CN104301063A - 复用器和解复用器以及复用方法和解复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤通信系统中使用的复用器和解复用器以及复用方法和解复用方法。所述复用器包括：多个正交信号产生器，被配置为将所述多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上，以产生两两正交的多个数字调制信号；多个数模转换器，被配置为将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号；以及合路器，被配置为将所述多个模拟信号混合为单个信号。通过上述设备和方法，可以实现多个用户信号的复用，其中，每个用户既能使用整个时间段，又可以共用一个波长的激光器，而不占用大量的光纤频率资源。

Description

复用器和解复用器以及复用方法和解复用方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，并且具体涉及一种光纤通信系统中使用的复用器和解复用器以及相应的复用方法和解复用方法。

背景技术

光纤通信系统的传输带宽可以很宽，达到每秒数T比特，但是，由于光纤放大器的增益平坦范围有限以及光纤衰减平坦范围有限，光纤通信系统的传输带宽被限制在C+L带，即，只能在从1510nm到1610nm左右的100nm范围之内进行传输。为了能在这100nm的范围内传输尽可能多的信息，一般光纤通信系统中都采用复用方式来提高传输信号的容量，提高传输带宽的利用率。

光纤通信系统中常见的复用方式有：波分复用、时分复用、正交频分复用、多阶调制复用等。时分复用方式是将传输时间分为若干时隙，在每个时隙内安排不同的用户信息依次发送，这些时隙组合成一串信号，并且通过一个激光器被调制到光载波上，即，这些用户信息共用一个激光器，但分别占用不同的时间段（时隙）。要提高传输容量，就要在这些时间段尽可能多地加入用户信息，这导致传输的比特流的脉冲越来越窄，频谱越来越宽，协议不透明，实现难度越来越大。

波分复用技术是将不同的用户信息分别调制到不同波长的光信号上，然后将这些光信号耦合到同一根光纤上传输，每个用户占用一个波长并且可以使用整个时间段来进行传输。这种方式协议透明，可以传输不同协议的信号。但是，由于光纤通信可以用的带宽为100nm，这限制了可用波长的数量，目前基本上只用到40-100个波长，而且随着波长数量的增加，整个光纤中的功率就非常高，这导致非线性效应以及色散效应累积，严重影响传输距离和传输速率等。

因此，需要一种新的复用技术来复用多个用户信号，同时避免时分复用和波分复用的上述缺点。

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光纤通信系统中使用的复用器和解复用器以及相应的复用方法和解复用方法。

根据本发明的一个方面，提供一种光纤通信系统中使用的复用器，用于复用多个用户信号，所述复用器包括：多个正交信号产生器，被配置为将所述多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上，以产生两两正交的多个数字调制信号；多个数模转换器，被配置为将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号；多个低通滤波器，被配置为分别对所述多个模拟信号进行低通滤波；以及合路器，被配置为将滤波后的所述多个模拟信号混合为单个信号。

根据本发明的另一方面，提供一种光纤通信系统中使用的解复用器，用于将模拟电信号解复用，所述模拟电信号是通过将多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上以产生两两正交的多个数字调制信号，将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号，然后将所述多个模拟信号混合而产生的，该解复用器包括：分路器，被配置为将所述模拟电信号分为多个子模拟信号；多个模数转换器，被配置为分别将所述多个子模拟信号转换为多个数字信号；多个相关器，被配置为分别对所述多个数字信号与所述基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字信号的相关值；多个判决器，被配置为分别根据各个数字信号的相关值对所述多个数字信号进行判决，从而产生多个用户信号。

根据本发明的另一方面，提供一种光纤通信系统中使用的复用方法，用于复用多个用户信号，所述复用方法包括：将所述多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上，以产生两两正交的多个数字调制信号；将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号；分别对所述多个模拟信号进行低通滤波；以及将滤波后的所述多个模拟信号混合为单个信号。

根据本发明的另一方面，提供一种光纤通信系统中使用的解复用方法，用于将模拟电信号解复用，所述模拟电信号是通过将多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上以产生两两正交的多个数字调制信号，将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号，然后将所述多个模拟信号混合而产生的，该解复用方法包括：将所述模拟电信号分为多个子模拟信号；分别将所述多个子模拟信号转换为多个数字信号；分别对所述多个数字信号与所述基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字信号的相关值；分别根据各个数字信号的相关值对所述多个数字信号进行判决，从而产生多个用户信号。

