CN102124676A - 子载波复用*** - Google Patents

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CN102124676A CN2008801307912A CN200880130791A CN102124676A CN 102124676 A CN102124676 A CN 102124676A CN 2008801307912 A CN2008801307912 A CN 2008801307912A CN 200880130791 A CN200880130791 A CN 200880130791A CN 102124676 A CN102124676 A CN 102124676A
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Abstract

设计了一种子载波***，其用于在发送机（1）中生成相位比较信号（CST）并在光学网络（2）的同一传输信道中将相位比较信号（CST）连同光学子载波复用信号（OSMT）一起传送，接收机（3）被设计为用于针对接收到的子载波（SSRS）符号的每个调制段来测量相位参考信号（PSREF）与接收到的相位比较信号（CSR）之间的相位失真（Φref-ΦC），根据接收到的相位比较信号（CSR）的相位失真（ΦREF-ΦC）计算至少一个修正值（TCS,ΦCS）并修正所有并行接收的或恢复的子载波符号（SSRS,SDS）的时间抖动或相位损伤。可以在没有高硬件费用的情况下补偿时间抖动/相位抖动。

Description

子载波复用***
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的子载波复用***。
背景技术
类似于OFDM（正交频分复用）***的光学子载波复用***近年来已由于针对色散（dispersion）的高固有稳健性及其高谱效率而获得高度注意。数据信号被转换成并行符号并经由多个子载波传送。类似于AM、FSK、PSK、QAM的子载波的多种调制格式是可行的。每个子载波以相对低的位速率进行传送，符号的调制周期与位的持续时间相比是相对长的。特别地，OFDM***要求正交子载波和相位稳定信号。可以使用电子载波信号来直接调制光源（激光器）的光功率或调制外部光学调制器。
IEEE资深会员Arthur James Lowery，Liang Bangyuan Du和Jean Armstrong在光波技术期刊2007年1月131第1期第25卷中的“Performance of Optical OFDM in Ultralong-Haul WDM Lightwave System”中描述了OFDM***。
发明内容
虽然类似于OFDM的子载波***相对于色散具有高容差，但其遭受类似于光纤中的SPM（自相位调制）和XPM（交叉相位调制）的非线性效应以及与色散交互的激光器啁啾（chirp）。这些效应导致子载波信号的时间/相位抖动。专利申请WO 94/03987公开了一种补偿发送机处或接收机处的激光器啁啾引起的失真的简单模拟电路。
本发明的目的是补偿子载波信号的损伤。
由在权利要求1中描绘的子载波复用***来解决此问题。
所述子载波***的发送机被设计为用于生成相位比较信号并将该相位比较信号连同光学子载波复用信号一起在同一传输信道中传送，
所述接收机被设计为用于针对并行接收到的子载波符号的每个调制段测量相位参考信号与相位比较信号之间的相位失真，
根据接收到的相位比较信号的相位失真计算至少一个修正值并修正所有并行接收到的或恢复的子载波符号的时间抖动或相位损伤。
本发明的思想是测量所传送的单个相位比较信号的失真并根据该相位失真来修正所有损伤的接收到的子载波信号。
如果根据接收到的相位比较信号的相位失真由相同的时移来修正所有并行接收到的子载波符号的时间抖动，则可以容易地设计子载波***的修正函数。
因此，仅导出公共抖动控制值来修正所有子载波符号的时间抖动。
