一種基于sefdm的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法，該方法包括以下步驟：S1.非正交頻分復(fù)用信號發(fā)射機(jī)的實現(xiàn)；S2.補(bǔ)償傳輸損失，獲取單邊帶信號；S3.非正交頻分復(fù)用信號的解調(diào)和均衡；S4.非正交頻分復(fù)用信號接收機(jī)的實現(xiàn)。本發(fā)明的基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法，利用低成本、低功耗光電器件(例如：EML)和非正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)，使得系統(tǒng)具有低成本、低功耗和高頻譜效率的特點。此外，本發(fā)明壓縮信號帶寬不受到基帶調(diào)制方式的影響。
【專利說明】
一種基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用的短距離光互聯(lián)系統(tǒng)是基于單/雙邊帶PAM的光傳輸系統(tǒng)。它主要有直調(diào)直檢的收發(fā)機(jī)和傳輸光纖組成。發(fā)射機(jī)的工作原理是將待傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)映射到PAM符號上去。再將PAM信號通過調(diào)制器直接調(diào)制到波長為1550nm的光載波上。接收機(jī)的工作原理是使用光檢測器對光信號進(jìn)行直接檢測，使其轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過判決和解映射將其還原成二進(jìn)制信號。
[0003]比較單/雙邊帶PAM，可以發(fā)現(xiàn)兩者都沒有在頻譜利用效率和光功率效率上達(dá)到同時優(yōu)化。而事實上在PAM基礎(chǔ)上加上相位調(diào)制是可以在不犧牲功率效率的前提下實現(xiàn)頻譜壓縮的。例如DB(Duo-binary)編碼就是在OOK的基礎(chǔ)上通過控制‘ I ’的相位使信號帶寬減半。但是DB的局限性在于其僅使‘I’變成了‘±1’，也即將調(diào)制區(qū)間從原本的I的正向拓展到了 I的正負(fù)雙向，Q依然沒有用到。而且目前僅有OOK(也即PAM2)可以利用這種辦法來壓縮帶寬，高階的PAM和SPAM調(diào)制均無法直接適用。
[0004]因此，急需尋找一種新的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法來適應(yīng)現(xiàn)代實驗工作或?qū)嶋H生產(chǎn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明人經(jīng)過長期研究，提出一種基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法。
[0006]依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)方法包括以下步驟:
[0007]S1.非正交頻分復(fù)用信號發(fā)射機(jī)的實現(xiàn)。
[0008]S2.補(bǔ)償傳輸損失，獲取單邊帶信號。
[0009]S3.非正交頻分復(fù)用信號的解調(diào)和均衡。
[0010]S4.非正交頻分復(fù)用信號接收機(jī)的實現(xiàn)。
[0011]上述的步驟SI具體包括星座圖映射、非正交頻分復(fù)用信號調(diào)制和發(fā)送信號組幀。其中，星座圖映射是將待傳輸?shù)亩M(jìn)制信號映射到星座圖去，也就是進(jìn)行基帶信號調(diào)制，得到基帶調(diào)制信號;非正交頻分復(fù)用信號調(diào)制通過對基帶調(diào)制信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉反變換完成；然后，將一段固定的偽隨機(jī)碼二進(jìn)制碼(用于幀同步)和2048個符號周期的非正交頻分復(fù)用信號組成一幀。
[0012]步驟S2具體包括光纖傳輸損耗的功率補(bǔ)償和獲取單邊帶信號。信號經(jīng)過光纖傳輸后會造成功率損失，這里需要使用光信號放大器對信號功率進(jìn)行補(bǔ)償;為了避免平方率效應(yīng)對信號檢測帶來的損失，這里使用光濾波器對信號進(jìn)行濾波，使雙邊帶信號變成單邊帶信號。
[0013]步驟S3具體包括信道均衡和非正交頻分復(fù)用信號的解調(diào)。信道均衡主要是為補(bǔ)償光纖中損耗和色散對信號的影響，其實現(xiàn)方法是:利用導(dǎo)頻信號對信道進(jìn)行信道估計，信道估計通過導(dǎo)頻信號和部分接收信號的反卷積實現(xiàn)，然后將估計結(jié)果與其余接收信號進(jìn)行卷積。信號解調(diào)的作用是將非正交頻分復(fù)用信號恢復(fù)成基帶調(diào)制信號，其實現(xiàn)方法是對經(jīng)過信道均衡后的非正交頻分復(fù)用信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換。經(jīng)過變換后，得到基帶調(diào)制信號。
