專利名稱：光纖通信系統(tǒng)的多子通道復用方法及信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于光通信領(lǐng)域，特別涉及一種光纖通信系統(tǒng)的多子通道復用方法及 信號處理方法。
背景技術(shù)：
高速率與大容量一直是光傳輸研究的主要方向，圍繞著光載波在時間、頻率、極化 方向等多維資源的利用，先后出現(xiàn)了各種復用技術(shù)時分復用、波分復用、偏分復用等。近 年來，在相干光通信的推動下，多種高階調(diào)制格式被引入到光通信中，如QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，四相相移鍵控)、QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度 調(diào)制)、OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用)等，高階調(diào) 制格式允許一個碼元間隔內(nèi)容納更多的比特信息，進而增加了比特傳輸速率。現(xiàn)有點到點光纖傳輸通信系統(tǒng)(簡稱為光纖通信系統(tǒng))的典型架構(gòu)如圖1所示。在發(fā)射機，各模塊協(xié)作完成了從二進制邏輯信號到光載信息的轉(zhuǎn)換。最終的光波 信息承載形式表達為一連串脈沖，而非連續(xù)波。光脈沖的產(chǎn)生由光域信息加載模塊實現(xiàn)，核 心器件一般采用馬赫曾格爾調(diào)制器(MZM)，激光連續(xù)波注入MZM波導端，電平信息作為驅(qū)動 電壓加載在MZM兩臂上，即完成信息形式從電到光的轉(zhuǎn)換。另一方面，調(diào)制碼型也是光纖通信系統(tǒng)的一個重要因素，一般為非歸零碼(NRZ) 和歸零碼(RZ)。RZ碼在高速場景下相比NRZ碼的優(yōu)勢在于在平均接收功率相同的情況下， RZ碼的眼圖張開度大于NRZ碼，即擁有更好的誤碼性能；RZ碼對非線性效應有更好的免疫 力。高速光纖通信系統(tǒng)中一般采用RZ碼，在這種情況下，即使連續(xù)“1”的邏輯電平出現(xiàn)，光 載波也是以分立的脈沖形式呈現(xiàn)。RZ碼的光域?qū)崿F(xiàn)可以由兩個MZM串聯(lián)完成，其中一個MZM用于電域信息加載，另一 個MZM用于波形切割，以產(chǎn)生特定占空比的信號脈沖。具有50%占空比的RZ碼的時域脈沖 示意如圖2所示?，F(xiàn)有RZ碼的每個光脈沖間是存在一定間隔的，這種間隔在一定程度上能夠?qū)?色散，減弱了碼間串擾(ISI)的影響。但從另一個角度來看，空余的間隔造成了時間維度上 資源的浪費。理想情況下，每段時間間隙內(nèi)都存在光脈沖才能達到最大的信息傳輸量。然 而在這種情況下，符號間串擾將大大降低系統(tǒng)傳輸性能。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提出一種能夠提高系統(tǒng)的傳輸容量的復用方 法，并針對該復用方法提出一種能夠消除碼間串擾的信號處理方法。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光纖通信系統(tǒng)的多子通道復用方法，包 括復用步驟，所述復用步驟的復用方式為在每個碼元間隔內(nèi)對多個脈沖進行復用，使各脈沖之間至少兩兩混疊。其中，所述脈沖為歸零碼脈沖。其中，所述脈沖的個數(shù)η彡2。本發(fā)明還提供了一種光纖通信系統(tǒng)的信號處理方法，包括以下步驟Si、執(zhí)行權(quán)利要求1 3任一項所述的復用步驟；S2、在每個碼元間隔內(nèi)進行過采樣，輸出過采樣值，采樣點的個數(shù)N > η ；S3、對步驟S2輸出的過采樣值進行均衡處理，恢復出所述多個脈沖的數(shù)據(jù)。其中，所述光纖通信系統(tǒng)為相位調(diào)制系統(tǒng)。其中，使用恒模算法來實現(xiàn)所述均衡處理。(三)有益效果本發(fā)明的復用方法充分利用了時間維度的資源，在每個碼元間隔內(nèi)復用了多個子 通道，成倍提高了系統(tǒng)的傳輸容量，其中選取歸零碼脈沖作為復用的對象，實驗證明，相對 于其它的調(diào)制碼型，其能夠更好地提高系統(tǒng)的傳輸容量。相比光通信領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)提出的其 他ΜΙΜ0(多輸入多輸出)技術(shù)，本發(fā)明的多子通道復用方法可以完全兼容現(xiàn)有通信系統(tǒng)架 構(gòu)，因此應用更廣。本發(fā)明還針對該復用方法提出了一種信號處理方法，該方法可以解調(diào)出 各子信道的信息，消除了 ISI。


