骤中的生成的两个光子载波的频率与另一个子发送步骤中生成的两个子光载波的频率不同。
14.根据权利要求10所述的发送方法，其中，所述第一子数据信号和所述第二子数据信号是不同的数据信号，且所述第一子数据信号和所述第二子数据信号构成要发送的数据的一部分。
15.根据权利要求10所述的发送方法，还包括：
耦合所述各个子光信号以生成要发送的光信号。
16.一种接收包含数据的光信号的接收方法，包括：
多个子接收步骤，每个子接收步骤包括：
用具有某一频率的光载波来对接收到的光信号中的具有该频率的光信号进行混频，得到混频的光信号；
将混频的光信号转换成电模拟信号；
将所述电模拟信号转换为数字信号；
将所述数字信号进行OFDM/OQAM解调以恢复数据。
17.根据权利要求16所述的接收方法，还包括：
将接收的光信号划分为多个子光信号；
过滤所述子光信号的每个以得到具有对应频率的光信号。
18.根据权利要求16所述的接收方法，其中，每个子接收步骤还包括：
生成具有所述某一频率的光载波。
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