CN109039467A - 基于iq调制器的准恒包络光ofdm信号调制解调系统及其调制解调方法 - Google Patents

基于iq调制器的准恒包络光ofdm信号调制解调系统及其调制解调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号的调制解调系统及其调制解调方法，本发明对传统的恒包络光OFDM调制解调系统和调制解调方法进行改进，利用IQ调制器取代相位调制器，完成准恒包络光OFDM信号调制。由于该系统可以同时利用复数基带OFDM信号的实部和虚部信息，因此可以有效提高系统的频谱效率，同时，准恒包络OFDM具有较低的PAPR，可以有效降低信号在光纤中传输所受到的非线性损伤。

Description

基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统及其调制 解调方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统及其调制解调方法。
背景技术
光OFDM信号调制具有高频谱效率，抗多径衰落，频谱动态分配等优点，在光通信系统中得到了广泛的应用。但是，其本身固有的高峰均功率比(PAPR)的特点，使得其在光纤中传输时容易受到光纤非线性效应的影响，降低信号质量。基于相位调制的恒包络光OFDM得益于其恒定的包络，具有较低的PAPR，因此可以有效缓解光信号在光纤中传输时受到的非线性损伤。
图1为传统方法恒包络光OFDM信号的调制解调系统结构框图，在调制端，首先在处理器中产生基带实数OFDM信号，利用任意波形发生器(AWG)完成数模转换，生成电信号，经驱动放大器放大后加载到相位调制器上对光信号进行相位调制，得到具有恒定包络的相位调制光信号。在解调端，利用混频器和平衡探测器，与本振激光器发出的本振光信号进行混频相干探测接收，得到其承载的相位信息，利用高速实时示波器完成模数转换，采集的数据送入处理器中完成OFDM信号的解调。
但是，如图1所示，由于相位调制器只有一个射频输入端口，因此要求基带OFDM信号必须为实数，为了产生实数OFDM信号，在处理器中进行IFFT前的数据矢量必须为形如的Hermitian共轭对称结构，因此，传统恒包络OFDM系统中，实际上恒包络光OFDM信号的子载波只有一半可以用来承载数据，降低了信号的频谱效率。
高速长途光通信中需要利用具有高频谱效率的调制信号，从而获得较高的信号传输容量。从实际应用角度出发，恒包络光OFDM的频谱效率较低的特点，限制了其应用范围。
因此，通过采用新型调制解调方式，提高恒包络光OFDM的频谱效率，具有重要的实际应用意义。
随着光器件制作工艺的不断提升，光IQ调制器在光通信中得到了广泛应用，在目前已经商用的100G光通信系统中扮演了重要的角色。由于其集成度较高，因此可以利用其完成各种高阶信号的调制。
图2为IQ调制器结构示意图，IQ调制器上集成了2支马赫曾德尔调制器(MZM)和1个移相器，具有较高的集成度，其射频信号输入端口有两个，可以分别对上下两支路的MZM进行调制，然后下支路通过移相器相移90°，合并后得到输出光信号。
与相位调制器相比，IQ调制器具有较高的集成度和自由度，可以完成各种高阶信号的调制。由于其具有2个射频输入端口，因此，电脑中得到的基带OFDM信号的实部和虚部可以利用IQ调制器同时进行传输，避免了IFFT前的数据矢量必须为Hermitian共轭对称结构的限制，可以有效提高信号的频谱效率。基于此，本发明提出利用IQ调制器进行调制。需要指出的是，采用IQ调制器进行调制，得到的光信号幅度并不是恒定的，但是，其统计PAPR小于3dB，因此，称其为准恒包络光OFDM信号。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统及其调制解调方法，其能够提高恒包络光OFDM信号的频谱效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统，包括调制系统和解调系统；
调制系统包括：DFB激光器、IQ调制器、双通道数模转换模块、信号驱动放大器和处理器，处理器的两路输出信号端分别连接至数模转换模块的两个信号输入端，数模转换模块的两个信号输出端分别通过信号驱动放大器后连接至IQ调制器的两个信号输入端，DFB激光器与IQ调制器连接，IQ调制器的调制信号输出端连接光纤信道；
解调系统包括：本振激光器、90°混频器、平衡探测器、双通道模数转换模块和处理器。本振激光器与90°混频器连接，90°混频器的输入端连接光纤信道用于接收调制信号，90°混频器的两路输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的两个输出端分别连接至模数转换模块的两个信号输入端，模数转换模块的两个信号输出端连接至处理器的输入端，在处理器中完成信号的解调工作。
准恒包络光OFDM信号的调制步骤如下：
(1)首先在处理器中生成复数基带OFDM信号，然后分别利用基带OFDM信号的实部和虚部信息对数字载波进行相位调制，得到两路相位调制的数字信号；
(2)步骤1的两路相位调制的数字信号送入数模转换模块中完成数模转换，生成两路电信号；
(3)步骤2的两路电信号经驱动放大器进行信号放大，放大至合适的电平后送入IQ调制器的两个射频电极中对光信号进行调制；
(4)调节IQ调制器的直流偏置电压，使其处于合适的偏置点，得到最佳的调制效果；
(5)输出信号送入光纤信道传输。
准恒包络光OFDM信号的解调步骤如下：
(1)信号光与本振光在90°混频器内进行混频；
(2)利用两对平衡探测器将90°混频器输出的光信号转换成电信号；
(3)利用两个模数转换模块采集平衡探测器的输出信号，并将转换结果送入处理器；
(4)在处理器中首先完成信号的相位解调，得到相位信息；
(5)完成OFDM信号解调，恢复出原始数据信息。
本发明的优点和有益效果为：
本发明对传统的恒包络光OFDM调制解调系统和调制解调方法进行改进，利用IQ调制器取代相位调制器，完成准恒包络光OFDM信号调制。由于该系统可以同时利用复数基带OFDM信号的实部和虚部信息，因此可以有效提高系统的频谱效率，同时，准恒包络OFDM具有较低的PAPR，可以有效降低信号在光纤中传输所受到的非线性损伤。
