本發(fā)明涉及光通信中的直接檢測(cè)領(lǐng)域，具體是涉及一種基于多芯光纖的dd-ofdm系統(tǒng)及消除ssbi的方法。

背景技術(shù)：

隨著話音、數(shù)據(jù)和視頻圖像等多媒體通信業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，尤其是數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量迅速增長(zhǎng)，用戶對(duì)光通信系統(tǒng)的傳輸容量、速率、距離和傳輸質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)光通信系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的降低尤為關(guān)注。

光通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送機(jī)、光纖信道、光接收機(jī)三個(gè)基本單元組成。光發(fā)送機(jī)的作用是將原始電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，并將光信號(hào)注入光纖中進(jìn)行傳輸，一般由光源、調(diào)制器和信道耦合器組成。光纖信道的基本特性參數(shù)是損耗與色散，為了實(shí)現(xiàn)高速長(zhǎng)距離傳輸，要求光纖具有低損耗低色散特性。為了擴(kuò)大傳輸容量，采用了波分復(fù)用等技術(shù)。光接收機(jī)的作用是接收光纖輸出的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，一般由信道耦合器、光電檢測(cè)器和解調(diào)器組成。由于光電二極管的響應(yīng)特性適配于光纖通信波長(zhǎng)，一般采用光電二極管作為光電檢測(cè)器。解調(diào)器取決于系統(tǒng)的調(diào)制格式，根據(jù)所采用的解調(diào)方式，光通信系統(tǒng)可分為直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)、相干檢測(cè)光通信系統(tǒng)。

目前商用的光通信系統(tǒng)大部分仍然是直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)。直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)通常采用強(qiáng)度調(diào)制，接收機(jī)為直接檢測(cè)。由于直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此得到普遍應(yīng)用。edfa(erbiumdopedfiberamplifier，摻鉺光纖放大器)和wdm(wavelengthdivisionmultiplexing，波分復(fù)用)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)的容量，但是直接檢測(cè)接收機(jī)的靈敏度不高，頻帶利用率較低，不能充分發(fā)揮光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

相干檢測(cè)光通信系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代曾經(jīng)得到發(fā)展，當(dāng)時(shí)的相干光通信系統(tǒng)是模擬通信系統(tǒng)，與直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)相比，相干光通信系統(tǒng)顯得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本代價(jià)太高，并且受到當(dāng)時(shí)器件水平的限制，未得到普遍應(yīng)用。現(xiàn)在，由于器件水平和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的高速發(fā)展，相干光通信系統(tǒng)又重新被人們所接受。相干光通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)一般采用外調(diào)制，利用發(fā)送的原始電信號(hào)改變光載波的幅度、頻率或者相位。相干光通信系統(tǒng)的接收機(jī)采用相干檢測(cè)，與直接檢測(cè)的區(qū)別在于增加了本振光源。相干檢測(cè)具有較高的靈敏度。但是，相干檢測(cè)的缺點(diǎn)也來自對(duì)相位具有較高的敏感度。實(shí)際中，本振光和信號(hào)光的相位均是隨機(jī)的，這增加了相干檢測(cè)的復(fù)雜度。相干檢測(cè)的另一個(gè)缺點(diǎn)是：由于相干檢測(cè)要使發(fā)射機(jī)頻率和接收機(jī)本振光的頻率匹配，這就對(duì)兩個(gè)光源提出了嚴(yán)格的要求。

比較相干檢測(cè)和直接檢測(cè)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是，由于直接檢測(cè)簡(jiǎn)單，成本低廉，直接檢測(cè)仍然是目前商用光通信系統(tǒng)中常用的檢測(cè)方式。由于直接檢測(cè)是利用光電探測(cè)器的平方律檢測(cè)，只能探測(cè)幅度信息。當(dāng)只接收ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交頻分復(fù)用)信號(hào)和光載波的混合信號(hào)時(shí)，ofdm信號(hào)子載波與光載波之間互拍會(huì)產(chǎn)生ssbi(subcarrierandsignalbeatinginterference，子載波和信號(hào)間的拍頻干擾)。