[0014]本發(fā)明的基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)及方法，利用低成本、低功耗光電器件(例如:EML)和非正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)，使得系統(tǒng)具有低成本、低功耗和高頻譜效率的特點。此外，本發(fā)明壓縮信號帶寬不受到基帶調(diào)制方式的影響。
【附圖說明】
[0015]圖1是依據(jù)本發(fā)明的基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是依據(jù)本發(fā)明的基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)方法原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。另外地，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明的保護(hù)范圍僅僅限制至下述具體模塊或具體參數(shù)。
[0018]本發(fā)明基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)系統(tǒng)的裝置示意圖如附圖1的結(jié)構(gòu)示意圖所示。圖中組成系統(tǒng)的器件有:1、非正交頻分復(fù)用信號生成器，2、微波信號發(fā)生器，
3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，4、IQ混頻器，5、EML，6、單模光纖，7、光信號放大器，8、光濾波器，9、光信號檢測器，10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，11、數(shù)字信號處理模塊(DSP)。各個部件連接示意圖如圖1所示。
[0019]非正交頻分復(fù)用信號生成器用于生成待傳輸?shù)腟EFDM電數(shù)字信號，實現(xiàn)頻譜壓縮；
[0020]微波信號發(fā)生器用于生成射頻信號；
[0021 ]數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)用于SEFDM將電數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；
[0022]IQ混頻器用于實現(xiàn)IQ混頻，并將SEFDM信號頻譜從基帶搬移到射頻；
[0023]EML用于將SEFDM電信號調(diào)制到光載波上，使其成為光信號；
[0024]單模光纖用于承載光信號的傳輸；
[0025]光信號放大器用于放大光信號額功率；
[0026]光濾波器用于濾除光信號的一個邊帶，使其成為單邊帶信號；
[0027]光信號檢測器用于將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；
[0028]模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用于將電模擬信號轉(zhuǎn)換成電數(shù)字信號；
[0029]數(shù)字信號處理模塊(DSP)用于完成接收信號的數(shù)字信號處理，使其恢復(fù)成傳輸?shù)亩M(jìn)制彳g號O
[0030]一種基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)方法的原理如附圖2所示，包括如下步驟:
[0031]S1.非正交頻分復(fù)用信號發(fā)射機(jī)的實現(xiàn)。
[0032]S2.補(bǔ)償傳輸損失，獲取單邊帶信號。
[0033]S3.非正交頻分復(fù)用信號的解調(diào)和均衡。
[0034]S4.非正交頻分復(fù)用信號接收機(jī)的實現(xiàn)。
[0035]上述的步驟SI具體包括星座圖映射、非正交頻分復(fù)用信號調(diào)制和發(fā)送信號組幀。其中，星座圖映射是將待傳輸?shù)亩M(jìn)制信號映射到星座圖去，也就是進(jìn)行基帶信號調(diào)制，得到基帶調(diào)制信號;非正交頻分復(fù)用信號調(diào)制通過對基帶調(diào)制信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉反變換完成；然后，將一段固定的偽隨機(jī)碼二進(jìn)制碼(用于幀同步)和2048個符號周期的非正交頻分復(fù)用信號組成一幀。
[0036]步驟S2具體包括光纖傳輸損耗的功率補(bǔ)償和獲取單邊帶信號。信號經(jīng)過光纖傳輸后會造成功率損失，這里需要使用光信號放大器對信號功率進(jìn)行補(bǔ)償;為了避免平方率效應(yīng)對信號檢測帶來的損失，這里使用光濾波器對信號進(jìn)行濾波，使雙邊帶信號變成單邊帶信號。