利用根据本发明上述方面的复用器和复用方法，可以在现有的复用技术的基础上增加一个复用维度，即，将多个不同用户的用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两相互正交的多个数字波形信号上，然后转换成模拟信号并被混合成单个信号而互不干扰，从而实现多个用户信号的复用。然后，可以通过激光器将该单个信号调制到一个波长的光载波上来发送。这样，每个用户既能使用整个时间段，又可以共用一个波长的激光器，而不用占用大量的光纤频率资源。这种复用方式具有时分复用和波分复用的优点，在传输过程中不会带来色散和非线性效应等问题，大大提高了信号传输的速率和传输容量。而且，这种复用技术还可以与波分复用和时分复用等其他复用技术联合使用，从而进一步提供信号传输速率和传输容量。

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示出了根据本发明实施例的光纤通信系统的框图；

图2示出了根据本发明实施例的发射机的框图。

图3示出了图2所示的正交信号产生器的一种示例性实现方式。

图4是根据本发明实施例的接收机的框图。

图5是根据本发明实施例的复用方法的流程图。

图6是根据本发明实施例的解复用方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述根据本发明的实施例。在附图中，相同的参考标号自始至终表示相同的元件。应当理解：这里描述的实施例仅仅是说明性的，而不应被解释为限制本发明的范围。

图1示出了根据本发明实施例的光纤通信系统的框图。如图1所示，光纤通信系统10包括发射机20、光纤30和接收机40。发射机20和接收机40经由光纤30连接。发射机20接收来自多个用户（为便于说明，假设为N个用户，N≥2）的用户信号（在这里，所述用户信号为数字信号），复用这些用户信号，将复用信号转换为光信号，然后将该光信号经由光纤30发送到接收机40。接收机40接收该光信号，将该光信号转换为电信号，并且对其进行解复用，以恢复N个用户信号。

首先描述根据本发明实施例的发射机20。

如图1所示，发射机20包括复用器21和激光器22。复用器21将所述N个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的N个数字波形信号上，以产生两两相交的多个数字调制信号，然后将各个数字调制信号在经过数模转换之后混合为单个信号。激光器22将所述单个信号调制到光载波上以产生光信号，并且将该光信号经由光纤30发送给接收机40。激光器22可以采用本领域公知的直接调制激光器或外调制器激光器（例如武汉电信器件公司生产的RTMX系列光发射模块）来实现，其输出的波长可以是符合国际电信联盟（ITU）制定的相关标准中规定的波长。

下面，参照图2来详细描述根据本发明实施例的复用器21。如图2所示，复用器21包括：N个正交信号产生器211-1、211-2、…211－N；分别与这N个正交信号产生器连接的N个数模转换器（DAC）212-1、212-2、…212－N；分别与这N个数模转换器连接的N个滤波器213-1、213-2、…213－N；以及连接到这N个滤波器的合路器214。N个用户信号分别被输入到N个正交信号产生器211-1、211-2、…211－N，其中，第i（1≤i≤N）个用户信号依序由正交信号产生器211-i、DAC212-i和滤波器213-i处理，然后被输入到合路器214。

正交信号产生器211-1、211-2、…211－N将所述N个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的N个数字波形信号上，以产生N个两两正交的数字调制信号，然后将所述数字调制信号分别输出到对应的数模转换器。可以使用现场可编程门阵列（FPGA）来实现根据本发明实施例的正交信号产生器，所述FPGA例如可以是Xilinx公司发布的型号为vertex5的FPGA。稍后将详细描述所述正交信号转换器。

数模转换器212-1、212-2、…212－N接收来自相应的正交信号产生器的数字调制信号，并且将这些数字调制信号分别转换为模拟信号，然后将各个模拟信号输出到相应的滤波器。可以使用本领域常用的数模转换器（例如德州仪器公司的DAC5681）来实现各个数模转换器。

滤波器213-1、213-2、…213－N接收从相应的数模转换器输出的模拟信号，分别对所述模拟信号进行低通滤波，然后将滤波后的模拟信号输出到合路器214。可以使用本领域常用的低通滤波器（例如Mini-Circuits公司的LFCN-490低通滤波器）来实现各个滤波器。在某些实施例中，也可以省略所述滤波器，在这种情况下，可以将从各个DAC输出的模拟信号直接提供给合路器214。

合路器214接收从各个滤波器213-1、213-2、…213－N输出的N个模拟信号，将这些模拟信号混合为单个信号，然后将该单个信号输出到激光器22，使得该单个信号最终被转换为光信号并被发送给接收机。

下面将详细描述所述N个正交信号产生器211-1、211-2、…211－N（可统称为正交信号产生器211）。

如上文所述，这N个正交信号产生器可以将N个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的N个数字波形信号上，以产生N个两两正交的数字调制信号。为此，这N个正交信号产生器可以首先基于小波变换产生两两正交的N个数字波形信号，然后进行用户信号的调制。

