專利名稱：基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代光傳輸系統(tǒng)中，為滿足高清音頻和視頻等大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，波分?fù)用(WDM)這一方法得到了廣泛應(yīng)用，采用這一方法可以提高系統(tǒng)的頻譜利用率，實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸率。波分復(fù)用是指多個(gè)具有不同載波頻率的光信號(hào)在同一條光傳輸通道上傳輸，每一路光載波都可以看作是相互獨(dú)立的傳輸信道。在實(shí)際應(yīng)用中，為了增加傳輸容量，波分復(fù)用的載波數(shù)量不斷的提高，隨即出現(xiàn)了密集波分復(fù)用(DWDM)和超密集波分復(fù)用 (UDffDM)0但隨著載波數(shù)量的增加，載波間的頻率間隔和每一路載波的頻帶寬度也隨之而變小。
隨著波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，需要用到更多數(shù)量的載波。一般產(chǎn)生多載波的方法有用超連續(xù)光譜光源和光頻梳技術(shù)、基于級(jí)聯(lián)的相位調(diào)制或者幅度調(diào)制技術(shù)、基于環(huán)頻移的單邊帶調(diào)制技術(shù)和利用多波長(zhǎng)的摻鉺光纖激光器產(chǎn)生多載波技術(shù)。最近，利用超連續(xù)光譜光源和光頻梳技術(shù)產(chǎn)生了 5. 4Tb/s的用于正交頻分復(fù)用的PDM-QPSK信號(hào)，但受超連續(xù)譜的光信噪比的限制，其傳輸距離非常短；同時(shí)實(shí)現(xiàn)的還有利用級(jí)聯(lián)的相位調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生了 I. 2Tb/s的PDM-RZ-QPSK DWDM光信號(hào)，但受限于相位調(diào)制器上射頻信號(hào)，只能產(chǎn)生12路副載波。而基于環(huán)頻移的單邊帶副載波調(diào)制具有非常大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 碼分復(fù)用(CDM)或碼分多址(CDMA)技術(shù)是用一組包含互相正交的碼字的碼組攜帶多路信號(hào)。采用同一波長(zhǎng)的擴(kuò)頻序列，頻譜資源利用率高，與WDM結(jié)合，可以大大增加系統(tǒng)容量。頻譜展寬是靠與信號(hào)本身無關(guān)的一種編碼來完成的。碼分復(fù)用是一種共享信道的方法，每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼字的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型正交，通信各方之間不會(huì)相互干擾，且抗干擾能力強(qiáng)。碼分復(fù)用技術(shù)主要用于無線通信系統(tǒng)，特別是移動(dòng)通信系統(tǒng)。它不僅可以提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约皽p少干擾對(duì)通信的影響，而且增大了通信系統(tǒng)的容量。
相干檢測(cè)系統(tǒng)是在接收端使用零差或外差相干檢測(cè)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)恢復(fù)原始的數(shù)字信號(hào)。其優(yōu)勢(shì)在于接收機(jī)靈敏度與直接探測(cè)系統(tǒng)更高，另外，使用相干檢測(cè)技術(shù)可以有效的利用光纖帶寬。
隨著計(jì)算機(jī)和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字化技術(shù)有今天的飛速發(fā)展，是依仗于強(qiáng)大的軟、硬件環(huán)境支撐。作為數(shù)字信號(hào)處理的一個(gè)實(shí)際任務(wù)就是要求能夠快速、高效、實(shí)時(shí)完成處理任務(wù)，這就要通過通用或?qū)Ｓ玫臄?shù)字信號(hào)處理器來完成。在光通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)處理可以用于時(shí)鐘恢復(fù)，色散管理,解碼,偏振分離,頻率估計(jì)和相位恢復(fù)等。
因此，提供一種能夠有效提高光纖信道的頻譜利用率、提高傳輸效率的光傳輸系統(tǒng)和方法，以滿足大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨缶哂袠O大的研究和應(yīng)用價(jià)值。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)能大大提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，有效地提高光纖信道的頻譜利用率，提高傳輸效率，而且具有擴(kuò)容簡(jiǎn)單、性能可靠、可以方便直接地接入多種業(yè)務(wù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還提供了一種基于上述系統(tǒng)的光傳輸方法。