附图说明
图1是传统方法恒包络光OFDM信号调制解调系统结构。
图2是IQ调制器结构示意图。
图3是本发明的基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号的调制解调系统框图。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
参见附图3，是本发明提出的基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统框图。本发明对传统的恒包络光OFDM调制解调系统和调制解调方法进行改进，利用IQ调制器取代相位调制器，完成准恒包络光OFDM信号调制。由于该系统可以同时利用基带OFDM信号的实部和虚部信息，因此可以有效提高系统的频谱效率，同时，准恒包络OFDM具有较低的PAPR，可以有效降低信号在光纤中传输所受到的非线性损伤。
具体来讲，本发明的基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号的调制解调系统，包括调制系统和解调系统；
调制系统包括：DFB激光器(波长1550nm)、1支IQ调制器、一台可进行编码的双通道任意波形发生器(AWG)、2支信号驱动放大器和一台处理器(本实施例选用一台可进行Matlab编程的电脑)。处理器的两路输出信号端分别连接至AWG的两个信号输入端，AWG的两个信号输出端分别通过信号驱动放大器后连接至IQ调制器的2个信号输入端，DFB激光器与IQ调制器连接，IQ调制器的调制信号输出端连接光纤信道。
解调系统包括：本振激光器、90°混频器、平衡探测器、双通道模数转换模块(本实施例采用示波器完成两路模数转换工作)和处理器。本振激光器与90°混频器连接，90°混频器的输入端连接光纤信道用于接收调制信号，90°混频器的两路输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的两个输出端分别连接模数转换模块的两个信号输入端，模数转换模块的两个信号输出端连接至处理器的输入端，在处理器中完成信号的解调工作。
准恒包络光OFDM信号的调制步骤如下：
(1)首先在处理器中生成复数基带OFDM信号，即原始数据首先进行串并转换和符号映射，然后经IFFT变为时域信号，再进行并串转换，最后添加循环前缀得到OFDM信号，此时，得到的OFDM信号为复数信号；然后分别利用基带OFDM信号的实部和虚部信息对数字载波进行相位调制，得到两路相位调制的数字信号；
(2)步骤1的两路相位调制的数字信号送入AWG中完成数模转换，生成两路电信号；
(3)步骤2的两路电信号经驱动放大器进行信号放大，放大至合适的电平后送入IQ调制器的两个射频电极中对光信号进行调制；
(4)调节IQ调制器的直流偏置电压，使其处于合适的偏置点，得到最佳的调制效果；
(5)输出信号送入光纤信道传输。
准恒包络光OFDM信号的解调步骤如下：
(1)信号光与本振光在90°混频器内进行混频；
(2)利用两对平衡探测器将90°混频器输出的光信号转换成电信号；
(3)利用两个模数转换模块采集平衡探测器的输出信号，并将转换结果送入处理器；
(4)在处理器中首先完成信号的相位解调，得到相位信息；
(5)完成OFDM信号解调，恢复出原始数据信息。
实施例二
所述处理器还可以是DSP。
实施例三
所述处理器还可以是FPGA。
实施例四
可进行编码的双通道任意波形发生器(AWG)还可以是其他数模转换模块。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统，其特征在于：包括调制系统和解调系统；
调制系统包括：DFB激光器、IQ调制器、双通道数模转换模块、信号驱动放大器和处理器，处理器的两路输出信号端分别连接至数模转换模块的两个信号输入端，数模转换模块的两个信号输出端分别通过信号驱动放大器后连接至IQ调制器的两个信号输入端，DFB激光器与IQ调制器连接，IQ调制器的调制信号输出端连接光纤信道；
解调系统包括：本振激光器、90°混频器、平衡探测器、双通道模数转换模块和处理器。本振激光器与90°混频器连接，90°混频器的输入端连接光纤信道用于接收调制信号，90°混频器的两路输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的两个输出端分别连接至模数转换模块的两个信号输入端，模数转换模块的两个信号输出端连接至处理器的输入端，在处理器中完成信号的解调工作。
2.如权利要求1所述的基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统的调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先在处理器中生成复数基带OFDM信号，然后分别利用基带OFDM信号的实部和虚部信息对数字载波进行相位调制，得到两路相位调制的数字信号；
(2)步骤1的两路相位调制的数字信号送入数模转换模块中完成数模转换，生成两路电信号；
(3)步骤2的两路电信号经驱动放大器进行信号放大，放大至合适的电平后送入IQ调制器的两个射频电极中对光信号进行调制；
(4)调节IQ调制器的直流偏置电压，使其处于合适的偏置点，得到最佳的调制效果；
(5)输出信号送入光纤信道传输。
3.如权利要求1所述的基于IQ调制器的准恒包络光OFDM信号调制解调系统的解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)信号光与本振光在90°混频器内进行混频；
(2)利用两对平衡探测器将90°混频器输出的光信号转换成电信号；
(3)利用两个模数转换模块采集平衡探测器的输出信号，并将转换结果送入处理器；
(4)在处理器中首先完成信号的相位解调，得到相位信息；
(5)完成OFDM信号解调，恢复出原始数据信息。
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