圖1為光載波與信號(hào)之間互拍干擾ssbi的示意圖。dd-ofdm(direct-detectionorthogonalfrequencydivisionmultiplexing，直接檢測(cè)的正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中，在光接收端，采用平方律的pd(photodiode，光電二極管)來實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的直接檢測(cè)，完成光電轉(zhuǎn)換。將光載波看做a，信號(hào)看做b，經(jīng)過pd后變成(a+b)²＝a²+2ab+b²，其中，a²是直流分量，2ab是信號(hào)項(xiàng)，b²是子載波與光ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交頻分復(fù)用)信號(hào)之間互拍產(chǎn)生的干擾項(xiàng)ssbi(subcarrierandsignalbeatinginterference，子載波和信號(hào)間的拍頻干擾)。參見圖1所示，光載波與信號(hào)之間產(chǎn)生的互拍干擾ssbi會(huì)影響電ofdm信號(hào)的性能，且ssbi干擾在低頻使信號(hào)受影響較大，隨著頻率增大，ssbi逐漸減少。因此，為了使信號(hào)不受ssbi的影響，需要留有保護(hù)間隔，其最小帶寬和信號(hào)帶寬相同，從而至少浪費(fèi)了dd-ofdm系統(tǒng)一半以上的頻帶。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種基于多芯光纖的dd-ofdm系統(tǒng)及消除ssbi的方法，不需要浪費(fèi)信號(hào)帶寬的保護(hù)間隔，就能夠消除子載波和信號(hào)間的拍頻干擾ssbi。

本發(fā)明提供一種基于多芯光纖的dd-ofdm系統(tǒng)，該dd-ofdm系統(tǒng)包括光發(fā)送機(jī)、多芯光纖、光接收機(jī)，其中，光發(fā)送機(jī)包括驅(qū)動(dòng)電路和光源，光接收機(jī)包括光電探測(cè)器、放大器和信號(hào)恢復(fù)器，

輸入的電信號(hào)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)在多芯光纖上進(jìn)行傳輸；

多芯光纖中的一個(gè)芯傳光載波和正交頻分復(fù)用ofdm信號(hào)的混合信號(hào)，還有一個(gè)芯只傳ofdm信號(hào)；

兩路信號(hào)在多芯光纖中傳輸之后，輸入到光接收機(jī)的光電探測(cè)器中，光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，兩路信號(hào)相減，消除子載波和信號(hào)間的拍頻干擾ssbi；放大器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)恢復(fù)器對(duì)放大后的電信號(hào)進(jìn)行整形，最后輸出電信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光源包括發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光源采用兩個(gè)外腔激光器ecl和一個(gè)同相正交iq調(diào)制器，其中只有一個(gè)ecl與iq調(diào)制器相連，兩個(gè)ecl各發(fā)射一個(gè)光載波，只有與iq調(diào)制器相連的ecl發(fā)射的光載波進(jìn)入iq調(diào)制器，另一個(gè)ecl發(fā)射的光載波不進(jìn)入iq調(diào)制器；使用任意波形信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生ofdm信號(hào)，其先在matlab中以某種調(diào)制格式離線產(chǎn)生，經(jīng)過iq調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生光ofdm信號(hào)；經(jīng)過光放大器后，調(diào)制過的光ofdm信號(hào)被分成兩部分，一部分與未連接iq調(diào)制器的ecl發(fā)射的光載波組合，進(jìn)入多芯光纖的一個(gè)芯，另一部分直接進(jìn)入多芯光纖的另一個(gè)芯。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述兩個(gè)ecl發(fā)射的光載波的頻率差小于1ghz。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光電探測(cè)器為光電二極管或者雪崩光電二極管。

本發(fā)明還提供一種在dd-ofdm系統(tǒng)中消除ssbi的方法，所述dd-ofdm系統(tǒng)包括光發(fā)送機(jī)、多芯光纖、光接收機(jī)，其中，光發(fā)送機(jī)包括驅(qū)動(dòng)電路和光源，光接收機(jī)包括光電探測(cè)器、放大器和信號(hào)恢復(fù)器，該方法包括以下步驟：

輸入的電信號(hào)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)在多芯光纖上進(jìn)行傳輸；