为了有改善的补偿，在考虑接收到的子载波符号的不同时间抖动的情况下，计算用于接收到的子载波符号的单独相位修正的增强抖动修正值。
对于数字***而言，根据接收到的相位比较信号的相位失真来补偿所有并行恢复的符号（SDS）的相位抖动和/或振幅是有利的。
由数字数据处理来进行修正。
对于改善的相位补偿而言，由所计算的增强相位修正值来单独地修正每个接收到的子载波符号或恢复的符号的相位损伤，这意指考虑接收到的子载波符号的单独相位抖动的修正因数。
本发明可以有利地应用于OFDM（正交频分复用）子载波***。
在进一步的从属权利要求中描述本发明的更多细节和改进。
附图说明
下面参考附图来描述包括目前优选实施例的本发明的示例，在附图中
图1示出根据本发明的子信道***的示意图，
图2示出子信道/OFDM***的相邻信道，
图3示出根据本发明的OFDM***，
图4示出OFDM***的细节，以及
图5示出根据本发明的修改的接收机。
具体实施方式
图1举例说明具有发送机1和接收机3的子载波***。生成并通过例如光纤的传输网络2向接收机3传送光学子载波复用信号OSMT。
在发送机1处，高速数字串行信号DST被馈送到串行-并行转换器10并被转换成并行数据位。例如4位的恒定数目的并行位被符号生成单元11转换成符号序列STS，s＝1、2、...、N。然后，一组N个的这些符号在子载波调制单元12中例如通过四相移相键控并行调制到不同的子载波上。然后，并行生成的子载波符号SSTS在组合器13中被组合成子载波复用信号SMST，其在光学调制单元14中被调制到光学载波上并被作为光学子载波复用信号OSMT在传输信道2中传送到接收机3。调制段或符号STS持续时间由于转换成符号和符号的并行传输而比串行信号DST的位持续时间长得多。在一组符号的传输之后，传送下一组符号。
通常，在相邻信道中传送附加信号。图2示出通过相同的光纤在WDM（波分复用）***的三个信道CH1、CH2和CH3中传送信号的这些信道。在中间信道CH2上传送相关的N个子信道***的子载波符号SSTS，s＝1、2、...、N。相邻信道CH1、CH3具有更短和更长的波长λ。如前所述的，两个相邻信道（以及还有附加信道）以及非线性效应都损害所传送的光学子载波复用信号OSMT。相关信道CH2中的子载波信号的相位受被扰乱。这导致信号质量的损失，尤其是当子载波的相位对于解调而言是重要的时。
在接收机3处，受损害的光学子载波复用信号OSMR在光学接收机单元31中被接收并转换成电子载波复用信号SMSR，其被经由抖动修正单元32馈送到分离单元33，例如电梳滤波器，该电梳滤波器将子载波分离（将信道分成子信道）。在子载波解调单元34中，接收到的子载波符号SSRS被解调并恢复符号SRS，s＝1、2、...、N。然后，符号在符号转换单元35中被转换成并行位，并且并行-串行转换器36将成组的并行位转换成数字串行信号DSR。
接收到的子载波复用信号SMSR的时间抖动被受控抖动补偿单元32补偿，其为可控延迟。
将关于特别子载波***解释补偿方法的细节。作为示例，在图3中举例说明OFDM（正交频分复用）***。在发送机1OT中，用OFDM调制单元12F来取代子载波调制单元12，并且在接收机3OT中，用OFDM解调器33F_34F来取代分离单元33和解调单元34。稍后解释用于补偿的元件。
在图4中举例说明OFDM***的基本部分，其仅用于说明OFDM部分。未示出符号的生成和光学调制/解调。OFDM发送机12F_13F接收如前所述的已经被转换成符号STS的信号DST的位。在所示的模拟***中，符号ST1-STN被调制器MO1-MON调制到子载波SCS = exp(j2πfst)上，s＝1、2、...、N。所生成的子载波符号被组合成子载波复用信号SMST并在传输信道CH2/传输网络2中被传送，在那里，其被由H(f，P)所指示的不同的扰乱线性和非线性效应损害，其中，H(f)＝频率相关效应且H(P)＝功率相关效应，其引起所传送的STS符号STS的时间/相位抖动。
在数字***中，一组符号ST1、ST2、...、STN通过逆傅立叶变换FFT-1被并行转换成子载波符号SSTS＝SST1、SST2、...、SSTN。
