CN111181651A - 一种提高传输速率的四维编码调制系统 - Google Patents

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包海南
张琦涵
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Abstract

本发明涉及一种提高传输速率的四维编码调制系统，包括发射机和接收机部分。在发射端一侧，两个光发射机会分别产生一路OFDM信号，这两路信号通过偏振光合束器进行合并，合并到一路光信号的两个正交方向上，使得两个偏振方向上分别承载着不同的信息，最后合并的光信号在光纤链路中进行信号传输。在接收端一侧，接收的信号会通过偏振光分束器，将接收的光信号分解到两个互相正交的随机偏振方向上，使每一路检测信号都包含了传输信号的信息。该系统能够提高传输速率，降低误码率。

Description

一种提高传输速率的四维编码调制系统
技术领域
本发明涉及通信领域技术，尤其涉及一种提高传输速率的四维编码调制系统。
背景技术
具有100Gb/s及以上的长距离传输系统经常依赖于独立的多进制二维星座(TwoDimensins，2-D)映射，例如正交频移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)、极化多路复用(Polarization Division Multiplexing，PDM)和正交幅度调制(QuadratureAmplitude Modulation，QAM)。但随着新技术不断的提出，在光纤通信系统中用于提高传输速率的解决方案里，使用光的四维(Four Dimensions，4-D)空间，即光场的实部和虚部及其两个正交偏振态进行信号传输成为重要的方法之一。所以，一种新型的提高传输速率的四维编码调制系统应运而生。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高传输速率的四维编码调制系统。采用四维编码调制系统可以提高系统的传输速率，并降低误码率。
本发明采用的技术方案是：一种提高传输速率的四维编码调制系统，包括，偏振光合束器将两个发射端分别产生的正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)信号进行合并，激光器产生载波承载信号，马赫增德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)将合并的OFDM信号与载波承载信号进行光调制，调制后的光信号经光纤传输，偏振光分束器将接收的光信号分解到两个互相正交的随机偏振方向上，接收端恢复出传输数据；所述发射端的每路OFDM信号承载三个信号序列，采用子集划分(SetPartitoning，SP)进行编码；接收端采用信号交织的方式进行信道估计来恢复信号。
具体地，所述发射端的光发射机首先产生两路光载波，每路光载波承载三个信号序列，通过编码器以64SP编码方式进行编码产生四个信号序列，将产生的四个信号序列进行QAM调制，之后采用复数实数转换(Complex To Real Transform，C2RT)方式，将复数转换为实数，并进行逆离散哈特利变换(Inverse Discrete Hartley Transform，IDHT)和非零对称截断。
更进一步，所述64SP编码，包括以码率为3/4的速率对三个信号序列进行卷积编码，使每个载波上的三个信号序列形成四个信号序列。
具体地，所述接收端的光电探测器(Photo Detector，PD)对偏振光分束器分解得到的光信号进行光电转换，然后进行离散哈特利变换(Discrete Hartley Transform，DHT)和提取信号，使用实数复数转换(Real To Complex Transform，R2CT)方式进行转换运算，产生复数信号，进行QAM解调和信道估计，产生四个信号序列，最后通过解码器进行解码，获得原有的三个信号序列。
本发明调制出的4个相关符号承载了6个比特的信息量，使传输速率对比传统的16QAM调制系统提高了1.5倍，提高了系统的传输速率。此外，相比于传统的16QAM和64QAM调制系统，本发明由于采用64SP编码方式，扩大了星座图之间的最小欧几里得距离，提高了信号的准确度，从而降低了系统的误码率。
附图说明
图1为本发明的四维编码调制系统结构框图；
图2为本发明采用的64SP编码方式的结构图；
图3为本发明的四维编码调制系统的发射机的结构框图；
图4为本发明的四维编码调制系统的接收机的结构框图；
图5为本发明的四维编码调制系统分别采用4D-64SP和PDM的误码率比较图；
图6为本发明的四维编码调制系统采用4D-64SP-16QAM方式与16QAM、64QAM系统的误码率比较图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种提高传输速率的四维编码调制系统，为多输入多输出系统，如图1所示，包括：
在发射端一侧，两个光发射机会分别产生一路OFDM信号，采用64SP的编码方式实现四维编码调制，在发射端采用PDM复用技术，这两路信号通过偏振光合束器(Polarization Beam Combiner,PBC)进行合并，合并到一路光信号的两个正交方向上，使得两个偏振方向上分别承载着不同的信息，最后合并的光信号在光纤链路中进行信号传输。