[0037]步驟S3具體包括信道均衡和非正交頻分復(fù)用信號的解調(diào)。信道均衡主要是為補(bǔ)償光纖中損耗和色散對信號的影響，其實現(xiàn)方法是:利用導(dǎo)頻信號對信道進(jìn)行信道估計，信道估計通過導(dǎo)頻信號和部分接收信號的反卷積實現(xiàn)，然后將估計結(jié)果與其余接收信號進(jìn)行卷積。信號解調(diào)的作用是將非正交頻分復(fù)用信號恢復(fù)成基帶調(diào)制信號，其實現(xiàn)方法是對經(jīng)過信道均衡后的非正交頻分復(fù)用信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換。經(jīng)過變換后，得到基帶調(diào)制信號。
[0038]本發(fā)明是基于非正交頻分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)的，由于子載波的非正交性，存在載波間干擾，因此步驟S3獲得的基帶調(diào)制信號是畸變的。因此，步驟S4中實現(xiàn)的接收機(jī)主要是為了從畸變的基帶調(diào)制信號恢復(fù)出正確的基帶調(diào)制信號。步驟S4主要包括:迭代檢測和星座圖解映射。迭代檢測是利用迭代算法和固定球面解碼算法，在一個給定的域內(nèi)尋找最優(yōu)的解碼結(jié)果，通過迭代檢測可以得到正確的基帶調(diào)制信號。星座圖解映射是將基帶調(diào)制信號恢復(fù)成二進(jìn)制信號。
[0039]本發(fā)明實施例對比現(xiàn)有廣泛應(yīng)用的提高頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)容量的系統(tǒng)有如下優(yōu)點和效果:
[0040]I)本發(fā)明直接壓縮信號的有效帶寬，可以獲得超過25 %的頻譜效率和速率提高；
[0041]2)本發(fā)明不受限于基帶調(diào)制方式，具有廣泛的適用性；
[0042]本發(fā)明使用的算法簡單，復(fù)雜度較低。
[0043]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員可以理解，在不背離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)中做出各種各樣的修改。
【主權(quán)項】
1.一種基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)方法，其特征在于，包括以下步驟: 51.非正交頻分復(fù)用信號發(fā)射機(jī)的實現(xiàn)； 52.補(bǔ)償傳輸損失，獲取單邊帶信號； 53.非正交頻分復(fù)用信號的解調(diào)和均衡； 54.非正交頻分復(fù)用信號接收機(jī)的實現(xiàn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)方法，其特征在于，上述的步驟SI具體包括星座圖映射、非正交頻分復(fù)用信號調(diào)制和發(fā)送信號組幀。其中，星座圖映射是將待傳輸?shù)亩M(jìn)制信號映射到星座圖去，也就是進(jìn)行基帶信號調(diào)制，得到基帶調(diào)制信號;非正交頻分復(fù)用信號調(diào)制通過對基帶調(diào)制信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉反變換完成;然后，將一段固定的偽隨機(jī)碼二進(jìn)制碼(用于幀同步)和2048個符號周期的非正交頻分復(fù)用信號組成一幀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)方法，其特征在于，步驟S2具體包括光纖傳輸損耗的功率補(bǔ)償和獲取單邊帶信號。信號經(jīng)過光纖傳輸后會造成功率損失，這里需要使用光信號放大器對信號功率進(jìn)行補(bǔ)償;為了避免平方率效應(yīng)對信號檢測帶來的損失，這里使用光濾波器對信號進(jìn)行濾波，使雙邊帶信號變成單邊帶信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SEFDM的高頻譜效率短距離光互聯(lián)方法，其特征在于，步驟S3具體包括信道均衡和非正交頻分復(fù)用信號的解調(diào)。信道均衡主要是為補(bǔ)償光纖中損耗和色散對信號的影響，其實現(xiàn)方法是:利用導(dǎo)頻信號對信道進(jìn)行信道估計，信道估計通過導(dǎo)頻信號和部分接收信號的反卷積實現(xiàn)，然后將估計結(jié)果與其余接收信號進(jìn)行卷積。信號解調(diào)的作用是將非正交頻分復(fù)用信號恢復(fù)成基帶調(diào)制信號，其實現(xiàn)方法是對經(jīng)過信道均衡后的非正交頻分復(fù)用信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換。經(jīng)過變換后，得到基帶調(diào)制信號。
【文檔編號】H04B10/556GK106059663SQ201610327442
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】隋琪, 李朝暉
【申請人】暨南大學(xué)