圖1是現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；圖2是具有50%占空比的RZ碼的時域脈沖示意圖；圖3是本發(fā)明的方法流程圖；圖4是本發(fā)明實施例中具有50%占空比的RZ碼三路子信道復用時域波形圖；圖5是本發(fā)明實施例中進行過采樣的示意圖；圖6是本發(fā)明實施例所采用的CMA算法框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提出了一種多子通道復用方法，如圖4所示，在發(fā)送端在每個碼元間隔內(nèi) 放入多個RZ碼脈沖，每個脈沖可以看作獨立的子通道，但脈沖之間是至少兩兩重疊的。對 于本實施例所使用的50%占空比的RZ碼來說，每個碼元間隔內(nèi)允許復用的脈沖可以為大 于或等于2個。三路子信道復用下，50% RZ碼時域脈沖示意如圖4所示。在圖4中可以看到，通過這種子通道復用技術(shù)，系統(tǒng)的傳輸容量將成倍增加。但這 種脈沖混疊同樣擁有嚴重的ISI，因此接收端必須使用正確的解調(diào)方式才能分離出各子信 道的信息。因此，本發(fā)明還針對上述的復用方法提出了一種信號處理方法，以解調(diào)出各子信 道的信息，即進行復用的各個脈沖的數(shù)據(jù)(下面也稱為原始發(fā)送信息)。在接收端，在電域DSP (Digital Signal Processing，數(shù)字信號處理)處理之前 (如圖1所示)，在每個碼元間隔內(nèi)進行過采樣，采樣點個數(shù)N不少于子通道復用的脈沖個 數(shù)，把每個采樣位置得到的數(shù)據(jù)作為各個子通道的輸出值，其數(shù)據(jù)構(gòu)成分為兩部分目標脈沖信息和干擾脈沖信息。目標脈沖信息是想要獲得的原始發(fā)送信息，干擾脈沖信息是混疊 后周圍脈沖的尾端波形在當前采樣位置的疊加。時變信道下每個子通道的傳遞函數(shù)是不同的，也是線性無關(guān)的。若假定光纖模型 為恒定時不變信道，其傳遞函數(shù)將對這兩部分信息產(chǎn)生相同的作用，但影響干擾脈沖信息 的因素還有脈沖間的距離、脈沖形狀等，這些因素在各個采樣位置均是不同的，由于采樣位 置均是不同的，子通道輸出數(shù)據(jù)的混疊比例是不一樣的，同樣可以看作是線性無關(guān)的。因 此，總的子通道傳遞函數(shù)相互獨立，其輸出數(shù)據(jù)包含了全部的有效信息(包括目標脈沖信 息和干擾脈沖信息)，理論上經(jīng)過后續(xù)的DSP算法處理可以分離出原始發(fā)送信息。假設(shè)每個碼元間隔內(nèi)復用三個脈沖，令X、y、ζ表示接收端三路脈沖各自的幅值 (即所謂的原始發(fā)送信息)，tl、t2、t3表示三個采樣時刻，X、Y、Z表示接收端三個采樣位置 的輸出值(包括目標脈沖信息和干擾脈沖信息)，脈沖與采樣位置示意如圖5所示因此，在每個采樣位置處X = al*x+bl*y+cl*zY = a2*x+b2*y+c2*zZ = a3*x+b3*y+c3*z其中，al、a2、a3表示非混疊狀態(tài)下第一個脈沖在tl、t2、t3采樣位置處采樣值與 幅度X的比值，bl、l32、b3表示第二個脈沖的三個采樣值與幅度y的比值，cl、c2、c3表示第 三個脈沖的三個采樣值與幅度ζ的比值。令矩陣A = [al a2 a3]，B = [bl b2 b3]，C = [cl c2 c3]，只要 A、B、C 線性無 關(guān)，就能通過均衡算法處理得到原始發(fā)送信息，即由采樣值X、Y、Z恢復出單獨每個脈沖的 數(shù)據(jù)X、y、Zo對于相位調(diào)制系統(tǒng)，DSP處理采用nXn路自適應盲均衡算法，優(yōu)選為CMA(恒模算 法)，(對于其它的系統(tǒng)，可以使用其它的算法，例如EASI (Equivariant Adaptive Source Separation via Independence)算法)。