多芯光纖中的一個(gè)芯傳光載波和正交頻分復(fù)用ofdm信號(hào)的混合信號(hào)，還有一個(gè)芯只傳ofdm信號(hào)；

兩路信號(hào)在多芯光纖中傳輸之后，輸入到光接收機(jī)的光電探測(cè)器中，光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，兩路信號(hào)相減，消除子載波和信號(hào)間的拍頻干擾ssbi；放大器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)恢復(fù)器對(duì)放大后的電信號(hào)進(jìn)行整形，最后輸出電信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光源包括發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光源采用兩個(gè)外腔激光器ecl和一個(gè)同相正交iq調(diào)制器，其中只有一個(gè)ecl與iq調(diào)制器相連，兩個(gè)ecl各發(fā)射一個(gè)光載波，只有與iq調(diào)制器相連的ecl發(fā)射的光載波進(jìn)入iq調(diào)制器，另一個(gè)ecl發(fā)射的光載波不進(jìn)入iq調(diào)制器；使用任意波形信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生ofdm信號(hào)，其先在matlab中以某種調(diào)制格式離線產(chǎn)生，經(jīng)過iq調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生光ofdm信號(hào)；經(jīng)過光放大器后，調(diào)制過的光ofdm信號(hào)被分成兩部分，一部分與未連接iq調(diào)制器的ecl發(fā)射的光載波組合，進(jìn)入多芯光纖的一個(gè)芯，另一部分直接進(jìn)入多芯光纖的另一個(gè)芯。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述兩個(gè)ecl發(fā)射的光載波的頻率差小于1ghz。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光電探測(cè)器為光電二極管或者雪崩光電二極管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)直調(diào)直檢光通信系統(tǒng)的同時(shí)，還應(yīng)用多芯光纖克服了子載波和信號(hào)間的拍頻干擾ssbi，克服了直接檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度不高、頻帶利用率低的缺點(diǎn)，不需要浪費(fèi)信號(hào)帶寬的保護(hù)間隔，就能夠消除ssbi，不僅可以采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本的直調(diào)直檢光通信系統(tǒng)，而且提高了系統(tǒng)的頻帶利用率。

附圖說明

圖1為光載波與信號(hào)之間互拍干擾ssbi的示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中基于多芯光纖的dd-ofdm系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中光發(fā)送機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中多芯光纖傳輸信號(hào)的示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6為光電探測(cè)器中消除ssbi的示意圖。

圖7為基于多芯光纖的多路復(fù)用直調(diào)直檢光通信系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

參見圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于多芯光纖的dd-ofdm系統(tǒng)，該dd-ofdm系統(tǒng)包括光發(fā)送機(jī)、多芯光纖、光接收機(jī)，其中，光發(fā)送機(jī)包括驅(qū)動(dòng)電路和光源，光接收機(jī)包括光電探測(cè)器、放大器和信號(hào)恢復(fù)器。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種在dd-ofdm系統(tǒng)中消除ssbi的方法，包括以下步驟：

參見圖3所示，輸入的電信號(hào)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)在多芯光纖上進(jìn)行傳輸。光源包括led(light-emittingdiode，發(fā)光二極管)或者ld(laserdiode，半導(dǎo)體激光器)，根據(jù)系統(tǒng)不同的性能要求進(jìn)行光源的選擇。

參見圖4所示，多芯光纖包括至少三個(gè)芯，其中一個(gè)芯傳光載波和ofdm信號(hào)的混合信號(hào)，還有一個(gè)芯只傳ofdm信號(hào)。

參見圖5所示，光接收機(jī)包括光電探測(cè)器、放大器和信號(hào)恢復(fù)器，兩路信號(hào)在多芯光纖中傳輸之后，輸入到光接收機(jī)的光電探測(cè)器中，光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，兩路信號(hào)進(jìn)入光電探測(cè)器，兩路信號(hào)相減，消除ssbi。放大器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)恢復(fù)器對(duì)放大后的電信號(hào)進(jìn)行整形，最后輸出電信號(hào)。

光電探測(cè)器可以采用pd(photodiode，光電二極管)或者apd(avalanchephotodiode，雪崩光電二極管)，一般pd更為常用。

利用光電探測(cè)器的平方律直接進(jìn)行檢測(cè)，只能探測(cè)幅度信息。參見圖1所示，當(dāng)只接收光載波和ofdm信號(hào)的混合信號(hào)時(shí)，光載波與ofdm信號(hào)子載波之間互拍會(huì)產(chǎn)生ssbi(subcarrierandsignalbeatinginterference，子載波和信號(hào)間的拍頻干擾)。為了不對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響，需要留有一定的保護(hù)間隔，因而頻帶利用率損失一半。