首先描述正交信号产生器基于小波变换产生两两正交的N个数字波形信号的方法。

在本发明的实施例中，分别由N个正交信号产生器产生两两正交的N个数字序列f_i（1≤i≤N），作为所述数字波形信号，其中，每个数字序列的长度为L，即具有L个元素。可以根据用户数量来确定L，例如，L可以是不小于用户数量的2的幂，即，当用户数量为2的幂时，可以将L设为等于用户数量，而当用户数量不是2的幂时，可以将L设为大于该用户信号数量的2的幂。

具体地，可以使用基于Daubechies（DB）小波包（例如DB2小波包、DB4小波包、DB8小波包、DB16小波包等）的小波变换来产生所述数字序列。在本实施例中，作为示例，可以选择具有正交性的DB4小波包。

一旦选择了Daubechies小波包，与该小波包对应的尺度函数φ(t)以及小波函数就已经确定，在这里，假设序列h和g的长度为L₁，。然后，可以利用φ(t)和如下构造序列h和g：

h[k]=<φ(t),φ_-1,k(t)>      （1）

其中，k表示h和g中的元素的序号，且k=1，2，…,L₁，t为时间。

序列h和g具有正交性，即满足：

<h[k-2n],h[k-2m]>=δ(n-m)

<g[k-2n],g[k-2m]>=δ(n-m)

<h[k-2n],g[k-2m]>=0       （2）

其中，m和n为整数，当n=m时，δ(n-m)=1，而当n≠m时，δ(n-m)=0。

可以基于序列h和g的这一正交性，来构造正交序列。具体地，可以发现，对于可以充当用户信号的数据序列为x1和x2，则和相互正交，其中Z表示整数域，l为整数，而且，当x1和x2为周期性序列时， $\underset{l\&Element;Z}{\mathrm{\&Sigma;}}h[k-2l]x1\left(l\right)$ 和 $\underset{l\&Element;Z}{\mathrm{\&Sigma;}}g[k-2l]x2\left(l\right)$ 也是周期性序列。

因此，在用户信号的数量N＝8（此时L可以为8），从而要构造8个两两正交的正交序列的情况下，可以构造这8个正交序列如下：

$f_1\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}h[k-2m]h[m-2n]h[n-2l]s1\left[l\right]$

$f_2\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}h[k-2m]h[m-2n]g[n-2l]s1\left[l\right]$

$f_3\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}h[k-2m]g[m-2n]h[n-2l]s1\left[l\right]$

$f_4\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}h[k-2m]g[m-2n]g[n-2l]s1\left[l\right]---\left(3\right)$

$f_5\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}g[k-2m]g[m-2n]g[n-2l]s1\left[l\right]$

$f_6\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}g[k-2m]h[m-2n]g[n-2l]s1\left[l\right]$

$f_7\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}g[k-2m]h[m-2n]h[n-2l]s1\left[l\right]$

$f_8\left[k\right]=\underset{m\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;z}{\mathrm{\&Sigma;}}g[k-2m]g[m-2n]h[n-2l]s1\left[l\right]$

在上式中，s1可以是全1序列，h和g为按照上式（1）构造的序列，其分别相当于在DB4小波包情况下的等效低通滤波器系数和等效高通滤波器系数。在DB4的情况下，且s1为全1序列，由于序列h和g是长度为8的序列，因此通过上式（3）获得的8个正交序列f_i是周期为8的周期性序列，且满足

〈f_i(k),f_j(k)〉=δ(i-j)    （4）

其中，1≤i≤8，1≤j≤8。因此，可以使用这8个正交序列作为上文所述的数字波形信号。

应当认识到，除了作为全1序列的s1序列以外，也可以采用其他形式的s1序列来构造正交序列，相应地，所获得的正交序列也不同。此外，在上文中给出了用户信号数量N为8时产生的正交序列的例子。当用户信号数量少于8时，可以从上述正交序列选择相应数量的正交序列作为各个用户信号的数字波形信号。当用户信号数量大于8时，需要构造更多数量的正交序列。在这种情况下，可以对通过上式（3）获得的8个序列f_i（1≤i≤8）分别进行 $\underset{l\&Element;Z}{\mathrm{\&Sigma;}}h[k-2l]f_i\left[l\right]$ 和 $\underset{l\&Element;Z}{\mathrm{\&Sigma;}}g[k-2l]f_i\left[l\right]$ 运算，从而获得更多数量的正交序列。

接下来描述正交信号产生器将N个用户信号分别调制到这N个正交序列上以产生两两正交的N个数字调制信号的方法。在下文中，以第i（1≤i≤N）个用户信号为例进行描述该调制过程，该描述同样适用于其他用户信号。

