CN108600127A - 一种基于脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特通信系统及方法，其中通信系统包括发射装置和接收装置，发射装置包括：信号源，分别为每个信道提供电信号；发射机，分别将每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号，并对每个信道上非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出，通过光纤链路把频域复用信号传输给接收装置。本发明提供的通信系统及方法是基于时频域超奈奎斯特思想，在发射端通过压缩相邻脉冲之间时隙和频域各信道之间的信道间隔，提高了频谱利用率和信息传送速率。在接收端通过数字信号处理补偿脉冲交叠引入的码间干扰，打破奈奎斯特准则提升带宽的利用率，提升传输速率。

Description

一种基于脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统及方法
技术领域
本发明涉及高谱效大容量光传输技术领域，具体涉及一种非正交化交叠技术和频域压缩的通信系统及方法。
背景技术
为了满足市场需要，光传输系统需要提高灵活性、能量消耗和传输容量等方面的性能。而在已经铺设光纤的基础上，支持提高频谱效率的能力是至关重要的。一些技术已经被提出以提高频谱效率，包括奈奎斯特波分复用技术(Nyquist-WDM)、正交频分复用技术(OFDM)。前两种技术使用光纤作为信道时，其性能和复杂性都是相同的，并且都是正交化方式。然而奈奎斯特波分复用技术需要特定的光谱包络波形及特定的滤波器；虽然正交频分复用技术与前者相比，能够提供更高的频谱效率但是数字信号处理的复杂度更高。与此同时，超奈奎斯特技术(FTN)因打破奈奎斯特准则，进一步提升频谱效率而被提出。但是已提出的FTN技术仅限于时域或者频域，频谱利用率依旧不足，难以满足不断增长的通信容量需求。
发明内容
因此，本发明为了解决现有技术中频谱利用率较低的问题，提出了一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特通信系统及方法，在时域和频域同时对信号进行压缩，相对于一般超奈奎斯特进一步提升频谱利用率，提升传输速率。
本发明实施例提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的发射装置，包括：信号源和发射机，其中，所述信号源，用于分别为每个信道提供电信号；所述发射机，用于分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号，并对每个信道上非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。
可选地，所述发射机包括：串并转换器、光源、第一耦合器、光电调制器、延时器、第二耦合器及波分复用器，其中，所述串并转换器，用于将所述电信号经过串并变换后分为多路电信号；所述光源，用于为所述光电调制器提供激光；所述第一耦合器，用于将所述激光分为多路激光；所述光电调制器，用于通过所述多路激光将所述多路电信号调制为多路光信号；所述延时器，用于将所述多路光信号分别进行延时处理，生成多路延时后光信号；所述第二耦合器，用于将所述多路延时后光信号合为一路，生成非正交化交叠的光信号；所述波分复用器，用于将每个信道的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号。
可选地，所述发射机包括：串并转换器，延时器、第三耦合器、光源、光电调制器及波分复用器，其中，所述串并转换器，用于将所述电信号经过串并变化后分为多路电信号；所述延时器，用于将所述多路电信号分别进行延时处理，生成多路延时后电信号；所述第三耦合器，用于将所述多路延时电信号合为一路，生成非正交化交叠的电信号；所述光源，用于为所述光电调制器提供激光；所述光电调制器，用于通过所述激光将所述非正交化交叠的电信号调制为非正交化交叠的光信号；所述波分复用器，用于将每个信道的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号。
本发明实施例提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的接收装置，所述接收装置接收发射装置发送的频域复用信号，对所述频域复用信号进行波分解复用，生成解复用光信号，并将所述解复用光信号转换为电信号。
优选地，所述接收装置包括：波分解复用器和光电探测器，其中，所述波分解复用器，用于将所述频域复用信号解复用出每个信道的光信号；所述光电探测器，用于分别将每个信道的光信号探测为电信号；
优选地，所述接收装置还包括：数字信号处理模块，所述数字信号处理模块，用于对所述电信号进行消除信道干扰处理。
本发明实施例还提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统，其特征在于，所述通信系统包括：上述发射装置及上述的接收装置。
本发明实施例还相应地提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，包括如下步骤：分别获取每个信道的电信号；分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号；对每个信道上的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。
可选地，所述分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号的步骤，具体包括：将所述每个信道上的电信号分为多路电信号；将所述多路电信号调制到光载波上转换为多路光信号；将所述多路光信号分别进行经过延时处理，并将多路经过延时后光信号合为一路，形成非正交化交叠的光信号。