在图4所示的模拟OFDM***中，接收到的子载波复用信号SMSR被馈送到OFDM解调器33F_34F，在那里，其在分离器33F中被分离并连同相关子载波频率-SCS = exp(- j2πfSt)一起馈送到相关器CO1-CON。由于除一个之外的所有子载波信号与被供应给相关器的子载波正交，因此这仅输出具有相同载波频率的符号SRS的一个序列。
在数字OFDM***中，通过应用快速傅立叶变换来对接收到的子载波复用信号SMSR进行解调以恢复符号SRS＝SR1、SR2、...、SRN。
通过以下各项来应用时间/相位修正
· 通过向公共抖动修正单元32施加时间修正信号TC来修正整个OFDMR信号的时间抖动，或者
· 向被***在相关器COS的信号路径中的抖动修正元件32S施加单独时间修正信号TCS。
当然，在现代技术中，由数字计算机来处理调制和解调。延迟元件是受控存储单元并通过改变数字值来执行修正。因此，必须将图中所示的元件理解为功能单元。
为了补偿时间/相位抖动，必须在接收机处生成控制信号。因此，在发送机处由子载波生成单元15（图3）来生成相位比较信号CST并将其作为SMST的一部分与所述符号一起并行传送到接收机。
一种可能性是生成未调制的子载波信号作为相位比较信号CST（图2，可以与其它子载波信号类似地对其进行处理）。参考图3和图4，与子载波SCS一起生成并与子载波符号SSTS一起传送正交相位比较信号CST（图3、图4）。所有接收到的信号、即形成子载波复用信号SMSR的并行接收到的子载波符号SSRS和接收到的相位比较信号CSR具有近似相同的损伤：相同的时间失真。
图3的接收机示出串联地连接在载波解调单元31（光电二极管）与OFDM解调器33F_34F之间的延迟元件39和时间抖动修正单元32。
必须恢复接收到的相位比较信号CSR以补偿损伤。可以在图3所示的FFT控制处理器34C中由FFT（快速傅立叶变换）来恢复CSR。因此，在第一实施例中，FFT控制处理器34C也被连接到载波解调单元31。将恢复的相位比较信号CSR与内部稳定相位参考信号PSREF相比较（关联)。输出信号表示用于每个调制段（符号持续时间）的两个信号之间的平均相位差（ΦREF – ΦC）。串联地与FFT控制处理器34C相连的抖动控制电路38T计算并输出时间抖动控制信号TC，其控制被与延迟元件39串联地***在主信号路径中的时间抖动修正单元32。根据抖动控制信号TC的值来改变延迟修正单元32的延迟，TC = (ΦREF – ΦC)/ ωREF（1），其中ωREF-相位参考信号的角频率。
可以在调制段连续地改变延迟的持续时间期间或在调制段中间执行修正。类似于直接比较相位比较信号CSR和相位参考信号PSREF的特别处理产生更实际的控制信号。然后在OFDM解调器33F_34F中对包括所有已补偿子载波符号SSRS的抖动补偿的OFDM信号SMSC进行解调。在大多数实施例中需要具有约为调制段（符号）的时间延迟的延迟元件39，因为必须首先确定抖动修正值TC。
由于损伤对于所有子载波信号而言略有不同，所以可以计算增强抖动修正值，引入抖动修正因数KTS：
TCES = KTS(ΦREF – ΦC) /ωREF + ΔtS   （2）
还可以添加恒定延迟时间ΔtS以补偿子载波信号的不同转接时间（transit time）。对于单独抖动而言，通过改变图4中的元件32S的延迟时间来执行补偿。
等效的修正方法是接收机中的所有子载波信号SCS = exp(-j2πfSt)的相应时移。
图5示出接收机3OP的另一实施例。在数字实施例中，修正已恢复符号SDS的实际相位值。相位或时间抖动的修正是等效方法，但是本领域的技术人员可以根据所选的设计或预期改进来选择一种方法。
由同一OFDM解调器33F_34F来输出此接收机中的相位比较信号和符号的相位失真。然后，在相位控制单元38P中根据下式来计算用于所有已解调符号SDS的相位修正值ΦCS = ΦC1 – ΦCS，
ΦCS = (ΦREF – ΦC)ωS/ωREF)    （3）
其中，