本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，包括依次相連的多載波光源生成部分、調(diào)制部分、復(fù)用部分、解復(fù)用部分、解調(diào)部分和信號(hào)處理部分，所述多載波光源生成部分是利用單頻光源產(chǎn)生出用于傳輸?shù)亩噍d波光源；調(diào)制部分用于將各支路電信號(hào)調(diào)制到多載波光源生成部分所生成的相應(yīng)的光載波上；復(fù)用部分用于將調(diào)制部分調(diào)制好的各個(gè)光載波復(fù)用到一根光纖信道中；解復(fù)用部分用于將光纖傳遞來的信號(hào)中的各個(gè)光載波分開，分別進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)；解調(diào)部分用于將解復(fù)用后的各支路信號(hào)解調(diào)，以恢復(fù)信號(hào)；信號(hào)處理部分用于通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)解調(diào)后的信號(hào)在光纖傳輸中的各種線性和非線性損傷進(jìn)行補(bǔ)償。
根據(jù)多載波生成方法的不同，多載波光源生成部分也具有不同的結(jié)構(gòu)。其中對(duì)于采用基于串聯(lián)相位調(diào)制器的循環(huán)頻移(RFS)產(chǎn)生多載波的方法，則多載波光源生成部分包括形成一個(gè)回路的第一保偏光耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第二保偏光耦合器、第一移相器和摻鉺光纖放大器(Erbium-Doped FiberAmplifier, EDFA),激光器出射的光源經(jīng)過第一保偏光耦合器后依次輸入到第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器中進(jìn)行調(diào)制； 一路調(diào)制電信號(hào)通過第一信號(hào)放大器加載到第一相位調(diào)制器上，另一路調(diào)制電信號(hào)通過第二移相器和第二信號(hào)放大器后加載到第二相位調(diào)制器上，調(diào)制完成后信號(hào)經(jīng)過第二保偏光率禹合器，一路輸出到第一移相器，然后經(jīng)過摻鉺光纖放大器后輸入到第一保偏光稱合器，另一路輸出到濾波器，經(jīng)濾波器濾波后得到多載波信號(hào)。
對(duì)于采用基于Ι/Q調(diào)制器的循環(huán)頻移(RFS)產(chǎn)生多載波的方法，多載波光源生成部分由耦合器、Ι/Q調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、濾波器、第二摻鉺光纖放大器和相位控制器閉環(huán)組成，所述耦合器輸入端分別與相位控制器和激光器連接，輸出端分別與Ι/Q調(diào)制器和信號(hào)輸出端連接，Ι/Q調(diào)制器被兩路幅值相同、相位相差90度的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
所述調(diào)制部分可以采用光Ι/Q調(diào)制器或雙電極調(diào)制器等。
所述復(fù)用部分使用光耦合器或陣列波導(dǎo)光柵(AWG)等器件可以完成。
優(yōu)選的，所述復(fù)用部分還包括摻鉺光纖放大器。用于在信號(hào)傳輸過程中對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大以補(bǔ)償傳輸過程中的損耗。
所述解復(fù)用部分為陣列波導(dǎo)光柵。用于將多載波信號(hào)分離出單路光信號(hào)。
所述相干解調(diào)部分可由本地光載波、內(nèi)差相干接收機(jī)和DSP處理器組成。
—種基于上述基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)的光傳輸方法， 包括以下步驟
(I)利用單頻光源產(chǎn)生密集的多載波光源；
(2)采用基于時(shí)域拓展碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法、或基于多載波碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制；
(3)利用超密集波分復(fù)用技術(shù)將多路信號(hào)集中到一路光纖中進(jìn)行傳輸；
(4)對(duì)于接收到的信號(hào)，用解復(fù)用技術(shù)恢復(fù)傳輸前預(yù)調(diào)制的電信號(hào)；
(5)根據(jù)步驟(2)所采 用的調(diào)制方法，解調(diào)出副載波調(diào)制所攜帶的碼分復(fù)用信號(hào)， 再通過解碼分復(fù)用信號(hào)、濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)。
作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(I)中，利用單頻光源產(chǎn)生多載波光源的方法具體為基于串聯(lián)相位調(diào)制器的循環(huán)頻移(RFS)產(chǎn)生多載波方法，該方法步驟如下激光器出射光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)第一保偏耦合器耦合后依次進(jìn)入第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器，第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器上加載有不同相位差的調(diào)制電信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后，信號(hào)經(jīng)過第二保偏光耦合器輸出到濾波器，經(jīng)濾波器濾波后得到多載波信號(hào)。
