CN107171730B - 基于多芯光纤的dd-ofdm系统及消除ssbi的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多芯光纤的DD‑OFDM系统及消除SSBI的方法，涉及光通信中的直接检测领域。该DD‑OFDM系统包括光发送机、多芯光纤、光接收机，光发送机包括驱动电路和光源，光接收机包括光电探测器、放大器和信号恢复器，输入的电信号进入驱动电路，驱动电路对光源进行强度调制，电信号转换为光信号在多芯光纤上进行传输；多芯光纤中的一个芯传光载波和正交频分复用OFDM信号的混合信号，还有一个芯只传OFDM信号；两路信号输入到光电探测器中，光电探测器将光信号转换为电信号，两路信号相减，消除SSBI；放大器对电信号进行放大，信号恢复器进行整形，输出电信号。本发明不需要浪费信号带宽的保护间隔，就能够消除SSBI。

Description

基于多芯光纤的DD-OFDM系统及消除SSBI的方法
技术领域
本发明涉及光通信中的直接检测领域，具体是涉及一种基于多芯光纤的DD-OFDM系统及消除SSBI的方法。
背景技术
随着话音、数据和视频图像等多媒体通信业务的高速发展，尤其是数据和视频传输的业务量迅速增长，用户对光通信系统的传输容量、速率、距离和传输质量的要求不断提高，对光通信系统的建设和运行维护费用的降低尤为关注。
光通信系统主要由光发送机、光纤信道、光接收机三个基本单元组成。光发送机的作用是将原始电信号转化为光信号，并将光信号注入光纤中进行传输，一般由光源、调制器和信道耦合器组成。光纤信道的基本特性参数是损耗与色散，为了实现高速长距离传输，要求光纤具有低损耗低色散特性。为了扩大传输容量，采用了波分复用等技术。光接收机的作用是接收光纤输出的光信号，并将其转化为电信号，一般由信道耦合器、光电检测器和解调器组成。由于光电二极管的响应特性适配于光纤通信波长，一般采用光电二极管作为光电检测器。解调器取决于系统的调制格式，根据所采用的解调方式，光通信系统可分为直接检测光通信系统、相干检测光通信系统。
目前商用的光通信系统大部分仍然是直接检测光通信系统。直接检测光通信系统的发射机通常采用强度调制，接收机为直接检测。由于直接检测光通信系统具备结构简单、成本低等优点，因此得到普遍应用。EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)和WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)的应用，进一步提升了直接检测光通信系统的容量，但是直接检测接收机的灵敏度不高，频带利用率较低，不能充分发挥光纤通信系统的优势。
相干检测光通信系统在20世纪80年代曾经得到发展，当时的相干光通信系统是模拟通信系统，与直接检测光通信系统相比，相干光通信系统显得结构复杂，成本代价太高，并且受到当时器件水平的限制，未得到普遍应用。现在，由于器件水平和数字信号处理技术的高速发展，相干光通信系统又重新被人们所接受。相干光通信系统的发射机一般采用外调制，利用发送的原始电信号改变光载波的幅度、频率或者相位。相干光通信系统的接收机采用相干检测，与直接检测的区别在于增加了本振光源。相干检测具有较高的灵敏度。但是，相干检测的缺点也来自对相位具有较高的敏感度。实际中，本振光和信号光的相位均是随机的，这增加了相干检测的复杂度。相干检测的另一个缺点是：由于相干检测要使发射机频率和接收机本振光的频率匹配，这就对两个光源提出了严格的要求。
比较相干检测和直接检测，各有优缺点，但是，由于直接检测简单，成本低廉，直接检测仍然是目前商用光通信系统中常用的检测方式。由于直接检测是利用光电探测器的平方律检测，只能探测幅度信息。当只接收OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)信号和光载波的混合信号时，OFDM信号子载波与光载波之间互拍会产生SSBI(Subcarrier and Signal Beating Interference，子载波和信号间的拍频干扰)。