ΦCS＝子载波信号的载波/符号的相位修正值，s＝1、2、…、N，
ΦREF＝参考信号的相位，
ΦC＝相位监视信号的相位，
ωS＝2πfS子载波的角频率，
ωREF = 2πfREF相位参考信号的角频率。
在符号修正单元40中通过修正所有已恢复符号SDS（这些是未修正已解调符号）的相位值来单独地对其执行相位修正。这比符号的实数和虚数值的修正更容易。如果需要，根据调制模式，还可以根据接收到的相位监视信号的振幅变化来修正符号的振幅值。
在本实施例中，相位控制单元38P正在例如从前向纠错单元37接收另一延迟相位修正值ΔΦS以使错误率最小化。将这些延迟修正值与所计算的相位修正值相加。
ΦCES = KPS(ΦREF – ΦC) (ωS/ωREF) + ΔΦS     (4)
可以由延迟修正来补偿子载波的延迟差。
由于损伤对于所有子载波信号/符号而言略有不同，所以可以添加修正因数KS以导出增强修正值ΦCES。相位修正因数KPS可以被存储在地址表中，在考虑FEC解码器的输出的情况下导出，或者使用多项式KPS = A + B(ωS/ωREF) +C(ωS/ωREF)2（5）根据几个测量值来计算，这得到ΦCES = ( (A+B(ωS/ωREF)+C (ωS/ωREF)2) (ΦREF – ΦC) + ΔΦS (6), 其中，A、B、C = 恒定因数。
可以以类似的方式来修正接收到的符号的振幅。将接收到的相位比较信号（或每个子载波信号）的长期振幅平均值ALT与实际调制段AAC的振幅相比较。根据振幅修正值来修正所有恢复符号的振幅
AC = ALT/AAC     (7)。
使用FEC（前向纠错）来输出无错修正信号DSRC。可以对并行或串行位应用修正。单独地针对每个子载波符号流，使用修正EC的数目来使图4实施例中的时间修正值/因数或图5实施例中的相位修正值/因数最优化。当所执行的修正的相关数目是最小值时，达到最佳值。
参考符号
DST        输入串行数据信号
DSR         输出串行数据信号
DSRC      DSR FEC已修正串行数据信号
SMST      发送机（TX）处的（电）子载波复用信号
OSMT      在TX的处传送的光学子载波复用信号
OSMR     接收到的光学子载波复用信号
SMSR      接收机处的（电）SMS
STS          TX处的符号
SSTS        TX处的子载波符号
SSRS        接收到的子载波符号
SRS          传送的/输出的/修正的符号
SD1-N       检测的符号
CST         传送的相位比较信号
CSR         接收到的相位比较信号
PSREF       相位参考信号
1              发送机
1OF         OFDM发送机
2              传输网络（光纤）
3              接收机
3OT         具有抖动修正的OFDM接收机
3OP         具有相位修正的OFDM接收机
10             串行-并行转换器
11             符号生成单元
12             子载波调制单元
FFT         快速傅立叶变换
OFDM     正交频分复用
OFDMS   OFDM信号
12F          FFT-1处理器单元
12F_13F   OFDM调制器
13             组合器
14             光学调制单元
15             子载波生成单元
CH1         第一信道
3OT         用于时间抖动修正的OFDM接收机
3OP         用于相位抖动修正的OFDM接收机
31             载波解调单元
32             抖动修正单元
32s            抖动修正元件
33             分离单元
33F          分离器
33F_34F   OFDM解调器
34             子载波解调单元