具體原理是設(shè)LD激光器出射光信號(hào)E。= E0exp (j2 π fct)，其中E。為初始光載波信號(hào)幅值。兩個(gè)相位調(diào)制器看成完全一樣，其光信號(hào)表達(dá)式可以表不為Eout = Einexp (jiip)，其中Vd是驅(qū)動(dòng)信號(hào)，νπ是相位調(diào)制器半波長(zhǎng)電壓。射頻信號(hào)為vItfs(t) =RVn sin(2 其中R是調(diào)制系數(shù)，表示射頻信號(hào)與調(diào)制半波電壓Vn的比值；fs 為射頻信號(hào)時(shí)鐘頻率。那么輸出信號(hào)為
Eout = Ec exp (j Ji Rsin (2 Ji fst)) = E0exp (j2 Ji fct) exp (j Ji Rsin (2 Ji fst))；
用雅可比擴(kuò)展式展開即可得到諧波形式的多載波表達(dá)式
Eout E0 In=-m Jn(TTR) exp[j2Ti(fc + nfs)t]:
其中產(chǎn)生的副載波總數(shù)為2m+l，Jn(JiR)為η階第一類貝塞爾函數(shù)。所產(chǎn)生的多載波信號(hào)經(jīng)過耦合器輸出到濾波器進(jìn)行整形濾波后即可得到想要的多載波信號(hào)。
作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(I)中，利用單頻光源產(chǎn)生多載波光源的方法具體為基于Ι/Q調(diào)制器的循環(huán)頻移(RFS)產(chǎn)生多載波方法，該方法步驟如下激光光源發(fā)出光載波信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)耦合器耦合后進(jìn)入Ι/Q調(diào)制器，Ι/Q調(diào)制器被兩路幅值相同，相位相差90度的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，所產(chǎn)生的多載波信號(hào)經(jīng)過相位控制、EDFA放大和濾波器整形濾波，即在耦合器輸出端得到多載波信號(hào)。
具體原理是設(shè)輸入信號(hào)為Ein(t) = Aexp (j2 Ji fj)，其中A為出射光信號(hào)幅值， &為出射光信號(hào)頻率；Ι/Q調(diào)制器被兩路幅值相同，相位相差90度的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別為J1U) = VppSin (2 fst),fQ(t) = Vppcos (2 π fst)，其中VPP為射頻信號(hào)峰峰值電壓，fs為射頻信號(hào)時(shí)鐘頻率；單邊帶循環(huán)頻移(RFS)調(diào)制生成的頻率信號(hào)為&，……fN，Ι/Q調(diào)制器的電信號(hào)輸出為=Eout(t) = I'·) [jsin (7妒+ s^n，用雅可比擴(kuò)展式展開即可得到
Eout (t) = Ein (t) · [Ji( δ m)exp(j2 π fst)-J3( δ m)exp(-j6 π fst)] exp(j ΦΕΤ) +Ein(t) · [J5 ( δ m)exp(jl0 π fst) —·· ] exp (j ΦΕΤ)；
其中，Sm= (JIVPP)/(2VJ是相位調(diào)制深度，J21ri(Sni)是第一類貝塞爾函數(shù)，ΦΕΤ 是光信號(hào)每行一圈的相位延遲。所產(chǎn)生的多載波信號(hào)經(jīng)過相位控制、EDFA放大和濾波器整形濾波，即可在耦合器輸出端得到想要的多載波信號(hào)。
所述步驟(2)中，采用基于時(shí)域拓展碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制的具體步驟是對(duì)于第i個(gè)通道，n，對(duì)每個(gè)用戶分配相同長(zhǎng)度、相互正交的擴(kuò)頻碼(如偽隨機(jī)碼)作為其特征碼，將每個(gè)用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)用其分配的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將所有用戶調(diào)制后的信號(hào)疊加到一個(gè)信道中；設(shè)每m個(gè)用戶發(fā)送的信號(hào)占用一個(gè)信道，一共有r個(gè)信道，分別用頻率為……f；的基帶信號(hào)對(duì)每一條信道進(jìn)行調(diào)制， 即將經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移，然后將經(jīng)過調(diào)制后的r條信道的所有信號(hào)疊加到一條信道之中，然后將得到的這條信道連接到電光調(diào)制器，將此信道內(nèi)的復(fù)合信號(hào)調(diào)制到波長(zhǎng)為光上。對(duì)于每個(gè)通道都可以傳輸r Xm個(gè)用戶發(fā)送的信息。
所述步驟(2)中，采用基于多載波碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制的具體步驟是
假定每個(gè)用戶傳輸?shù)男盘?hào)被分為r個(gè)碼元，共m個(gè)用戶，每個(gè)碼元用一個(gè)開關(guān)控制來進(jìn)行編碼，因此一共需要rXm個(gè)開關(guān)；然后每個(gè)用戶的相應(yīng)每一路開關(guān)控制信號(hào)經(jīng)過同步和不進(jìn)位相加，得到的每一路信號(hào)分別經(jīng)過頻率不同的的基帶信號(hào)調(diào)制，最后相加到一起組成經(jīng)過副載波調(diào)制的信號(hào)。
所述步驟(3)中，利用超密集波分復(fù)用技術(shù)將多路信號(hào)集中到一路光纖中進(jìn)行傳輸具體步驟是