具体地，在调制第i个用户信号时，在该用户信号的每个比特周期对其进行电平判别或上升沿判别，即，确定在每个比特周期所述用户信号的比特值是1还是0。如果在某个比特周期该数字用户信号的比特值为1，则在该比特周期将该用户信号调制到第i个正交序列f_i上，即，输出正交序列f_i（其长度为L）。如果在该比特周期该用户信号的比特值为0，则输出长度为L的零序列。这样，可以将用户信号逐个比特周期地调制到相应的正交序列上，从而产生相应的数字调制信号。通过对所有用户信号都进行上述调制过程，可以获得N个数字调制信号，这N个数字调制信号也是两两正交的。

根据本发明实施例的正交信号产生器可以具有多种实现方式。图3示出了正交信号产生器的一种示例性实现方式。如图3所示，每个正交信号产生器可以包括正交序列产生单元和调制单元。N个正交信号产生器的正交序列产生单元按照上文所述的方式分别基于小波变换产生两两正交的N个数字波形信号。然后，N个正交信号产生器中的调制单元分别将所接收的用户信号调制到相应的数字波形信号上，从而产生N个两两正交的数字调制信号。除了该示例性实现方式以外，也可以根据需要采用其他实现方式。

利用根据本发明实施例的复用器和发射机，可以通过将多个用户信号调制到两两相交的多个数字波形信号上来复用这些用户信号，每个用户既能使用整个时间段，又可以共用一个单波长激光器，而不用占用大量的光纤频率资源。这样，一方面可以解决时分复用技术中分配时隙所引起的系统复杂、电子处理芯片的处理速度较低以致不能与传输速率匹配的问题，另一方面，与波分复用技术相比，根据本发明实施例的发射机可以只使用一个激光器，从而显著降低系统成本。

返回图1，下面将详细描述根据本发明实施例的接收机。该接收机接收通过光纤30从发射机20发送的上述光信号。

如图1所示，接收机40包括光电转换器41和解复用器42。光电转换器41为光接收模块，其将所述光信号转换为电信号（模拟电信号），并且将该电信号输出到解复用器42。解复用器42将所述电信号解复用，以恢复N个用户信号。光电转换器41进行上述光信号到电信号的转换的具体方式是本领域公知的，在这里省略其详细描述。例如可以使用武汉电信器件公司生产的RTMX系列光接收模块来实现所述光电转换器41。

下面，将参照图4来描述解复用器42。如图4所示，解复用器42包括：分路器421；N个时钟提取装置422-1、422-2、…、422-N；N个正交序列产生器423-1、423-2、…、423-N；N个模数转换器（ADC）424-1、424-2、…、424-N；N个相关器425-1、425-2、…、425-N；以及N个判决器426-1、426-2、…、426-N。这些部件按照图4所示的方式连接。

分路器421接收从光电转换器41输出的模拟电信号，将该模拟电信号分为N个子模拟信号，然后将这N个子模拟信号分别提供给时钟提取装置422-1、422-2、…、422-N以及ADC424-1、424-2、…、424-N。优选地，分路器421将所述电信号分为功率相等的N个子模拟信号。

时钟提取装置422-1、422-2、…、422-N分别从各个子模拟信号中提取同步时钟信号，并且将其提供给相应的模数转换器、正交序列产生器、相关器和判决器作为同步时钟触发信号。所述时钟提取装置可以用本领域公知的方式来提取时钟信号，在这里省略其详细描述。例如，可以使用德州仪器公司的CD74HC297F数字锁相环电路来实现所述时钟提取装置。

正交序列产生器423-1、423-2、…、423-N可以基于小波变换产生两两正交的N个数字波形信号（序列）f_i（1≤i≤N），并且将其提供给各个相关器。简单地说，正交序列产生器423-1、423-2、…、423-N可以按照在上文中参照图2和图3描述的方式来产生所述数字波形信号，其中，所述小波变换可以基于Daubechies小波包，并且基于序列h和g（参见上式（1））产生长度为L的两两正交的多个数字序列，作为所述多个数字波形信号。正交序列产生器423-1、423-2、…、423-N可以与发射机中的相应正交序列产生器同步。由于正交序列产生器产生所述数字波形信号的方式与上文所述的方式完全相同，因此在这里为了避免重复而省略其详细描述。在其他实施例中，也可以不设置所述正交序列产生器，而是可以从外部（例如发射机或其他外部装置）接收所述N个数字波形信号，并且将其提供给相关器。此外，如上所述，所述正交序列产生器可以用FPGA来实现。

