調製設備和方法以及解調設備和方法
2023-09-10 21:26:45
專利名稱：調製設備和方法以及解調設備和方法
技術領域：
本發明涉及光通信領域，並且具體涉及光通信系統中的調製設備和調製方法以及解調設備和解調方法。
背景技術：
今天的光通信已由傳統的強度調製向相干光通信發展。在相干光通信中，在接收端採用相干光解調與DSP技術，其中，平衡接收機接收與本徵雷射器產生的光混頻的光信號，並且對其進行相干解調以輸出電信號，該電信號由模數轉換器(ADC)採樣量化以得到多比特精度的數位訊號，該數位訊號被送往後端的數位訊號處理設備處理。ADC的採樣速率成為設計高速相干光接收機的主要瓶頸。另外，如果在通信中採用了高階QAM調製或光相干正交頻分復用(OFDM)技術，則不但要在接收端使用高速ADC，在發送端也必須相應地採用高速數模轉換器(DAC)。高速DAC同樣成為設計高速相干光發射機的主要瓶頸。為了克服DAC與ADC採樣速率的瓶頸，在謝偉等人發表的「 107Gb/SCOherentoptical OFDM transmission over 1000—km SSMF fiber using orthogonalbandmultiplexing」(Optics Express, 2008 ; 16:63 78-86)中提出 了 正交頻帶復用OFDM(0BM-0FDM)，其使用多個正交的光載波來發送數據。例如，如果使用一個光載波發送100G OFDM光信號，在採用QPSK調製與偏振復用的情況下，需發送25G波特率的信號，所以需要25G採樣率的ADC與DAC。但如果用環路頻域再生(RFS)產生5個相互正交的光載波，則只需要發送接收5G波特率的光信號，對ADC與DAC採樣率的要求也降到了 5G。這種方法的一個缺點是大大增加了所用光器件的數量，而這些光器件都價格昂貴。在上例中，必須使用5套光IQ調製設備與5套光平衡接收設備。而且，在使用多個光載波的情況下，不同光載波需要用光濾波器分開，而光濾波器的成熟程度與陡峭程度不如電濾波器。此外，在Jansen, Sander Lars 等人發表的 「 I2L 9_Gb/s PDM-OFDMTransmissionWith 2-b/s/Hz Spectral Efficiency Over 1000km of SSMF」 (Journalof LightwaveTechnology, Vol.27Issue 3，pp.177-188 (2009))中提出 了通過 RF 方法實現交叉信道OFDM (cross-channel (XC)-OFDM)的方式，並且具體使用了兩種調製方式:(I)先將各路基帶信號用IQ混頻器調到不同中頻，再通過雙邊帶調製將其調製到光載波上，這種方式需要使用光濾波器濾除調製中產生的鏡像信道(image channel)，否則將佔用雙倍帶寬；(2)先將兩路基帶信號用IQ混頻器調製到同一中頻，再將兩路中頻信號通過4埠 90度定向耦合器混合，然後將該耦合器的兩路輸出分別連接到光IQ調製器的I端與Q端以進行光調製，這一方式的問題是所述4埠 90度定向耦合器要對整個中頻信號頻段進行90度相移，而在實際應用中，90度相移器有帶寬限制，並且無法對帶寬較寬的模擬信號進行準確相移，而光通信中的信號帶寬遠大於模擬信號。因此，需要一種能夠對基帶信號進行調製和解調，同時降低對DAC與ADC採樣速率的要求的調製設備和調製方法以及解調設備和解調方法。
發明內容