CMA算法的實施框圖如圖5所示。在圖6 中，hll、hl2、hl3、h21、h22、h23、h31、h32、h33 均為抽頭可變的自適應濾 波器。輸入采樣值X、Y、ζ分別通過三路濾波器后按圖6所示將輸出值疊加，之后在自適應 誤差準則下反饋更新濾波器抽頭系數(shù)，多次迭代后得到輸出值χ、y、ζ。該CMA算法的誤差準則包含兩部分輸出模值與恒模間的差值、多路輸出數(shù)據(jù)間 的互信息熵。恒模作為相位調(diào)制系統(tǒng)的重要特點，其收斂性保證了相位信息的準確獲得；輸 出數(shù)據(jù)間的互相關(guān)信息要求最小，這樣可以防止多路數(shù)據(jù)收斂到一路原始信息上。需要說明的是，NRZ碼型也可進行相應的復用，但容量提升的效果不如RZ碼的復 用。由以上實施例可以看出，本發(fā)明的復用方法充分利用了時間維度的資源，在每個 碼元間隔內(nèi)復用了多個子通道，成倍提高了系統(tǒng)的傳輸容量。相比光通信領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)提出 的其他MIMO技術(shù)(多模、多芯等，“多?！币蠖嗄９饫w作為傳輸介質(zhì)，“多芯”則要求使用 光子晶體光纖傳輸)，本發(fā)明多子通道復用方法可以完全兼容現(xiàn)有通信系統(tǒng)架構(gòu)(僅僅增 加了接收機的AD采樣速率和DSP算法的復雜度)，因此應用更廣。另外，本發(fā)明的信號處理 方法可以解調(diào)出各子信道的信息，消除了 ISI。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種光纖通信系統(tǒng)的多子通道復用方法，包括復用步驟，其特征在于，所述復用步驟 的復用方式為在每個碼元間隔內(nèi)對多個脈沖進行復用，使各脈沖之間至少兩兩混疊。
2.如權(quán)利要求1所述的多子通道復用方法，其特征在于，所述脈沖為歸零碼脈沖。
3.如權(quán)利要求1所述的多子通道復用方法，其特征在于，所述脈沖的個數(shù)η> 2。
4.一種光纖通信系統(tǒng)的信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟s1、執(zhí)行權(quán)利要求1 3任一項所述的復用步驟；s2、在每個碼元間隔內(nèi)進行過采樣，輸出過采樣值，采樣點的個數(shù)N> η ；s3、對步驟S2輸出的過采樣值進行均衡處理，恢復出所述多個脈沖的數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的信號處理方法，其特征在于，所述光纖通信系統(tǒng)為相位調(diào)制系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求5所述的信號處理方法，其特征在于，使用恒模算法來實現(xiàn)所述均衡處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖通信系統(tǒng)的多子通道復用方法，包括復用步驟，所述復用步驟的復用方式為在每個碼元間隔內(nèi)對多個脈沖進行復用，使各脈沖之間至少兩兩混疊。本發(fā)明的復用方法充分利用了時間維度的資源，在每個碼元間隔內(nèi)復用了多個子通道，成倍提高了系統(tǒng)的傳輸容量。相比光通信領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)提出的其他MIMO技術(shù)，本發(fā)明的多子通道復用方法可以完全兼容現(xiàn)有通信系統(tǒng)架構(gòu)，因此應用更廣。本發(fā)明還針對該復用方法提出了一種信號處理方法，該方法可以解調(diào)出各子信道的信息，消除了ISI。
文檔編號H04J14/02GK102064905SQ20101062108
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者張 杰, 趙永利, 陳賽, 顧畹儀 申請人:北京郵電大學