CN114337904A - 一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法、系统及计算机可读存储介质，方法包括以下步骤：将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波；将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；接收端接收信号并判断每个子载波信道左右两侧边带信息的完整性；选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。本发明可以充分利用WDM滤波器件的信道带宽，提高频谱带宽利用率，同时可以分析出信道中对信号影响较大的带宽部分，在数据传输中可以加以避免，降低误码率，提升传输质量。

Description

一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法。
背景技术
当前，随着互联网、IPTV、5G技术、云计算等高速率、高质量数据业务的出现，全球互联网的数据流量在这20年间呈现高速的增长。这些新增的数据流量需求迫使研究者们不断提高光纤通信的传输容量。目前，波分复用(WDM)的方式的出现使得主干网单根光纤的容量需求超过100Tbit/s，甚至在不久的将来主干网单根光纤传输容量需求将超过500Tbit/s。密集波分复用(DWDM)可以将上百个光通道复用到一根光纤中进行传输，从而充分利用光纤传输带宽。为了避免光通道之间的相互窜扰，DWDM系统中光通道的中心波长需要满足ITU-T G.692和G.694.1等建议的光谱栅格。具体而言，对DWDM系统中的光通道间隔和使用激光器的中心频率给出了明确的建议值。实际中为了保证系统稳定工作，DWDM系统中相邻光通道之间都保留了频谱间隔，避免激光器或滤波器中心波长漂移时出现的串扰。但是这个频谱间隔显然降低了频谱使用效率。为了实现更高的带宽利用率可以采用本发明内容中边带冗余产生和接收，实现对有限光纤带宽的最大化利用。
现有技术公开了一种波分复用系统的光OFDM多通道直接检测方法及装置，涉及短距离光传输与光接入领域，该方法包括以下步骤：假设通道间隔为λ-GHz，OFDM信号带宽为B，各通道内光OFDM信号与光载波的保护间隔为δi，i为正整数，表示通道编号，满足条件：δi＝i*B,i＝1，2，3...；各通道内光OFDM信号与相邻通道光载波的保护间隔θi满足条件：θi≥δi+B,i＝1，2，3...,且θi+δi+B＝λ，i＝1，2，3...。该方案是通过高带宽的接收设备，同时检测多个通道的光OFDM信号，提高系统频谱效率，进而提高接收端器件的带宽利用率，该方案并不是对信道带宽进行子载波划分处理，并不能提高信道带宽利用率。
发明内容
本发明为克服上述现有的波分复用系统中带宽利用率低的缺陷，提供一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法、系统及计算机可读存储介质。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，包括以下步骤：
将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；
在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份；
将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；
接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性；
选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。
进一步的，所述在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份具体为：确定每个子载波信道的中心波长，在中心波长两侧增加非对称的子载波，并在中心波长一侧对边缘空白带宽填充信息，在中心波长另一侧设置填充信息的备份。
进一步的，所述边缘空白带宽填充信息与填充信息的备份两者互为备份。
进一步的，将待传输信号加载在子载波上时对于边缘子载波信号的加载采用非对称平移加载的方式进行。
进一步的，在进行信号传输过程中由于波分复用滤波器的形状和激光器中心波长漂移，信道边带信息被滤除。
进一步的，接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性具体为：
检测子载波信道两侧的功率，若子载波信道的功率损失小于预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减较小，则对应的子载波能够解调恢复出发送数据；若子载波信道的功率损失大预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减大，舍弃当前子载波。
本发明第二方面提供了一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序，所述一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；
在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份；
将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；
接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性；
选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。
进一步的，所述在每个子载波信道的边缘带宽上增加对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份具体为：确定每个子载波信道的中心波长，在中心波长两侧增加非对称的子载波，并在中心波长一侧对边缘空白带宽填充信息，在中心波长另一侧设置填充信息的备份。
进一步的，所述边缘空白带宽填充信息与填充信息的备份两者互为备份。