考慮到以上問題而提出了本發明。本發明的目的是提供一種能夠對基帶信號進行調製和解調，同時降低對DAC與ADC採樣速率的要求的調製設備和調製方法以及解調設備和解調方法。根據本發明的一個方面，提供了一種調製設備，用於調製多個基帶信號以生成光信號，該調製設備包括:多個電調製單元，用於分別利用所述多個基帶信號調製具有不同頻率的多個電載波以產生相應的電調製信號；合成器，合成所述多個電調製信號，以生成單個電合成信號；光調製單元，利用所述電合成信號調製單個光載波，以生成所述光信號，其中，所述光信號中對應於各個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該光載波的載波頻率兩側。根據本發明的另一方面，提供了一種調製方法，用於調製多個基帶信號以生成光信號，該調製方法包括:分別利用所述多個基帶信號調製具有不同頻率的多個電載波以產生相應的電調製信號；合成所述多個電調製信號，以生成單個電合成信號；利用所述電合成信號調製單個光載波，以生成所述光信號，其中，所述光信號中對應於各個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該光載波的載波頻率兩側。根據本發明的另一方面，提供了一種用於將光信號解調多個基帶信號，該解調設備包括:光解調單元，利用單個光載波(本徵光)將所述光信號解調為單個電信號，其中該光載波的載波頻率(本徵頻率)被選擇為使得所述光信號中分別對應於所述多個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該載波頻率兩側；多個電解調單元，用於分別利用具有不同頻率的多個電載波(本徵電載波)對所述電信號進行解調，以獲得多個基帶信號。根據本發明的另一方面，提供了一種解調方法，用於將光信號解調多個基帶信號，該解調方法包括:利用單個光載波(本徵光)將所述光信號解調為單個電信號，其中該光載波的載波頻率(本徵頻率)被選擇為使得所述光信號中分別對應於所述多個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該光載波的載波頻率兩側；分別利用具有不同頻率的多個電載波(本徵電載波)對所述電信號進行解調，以獲得多個基帶信號。在本發明的實施例中，在發送端可以將要發送的基帶信號分為多路基帶信號，將各路基帶信道調製到不同頻率上以進行頻分復用，然後利用頻分復用的信號來調製單個光載波，在接收端可以從具有不同頻率分量的信號解調出基帶信號，這降低了對發送端的DAC與接收端的ADC採樣速率的要求，繞開了 ADC和DAC對相干光通信的調製和解調施加的限制。相對於已有的用多路基帶信號調製多個光載波來降低DAC和ADC採樣速率的方法，節省了昂貴的光調製解調設備。
通過結合附圖對本發明的實施例進行詳細描述，本發明的上述和其它目的、特徵、優點將會變得更加清楚，其中:圖1是根據本發明第一實施例的調製設備的框圖；圖2是示出圖1所示的電調製單元的結構的框圖；圖3A-3D示出通過對基帶信號進行電調製得到的信號的頻譜示意圖；圖4是示出根據本發明第一實施例的調製方法的流程圖5是示出根據本發明第一實施例的解調設備的框圖；圖6是示出圖5所示的相干檢測器的結構的框圖；圖7是示出圖5所示的電解調單元的結構的框圖；圖8是示出根據本發明第一實施例的解調方法的流程圖；圖9是示出根據本發明第二實施例的調製設備的框圖；圖10是示出圖9所示的電調製單元的結構的框圖；圖11是示出根據本發明第二實施例的調製方法的流程圖；圖12示出根據本發明第二實施例的解調設備的框圖；圖13是示出圖12所示的電解調單元的結構的框圖；圖14是示出根據本發明第二實施例的解調方法的流程圖。
具體實施例方式下面參照附圖來描述根據本發明實施例的調製設備和調製方法以及解調設備和解調方法。在附圖中，相同的參考標號自始至終表示相同的元件。(第一實施例)首先，將描述根據本發明第一實施例的調製設備和調製方法的原理。發送端在發送端，取代產生攜帶數據的一路基帶信號，信號源產生多路基帶信號，所述多路基帶信號共同攜帶要發送給接收端的數據。所述基帶信號被調製到光載波上之後，通過光纖線路發送給接收端，從而實現數據通信。如本領域公知的，每個基帶信號可以被表示為複數形式I+jQ，其包括兩個分量信號，即對應於該複數形式中的I的實部信號(分量)和對應於Q的虛部信號(分量)。