ADC424-1、424-2、…、424-N分别接收来自分路器421的各个子模拟信号，将这些子信号转换为数字信号，然后将这N个数字信号分别输入到相应的相关器。所述ADC的采样速率是发送端发送的上行用户信号的速率的L倍频，其中L是数字序列的长度。例如，当上行用户数量为8，上行用户信号的速率为100Mb/s时，采样速率为800Mb/s。例如，可以使用诸如德州仪器公司的ADC08D500或ADC08D1000之类的本领域常用的模数转换器来实现所述ADC。

相关器425-1、425-2、…、425-N接收从各个ADC输出的N个数字信号，并且分别对所述N个数字信号与所述N个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字信号的相关值。下面，以相关器425-i（1≤i≤N）为例来描述相关器执行的相关操作。相关器425-i接收从ADC424-i输出的第i个数字信号r_i，并且在该数字信号r_i的每个比特周期，对该数字信号r_i和输入到该相关器的数字波形信号f_i进行相关运算，以确定二者的相关值。例如，假设数字信号r_i有Q个比特周期，且在第q（1≤q≤Q）个比特周期该数字信号的值为r_iq，则在该比特周期，对该数字信号与数字波形信号f_i进行相关运算，可以确定二者的相关值A_iq如下：

$A_{\mathrm{iq}}=\underset{k=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_{\mathrm{iq}}\left(k\right)\&CenterDot;f_i\left(k\right)---\left(5\right)$

然后，相关器425-i可以将对应于第q个比特周期的相关值A_iq输出到对应的判决器426-i。类似地，相关器425-i可以在数字信号r_i的全部比特周期计算数字信号r_i和数字波形信号f_i的相关值（或称为数字信号r_i的相关值），并且将该相关值依序输出到判决器426－i。

判决器426-1、426-2、…、426-N分别接收从相关器425-1、425-2、…、425-N输出的N个数字信号的相关值，并且根据该相关值来对所述N个数字信号进行判决，从而产生（恢复）多个用户信号。具体地，所述判决器通过对每个数字信号的每个比特周期，将该数字信号的相关值和与该判决器对应的阈值进行比较，来对该数字信号进行判决，其中，当相关值大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为1，而当相关值不大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为0，由此，可以确定该数字信号在所有比特周期的比特值，从而确定该数字信号，即，产生相应的用户信号。

下面，以判决器426-i为例来示例性地描述判决器的操作。判决器426-i接收从相关器425-i提供的数字信号r_i的每个比特周期的相关值A_iq（1≤q≤Q），并且将每个比特周期的相关值与对应的阈值A_i-thres进行比较，以确定数字信号r_i在该比特周期的比特值。所述阈值A_i-thres是数字波形信号f_i对应的阈值。当A_iq>A_i-thres时，将数字信号r_i在比特周期q的比特值判决为1，否则将数字信号r_i在比特周期q的比特值判决为0。以相同的方式，通过对每个比特周期都进行这一判决，可以确定数字信号r_i的全部比特值，从而产生用户信号i。

下面描述确定阈值A_i-thres的方法。该阈值可以由判决器确定，可以由其他装置（未示出）确定。在本发明的实施例中，使用训练信号（或称为先验信号）来确定所述阈值，所述训练信号是已知的，例如，所述训练信号可以具有a=a1+a0个比特周期，其中比特值1的数量为a1，比特值0的数量为a0。a1和a0例如可以是512.

首先，可以按照与上文中针对用户信号描述的方式，将N个训练信号经由图1所示的发射机20发送给接收机40，即，用N个训练信号替代上文所述的用户信号来进行上述复用和发送过程。这N个训练信号可以相同或不同。具体地，可以通过正交信号产生器将所述N个训练信号分别调制到上述基于小波变换产生的两两正交的N个数字波形信号上，以产生两两正交的N个数字调制信号，然后通过数模转换器将所述N个数字调制信号分别转换为N个模拟信号，然后在可选地通过低通滤波器对这N个模拟信号进行低通滤波之后，通过合路器将其混合为单个信号。最后，可以通过激光器将该单个信号转换为光信号并发送给接收机40。在发射机处对训练信号执行的上述操作与上文所述的操作相同，在这里省略其详细描述。

接收机40接收该光信号，光电转换器41将该光信号转换为模拟电信号，即模拟训练信号，然后，分路器421将所述模拟训练信号分为N个子模拟训练信号。接下来，ADC424-1、424-2、…、424-N分别将所述N个子模拟训练信号转换为N个数字训练信号，N个相关器425-1、425-2、…、425-N分别对所述N个数字训练信号与从正交序列产生器提供的所述N个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字训练信号的相关值。然后，可以基于每个数字训练信号的相关值，确定该数字训练信号的与比特值1对应的相关值的第一平均值和与比特值0对应的相关值的第二平均值，并且计算所述第一平均值和所述第二平均值的平均值，作为所述阈值。