可选地，所述分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号的步骤，具体包括：将所述每个信道提供电信号分为多路电信号；将所述多路电信号经过延时处理，并将多路经过延时后电信号合为一路，形成非正交化交叠的电信号；将所述非正交化交叠的电信号调制到光载波上转换为非正交化交叠的光信号。
本发明实施例还相应地提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，包括如下步骤：接收发射装置发送的频域复用信号；对所述频域复用信号进行波分解复用，生成解复用光信号；将所述解复用光信号转换为电信号。
优选地，在将所述解复用光信号转换为电信号的步骤之后，还包括：对所述电信号进行消除信道干扰处理。
本发明提供的一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统及方法，是基于时域脉冲交叠和频域超奈奎斯特思想，在发射端通过使得相邻脉冲之间交叠，压缩频域各信道之间的信道间隔，提高了频谱利用率和信息传送速率。在接收端通过数字信号处理补偿脉冲交叠引入的码间干扰，打破奈奎斯特准则提升带宽的利用率，提升传输速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的发射装置的一个具体示例的框架组成图；
图2为本发明实施例1中提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的发射装置对应方法一个具体流程图；
图3为本发明实施例2中提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统的一个具体示例的框架组成图；
图4为本发明实施例2中提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统一个具体组成原理图；
图5为本发明实施例2提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统对应方法一个具体流程图；
图6为本发明实施例2中经过时域压缩的形成非正交化交叠的信号的示意图；
图7为本发明实施例2中非正交化交叠的信号与信号源信号脉冲周期对比图；
图8为本发明实施例3提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统一个具体组成原理图；
图9为本发明实施例3提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统对应方法一个具体流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的发射装置，如图1所示，包括：信号源1和发射机2，其中，信号源1，用于分别为每个信道提供电信号，本发明实施例中，信号源1发送的电信号由两部分构成，一部分为探测信号(Sp)，用于在后续被接收后为信号处理提供均衡参数，另一部分则为实际用于通信的业务信号(ST)；发射机2，用于分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号，并对每个信道上非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出，本发明实施例采用光纤链路3将频域复用信号进行输出。
上述基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的发射装置，分别将每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号，并对每个信道上非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。通过使得相邻脉冲之间交叠，压缩频域各信道之间的信道间隔，提高了频谱利用率和信息传送速率。
与本发明实施例提供的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的发射装置对应的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，如图2所示，包括如下步骤：
步骤S11：分别获取每个信道的电信号。
步骤S12：分别将每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号。
步骤S13：对每个信道上的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。
实施例2
本发明实施例提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统，可应用于大容量骨干网通信、接入网、数据中心间、数据中心内短距离通信、大容量高谱效无线传输场景。该通信系统包括：发射装置和接收装置，如图3所示，该发射装置包括：信号源1和发射机2，其中信号源1，用于分别为多个信道提供电信号，本发明实施例中，信号源1发送的电信号由两部分构成，一部分为探测信号(Sp)，用于在后续接收后为信号处理提供均衡参数，另一部分则为实际用于通信的业务信号(ST)；发射机2，用于分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号，并对每个信道上非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。本发明实施例中通过光纤链路3传输频域复用信号。接收装置为一接收机4，接收发射装置发送的频域复用信号，对频域复用信号进行波分解复用，生成解复用光信号，并将解复用光信号转换为电信号。