因?yàn)槊總€(gè)通道對(duì)應(yīng)采用一個(gè)波長(zhǎng)的光作為載波，所以共有η個(gè)波長(zhǎng)的光經(jīng)過光復(fù)用器件合光之后進(jìn)行傳輸。傳輸過程中用摻鉺光纖放大器進(jìn)行放大以補(bǔ)償傳輸過程中的信號(hào)損耗。
所述步驟(4)用解復(fù)用技術(shù)恢復(fù)傳輸前預(yù)調(diào)制的電信號(hào)具體是先經(jīng)過分光器提取出共η路波長(zhǎng)不同的光信號(hào)，對(duì)每一路信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)；對(duì)于波長(zhǎng)為Xi的光信號(hào)進(jìn)入解調(diào)部分輸入端，用偏振態(tài)相同的相干光對(duì)入射光進(jìn)行相干解調(diào)，輸出光信號(hào)經(jīng)過光電探測(cè)器即可獲得傳輸前經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)。
采用上述基于時(shí)域拓展碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制，則所述步驟(5)對(duì)應(yīng)采用下面的方法進(jìn)行解調(diào)對(duì)于得到的經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)先進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)，時(shí)鐘同步后用頻率為的載波與信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，再用每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的特征碼進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出每個(gè)用戶所傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)，得到副載波調(diào)制所攜帶的碼分復(fù)用信號(hào)，再通過解碼分復(fù)用信號(hào)、濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)。
采用上述基于多載波碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制， 則所述步驟(5)對(duì)應(yīng)采用下面的方法進(jìn)行解調(diào)對(duì)解調(diào)后得到的每一路傳輸前經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)，通過匹配濾波器后按照I相加、O相減的原則進(jìn)行合并，所得信號(hào)即為所有用戶各位信號(hào)之和，當(dāng)接收到所有用戶的信號(hào)后，經(jīng)過時(shí)鐘同步提取出每一路用戶所發(fā)信號(hào)，然后通過濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
本發(fā)明融合了碼分復(fù)用技術(shù)、副載波調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、波分復(fù)用與解復(fù)用技術(shù)、基于相干解調(diào)的副載波解調(diào)技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等，可以同時(shí)傳輸多路用戶數(shù)據(jù)，不僅極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且具有擴(kuò)容簡(jiǎn)單和性能可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是可以方便直接地接入多種業(yè)務(wù)，因此其應(yīng)用前景十分光明。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例I中多載波光源生成部分的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例I中調(diào)制部分的工作原理示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例I中解調(diào)部分的工作原理示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例I中解復(fù)用部分的工作原理示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例I中數(shù)字信號(hào)處理部分的工作原理圖7是本發(fā)明實(shí)施例2中多載波光源生成部分的結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明實(shí)施例2中調(diào)制部分的工作原理示意圖9是本發(fā)明實(shí)施例2中解調(diào)部分的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例I