图1为光载波与信号之间互拍干扰SSBI的示意图。DD-OFDM(Direct-DetectionOrthogonal Frequency Division Multiplexing，直接检测的正交频分复用)系统中，在光接收端，采用平方律的PD(Photo Diode，光电二极管)来实现光信号的直接检测，完成光电转换。将光载波看做A，信号看做B，经过PD后变成(A+B)2＝A2+2AB+B2，其中，A2是直流分量，2AB是信号项，B2是子载波与光OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)信号之间互拍产生的干扰项SSBI(Subcarrier and Signal BeatingInterference，子载波和信号间的拍频干扰)。参见图1所示，光载波与信号之间产生的互拍干扰SSBI会影响电OFDM信号的性能，且SSBI干扰在低频使信号受影响较大，随着频率增大，SSBI逐渐减少。因此，为了使信号不受SSBI的影响，需要留有保护间隔，其最小带宽和信号带宽相同，从而至少浪费了DD-OFDM系统一半以上的频带。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于多芯光纤的DD-OFDM系统及消除SSBI的方法，不需要浪费信号带宽的保护间隔，就能够消除子载波和信号间的拍频干扰SSBI。
本发明提供一种基于多芯光纤的DD-OFDM系统，该DD-OFDM系统包括光发送机、多芯光纤、光接收机，其中，光发送机包括驱动电路和光源，光接收机包括光电探测器、放大器和信号恢复器，
输入的电信号进入驱动电路，驱动电路对光源进行强度调制，所述光源采用两个外腔激光器ECL和一个同相正交IQ调制器，其中只有一个ECL与IQ调制器相连，两个ECL各发射一个光载波，只有与IQ调制器相连的ECL发射的光载波进入IQ调制器，另一个ECL发射的光载波不进入IQ调制器；使用任意波形信号发生器产生OFDM信号，其先在matlab中以某种调制格式离线产生，经过IQ调制器调制产生光OFDM信号；经过光放大器后，调制过的光OFDM信号被分成两部分，一部分与未连接IQ调制器的ECL发射的光载波组合，进入多芯光纤的一个芯，另一部分直接进入多芯光纤的另一个芯；
两路信号在多芯光纤中传输之后，输入到光接收机的光电探测器中，光电探测器将光信号转换为电信号，两路信号相减，消除子载波和信号间的拍频干扰SSBI；放大器对电信号进行放大，信号恢复器对放大后的电信号进行整形，最后输出电信号。
在上述技术方案的基础上，所述光源包括发光二极管或者半导体激光器。
在上述技术方案的基础上，所述两个ECL发射的光载波的频率差小于1GHz。
在上述技术方案的基础上，所述光电探测器为光电二极管或者雪崩光电二极管。
本发明还提供一种在DD-OFDM系统中消除SSBI的方法，所述DD-OFDM系统包括光发送机、多芯光纤、光接收机，其中，光发送机包括驱动电路和光源，光接收机包括光电探测器、放大器和信号恢复器，该方法包括以下步骤：
输入的电信号进入驱动电路，驱动电路对光源进行强度调制，所述光源采用两个外腔激光器ECL和一个同相正交IQ调制器，其中只有一个ECL与IQ调制器相连，两个ECL各发射一个光载波，只有与IQ调制器相连的ECL发射的光载波进入IQ调制器，另一个ECL发射的光载波不进入IQ调制器；使用任意波形信号发生器产生OFDM信号，其先在matlab中以某种调制格式离线产生，经过IQ调制器调制产生光OFDM信号；经过光放大器后，调制过的光OFDM信号被分成两部分，一部分与未连接IQ调制器的ECL发射的光载波组合，进入多芯光纤的一个芯，另一部分直接进入多芯光纤的另一个芯；
多芯光纤中的一个芯传光载波和正交频分复用OFDM信号的混合信号，还有一个芯只传OFDM信号；
两路信号在多芯光纤中传输之后，输入到光接收机的光电探测器中，光电探测器将光信号转换为电信号，两路信号相减，消除子载波和信号间的拍频干扰SSBI；放大器对电信号进行放大，信号恢复器对放大后的电信号进行整形，最后输出电信号。
在上述技术方案的基础上，所述光源包括发光二极管或者半导体激光器。
在上述技术方案的基础上，所述两个ECL发射的光载波的频率差小于1GHz。
在上述技术方案的基础上，所述光电探测器为光电二极管或者雪崩光电二极管。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明在实现直调直检光通信系统的同时，还应用多芯光纤克服了子载波和信号间的拍频干扰SSBI，克服了直接检测系统灵敏度不高、频带利用率低的缺点，不需要浪费信号带宽的保护间隔，就能够消除SSBI，不仅可以采用结构简单、低成本的直调直检光通信系统，而且提高了系统的频带利用率。