在接收端一侧，接收的信号会通过偏振光分束器(Polarization Beam Splitter,PBS)，将接收的光信号分解到两个互相正交的随机偏振方向上，使每一路检测信号都包含了传输信号的信息。采用信号交织的方式进行信道估计。
基于上述原理结构，本实施例利用PDM方式设计了提高传输速率的四维编码调制系统。
在发射端一侧，光发射机首先产生两路光载波，每路光载波承载三个信号序列，通过图2所示的编码器，将三个信号序列进行编码，然后将产生的四个信号序列进行QAM调制。之后进行C2RT的运算转换，将复数转换为实数，并进行IDHT和非对称零截断，获得单极性实数信号。最后利用PBC将两路信号复用到一路信号的两个正交方向上并进行传输。
在光传输中，利用激光器产生的载波承载信号，利用MZM进行光调制，将信号调制到光载波上进行传输。在光纤传输过程中加入了掺饵光纤放大器(Erbium-doped fiberamplifier，EDFA)补偿损失的功率。
在接收端一侧，首先使用PBS将输入的信号分解到两个互相正交的偏振方向上，利用PD对每一路光信号进行光电转换之后进行信号解调，包括DHT和提取信号，使用R2CT进行转换运算，产生复数信号，进行QAM解调和信道估计，产生四个OFDM信号序列，最后通过解码器进行解码，获得原有的三个OFDM信号序列。
本实施例的发射机部分产生信号的方式如图3所示，首先产生2个承载OFDM信号的光载波，每个光载波承载三个信号序列如a1、a2、a3和a4、a5、a6，然后利用图2所示的64SP-16QAM的编码器编码原理，通过发射机的编码器对两个载波上的信号进行编码，使编码器以码率为3/4的速率分别对两个光载波上的三个信号序列进行卷积编码，使每个载波上的三个信号序列可以形成四个信号序列如b1、b2、b3、b4和b5、b6、b7、b8，之后通过后续的子集划分和QAM星座映射，形成两路传输的信号，这两路信号是分别用于加载到PDM中x、y两个极化方向的信号序列，并且两个信号序列包括实数和复数序列的两部分，即Ix、Iy、Qx、Qy，接着图1中的结构，利用C2RT将复数转换为实数，进行IDHT变换和零截断，最后通过PBC将两路信号序列进行复用，产生一个用于传输的信号序列即Xn，完成传输信号的编码调制，通过这种产生信号的方式，使输出的4个相关符号承载了6个比特的信息量，使传输速率对比传统的16QAM调制系统提高了1.5倍，即提高了系统的传输速率。
子集划分所示每次都将星座图中每个点之间的欧几里得距离(EuclideanDistance,ED)扩大为原来的
Figure BDA0002317184060000031
倍，如图2所示，在光4-D信号空间上使用子集划分方案，将两个2-D的16QAM星座映射调制分配到两个极化方向上，形成4-D空间。在这个4-D空间中，每个极化支路可以在复平面上采用16个的2-D符号，并且与另一个极化支路的符号无关，因此整个电子场可以采用256(16*16＝256)个4-D符号集，其中选择64符号集来增加ED，即采用64SP-16QAM调制格式。
本实施例的接收机部分产生信号的方式如图4所示，在接收端接收到通过光纤传输带有失真的信号序列Yn，接着按照图1中的结构，利用PBS将信号分解到两个相互正交的偏振方向上，每个方向上使用PD进行光电解调、DHT变换、R2CT等操作，之后采用信号交织的方式进行信道估计来恢复信号，产生Ix、Iy、Qx、Qy，然后进行QAM星座解调，产生分别承载四个信号序列的两路正交载波如c1、c2、c3、c4和c5、c6、c7、c8，最后对每路的四个信号序列进行解码处理，恢复数据信号，即d1、d2、d3和d4、d5、d6，最后将恢复出来的数据信号和原有的数据信号即a1、a2、a3和a4、a5、a6进行对比分析。
图5和图6分别说出了本发明实施例采用4D-64SP编码方式与PDM进行对比得到的误码率，以及与传统16QAM和64QAM进行比较得到的误码率。从图5中可以看出，在相同的传输速率时，在接收光功率(Received Optical Power，ROP)为-19dBm时候，使用4D-64SP-16QAM编码系统的误码率比使用PDM-8QAM编码系统的误码率更小，并且在ROP为-18dBm时候，基于4D-64SP-16QAM系统的误码率小于10-3，达到准确传输标准；从图6中可以看出，在ROP为-20dBm时候，采用64QAM调制的IDHT系统的误码率最高，而采用16QAM的IDHT系统与4D-64SP-16QAM的误码率相同，但是由于4D-64SP-16QAM调制采用了子集划分的方式，扩大了星座图之间的最小欧几里得距离，提高了信号的准确度，降低了误码率。此外，16QAM调制系统的传输速率也小于采用4D-64SP-16QAM调制技术的传输系统。通过上述分析，该系统确实性能优良，进一步验证了本方案的可实施性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种提高传输速率的四维编码调制系统，包括，偏振光合束器将两个发射端分别产生的OFDM信号进行合并，激光器产生载波承载信号，MZM将合并的OFDM信号与载波承载信号进行光调制，调制后的光信号经光纤传输，偏振光分束器将接收的光信号分解到两个互相正交的随机偏振方向上，接收端恢复出传输数据；其特征在于：所述发射端的每路OFDM信号承载三个信号序列，采用64SP进行编码；接收端采用信号交织的方式进行信道估计来恢复信号。
2.根据权利要求1所述一种提高传输速率的四维编码调制系统，其特征在于：所述发射端的光发射机首先产生两路光载波，每路光载波承载三个信号序列，通过编码器以64SP编码方式进行编码产生四个信号序列，将产生的四个信号序列进行QAM调制，之后进行C2RT转换将复数转换为实数，并进行IDHT变换和非零对称截断。