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序，所述一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序被处理器执行时，实现所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明将信道带宽划分为多个子载波通信信道，并在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波；可以充分利用WDM滤波器件的信道带宽，提高频谱带宽利用率，同时可以分析出信道中对信号影响较大的带宽部分，在数据传输中可以加以避免，降低误码率，提升传输质量。
附图说明
图1为本发明实施例一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法流程图。
图2为本发明实施例基于单载波的WDM通信信道容量损失示意图。
图3为本发明实施例基于信息填充以及填充信息备份的OFDM在DWDM光通信系统中的带宽利用示意图。
图4为本发明实施例WDM滤波器件的中心波长λw3的带宽局部放大图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明实施例所述方法适用于光通信的波分复用传输系统，在波分复用传输系统中由于多波长激光器的每个载波中心波长往往并不能与WDM滤波器件中的滤波中心波长所重合，如图2所示的λw1与λS1(其中，λS1，λS2，λS3，…，λSn为多波长激光器的各载波中心波长；λw1，λSw2，λw3，…，λwn为WDM器件的滤波器间隔中心波长)并不重合，如果单载波调制信号带宽不保留余量，那么经由λS1调制的单载波信号的带宽与WDM滤波器件的带宽进行滤波后，出现部分频谱信息被滤除的情况；在单载波通信系统，对频谱滤除导致的畸变极其敏感，从而出现传输性能下降。对于如图2所示的单载波信号，由于WDM滤波器件滤波带宽分布以及功率分布的不均匀会导致部分单载波信号被滤除，基于单载波的信号完整性特性，在接收端接收到信号的信噪比将会极大的降低，不利于信号的高速传输。传统单载波的WDM系统中了，为了避免这一问题，通常会降低单通道信号的速率/带宽，也就是预留部分带宽余量。但是这一方案显然降低了频谱利用率。为此本发明提出波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，需要说明的是本发明并不限定具体的光通信的波分复用传输系统的类型。
实施例1
如图1所示，一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，包括以下步骤：
将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；
在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份；
将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；
接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性；
选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。
需要说明的是，本发明基于多载波信号复用技术将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道，如图2所示，由于子载波之间在相位上相互正交，子载波加载的信号不会相互影响，可以看作是并行传输。因此WDM滤波器件中的每个边缘滤波对信道带宽内信号的带宽与功率损失只对边缘子载波有影响，对中心子载波没有影响，因此可以提高总体的带宽利用率以及光信噪比。
进一步的，所述在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份具体为：确定每个子载波信道的中心波长，在中心波长两侧增加非对称的子载波，并在中心波长一侧对边缘空白带宽填充信息，在中心波长另一侧设置填充信息的备份。
进一步的，将待传输信号加载在子载波上时对于边缘子载波信号的加载采用非对称平移加载的方式进行。
进一步的，在进行信号传输过程中由于波分复用滤波器的形状和激光器中心波长漂移，信道边带信息被滤除。
需要说明的是，如图3中所示，λS1，λS2，λS3，…，λSn为多波长激光器的各载波中心波长；λw1，λw2，λw3，…，λwn为WDM滤波器件的中心波长，其中带有T标志的柱状部分为边缘空白带宽填充的信息，带有B标志的柱状部分信息为带有T标志柱状信息的冗余，也就是中心波长另一侧设置填充信息的备份，所述边缘空白带宽填充信息与填充信息的备份两者互为备份。可以完整的利用WDM滤波器件所有的带宽，充分利用信道容量。当出现光信道中心波长和滤波器中心波长不一致，而导致边缘频谱被滤除时，从图2可以看到，只有单侧会滤除。也就是说T标志的柱状和B标志的柱状频谱部分只会有一部分被滤除，而另一部分将得到保留，从而进行传输。更具体的，在图4中左侧的①、②子载波信号，其中①在外侧，②在内侧；与之相对应的右侧为备份信息，同样有①、②子载波信号，①在内侧，②在外侧，这样可以有效避免滤波器的不平坦以及激光器的频率漂移同时对填充信息以及其对应的备份信息的损伤。如图4中所示，填充信息由于在左侧外侧，被滤波器滤除，而对应的右边备份信息在内侧，处于滤波器带宽范围内，信号可以有效保留；同理，对于填充的信号在滤波器范围内，可以保留，而其对应的备份信息在B标志的柱状区域外侧，被滤波器滤除，因此信号在左侧还是可以有效保留下来。
进一步的，接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性具体为：
检测子载波信道两侧的功率，若子载波信道的功率损失小于预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减较小，则对应的子载波能够解调恢复出发送数据；若子载波信道的功率损失大预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减大，舍弃当前子载波。
需要说明的是，通常滤波器形状以及激光器的频偏只会对频谱某一侧信号有较大影响，对应的另一侧子载波能够保持相对完整，因此能够保证互相备份在频谱两侧的子载波信号成功进行传输。在本方法实施的过程中，传输系统发射端和接收端均是独立工作的，只需在发送端边缘空白带宽填充信息，无需接收端反馈信息，接收端可以直接选取有用的子载波，无需发射端的反馈信息。
实施例2
本发明第二方面提供了一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序，所述一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；
在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份；
将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；
接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性；
选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。
需要说明的是，本发明基于多载波信号复用技术将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道，如图2所示，由于子载波之间在相位上相互正交，子载波加载的信号不会相互影响，可以看作是并行传输。因此WDM滤波器件中的每个边缘滤波对信道带宽内信号的带宽与功率损失只对边缘子载波有影响，对中心子载波没有影响，因此可以提高总体的带宽利用率以及光信噪比。
进一步的，所述在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份具体为：确定每个子载波信道的中心波长，在中心波长两侧增加非对称的子载波，并在中心波长一侧对边缘空白带宽填充信息，在中心波长另一侧设置填充信息的备份。
进一步的，将待传输信号加载在子载波上时对于边缘子载波信号的加载采用非对称平移加载的方式进行。
进一步的，在进行信号传输过程中由于波分复用滤波器的形状和激光器中心波长漂移，信道边带信息被滤除。
需要说明的是，如图3中所示，λS1，λS2，λS3，…，λSn为多波长激光器的各载波中心波长；λw1，λw2，λw3，…，λwn为WDM滤波器件的中心波长，其中带有T标志的柱状部分为边缘空白带宽填充的信息，带有B标志的柱状部分信息为带有T标志柱状信息的冗余，也就是在中心波长另一侧设置填充信息的备份，所述边缘空白带宽填充信息与填充信息的备份两者互为备份。可以完整的利用WDM滤波器件所有的带宽，充分利用信道容量。当出现光信道中心波长和滤波器中心波长不一致，而导致边缘频谱被滤除时，从图2可以看到，只有单侧会滤除。也就是说T标志的柱状和B标志的柱状频谱部分只会有一部分被滤除，而另一部分将得到保留，从而进行传输。更具体的，在图4中左侧的①、②子载波信号，其中①在外侧，②在内侧；与之相对应的右侧为备份信息，同样有①、②子载波信号，①在内侧，②在外侧，这样可以有效避免滤波器的不平坦以及激光器的频率漂移同时对填充信息以及其对应的备份信息的损伤。如图4中所示，填充信息由于在左侧外侧，被滤波器滤除，而对应的右边备份信息在内侧，处于滤波器带宽范围内，信号可以有效保留；同理，对于填充的信号在滤波器范围内，可以保留，而其对应的备份信息在B标志的柱状区域外侧，被滤波器滤除，因此信号在左侧还是可以有效保留下来。
进一步的，接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性具体为：
检测子载波信道两侧的功率，若子载波信道的功率损失小于预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减较小，则对应的子载波能够解调恢复出发送数据；若子载波信道的功率损失大预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减大，舍弃当前子载波。
需要说明的是，通常滤波器形状以及激光器的频偏只会对频谱某一侧信号有较大影响，对应的另一侧子载波能够保持相对完整，因此能够保证互相备份在频谱两侧的子载波信号成功进行传输。在本方法实施的过程中，传输系统发射端和接收端均是独立工作的，只需在发送端边缘空白带宽填充信息，无需接收端反馈信息，接收端可以直接选取有用的子载波，无需发射端的反馈信息。
实施例3
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序，所述一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序被处理器执行时，实现所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法的步骤，具体为：
将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；
在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份；
将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；
接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性；
选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。
需要说明的是，本发明基于多载波信号复用技术将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道，如图2所示，由于子载波之间在相位上相互正交，子载波加载的信号不会相互影响，可以看作是并行传输。因此WDM滤波器件中的每个边缘滤波对信道带宽内信号的带宽与功率损失只对边缘子载波有影响，对中心子载波没有影响，因此可以提高总体的带宽利用率以及光信噪比。
进一步的，所述在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份具体为：确定每个子载波信道的中心波长，在中心波长两侧增加非对称的子载波，并在中心波长一侧对边缘空白带宽填充信息，在中心波长另一侧设置填充信息的备份。进一步的，将待传输信号加载在子载波上时对于边缘子载波信号的加载采用非对称平移加载的方式进行。
进一步的，在进行信号传输过程中由于波分复用滤波器的形状和激光器中心波长漂移，信道边带信息被滤除。