假設信號源產生M路基帶信號。為了便於說明，令M = 2N+1 (N為非負整數)，則第k路基帶信號可以被表示為Ik+jQk(其中k = 0，1，...，土N)。在第一實施例中，首先利用M路基帶信號調製具有不同載波頻率的M個電載波，生成M個電調製信號。然後，將這M個電調製信號合成為單個電合成信號，並且利用該電合成信號調製單個光載波，以生成光信號。該光信號攜帶了信號源要發送的數據，其經由光纖線路被發送到接收端。在進行上述光調製時，如果將電合成信號中的M個電調製信號分量都調製到光載波的載波頻率的單側，則在解調時，光載波的載波頻率另一側頻帶上的信號也會被解調進來，為了避免這種情況，唯一解決方法是不使用載波頻率另一側的頻帶，但這浪費了光纖線路的可用頻帶。因此，在本發明的實施例中，在進行上述光調製時，將所述M個電調製信號分量調製到光載波的載波頻率兩側。優選地，通過上述電調製和光調製，在頻域中，將第k路基帶信號調製到中心頻率fk = fc+k.f0處，其中f。為光載波的載波頻率，f0為相鄰兩個電載波(因此，電調製信號分量)之間的頻率間隔。可以看到，所述光信號中與各個基帶信號相對應的信號分量以頻率間隔f(|對稱地分布於f。兩側。在數學上，上述光調製信號可表示為複數形式:(1-N+jQ-N) exp [j Ω ct+j (-N) Ω 0t] +..+ (Ik+jQk) exp [j Ω ct+j (k) Ω 0t] +..+(IN+jQN) exp [j Ω ct+j (N) Ω 0t]
(I)其中Ω。= 2 π f。為光載波的角頻率，Ω。= 2 π &為相鄰兩個電載波的角頻率間隔。由於在本發明的實施例中，並非使用2N+1個基帶信號對2N+1個光載波進行IQ調製，而是先用2N+1個基帶信號調製2N+1個不同頻率的電載波以生成2N+1個電調製信號，然後利用通過合成這2N+1個電調製信號獲得的單個電合成信號來調製單個光載波，因此
可以將式⑴改寫為:
(
權利要求
1.一種調製設備，用於調製多個基帶信號以生成光信號，該調製設備包括: 多個電調製單元，用於分別利用所述多個基帶信號調製具有不同頻率的多個電載波以產生相應的電調製信號； 合成器，合成所述多個電調製信號，以生成單個電合成信號； 光調製單元，利用所述電合成信號調製單個光載波，以生成所述光信號，其中，所述光信號中對應於各個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該光載波的載波頻率兩側。
2.按權利要求1所述的調製設備，其中，所述光信號中對應於各個基帶信號的信號分量對稱地分布於該光載波的載波頻率兩側。
3.按權利要求1所述的調製設備，其中，所述電合成信號的實部信號為各個電調製信號的實部信號的組合，所述電合成信號的虛部信號為各個電調製信號的虛部信號的組合。
4.按權利要求1所述的調製設備，其中，在利用所述多個基帶信號調製多個電載波時，在所述多個基帶信號中、與在頻率軸上關於所述載波頻率對稱的兩個信號分量對應的兩個基帶信號被同時進行電調製。
5.按權利要求4所述的調製設備，其中，通過將所述兩個基帶信號組合併且利用組合信號調製相應的電載波，來對所述兩個基帶信號同時進行電調製。
6.按權利要求5所述的調製設備，其中，通過對所述兩個基帶信號的實部信號和虛部信號分別進行組合，來組合所述兩個基帶信號。
7.一種調製方法，用於調製多個基帶信號以生成光信號，該調製方法包括: 分別利用所述多個基帶信號調製具有不同頻率的多個電載波以產生相應的電調製信號; 合成所述多個電調製信號，以生成單個電合成信號； 利用所述電合成信號調製單個光載波，以生成所述光信號，其中，所述光信號中對應於各個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該光載波的載波頻率兩側。