3.根据权利要求1或2所述一种提高传输速率的四维编码调制系统，其特征在于：所述64SP编码，包括以码率为3/4的速率对三个信号序列进行卷积编码，使每个载波上的三个信号序列形成四个信号序列。
4.根据权利要求1所述一种提高传输速率的四维编码调制系统，其特征在于：所述接收端的PD对偏振光分束器分解得到的光信号进行光电转换，然后进行DHT变换和提取信号，使用R2CT进行转换运算，产生复数信号，进行QAM解调和信道估计，产生四个信号序列，最后通过解码器进行解码，获得原有的三个信号序列。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111541490A (zh) * 2020-05-26 2020-08-14 重庆邮电大学 一种基于dpmzm的qpsk转bpsk全光调制格式转换系统
CN111711491A (zh) * 2020-06-15 2020-09-25 重庆邮电大学 基于Kramers-Kronig接收机的光直接检测系统及高可靠通信方法
CN111726165A (zh) * 2020-06-16 2020-09-29 北京邮电大学 一种光通信系统、方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080285671A1 (en) * 2007-05-18 2008-11-20 Sundberg Carl-Erik W Adaptive maxlogmap-type receiver structures
CN102148796A (zh) * 2005-05-04 2011-08-10 松下电器产业株式会社 使用16-qam星座发送和接收数据比特流的方法、发送装置及接收装置
CN105359445A (zh) * 2013-06-19 2016-02-24 三菱电机株式会社 用于对数据进行调制以进行光通信的方法和系统
CN106789829A (zh) * 2017-04-05 2017-05-31 重庆邮电大学 Bicm‑id系统中一种三环结构的16qam映射设计方案
CN110098855A (zh) * 2019-04-30 2019-08-06 桂林电子科技大学 一种可见光mimo通信预编码及解码方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102148796A (zh) * 2005-05-04 2011-08-10 松下电器产业株式会社 使用16-qam星座发送和接收数据比特流的方法、发送装置及接收装置
US20080285671A1 (en) * 2007-05-18 2008-11-20 Sundberg Carl-Erik W Adaptive maxlogmap-type receiver structures
CN105359445A (zh) * 2013-06-19 2016-02-24 三菱电机株式会社 用于对数据进行调制以进行光通信的方法和系统
CN106789829A (zh) * 2017-04-05 2017-05-31 重庆邮电大学 Bicm‑id系统中一种三环结构的16qam映射设计方案
CN110098855A (zh) * 2019-04-30 2019-08-06 桂林电子科技大学 一种可见光mimo通信预编码及解码方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TATSUYA NAKAMURA: "Long Haul Transmission of Four-Dimensional 64SP-12QAM Signal Based on 16QAM Constellation for Longer Distance at Same Spectral Efficiency as PM-8QAM", 《2015 EUROPEAN CONFERENCE ON OPTICAL COMMUNICATION》 *
侯磊: "基于高性能编码调制映射的联合解调译码方法", 《电子学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111541490A (zh) * 2020-05-26 2020-08-14 重庆邮电大学 一种基于dpmzm的qpsk转bpsk全光调制格式转换系统
CN111541490B (zh) * 2020-05-26 2023-03-10 重庆邮电大学 一种基于dpmzm的qpsk转bpsk全光调制格式转换系统
CN111711491A (zh) * 2020-06-15 2020-09-25 重庆邮电大学 基于Kramers-Kronig接收机的光直接检测系统及高可靠通信方法
CN111711491B (zh) * 2020-06-15 2023-02-24 重庆邮电大学 基于Kramers-Kronig接收机的光直接检测系统及高可靠通信方法
CN111726165A (zh) * 2020-06-16 2020-09-29 北京邮电大学 一种光通信系统、方法及装置
CN111726165B (zh) * 2020-06-16 2021-04-30 北京邮电大学 一种光通信系统、方法及装置

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