圖4中的多芯光纖一共有7個(gè)芯，光源采用兩個(gè)低線寬的ecl(external-cavitylaser，外腔激光器)和一個(gè)iq(in-phasequadrature，同相正交)調(diào)制器，其中只有一個(gè)ecl與iq調(diào)制器相連，兩個(gè)ecl各發(fā)射一個(gè)光載波，只有與iq調(diào)制器相連的ecl發(fā)射的光載波進(jìn)入iq調(diào)制器，另一個(gè)ecl發(fā)射的光載波不進(jìn)入iq調(diào)制器，這兩個(gè)ecl發(fā)射的光載波的頻率差小于1ghz。使用任意awg(arbitrarywaveformgenerator，波形信號(hào)發(fā)生器)產(chǎn)生ofdm信號(hào)，其先在matlab中以某種調(diào)制格式離線產(chǎn)生，經(jīng)過iq調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生光ofdm信號(hào)；經(jīng)過光放大器后，調(diào)制過的光ofdm信號(hào)被分成兩部分，一部分與未連接iq調(diào)制器的ecl發(fā)射的的光載波組合，進(jìn)入多芯光纖的1號(hào)芯，另一部分直接進(jìn)入多芯光纖的4號(hào)芯。

參見圖6所示，光電探測(cè)器(即圖6中的平衡探測(cè)器)一個(gè)輸入端口的輸入與圖5中一樣，是光載波和信號(hào)的混合信號(hào)a+b，經(jīng)過pd后變成：(a+b)²＝a²+2ab+b²。光電探測(cè)器的另一個(gè)輸入端口輸入的只有信號(hào)，經(jīng)過pd后變成b²，所以經(jīng)過光電探測(cè)器后，輸出的信號(hào)為：(a+b)²-b²＝a²+2ab，即ssbi被消除了，因此無論光載波和信號(hào)間是否有保護(hù)間隔，都可以將信號(hào)恢復(fù)出來，提高了直接檢測(cè)系統(tǒng)的頻帶利用率。

還可以利用多芯光纖傳輸多路復(fù)用信號(hào)，參見圖7所示，圖7為基于多芯光纖的多路復(fù)用直調(diào)直檢光通信系統(tǒng)示意圖，光源包括兩個(gè)低線寬的ecl和一個(gè)iq調(diào)制器，其中只有一個(gè)ecl與iq調(diào)制器相連，兩個(gè)ecl各發(fā)射一個(gè)光載波，只有與iq調(diào)制器相連的ecl發(fā)射的光載波進(jìn)入iq調(diào)制器，另一個(gè)ecl發(fā)射的光載波不進(jìn)入iq調(diào)制器，這兩個(gè)ecl發(fā)射的光載波的頻率差小于1ghz。

使用任意awg(arbitrarywaveformgenerator，波形信號(hào)發(fā)生器)產(chǎn)生ofdm信號(hào)，其先在matlab中以某種調(diào)制格式離線產(chǎn)生。經(jīng)過iq調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生光ofdm信號(hào)。經(jīng)過光放大器后，調(diào)制過的光ofdm信號(hào)被分成兩部分，一部分與未連接iq調(diào)制器的ecl發(fā)射的光載波組合，然后進(jìn)一步分為多路(圖7中為三路不同信號(hào)的復(fù)用)，分別輸入進(jìn)多芯光纖的1號(hào)芯、2號(hào)芯和3號(hào)芯；另一部分去相關(guān)之后，直接輸入進(jìn)多芯光纖的其他芯(圖7中為對(duì)應(yīng)的其他三芯)：4號(hào)芯、5號(hào)芯和6號(hào)芯。一個(gè)fan-in/out(扇入扇出)設(shè)備用于復(fù)用6個(gè)芯中的光載波和信號(hào)，在通過多芯光纖(圖7中為7芯)傳輸后，光載波和信號(hào)被另一個(gè)fan-in/out設(shè)備解復(fù)用，然后分別進(jìn)入otdl(opticaltunabledelayline，光可調(diào)延遲線)，將光載波與信號(hào)的混合信號(hào)以及單獨(dú)的信號(hào)兩路進(jìn)行同步，分別輸入進(jìn)入三個(gè)光電探測(cè)器，進(jìn)行三路不同信號(hào)的處理恢復(fù)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。