34C          FFT控制处理器
34F          FFT处理器
35             修正单元
35S           第s个修正电路
35             符号转换单元
36             并行-串行转换器
37             FEC解码器单元
38T          抖动控制单元
38P          相位控制单元
39             延迟元件
40             符号修正单元
41             FEC解码器
SCS           子载波信号
CS            相位比较信号
TC            抖动修正信号/值
TCES        增强单独抖动修正值
ΦCS          相位修正值
ΦCES       增强相位修正值
ΦREF         参考信号的相位
ΦC            相位比较信号的相位
ΔΦS          相位延迟修正值
ΔtS            时间延迟修正值
KS              修正因数
ωS             2πfs 子载波的角频率
A, B, C      因数
ωREF        2πfREF相位参考信号的角频率
AAC           实际振幅
ALT           长时间平均振幅
AC = ALT/AAC    振幅修正因数
DSRC       FEC修正数据信号
EC            纠错

Claims (21)

1. 子载波复用***，其在发送机（1）中并行地将符号（STS; s= 1、2 ...、N）调制到子载波上并将已调制子载波符号（SSTS）组合成子载波复用信号（SMST），将子载波复用信号调制到光学载波上并在传输信道（CH2）中将光学子载波复用信号（OSMT）传送到接收机（3），其中，接收到的光学子载波复用信号（OSMR）被转换成子载波复用信号（SMSR）、已解调和已恢复符号（SRS）输出，其特征在于
发送机（1）被设计为用于生成相位比较信号（CST）并在光学网络（2）的同一传输信道（CH2）中连同所述光学子载波复用信号（OSMT）一起传送相位比较信号（CST），
接收机（3）被设计为用于针对并行接收到的子载波（SSRS）符号的每个调制段测量相位参考信号（PSREF）与相位比较信号（CSR）之间的相位失真（Φref – ΦC），
根据接收到的相位比较信号（CSR）的相位失真（ΦREF – ΦC）计算至少一个修正值（ΦCS, TCS）并修正所有并行接收的或恢复的子载波符号（SSRS, SDSS）的时间抖动或相位损伤。
2. 权利要求1的子载波复用***，其特征在于
根据接收到的相位比较信号（CSR）的相位失真（ΦREF – ΦC）由同一时移来修正所有并行接收的子载波符号（SSRS）的时间抖动。
3. 权利要求2的子载波复用***，其特征在于
计算公共时间抖动修正值TC = (ΦREF – ΦC) /ωREF，其中， 
ωREF =2πfREF 相位比较信号PSREF的角频率，
ΦREF - 相位参考信号的相位，
ΦC - 接收到的相位比较信号CSR的相位。
4. 权利要求2的子载波复用***，其特征在于
考虑接收到的子载波符号（SSRS）的不同时间抖动，计算用于接收到的子载波符号（SSRS）的单独相位修正的增强抖动修正值（TCES）。
5. 权利要求4的子载波复用***，其特征在于
考虑接收到的子载波符号（SSRS）的不同时间抖动，根据接收到的相位比较信号（CSR）的相位失真（ΦREF – ΦC）和时间抖动修正因数（KTS）来计算用于每个并行接收到的子载波符号（SSRS）的单独时间抖动修正的增强抖动修正值（TCES）。
6.TCES = KTS (ΦREF – ΦC) /ωREF，其中
ωREF =2πfREF相位比较信号PSREF的角频率，
ΦREF -相位参考信号的相位，
ΦC - 接收到的相位比较信号CSR的相位。
7. 权利要求5的子载波复用***，其特征在于