下面，以分路器421输出的第i子模拟训练信号（其对应于在发射机处被调制到数字波形信号f_i上的第i训练信号）为例来更详细地描述确定相应的阈值A_i-thres的方法。如上所述，第i子模拟训练信号被ADC424-i转换为第i数字训练信号，然后被输入到相关器425-i。相关器425-i接收该数字训练信号和从正交序列产生器423-i输出的数字波形信号f_i，并且按照上文所述的方式在第i数字训练信号的每个比特周期计算该第i数字训练信号与数字波形信号f_i的相关值A_iu（1≤u≤a）。然后，可以将各个相关值A_iu与第i训练信号进行比较，以确定与第i训练信号的各个比特值1对应的相关值A¹ _i,u1（1≤u1≤a1）、以及与第i训练信号的各个比特值0对应的相关值A⁰ _i,u0（1≤u0≤a0）。然后，可以计算与各个比特值1对应的相关值A¹ _i,u1的平均值（即，第一平均值）和与第i训练信号的各个比特值0对应的相关值A^0, _iu2的平均值（即，第二平均值）如下式（6）和（7）所示：

$\stackrel{\&OverBar;}{{A^1}_i}=\frac{\underset{u1=1}{\overset{a1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A^1}_{i,u1}}{a1}---\left(6\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{{A^0}_i}=\frac{\underset{u0=1}{\overset{a2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A^0}_{i,u0}}{a2}---\left(7\right)$

继而，可以通过下式（8）计算所述第一平均值和第二平均值的平均值作为阈值A_i-thres：

$A_{i-\mathrm{thres}}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{A^1}_i}+\stackrel{\&OverBar;}{{A^0}_i}}{2}---\left(8\right)$

按照上述方式，可以计算对应于每个相关器425-i和判决器426-i的阈值A_i（1≤i≤N）。

通过根据本发明实施例的上述接收机和解复用器，可以将在发送端复用的各个用户信号解复用，从而恢复这些用户信号。应当认识到，上文所述的接收机和解复用器的结构是示例性的，本领域技术人员可以对该结构做出各种改变，而不背离本发明的范围。例如，尽管在上文中将解复用器描述为包括彼此分离的分路器、时钟提取装置、正交序列产生器、模数转换器、相关器以及判决器，但是可以将上述部件中的一些或全部进行重新组合，以形成新的结构。例如，上文所述的正交序列产生器、相关器和判决器可以用同一个FPGA或不同的FPGA来实现，在这种情况下，既可以将正交序列产生器、相关器和判决器实现为分离的器件，也可以将它们组合为单个数字信号处理器，并且使用FPGA来实现该数字信号处理器。

下面描述根据本发明实施例的发送光信号的方法。该方法例如可以由图1所示的发射机执行。在该方法中，首先，利用根据本发明实施例的复用方法将N个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的N个数字波形信号上，以产生两两相交的多个数字调制信号，然后将各个数字调制信号在经过数模转换之后混合为单个信号。然后，例如通过激光器将所述单个信号调制到光载波上以产生光信号并且发送该光信号。

下面，将参照图5来描述根据本发明实施例的复用方法。由于该方法已经被体现在之前的描述中，因此在这里仅对其进行简单的描述。

如图5所示，在步骤S501，将所述N个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的N个数字波形信号上，以产生N个两两正交的数字调制信号。例如，可以使用上文所述的正交信号产生器来执行这一调制。

具体地，首先，可以按照上文所述的方式基于小波变换产生所述两两正交的N个数字波形信号。例如，所述小波变换可以基于Daubechies小波包，并且基于序列h和g（参见上式（1））产生长度为L的两两正交的多个数字序列作为所述多个数字波形信号。由于产生所述数字波形信号的方式与在上文中参照图2和图3描述的方式相同，因此在这里为避免重复二省略其描述。

然后，可以将所述N个用户信号分别调制到这N个数字波形信号上以产生两两正交的N个数字调制信号。例如，在调制第i个用户信号时，在该用户信号的每个比特周期对其进行电平判别或上升沿判别，即，确定在每个比特周期所述用户信号的比特值是1还是0。如果在某个比特周期该数字用户信号的比特值为1，则在该比特周期将该用户信号调制到第i个正交序列f_i上，即，输出正交序列f_i（其长度为L）。如果在该比特周期该用户信号的比特值为0，则输出长度为L的零序列，由此，可以实现第i个用户信号的调制。

再次参照图5，在步骤S502，将所述N个数字调制信号分别转换为模拟信号。在步骤S503，为了提高信号质量，分别对所述N个模拟信号进行低通滤波，然后在步骤S505，将滤波后的所述N个模拟信号混合为单个信号。