8.按權利要求7所述的調製方法，其中，所述光信號中對應於各個基帶信號的信號分量對稱地分布於該光載波的載波頻率兩側。
9.按權利要求7所述的調製方法，其中，所述電合成信號的實部信號為各個電調製信號的實部信號的組合，所述電合成信號的虛部信號為各個電調製信號的虛部信號的組合。
10.按權利要求7所述的調製方法，其中，在利用所述多個基帶信號調製多個電載波時，在所述多個基帶信號中、與在頻率軸上關於所述載波頻率對稱的兩個信號分量對應的兩個基帶信號被同時進行電調製。
11.按權利要求10所述的調製方法，其中，通過將所述兩個基帶信號組合併且利用組合信號調製相應的電載波，來對所述兩個基帶信號同時進行電調製。
12.按權利要求11所述的調製方法，其中，通過對所述兩個基帶信號的實部信號和虛部信號分別進行組合，來組合所述兩個基帶信號。
13.一種解調設備，用於將光信號解調多個基帶信號，該解調設備包括: 光解調單元，利用單個光載波將所述光信號解調為單個電信號，其中該光載波的載波頻率被選擇為使得所述光信號中分別對應於所述多個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該載波頻率兩側； 多個電解調單元，用於分別利用具有不同頻率的多個電載波對所述電信號進行解調，以獲得多個基帶信號。
14.按權利要求13所述的解調設備，其中，所述光信號中分別對應於所述多個基帶信號的信號分量對稱地分布於該光載波的載波頻率兩側。
15.按權利要求13所述的解調設備，其中，所述多個電解調單元分別利用具有不同頻率的多個電載波對所述電信號進行解調，從而生成多個組合基帶信號，每個組合基帶信號是由與所述光信號中在頻率軸上關於所述載波頻率對稱的兩個信號分量對應的兩個基帶信號組合而成的，並且其中， 所述解調設備還包括多個分離單元，用於將所述多個組合基帶信號中的每一個組合基帶信號分離為對應的兩個基帶信號。
16.一種解調方法，用於將光信號解調多個基帶信號，該解調方法包括: 利用單個光載波將所述光信號解調為單個電信號，其中該光載波的載波頻率被選擇為使得所述光信號中分別對應於所述多個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該光載波的載波頻率兩側； 分別利用具有不同頻率的多個電載波對所述電信號進行解調，以獲得多個基帶信號。
17.按權利要求16所述的解調方法，其中，所述光信號中分別對應於所述多個基帶信號的信號分量對稱地分布於該光載波的載波頻率兩側。
18.按權利要求17所述的解調方法，其中，分別利用具有不同頻率的多個電載波對所述電信號進行解調以獲得多個基帶信號的步驟包括:分別利用具有不同頻率的多個電載波對所述電信號進行解調， 從而生成多個組合基帶信號，每個組合基帶信號是由與所述光信號中、在頻率軸上關於所述載波頻率對稱的兩個信號分量對應的兩個基帶信號組合而成的，並且其中， 所述解調方法還包括: 將所述多個組合基帶信號中的每一個組合基帶信號分離為對應的兩個基帶信號。
全文摘要
提供了一種調製設備和方法以及解調設備和方法。該調製設備用於調製多個基帶信號以生成光信號，該調製設備包括多個電調製單元，用於分別利用所述多個基帶信號調製具有不同頻率的多個電載波以產生相應的電調製信號；合成器，合成所述多個電調製信號，以生成單個電合成信號；光調製單元，利用所述電合成信號調製單個光載波，以生成所述光信號，其中，所述光信號中對應於各個基帶信號的信號分量以預定頻率間隔分布於該光載波的載波頻率兩側。通過所述設備和方法，可以將高速基帶信號的處理分為多路相對低速基帶信號的處理，克服數模轉換器和模數轉換器採樣率的瓶頸限制。
文檔編號H04L27/26GK103095623SQ20111033063
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者曾韜, 楊奇, 楊鑄, 餘少華 申請人:武漢郵電科學研究院