通过添加延迟修正值（ΔtS）来使增强抖动修正值（TCES）最优化以使数据错误率最小化： 
TCES = KTS(ΦREF – ΦC) /ωREF + ΔtS。
8. 权利要求5或6中的一项的子载波复用***，其特征在于
施加FEC修正以输出已修正数据信号（DSCR），以及 
使由最小数据错误率所指示的增强抖动修正因数（KTS）和/或延迟修正值（ΔtS）最优化。
9. 权利要求4、5或6的子载波复用***，其特征在于
子载波***是OFDM***，并由延迟元件（32S）单独地对被馈送给OFDM接收机（3OT）的FFT（快速前向傅立叶）解调器（33F_34F）中的相关器（COS）的接收到的子载波符号（SSRS）进行抖动修正。
10. 权利要求1的子载波复用***，其特征在于
根据接收到的相位比较信号（CSR）的相位失真（ΦREF – ΦC）来修正所有并行恢复的符号（SDS）的相位抖动。
11. 权利要求9的子载波复用***，其特征在于
由所计算的相位修正值单独地修正每个接收到的子载波符号（SSRS）或恢复的子载波符号（SDS）的相位损伤： 
ΦCs = (ΦREF – ΦC)ωs/ωREF)，其中
ΦCS =载波信号的载波/符号的相位修正，s = 1、2、...、N，
ΦREF =参考信号的相位，
ΦC =相位监视信号的相位，
ωS = 2πfS子载波的角频率，
ωREF =2πfREF相位参考信号PSREF的角频率，
权利要求10的子载波复用***，其特征在于
由增强相位修正值（ΦCES）来单独地修正每个接收到的子载波符号（SSRS）或恢复的符号（SDS）的相位损伤，这意指考虑接收到的子载波符号（SSRS）的单独相位抖动的修正因数（KS；s＝1、2、...、N）： 
ΦCES = KS (ΦREF – ΦC) ωS/ωREF)，其中
KS = 修正因数。
12. 权利要求10或11的子载波复用***，其特征在于
根据下式将相位延迟修正值（ΔΦS）加到增强相位修正值（ΦCS）： 
ΦCDS = Ks (ΦREF – ΦC) ωS/ωREF + ΔΦS，其中
ΔΦS =相位延迟修正值。
13. 权利要求11或12的子载波复用***，其特征在于
考虑所存储的相位修正因数（KPS）计算用于恢复的符号（SDS）的单独相位修正的增强相位修正值（ΦCES）。
14. 权利要求11、12或13的子载波复用***，其特征在于
依照根据相位失真（ΦREF – ΦC）的多项式来计算用于并行接收到的子载波符号（SSRS）或所检测的符号（SDS）的相位修正值（ΦCS）。
15. 权利要求14的子载波复用***，其特征在于
根据下式来计算增强修正值（ΦCES）： 
ΦCES = (ΦREF – ΦC) (A+B (ωS/ωREF)+C (ωS/ωREF)2)，其中
A, B, C = 由测量或计算导出的因数。
16. 权利要求11至13中的一项的子载波复用***，其特征在于 
施加FEC修正以输出数据信号（DSRC），并使由最小数据错误率所指示的增强相位抖动修正值（TCES）和相位延迟因数（ΔΦS）最优化。
17. 根据前述权利要求中的一项的子载波复用***，其特征在于
子载波***是OFDM***。
18. 权利要求10至18中的一项的子载波复用***，其特征在于
修正所检测的符号（SD1-SDN）的相位或实数和虚数值以获得已修正符号（SRS）。
19. 权利要求1至17中的一项的子载波复用***，其特征在于
根据接收到的相位比较信号的长时间平均振幅与被关联到实际接收到的子载波符号（SSRS）的调制段的振幅之间的比较来修正恢复的符号（SDS）的振幅。
20. 前述权利要求中的一项的子载波复用***，其特征在于
对接收到的子载波复用信号（SMS；OFDMS）进行采样并且以数字方式来处理接收机功能和/或发送机功能。
21. 前述权利要求中的一项的子载波复用***，其特征在于
相位比较信号（CST、CSR）是未调制子载波。
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