在一较佳实施例中，如图4所示，该发射机2包括：串并转换器21、光源22、第一耦合器23、光电调制器24、延时器25、第二耦合器26及波分复用器27，其中，串并转换器21，将电信号经过串并变换后分为多路电信号；光源22，为光电调制器提供激光；第一耦合器23，将激光分为多路激光；光电调制器24，通过多路激光将多路电信号调制为多路光信号；延时器25，将多路光信号分别进行延时处理，生成多路延时后光信号；第二耦合器26，将多路延时后光信号合为一路，生成非正交化交叠的光信号；波分复用器27，将每个信道的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号。
在一较佳实施例中，如图4所示，该接收机4包括：波分解复用器41、光电探测器42和数字信号处理模块43，其中：波分解复用器41将频域复用信号解复用出每个信道的光信号；光电探测器42，分别将每个信道的光信号探测为电信号；数字信号处理模块43，对电信号进行消除信道干扰处理。本发明实施例中，数字信号处理模块43将电信号进行数模转换以后,对电信号消除信道干扰的处理过程至少包括以下各步骤中的一种或多种：
(1)色散补偿：补偿光纤传输的色散效应。
(2)重采样：对信号进行重新采样至2点/符号。
(3)部分滤波响应：将接收的信号滤波为部分响应信号，降低码间干扰长度。
(4)FFE均衡：均衡偏振复用效应等信道效应。
(5)载波恢复：消除频偏和相噪。
(6)MLSE、MAP或Turbo等其他非线性均衡方式:补偿脉冲交叠引入的码间干扰。
与本发明实施例基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统对应的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，如图5所示，包括如下步骤：
步骤S21：分别获取每个信道的电信号。
步骤S22：将每个信道提供电信号分为多路电信号。
步骤S23：将多路电信号调制到光载波上转换为多路光信号。
步骤S24：多路光信号分别进行经过延时处理，并将多路经过延时后光信号合为一路，形成非正交化交叠的光信号。
步骤S25：对每个信道上的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。
本发明实施例中，如图6所示，将信道上的信号源提供的信号SO分为两路信号S1 ,和S2 ,，将两路信号经过延时处理后变为信号S1和S2，(但并不限于分为两路，但其他实施例中根据实际情况可以分为多路)然后将两路信号合为一路，形成非正交化交叠的信号，如图7所示，经过时域压缩后的非正交化交叠的信号，与信号源提供的信号相比，脉冲间隔变小。
步骤S26：接收频域复用信号。
步骤S27：对频域复用信号进行波分解复用，生成解复用光信号。
本发明实施例是将频域复用信号解复用出每个信道的光信号。
步骤S28：将解复用光信号转换为电信号。
本发明实施例是分别将每个信道的光信号探测为电信号。
步骤S29：对电信号进行消除信道干扰处理。
本发明实施例对电信号进行消除信道干扰处理过程与上述数字信号处理模块43对电信号消除信道干扰的处理过程相同，在此不再赘述。
上述基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统及方法，是基于时频域超奈奎斯特思想，在发射端通过使得相邻脉冲之间交叠，压缩频域各信道之间的信道间隔，提高了频谱利用率和信息传送速率。在接收端通过数字信号处理补偿脉冲交叠引入的码间干扰，打破奈奎斯特准则提升带宽的利用率，提升传输速率。
实施例3
本发明实施例提供一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统，可应用于大容量骨干网通信、接入网、数据中心间、数据中心内短距离通信、大容量高谱效无线传输场景。该通信系统包括：发射装置和接收装置，如图3所示，该发射装置包括：信号源1和发射机2，其中信号源1，用于分别为多个信道提供电信号，本发明实施例中，信号源1由两部分构成，一部分为探测信号(Sp)，用于在后续接收后为信号处理提供均衡参数，另一部分则为实际用于通信的业务信号(ST)；发射机2，用于分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号，并对每个信道上非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。本发明实施例中通过光纤链路3传输频域复用信号。接收装置为一接收机4，接收发射装置发送的频域复用信号，对频域复用信号进行波分解复用，生成解复用光信号，并将解复用光信号转换为电信号。
在一较佳实施例中，如图8所示，该发射机2包括：串并转换器21、延时器25、第三耦合器23、光源22、光电调制器24及波分复用器27，其中，串并转换器21，将电信号经过串并变换后分为多路电信号；延时器25，将多路光信号分别进行延时处理，生成多路延时后光信号；第三耦合器23，将多路延时电信号合为一路，生成非正交化交叠的电信号；光源22，为光电调制器提供激光；光电调制器24，通过激光将所述非正交化交叠的电信号调制为非正交化交叠的光信号；波分复用器27，将每个信道的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号。
本发明实施例中的接收机4的结构组成和功能与实施例2中的接收机4一样，在此不再赘述。
与本发明实施例基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统对应的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，如图9所示，包括如下步骤：
步骤S31：分别获取每个信道的电信号。
步骤S32：将每个信道提供电信号分为多路电信号。
步骤S33：将多路电信号经过延时处理，并将多路经过延时后电信号合为一路，形成非正交化交叠的电信号。
本发明实施例中多路电信号分别进行经过延时处理，并将多路经过延时后电信号合为一路，形成非正交化交叠的电信号。
步骤S34：将非正交化交叠的电信号调制到光载波上转换为非正交化交叠的光信号并输出。
步骤S35：接收频域复用信号。