如圖I所示，本實(shí)施例給出了一種基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，包括依次相連的多載波光源生成部分、調(diào)制部分、復(fù)用部分、解復(fù)用部分、解調(diào)部分和信號(hào)處理部分，所述多載波光源生成部分是利用單頻光源產(chǎn)生出用于傳輸?shù)亩噍d波光源； 調(diào)制部分用于將各支路電信號(hào)調(diào)制到多載波光源生成部分所生成的相應(yīng)的光載波上；復(fù)用部分用于將調(diào)制部分調(diào)制好的各個(gè)光載波復(fù)用到一根光纖信道中；解復(fù)用部分用于將光纖傳遞來的信號(hào)中的各個(gè)光載波分開，分別進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)；解調(diào)部分用于將解復(fù)用后的各支路信號(hào)解調(diào)，以恢復(fù)信號(hào)；信號(hào)處理部分用于通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)解調(diào)后的信號(hào)在光纖傳輸中的各種線性和非線性損傷進(jìn)行補(bǔ)償。
本實(shí)施例中，多載波光源生成部分的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括形成一個(gè)回路的第一保偏光耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第二保偏光耦合器、第一移相器和摻鉺光纖放大器，激光器出射的光源經(jīng)過第一保偏光耦合器后依次輸入到第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器中進(jìn)行調(diào)制；一路調(diào)制電信號(hào)通過第一信號(hào)放大器加載到第一相位調(diào)制器上，另一路調(diào)制電信號(hào)通過第二移相器和第二信號(hào)放大器后加載到第二相位調(diào)制器上，調(diào)制完成后信號(hào)經(jīng)過第二保偏光耦合器，一路輸出到第一移相器，然后經(jīng)過摻鉺光纖放大器后輸入到第一保偏光耦合器，另一路輸出到濾波器，經(jīng)濾波器濾波后得到多載波信號(hào)。
本實(shí)施例中，調(diào)制部分可以采用光Ι/Q調(diào)制器或雙電極調(diào)制器等。復(fù)用部分使用光耦合器或陣列波導(dǎo)光柵等器件可以完成。傳輸過程中用摻鉺光纖放大器進(jìn)行放大以補(bǔ)償傳輸過程中的信號(hào)損耗。解復(fù)用部分為陣列波導(dǎo)光柵。相干解調(diào)部分可由本地光載波、內(nèi)差相干接收機(jī)和DSP處理器組成。
上述系統(tǒng)采用如下的光傳輸方法，包括以下步驟
(I)利用單頻光源產(chǎn)生密集的多載波光源；
(2)采用基于時(shí)域拓展碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法、或基于多載波碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制；
(3)利用超密集波分復(fù)用技術(shù)將多路信號(hào)集中到一路光纖中進(jìn)行傳輸；
(4)對(duì)于接收到的信號(hào)，用解復(fù)用技術(shù)恢復(fù)傳輸前預(yù)調(diào)制的電信號(hào)；
(5)根據(jù)步驟(2)所采用的調(diào)制方法，解調(diào)出副載波調(diào)制所攜帶的碼分復(fù)用信號(hào)，再通過解碼分復(fù)用信號(hào)、濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)。具體描述如下。
本實(shí)施例采用如圖3所示的基于時(shí)域拓展碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制，具體步驟是對(duì)于第i個(gè)通道，I < i <n，對(duì)每個(gè)用戶分配相同長(zhǎng)度、 相互正交的偽隨機(jī)碼作為其特征碼，將每個(gè)用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)用其分配的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將所有用戶調(diào)制后的信號(hào)疊加到一個(gè)信道中；設(shè)每m個(gè)用戶發(fā)送的信號(hào)占用一個(gè)信道，一共有r個(gè)信道，分別用頻率為……f；的基帶信號(hào)對(duì)每一條信道進(jìn)行調(diào)制，即將經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移，然后將經(jīng)過調(diào)制后的r條信道的所有信號(hào)疊加到一條信道之中，然后將得到的這條信道連接到電光調(diào)制器，將此信道內(nèi)的復(fù)合信號(hào)調(diào)制到波長(zhǎng)為 Ai的光上。對(duì)于每個(gè)通道都可以傳輸r Xm個(gè)用戶發(fā)送的信息。
所述步驟(3)中，將多路信號(hào)集中到一路光纖中進(jìn)行傳輸時(shí)，獨(dú)立波長(zhǎng)光信號(hào)之間的波長(zhǎng)間隔不超過25GHz。
所述步驟(4)用解復(fù)用技術(shù)恢復(fù)傳輸前預(yù)調(diào)制的電信號(hào)具體方法是先經(jīng)過波分解復(fù)用器件提取出共η路波長(zhǎng)不同的光信號(hào)，對(duì)每一路信號(hào)，用與信號(hào)光頻率相同的激光與之進(jìn)行相干解調(diào)。例如，對(duì)于波長(zhǎng)為λ 光信號(hào)進(jìn)入解調(diào)部分輸入端，解調(diào)部分的原理如圖4所示，用頻率、偏振態(tài)都與該信號(hào)光相同的相干光與入射信號(hào)光進(jìn)行相干解調(diào)，輸出光信號(hào)經(jīng)過光電探測(cè)器即可獲得傳輸前經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)。