需要说明的是，如图3中所示，λS1，λS2，λS3，…，λSn为多波长激光器的各载波中心波长；λw1，λw2，λw3，…，λwn为WDM滤波器件的中心波长，其中带有T标志的柱状部分为边缘空白带宽填充的信息，带有B标志的柱状部分信息为带有T标志柱状信息的冗余，也就是在中心波长另一侧设置填充信息的备份，所述边缘空白带宽填充信息与填充信息的备份两者互为备份。可以完整的利用WDM滤波器件所有的带宽，充分利用信道容量。当出现光信道中心波长和滤波器中心波长不一致，而导致边缘频谱被滤除时，从图2可以看到，只有单侧会滤除。也就是说T标志的柱状和B标志的柱状频谱部分只会有一部分被滤除，而另一部分将得到保留，从而进行传输。更具体的，在图4中左侧的①、②子载波信号，其中①在外侧，②在内侧；与之相对应的右侧为备份信息，同样有①、②子载波信号，①在内侧，②在外侧，这样可以有效避免滤波器的不平坦以及激光器的频率漂移同时对填充信息以及其对应的备份信息的损伤。如图4中所示，填充信息由于在左侧外侧，被滤波器滤除，而对应的右边备份信息在内侧，处于滤波器带宽范围内，信号可以有效保留；同理，对于填充的信号在滤波器范围内，可以保留，而其对应的备份信息在B标志的柱状区域外侧，被滤波器滤除，因此信号在左侧还是可以有效保留下来。
进一步的，接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性具体为：
检测子载波信道两侧的功率，若子载波信道的功率损失小于预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减较小，则对应的子载波能够解调恢复出发送数据；若子载波信道的功率损失大预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减大，舍弃当前子载波。
需要说明的是，通常滤波器形状以及激光器的频偏只会对频谱某一侧信号有较大影响，对应的另一侧子载波能够保持相对完整，因此能够保证互相备份在频谱两侧的子载波信号成功进行传输。在本方法实施的过程中，传输系统发射端和接收端均是独立工作的，只需在发送端边缘空白带宽填充信息，无需接收端反馈信息，接收端可以直接选取有用的子载波，无需发射端的反馈信息。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；
在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份；
将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；
接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性；
选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。
2.根据权利要求1所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，其特征在于，所述在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份具体为：确定每个子载波信道的中心波长，在中心波长两侧增加非对称的子载波，并在中心波长一侧对边缘空白带宽填充信息，在中心波长另一侧设置填充信息的备份。
3.根据权利要求1所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，其特征在于，所述边缘空白带宽填充信息与填充信息的备份两者互为备份。
4.根据权利要求1所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，其特征在于，将待传输信号加载在子载波上时对于边缘子载波信号的加载采用非对称平移加载的方式进行。
5.根据权利要求1所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，其特征在于，在进行信号传输过程中由于波分复用滤波器的形状和激光器中心波长漂移，信道边带信息被滤除。
6.根据权利要求1所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法，其特征在于，接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性具体为：
检测子载波信道两侧的功率，若子载波信道的功率损失小于预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减较小，则对应的子载波能够解调恢复出发送数据；若子载波信道的功率损失大预设阈值，则该子载波信道受到WDM滤波器件的衰减大，舍弃当前子载波。
7.一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的系统，其特征在于，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序，所述一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
将波分复用系统的信道带宽划分为多个子载波通信信道；
在每个子载波信道的边缘带宽上增加非对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份；
将待传输信号加载在子载波上进行信号发送；
接收端接收信号并判断每个子载波信道两侧边带信息的完整性；
选取边带信息完整性高的信号进行信息解调。
8.根据权利要求7所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的系统，其特征在于，所述在每个子载波信道的边缘带宽上增加对称的子载波并进行边带信息填充和信息备份具体为：确定每个子载波信道的中心波长，在中心波长两侧增加非对称的子载波，并在中心波长一侧对边缘空白带宽填充信息，在中心波长另一侧设置填充信息的备份。
9.根据权利要求8所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的系统，其特征在于，所述边缘空白带宽填充信息与填充信息的备份两者互为备份。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序，所述一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的一种波分复用传输系统中提高信道带宽利用率的方法的步骤。
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