附图说明
图1为光载波与信号之间互拍干扰SSBI的示意图。
图2为本发明实施例中基于多芯光纤的DD-OFDM系统的结构示意图。
图3为本发明实施例中光发送机的结构框图。
图4为本发明实施例中多芯光纤传输信号的示意图。
图5为本发明实施例中光接收机的结构框图。
图6为光电探测器中消除SSBI的示意图。
图7为基于多芯光纤的多路复用直调直检光通信系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图2所示，本发明实施例提供一种基于多芯光纤的DD-OFDM系统，该DD-OFDM系统包括光发送机、多芯光纤、光接收机，其中，光发送机包括驱动电路和光源，光接收机包括光电探测器、放大器和信号恢复器。
本发明实施例还提供一种在DD-OFDM系统中消除SSBI的方法，包括以下步骤：
参见图3所示，输入的电信号进入驱动电路，驱动电路对光源进行强度调制，电信号转换为光信号在多芯光纤上进行传输。光源包括LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)或者LD(Laser Diode，半导体激光器)，根据系统不同的性能要求进行光源的选择。
参见图4所示，多芯光纤包括至少三个芯，其中一个芯传光载波和OFDM信号的混合信号，还有一个芯只传OFDM信号。
参见图5所示，光接收机包括光电探测器、放大器和信号恢复器，两路信号在多芯光纤中传输之后，输入到光接收机的光电探测器中，光电探测器将光信号转换为电信号，两路信号进入光电探测器，两路信号相减，消除SSBI。放大器对电信号进行放大，信号恢复器对放大后的电信号进行整形，最后输出电信号。
光电探测器可以采用PD(Photo Diode，光电二极管)或者APD(Avalanche PhotoDiode，雪崩光电二极管)，一般PD更为常用。
利用光电探测器的平方律直接进行检测，只能探测幅度信息。参见图1所示，当只接收光载波和OFDM信号的混合信号时，光载波与OFDM信号子载波之间互拍会产生SSBI(Subcarrier and Signal Beating Interference，子载波和信号间的拍频干扰)。为了不对信号产生影响，需要留有一定的保护间隔，因而频带利用率损失一半。
图4中的多芯光纤一共有7个芯，光源采用两个低线宽的ECL(External-CavityLaser，外腔激光器)和一个IQ(In-phase Quadrature，同相正交)调制器，其中只有一个ECL与IQ调制器相连，两个ECL各发射一个光载波，只有与IQ调制器相连的ECL发射的光载波进入IQ调制器，另一个ECL发射的光载波不进入IQ调制器，这两个ECL发射的光载波的频率差小于1GHz。使用任意AWG(Arbitrary Waveform Generator，波形信号发生器)产生OFDM信号，其先在matlab中以某种调制格式离线产生，经过IQ调制器调制产生光OFDM信号；经过光放大器后，调制过的光OFDM信号被分成两部分，一部分与未连接IQ调制器的ECL发射的的光载波组合，进入多芯光纤的1号芯，另一部分直接进入多芯光纤的4号芯。
参见图6所示，光电探测器(即图6中的平衡探测器)一个输入端口的输入与图5中一样，是光载波和信号的混合信号A+B，经过PD后变成：(A+B)2＝A2+2AB+B2。光电探测器的另一个输入端口输入的只有信号，经过PD后变成B2，所以经过光电探测器后，输出的信号为：(A+B)2-B2＝A2+2AB，即SSBI被消除了，因此无论光载波和信号间是否有保护间隔，都可以将信号恢复出来，提高了直接检测系统的频带利用率。
还可以利用多芯光纤传输多路复用信号，参见图7所示，图7为基于多芯光纤的多路复用直调直检光通信系统示意图，光源包括两个低线宽的ECL和一个IQ调制器，其中只有一个ECL与IQ调制器相连，两个ECL各发射一个光载波，只有与IQ调制器相连的ECL发射的光载波进入IQ调制器，另一个ECL发射的光载波不进入IQ调制器，这两个ECL发射的光载波的频率差小于1GHz。