所述步驟(5)，圖6所示，給出了在圖I中數(shù)字信號(hào)處理部分內(nèi)部進(jìn)行的操作，包括時(shí)鐘恢復(fù)、解碼、濾波、相位均衡、信號(hào)恢復(fù)等功能模塊。具體是先對(duì)光電探測(cè)器得到的電信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)，然后再進(jìn)行解碼。其中，解碼部分原理圖如圖5所示，先將該電信號(hào)分成相同的η路信號(hào)，然后對(duì)每一路分別用頻率為 f；的載波與信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，再用每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的特征碼進(jìn)行解調(diào)，即可恢復(fù)出每個(gè)用戶所傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)，該解碼過程中需要用到濾波器、相位均衡等技術(shù)以降低恢復(fù)信號(hào)的誤碼率。上述功能均可通過數(shù)字信號(hào)處理硬件與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例2
本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例I :本實(shí)施例基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)采用基于Ι/Q調(diào)制器的循環(huán)頻移(RFS)產(chǎn)生多載波的方法，如圖7 所示，多載波光源生成部分由耦合器、Ι/Q調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、濾波器、第二摻鉺光纖放大器和相位控制器閉環(huán)組成，所述耦合器輸入端分別與相位控制器和激光器連接， 輸出端分別與Ι/Q調(diào)制器和信號(hào)輸出端連接，Ι/Q調(diào)制器被兩路幅值相同、相位相差90度的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
在基于上述基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)的光傳輸方法中， 采用基于多載波碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制，如圖8所示， 具體步驟是
假定每個(gè)用戶傳輸?shù)男盘?hào)被分為r個(gè)碼元，共m個(gè)用戶，每個(gè)碼元用一個(gè)開關(guān)控制來進(jìn)行編碼，因此一共需要rXm個(gè)開關(guān)；然后每個(gè)用戶的相應(yīng)每一路開關(guān)控制信號(hào)經(jīng)過同步和不進(jìn)位相加，得到的每一路信號(hào)分別經(jīng)過頻率不同的的基帶信號(hào)調(diào)制，最后相加到一起組成經(jīng)過副載波調(diào)制的信號(hào)。
本實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理部分內(nèi)部進(jìn)行的具體操作也如圖6所示，即先對(duì)光電探測(cè)器得到的電信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)，然后再進(jìn)行解碼。其中，本實(shí)施例中解碼部分原理圖如圖9所示，對(duì)解調(diào)后得到的每一路傳輸前經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)，通過匹配濾波器后按照I相加、O相減的原則進(jìn)行合并，所得信號(hào)即為所有用戶各位信號(hào)之和，當(dāng)接收到所有用戶的信號(hào)后，經(jīng)過時(shí)鐘同步提取出每一路用戶所發(fā)信號(hào)，然后通過濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)，該解碼過程中需要用到濾波器、相位均衡等技術(shù)以降低恢復(fù)信號(hào)的誤碼率。數(shù)字信號(hào)處理部分包括時(shí)鐘恢復(fù)、解碼、濾波、相位均衡、信號(hào)恢復(fù)等功能模塊。上述功能模塊均可通過軟件或數(shù)字信號(hào)處理硬件與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相連的多載波光源生成部分、調(diào)制部分、復(fù)用部分、解復(fù)用部分、解調(diào)部分和信號(hào)處理部分，所述多載波光源生成部分是利用單頻光源產(chǎn)生出用于傳輸?shù)亩噍d波光源；調(diào)制部分用于將各支路電信號(hào)調(diào)制到多載波光源生成部分所生成的相應(yīng)的光載波上；復(fù)用部分用于將調(diào)制部分調(diào)制好的各個(gè)光載波復(fù)用到一根光纖信道中；解復(fù)用部分用于將光纖傳遞來的信號(hào)中的各個(gè)光載波分開，分別進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)；解調(diào)部分用于將解復(fù)用后的各支路信號(hào)解調(diào)，以恢復(fù)信號(hào)；信號(hào)處理部分用于通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)解調(diào)后的信號(hào)在光纖傳輸中的各種線性和非線性損傷進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，多載波光源生成部分包括形成一個(gè)回路的第一保偏光稱合