CN106059663A - 一种基于sefdm的高频谱效率短距离光互联系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统及方法，该方法包括以下步骤：S1.非正交频分复用信号发射机的实现；S2.补偿传输损失，获取单边带信号；S3.非正交频分复用信号的解调和均衡；S4.非正交频分复用信号接收机的实现。本发明的基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统及方法，利用低成本、低功耗光电器件(例如：EML)和非正交频分复用调制技术，使得系统具有低成本、低功耗和高频谱效率的特点。此外，本发明压缩信号带宽不受到基带调制方式的影响。

Description

一种基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统及方法
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统及方法。
背景技术
目前，常用的短距离光互联系统是基于单/双边带PAM的光传输系统。它主要有直调直检的收发机和传输光纤组成。发射机的工作原理是将待传输的二进制数据映射到PAM符号上去。再将PAM信号通过调制器直接调制到波长为1550nm的光载波上。接收机的工作原理是使用光检测器对光信号进行直接检测，使其转换为电信号，然后通过判决和解映射将其还原成二进制信号。
比较单/双边带PAM，可以发现两者都没有在频谱利用效率和光功率效率上达到同时优化。而事实上在PAM基础上加上相位调制是可以在不牺牲功率效率的前提下实现频谱压缩的。例如DB(Duo-binary)编码就是在OOK的基础上通过控制‘1’的相位使信号带宽减半。但是DB的局限性在于其仅使‘1’变成了‘±1’，也即将调制区间从原本的I的正向拓展到了I的正负双向，Q依然没有用到。而且目前仅有OOK(也即PAM2)可以利用这种办法来压缩带宽，高阶的PAM和SPAM调制均无法直接适用。
因此，急需寻找一种新的高频谱效率短距离光互联系统及方法来适应现代实验工作或实际生产的需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明人经过长期研究，提出一种基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统及方法。
依据本发明的技术方案，基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联方法包括以下步骤：
S1.非正交频分复用信号发射机的实现。
S2.补偿传输损失，获取单边带信号。
S3.非正交频分复用信号的解调和均衡。
S4.非正交频分复用信号接收机的实现。
上述的步骤S1具体包括星座图映射、非正交频分复用信号调制和发送信号组帧。其中，星座图映射是将待传输的二进制信号映射到星座图去，也就是进行基带信号调制，得到基带调制信号；非正交频分复用信号调制通过对基带调制信号进行分数阶傅里叶反变换完成；然后，将一段固定的伪随机码二进制码(用于帧同步)和2048个符号周期的非正交频分复用信号组成一帧。
步骤S2具体包括光纤传输损耗的功率补偿和获取单边带信号。信号经过光纤传输后会造成功率损失，这里需要使用光信号放大器对信号功率进行补偿；为了避免平方率效应对信号检测带来的损失，这里使用光滤波器对信号进行滤波，使双边带信号变成单边带信号。
步骤S3具体包括信道均衡和非正交频分复用信号的解调。信道均衡主要是为补偿光纤中损耗和色散对信号的影响，其实现方法是：利用导频信号对信道进行信道估计，信道估计通过导频信号和部分接收信号的反卷积实现，然后将估计结果与其余接收信号进行卷积。信号解调的作用是将非正交频分复用信号恢复成基带调制信号，其实现方法是对经过信道均衡后的非正交频分复用信号进行分数阶傅里叶变换。经过变换后，得到基带调制信号。
本发明的基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统及方法，利用低成本、低功耗光电器件(例如：EML)和非正交频分复用调制技术，使得系统具有低成本、低功耗和高频谱效率的特点。此外，本发明压缩信号带宽不受到基带调制方式的影响。
附图说明
图1是依据本发明的基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统的结构示意图；
图2是依据本发明的基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联方法原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体模块或具体参数。
本发明基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联系统的装置示意图如附图1的结构示意图所示。图中组成系统的器件有：1、非正交频分复用信号生成器，2、微波信号发生器，3、数模转换器(DAC)，4、IQ混频器，5、EML，6、单模光纤，7、光信号放大器，8、光滤波器，9、光信号检测器，10、模数转换器(ADC)，11、数字信号处理模块(DSP)。各个部件连接示意图如图1所示。
非正交频分复用信号生成器用于生成待传输的SEFDM电数字信号，实现频谱压缩；
微波信号发生器用于生成射频信号；
数模转换器(DAC)用于SEFDM将电数字信号转换成模拟信号；
IQ混频器用于实现IQ混频，并将SEFDM信号频谱从基带搬移到射频；
EML用于将SEFDM电信号调制到光载波上，使其成为光信号；
单模光纤用于承载光信号的传输；
光信号放大器用于放大光信号额功率；
光滤波器用于滤除光信号的一个边带，使其成为单边带信号；
光信号检测器用于将光信号转换成电信号；
模数转换器(ADC)用于将电模拟信号转换成电数字信号；
数字信号处理模块(DSP)用于完成接收信号的数字信号处理，使其恢复成传输的二进制信号。
一种基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联方法的原理如附图2所示，包括如下步骤：
S1.非正交频分复用信号发射机的实现。
S2.补偿传输损失，获取单边带信号。
S3.非正交频分复用信号的解调和均衡。
S4.非正交频分复用信号接收机的实现。
上述的步骤S1具体包括星座图映射、非正交频分复用信号调制和发送信号组帧。其中，星座图映射是将待传输的二进制信号映射到星座图去，也就是进行基带信号调制，得到基带调制信号；非正交频分复用信号调制通过对基带调制信号进行分数阶傅里叶反变换完成；然后，将一段固定的伪随机码二进制码(用于帧同步)和2048个符号周期的非正交频分复用信号组成一帧。
步骤S2具体包括光纤传输损耗的功率补偿和获取单边带信号。信号经过光纤传输后会造成功率损失，这里需要使用光信号放大器对信号功率进行补偿；为了避免平方率效应对信号检测带来的损失，这里使用光滤波器对信号进行滤波，使双边带信号变成单边带信号。
步骤S3具体包括信道均衡和非正交频分复用信号的解调。信道均衡主要是为补偿光纤中损耗和色散对信号的影响，其实现方法是：利用导频信号对信道进行信道估计，信道估计通过导频信号和部分接收信号的反卷积实现，然后将估计结果与其余接收信号进行卷积。信号解调的作用是将非正交频分复用信号恢复成基带调制信号，其实现方法是对经过信道均衡后的非正交频分复用信号进行分数阶傅里叶变换。经过变换后，得到基带调制信号。
本发明是基于非正交频分复用技术实现的，由于子载波的非正交性，存在载波间干扰，因此步骤S3获得的基带调制信号是畸变的。因此，步骤S4中实现的接收机主要是为了从畸变的基带调制信号恢复出正确的基带调制信号。步骤S4主要包括：迭代检测和星座图解映射。迭代检测是利用迭代算法和固定球面解码算法，在一个给定的域内寻找最优的解码结果，通过迭代检测可以得到正确的基带调制信号。星座图解映射是将基带调制信号恢复成二进制信号。
本发明实施例对比现有广泛应用的提高频谱效率和网络容量的系统有如下优点和效果：
1)本发明直接压缩信号的有效带宽，可以获得超过25％的频谱效率和速率提高；
2)本发明不受限于基带调制方式，具有广泛的适用性；
本发明使用的算法简单，复杂度较低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。