在根据本发明实施例的复用方法中，可以给每个用户信号分配一个正交序列，使得不同的用户信号用不同的正交序列来承载，并且在经过数模转换和低通滤波之后成为相互正交的模拟电信号，该模拟电信号在被混合为单个信号之后共用一个激光器进行传输，从而能够解决时分复用技术中分配时隙所引起的系统结构复杂，电子处理芯片的处理速度较低以至于不能与传输速率匹配的问题；而且，与波分复用技术相比较，根据本发明的复用方法对于多个用户信号使用相同的激光器，使得传输同样数量的用户信号的系统成本大大降低。此外，这种复用方法与时分复用技术和波分复用技术相组合来进一步扩大系统容量和降低成本，从而可以广泛应用在光通信系统中。

下面描述根据本发明实施例的接收光信号的方法。该方法可以由上文所述的接收机40执行。由于该方法已经被体现在之前的描述中，因此在这里仅对其进行简单的描述。所述光信号可以是按照参照图5描述的发送方法产生的。

具体地，在接收到光信号时，首先将该光信号转换为电信号（模拟电信号），然后利用根据本发明的解复用方法来将该模拟电信号解复用，以恢复N个用户信号。该光信号可以是按照上文所述的发送方法产生的。相应地，所述模拟电信号是按照上文所述的复用方法产生的，即，所述模拟信号是通过将多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上以产生两两正交的多个数字调制信号，将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号，然后将所述多个模拟信号混合而产生的。

下面，参照图6来描述根据本发明实施例的解复用方法。

如图6所示，在步骤S601中，将所述模拟电信号分为N个子模拟信号。优选地，将所述模拟电信号分为功率相等的N个子模拟信号。

接下来，在步骤S602中，分别将所述N个子模拟信号转换为N个数字信号。

然后，在步骤S603中，分别对所述N个数字信号与基于小波变换产生的两两正交的N个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字信号的相关值。具体地，可以按照在上文中参照图2和图3描述的方式，基于小波变换产生两两正交的N个数字波形信号，然后基于这些数字波形信号来进行相关运算。例如，所述小波变换可以基于Daubechies小波包，并且基于序列h和g（参见上式（1））产生长度为L的两两正交的多个数字序列作为所述多个数字波形信号。在这里，所述数字波形信号的产生可以与发射端中数字波形信号的产生同步。由于产生所述数字波形信号的方式与在上文中参照图2和图3描述的方式相同，因此在这里为避免重复而省略其描述。

接下来，在步骤S604中，分别根据各个数字信号的相关值对所述N个数字信号进行判决，从而产生（恢复）N个用户信号。例如，可以通过对每个数字信号的每个比特周期，将该数字信号的相关值和对应的阈值进行比较，来对该数字信号进行判决，其中，当相关值大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为1，而当相关值不大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为0。可以按照在上文中针对图4描述的方式计算用于每个数字信号的阈值。

由此，可以将在发送端复用的N个用户信号恢复出来。

这样，通过根据本发明实施例的复用和解复用技术，可以实现多个用户信号的复用和解复用，这样，每个用户既能使用整个时间段，又可以共用一个波长的激光器，而不占用大量的光纤频率资源。

尽管在上文中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 (10)

1.一种光纤通信系统中使用的复用器，用于复用多个用户信号，所述复用器包括：

多个正交信号产生器，被配置为将所述多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上，以产生两两正交的多个数字调制信号；

多个数模转换器，被配置为将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号；

多个低通滤波器，被配置为分别对所述多个模拟信号进行低通滤波；以及

合路器，被配置为将滤波后的所述多个模拟信号混合为单个信号。

2.如权利要求1所述的复用器，其中，所述小波变换基于Daubechies小波包，并且基于序列h和g产生长度为L的两两正交的多个数字序列作为所述多个数字波形信号，所述长度L为不小于用户信号数量的2的幂，其中，

h[k]=<φ(t),φ_-1,k(t)>

其中，序列h和g的长度为L₁，k=1，2，…,L₁，φ(t)和分别为对应于该Daubechies小波包的尺度函数和小波函数，t为时间，其中，所述正交信号产生器通过对于每个用户信号的每个比特周期，在该用户信号为1时输出与该用户信号对应的数字序列，并且在该用户信号为0时输出长度为L的0序列，来产生与该用户信号对应的数字调制信号。

3.一种光纤通信系统中使用的解复用器，用于将模拟电信号解复用，所述模拟电信号是通过将多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上以产生两两正交的多个数字调制信号，将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号，然后将所述多个模拟信号混合而产生的，该解复用器包括：

分路器，被配置为将所述模拟电信号分为多个子模拟信号；

多个模数转换器，被配置为分别将所述多个子模拟信号转换为多个数字信号；

多个相关器，被配置为分别对所述多个数字信号与所述基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字信号的相关值；以及