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第二保偏光耦合器、第一移相器和摻鉺光纖放大器，激光器出射的光源經(jīng)過第一保偏光耦合器后依次輸入到第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器中進(jìn)行調(diào)制；一路調(diào)制電信號(hào)通過第一信號(hào)放大器加載到第一相位調(diào)制器上，另一路調(diào)制電信號(hào)通過第二移相器和第二信號(hào)放大器后加載到第二相位調(diào)制器上，調(diào)制完成后信號(hào)經(jīng)過第二保偏光耦合器，一路輸出到第一移相器，然后經(jīng)過摻鉺光纖放大器后輸入到第一保偏光I禹合器，另一路輸出到濾波器，經(jīng)濾波器濾波后得到多載波信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，多載波光源生成部分由稱合器、Ι/Q調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、濾波器、第二摻鉺光纖放大器和相位控制器閉環(huán)組成，所述耦合器輸入端分別與相位控制器和激光器連接，輸出端分別與Ι/Q調(diào)制器和信號(hào)輸出端連接，Ι/Q調(diào)制器被兩路幅值相同、相位相差90度的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)制部分采用光Ι/Q調(diào)制器或雙電極調(diào)制器； 所述復(fù)用部分為光耦合器或陣列波導(dǎo)光柵； 所述解復(fù)用部分為陣列波導(dǎo)光柵； 所述相干解調(diào)部分由本地光載波、內(nèi)差相干接收機(jī)和DSP處理器組成。
5.基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)利用單頻光源產(chǎn)生密集的多載波光源； (2)采用基于時(shí)域拓展碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法、或基于多載波碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制； (3)利用超密集波分復(fù)用技術(shù)將多路信號(hào)集中到一路光纖中進(jìn)行傳輸； (4)對(duì)于接收到的信號(hào)，用解復(fù)用技術(shù)恢復(fù)傳輸前預(yù)調(diào)制的電信號(hào)； (5)根據(jù)步驟(2)所采用的調(diào)制方法，解調(diào)出副載波調(diào)制所攜帶的碼分復(fù)用信號(hào)，再通過解碼分復(fù)用信號(hào)、濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸方法，其特征在于，所述步驟(I)中，利用單頻光源產(chǎn)生多載波光源的方法具體為基于串聯(lián)相位調(diào)制器的循環(huán)頻移產(chǎn)生多載波方法，該方法步驟如下激光器出射光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)第一保偏耦合器耦合后依次進(jìn)入第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器，第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器上加載有不同相位差的調(diào)制電信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后，信號(hào)經(jīng)過第二保偏光耦合器輸出到濾波器，經(jīng)濾波器濾波后得到多載波信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸方法，其特征在于，所述步驟(I)中，利用單頻光源產(chǎn)生多載波光源的方法具體為基于Ι/Q調(diào)制器的循環(huán)頻移產(chǎn)生多載波方法，該方法步驟如下激光光源發(fā)出光載波信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)耦合器耦合后進(jìn)入Ι/Q調(diào)制器，Ι/Q調(diào)制器被兩路幅值相同，相位相差90度的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，所產(chǎn)生的多載波信號(hào)經(jīng)過相位控制、摻鉺光纖放大器放大和濾波器整形濾波，即在耦合器輸出端得到多載波信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸方法，其特征在于，所述步驟(2)中，采用基于時(shí)域拓展碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制的具體步驟是對(duì)于第i個(gè)通道，n，對(duì)每個(gè)用戶分配相同長(zhǎng)度、相互正交的擴(kuò)頻碼作為其特征碼，將每個(gè)用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)用其分配的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將所有用戶調(diào)制后的信號(hào)疊加到一個(gè)信道中；設(shè)每m個(gè)用戶發(fā)送的信號(hào)占用一個(gè)信道，一共有r個(gè)信道，分別用頻率Sf1……f；的基帶信號(hào)對(duì)每一條信道進(jìn)行調(diào)制，然后將經(jīng)過調(diào)制后的r條信道的所有信號(hào)疊加到一條信道之中，然后將得到的這條信道連接到電光調(diào)制器，將此信道內(nèi)的復(fù)合信號(hào)調(diào)制到波長(zhǎng)為λ i的光上； 對(duì)應(yīng)的，所述步驟(5)采用下面的方法進(jìn)行解調(diào)對(duì)于得到的經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)先進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)，時(shí)鐘同步后用頻率為f廣f；的載波與信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，再用每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的特征碼進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出每個(gè)用戶所傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)，得到副載波調(diào)制所攜帶的碼分復(fù)用信號(hào)，再通過解碼分復(fù)用信號(hào)、濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸方法，其特征在于， 所述步驟(2)中，采用基于多載波碼分復(fù)用和副載波調(diào)制的方法對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸前預(yù)調(diào)制的具體步驟是 假定每個(gè)用戶傳輸?shù)男盘?hào)被分為r個(gè)碼元，共m個(gè)用戶，每個(gè)碼元用一個(gè)開關(guān)控制來進(jìn)行編碼；然后每個(gè)用戶的相應(yīng)每一路開關(guān)控制信號(hào)經(jīng)過同步和不進(jìn)位相加，得到的每一路信號(hào)分別經(jīng)過頻率不同的的基帶信號(hào)調(diào)制，最后相加到一起組成經(jīng)過副載波調(diào)制的信號(hào); 所述步驟(5)對(duì)應(yīng)采用下面的方法進(jìn)行解調(diào)對(duì)解調(diào)后得到的每一路傳輸前經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)，通過匹配濾波器后按照I相加、O相減的原則進(jìn)行合并，所得信號(hào)即為所有用戶各位信號(hào)之和，當(dāng)接收到所有用戶的信號(hào)后，經(jīng)過時(shí)鐘同步提取出每一路用戶所發(fā)信號(hào)，然后通過濾波、相位均衡完成信源信號(hào)恢復(fù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸方法，其特征在于，所述步驟(3)中，將多路信號(hào)集中到一路光纖中進(jìn)行傳輸時(shí)，獨(dú)立波長(zhǎng)光信號(hào)之間的波長(zhǎng)間隔不超過25GHz ； 所述步驟(4)用解復(fù)用技術(shù)恢復(fù)傳輸前預(yù)調(diào)制的電信號(hào)具體是先經(jīng)過分光器提取出共η路波長(zhǎng)不同的光信號(hào)，對(duì)每一路信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)；對(duì)于波長(zhǎng)為Xi的光信號(hào)進(jìn)入解調(diào)部分輸入端，用偏振態(tài)相同的相干光對(duì)入射光進(jìn)行相干解調(diào)，輸出光信號(hào)經(jīng)過光電探測(cè)器即可獲得傳輸前經(jīng)過頻譜擴(kuò)展和副載波調(diào)制的電信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超密集波分復(fù)用的多載波碼分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)包括依次相連的多載波光源生成部分、調(diào)制部分、復(fù)用部分、解復(fù)用部分、解調(diào)部分和信號(hào)處理部分，先利用單頻光源產(chǎn)生出多載波光源；然后調(diào)制部分將各支路電信號(hào)調(diào)制到相應(yīng)的光載波上；復(fù)用部分用于將調(diào)制好的各個(gè)光載波復(fù)用到光纖信道中；解復(fù)用部分用于將信號(hào)中的各個(gè)光載波分開進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)；解調(diào)部分用于將各支路信號(hào)解調(diào)；信號(hào)處理部分用于對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明方法融合了碼分復(fù)用技術(shù)、副載波調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、波分復(fù)用與解復(fù)用技術(shù)、基于相干解調(diào)的副載波解調(diào)技術(shù)等。本發(fā)明提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，具有擴(kuò)容簡(jiǎn)單和性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/556GK102932089SQ20121046235
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者郭昌建, 黃凌晨, 戴龍玲 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)