Claims (4)

1.一种基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.非正交频分复用信号发射机的实现；
S2.补偿传输损失，获取单边带信号；
S3.非正交频分复用信号的解调和均衡；
S4.非正交频分复用信号接收机的实现。
2.根据权利要求1所述的基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联方法，其特征在于，上述的步骤S1具体包括星座图映射、非正交频分复用信号调制和发送信号组帧。其中，星座图映射是将待传输的二进制信号映射到星座图去，也就是进行基带信号调制，得到基带调制信号；非正交频分复用信号调制通过对基带调制信号进行分数阶傅里叶反变换完成；然后，将一段固定的伪随机码二进制码(用于帧同步)和2048个符号周期的非正交频分复用信号组成一帧。
3.根据权利要求1所述的基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联方法，其特征在于，步骤S2具体包括光纤传输损耗的功率补偿和获取单边带信号。信号经过光纤传输后会造成功率损失，这里需要使用光信号放大器对信号功率进行补偿；为了避免平方率效应对信号检测带来的损失，这里使用光滤波器对信号进行滤波，使双边带信号变成单边带信号。
4.根据权利要求1所述的基于SEFDM的高频谱效率短距离光互联方法，其特征在于，步骤S3具体包括信道均衡和非正交频分复用信号的解调。信道均衡主要是为补偿光纤中损耗和色散对信号的影响，其实现方法是：利用导频信号对信道进行信道估计，信道估计通过导频信号和部分接收信号的反卷积实现，然后将估计结果与其余接收信号进行卷积。信号解调的作用是将非正交频分复用信号恢复成基带调制信号，其实现方法是对经过信道均衡后的非正交频分复用信号进行分数阶傅里叶变换。经过变换后，得到基带调制信号。
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