步骤S36：对频域复用信号进行波分解复用，生成解复用光信号。
本发明实施例是将频域复用信号解复用出每个信道的光信号。
步骤S37：将解复用光信号转换为电信号。
本发明实施例是分别将每个信道的光信号探测为电信号。
步骤S38：对电信号进行消除信道干扰处理。
本发明实施例对电信号进行消除信道干扰处理过程与上述数字信号处理模块43对电信号消除信道干扰的处理过程相同，在此不再赘述。
上述基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统及方法，是基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特思想，在发射端通过使得相邻脉冲之间交叠，压缩频域各信道之间的信道间隔，提高了频谱利用率和信息传送速率。在接收端通过数字信号处理补偿脉冲交叠引入的码间干扰，打破奈奎斯特准则提升带宽的利用率，提升传输速率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特发射装置，其特征在于，包括：信号源和发射机，其中，
所述信号源，用于分别为每个信道提供电信号；
所述发射机，用于分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号，并对每个信道上非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。
2.根据权利要求1所述的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特发射装置，其特征在于，所述发射机包括：串并转换器、光源、第一耦合器、光电调制器、延时器、第二耦合器及波分复用器，其中，
所述串并转换器，用于将所述电信号经过串并变换后分为多路电信号；
所述光源，用于为所述光电调制器提供激光；
所述第一耦合器，用于将所述激光分为多路激光；
所述光电调制器，用于通过所述多路激光将所述多路电信号调制为多路光信号；
所述延时器，用于将所述多路光信号分别进行延时处理，生成多路延时后光信号；
所述第二耦合器，用于将所述多路延时后光信号合为一路，生成非正交化交叠的光信号；
所述波分复用器，用于将每个信道的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号。
3.根据权利要求1所述的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特发射装置，其特征在于，所述发射机包括：串并转换器，延时器、第三耦合器、光源、光电调制器及波分复用器，其中，
所述串并转换器，用于将所述电信号经过串并变化后分为多路电信号；
所述延时器，用于将所述多路电信号分别进行延时处理，生成多路延时后电信号；
所述第三耦合器，用于将所述多路延时电信号合为一路，生成非正交化交叠的电信号；
所述光源，用于为所述光电调制器提供激光；
所述光电调制器，用于通过所述激光将所述非正交化交叠的电信号调制为非正交化交叠的光信号；
所述波分复用器，用于将每个信道的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号。
4.一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的接收装置，其特征在于，所述接收装置接收如权利要求1-3中任一项所述的发射装置发送的频域复用信号，对所述频域复用信号进行波分解复用，生成解复用光信号，并将所述解复用光信号转换为电信号。
5.根据权利要求4所述的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的接收装置，其特征在于，所述接收装置包括：波分解复用器和光电探测器，其中，
所述波分解复用器，用于将所述频域复用信号解复用出每个信道的光信号；
所述光电探测器，用于分别将每个信道的光信号探测为电信号。
6.根据权利要求5所述的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的接收装置，其特征在于，所述接收装置还包括：数字信号处理模块，所述数字信号处理模块，用于对所述电信号进行消除信道干扰处理。
7.一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信系统，其特征在于，所述通信系统包括：
如权利要求1-3中任一项所述的发射装置及如权利要求4-6中任一项所述的接收装置。
8.一种基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别获取每个信道的电信号；
分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号；
对每个信道上的非正交化交叠的光信号进行频域复用，生成频域复用信号并输出。
9.根据权利要求8所述的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，其特征在于，所述分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号的步骤，具体包括：
将所述每个信道上的电信号分为多路电信号；
将所述多路电信号调制到光载波上转换为多路光信号；
将所述多路光信号分别进行经过延时处理，并将多路经过延时后光信号合为一路，形成非正交化交叠的光信号。
10.根据权利要求8所述的基于时域脉冲交叠的超奈奎斯特的通信方法，其特征在于，所述分别将所述每个信道上的电信号进行时域压缩转化非正交化交叠的光信号的步骤，具体包括：
将所述每个信道提供电信号分为多路电信号；
将所述多路电信号经过延时处理，并将多路经过延时后电信号合为一路，形成非正交化交叠的电信号；
将所述非正交化交叠的电信号调制到光载波上转换为非正交化交叠的光信号。
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