使用任意AWG(Arbitrary Waveform Generator，波形信号发生器)产生OFDM信号，其先在matlab中以某种调制格式离线产生。经过IQ调制器调制产生光OFDM信号。经过光放大器后，调制过的光OFDM信号被分成两部分，一部分与未连接IQ调制器的ECL发射的光载波组合，然后进一步分为多路(图7中为三路不同信号的复用)，分别输入进多芯光纤的1号芯、2号芯和3号芯；另一部分去相关之后，直接输入进多芯光纤的其他芯(图7中为对应的其他三芯)：4号芯、5号芯和6号芯。一个fan-in/out(扇入扇出)设备用于复用6个芯中的光载波和信号，在通过多芯光纤(图7中为7芯)传输后，光载波和信号被另一个fan-in/out设备解复用，然后分别进入OTDL(Optical Tunable Delay Line，光可调延迟线)，将光载波与信号的混合信号以及单独的信号两路进行同步，分别输入进入三个光电探测器，进行三路不同信号的处理恢复。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于多芯光纤的DD-OFDM系统，其特征在于：该DD-OFDM系统包括光发送机、多芯光纤、光接收机，其中，光发送机包括驱动电路和光源，光接收机包括光电探测器、放大器和信号恢复器，
输入的电信号进入驱动电路，驱动电路对光源进行强度调制，所述光源采用两个外腔激光器ECL和一个同相正交IQ调制器，其中只有一个ECL与IQ调制器相连，两个ECL各发射一个光载波，只有与IQ调制器相连的ECL发射的光载波进入IQ调制器，另一个ECL发射的光载波不进入IQ调制器；使用任意波形信号发生器产生OFDM信号，其先在matlab中以某种调制格式离线产生，经过IQ调制器调制产生光OFDM信号；经过光放大器后，调制过的光OFDM信号被分成两部分，一部分与未连接IQ调制器的ECL发射的光载波组合，进入多芯光纤的一个芯，另一部分直接进入多芯光纤的另一个芯；
两路信号在多芯光纤中传输之后，输入到光接收机的光电探测器中，光电探测器将光信号转换为电信号，两路信号相减，消除子载波和信号间的拍频干扰SSBI；放大器对电信号进行放大，信号恢复器对放大后的电信号进行整形，最后输出电信号。
2.如权利要求1所述的基于多芯光纤的DD-OFDM系统，其特征在于：所述光源包括发光二极管或者半导体激光器。
3.如权利要求1所述的基于多芯光纤的DD-OFDM系统，其特征在于：所述两个ECL发射的光载波的频率差小于1GHz。
4.如权利要求1所述的基于多芯光纤的DD-OFDM系统，其特征在于：所述光电探测器为光电二极管或者雪崩光电二极管。
5.一种在DD-OFDM系统中消除SSBI的方法，所述DD-OFDM系统包括光发送机、多芯光纤、光接收机，其中，光发送机包括驱动电路和光源，光接收机包括光电探测器、放大器和信号恢复器，其特征在于，该方法包括以下步骤：
输入的电信号进入驱动电路，驱动电路对光源进行强度调制，所述光源采用两个外腔激光器ECL和一个同相正交IQ调制器，其中只有一个ECL与IQ调制器相连，两个ECL各发射一个光载波，只有与IQ调制器相连的ECL发射的光载波进入IQ调制器，另一个ECL发射的光载波不进入IQ调制器；使用任意波形信号发生器产生OFDM信号，其先在matlab中以某种调制格式离线产生，经过IQ调制器调制产生光OFDM信号；经过光放大器后，调制过的光OFDM信号被分成两部分，一部分与未连接IQ调制器的ECL发射的光载波组合，进入多芯光纤的一个芯，另一部分直接进入多芯光纤的另一个芯；
两路信号在多芯光纤中传输之后，输入到光接收机的光电探测器中，光电探测器将光信号转换为电信号，两路信号相减，消除子载波和信号间的拍频干扰SSBI；放大器对电信号进行放大，信号恢复器对放大后的电信号进行整形，最后输出电信号。
6.如权利要求5所述的在DD-OFDM系统中消除SSBI的方法，其特征在于：所述光源包括发光二极管或者半导体激光器。
7.如权利要求5所述的在DD-OFDM系统中消除SSBI的方法，其特征在于：所述两个ECL发射的光载波的频率差小于1GHz。
8.如权利要求5所述的在DD-OFDM系统中消除SSBI的方法，其特征在于：所述光电探测器为光电二极管或者雪崩光电二极管。
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