多个判决器，被配置为分别根据各个数字信号的相关值对所述多个数字信号进行判决，从而产生多个用户信号。

4.如权利要求3所述的解复用器，其中，所述小波变换基于Daubechies小波包，并且基于序列h和g产生长度为L的两两正交的多个数字序列作为所述多个数字波形信号，所述长度L为不小于用户信号数量的2的幂，其中，

h[k]=<φ(t),φ_-1,k(t)>

其中，序列h和g的长度为L₁，k=1，2，…，L₁，φ(t)和分别为对应于该Daubechies小波包的尺度函数和小波函数，t为时间,

其中，所述判决器通过对每个数字信号的每个比特周期，将该数字信号的相关值和与对应的阈值进行比较，来对该数字信号进行判决，其中，当相关值大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为1，而当相关值不大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为0。

5.如权利要求4所述的解复用器，其中，所述对应的阈值是基于来自发射机的模拟训练信号按照以下方式获得的：

将所述模拟训练信号分为多个子模拟训练信号；

分别将所述多个子模拟训练信号转换为多个数字训练信号；

对每个数字训练信号与所述多个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字训练信号的相关值；

基于每个数字训练信号的相关值，确定该数字训练信号的与比特值1对应的相关值的第一平均值和与比特值0对应的相关值的第二平均值；以及

计算所述第一平均值和所述第二平均值的平均值，作为所述阈值。

6.一种光纤通信系统中使用的复用方法，用于复用多个用户信号，所述复用方法包括：

将所述多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上，以产生两两正交的多个数字调制信号；

将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号；

分别对所述多个模拟信号进行低通滤波；以及

将滤波后的所述多个模拟信号混合为单个信号。

7.如权利要求6所述的复用方法，其中，所述小波变换基于Daubechies小波包，并且基于序列h和g产生长度为L的两两正交的多个数字序列作为所述多个数字波形信号，所述长度L为不小于用户信号数量的2的幂，其中，

h[k]=<φ(t),φ_-1,k(t)>

其中，序列h和g的长度为L₁，k=1，2，…,L₁，φ(t)和分别为对应于该Daubechies小波包的尺度函数和小波函数，t为时间，

其中，将所述多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上，以产生两两正交的多个数字调制信号的步骤包括：

对于每个用户信号的每个比特周期，在该用户信号为1时输出与该用户信号对应的数字序列，并且在该用户信号为0时输出长度为L的0序列，来产生与该用户信号对应的数字调制信号。

8.一种光纤通信系统中使用的解复用方法，用于将模拟电信号解复用，所述模拟电信号是通过将多个用户信号分别调制到基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号上以产生两两正交的多个数字调制信号，将所述多个数字调制信号分别转换为多个模拟信号，然后将所述多个模拟信号混合而产生的，该解复用方法包括：

将所述模拟电信号分为多个子模拟信号；

分别将所述多个子模拟信号转换为多个数字信号；

分别对所述多个数字信号与所述基于小波变换产生的两两正交的多个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字信号的相关值；

分别根据各个数字信号的相关值对所述多个数字信号进行判决，从而产生多个用户信号。

9.如权利要求8所述的解复用方法，其中，所述小波变换基于Daubechies小波包，并且基于序列h和g产生长度为L的两两正交的多个数字序列作为所述多个数字波形信号，所述长度L为不小于用户信号数量的2的幂，其中，

h[k]=<φ(t),φ_-1,k(t)>

其中，序列h和g的长度为L₁，k=1，2，…，L₁，φ(t)和分别为对应于该Daubechies小波包的尺度函数和小波函数，t为时间，其中，所述分别根据各个数字信号的相关值对所述多个数字信号进行判决，从而产生多个用户信号的步骤包括：

通过对每个数字信号的每个比特周期，将该数字信号的相关值和对应的阈值进行比较，来对该数字信号进行判决，其中，当相关值大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为1，而当相关值不大于所述阈值时，将该数字信号在该比特周期的比特值判决为0。

10.如权利要求9所述的解复用方法，其中，所述对应的阈值是基于来自发射机的模拟训练信号按照以下方式获得的：

将所述模拟训练信号分为多个子模拟训练信号；

分别将所述多个子模拟训练信号转换为多个数字训练信号；

对每个数字训练信号与所述多个数字波形信号进行相关运算，以确定各个数字训练信号的相关值；

基于每个数字训练信号的相关值，确定该数字训练信号的与比特值1对应的相关值的第一平均值和与比特值0对应的相关值的第二平均值；以及

计算所述第一平均值和所述第二平均值的平均值，作为所述阈值。