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1、10申请公布号CN102340477A43申请公布日20120201CN102340477ACN102340477A21申请号201110259768722申请日20110905H04L27/26200601H04B10/14520060171申请人北京邮电大学地址100876北京市西土城路10号72发明人忻向军张丽佳张琦王拥军尹霄丽赵同刚马建新饶岚张晓磊刘博刘皎王凯民及睿曹田原全新张星关昕54发明名称基于光正交频分复用的100GBIT/S光信号发射系统和方法57摘要本发明提供了一种基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统和方法。该发射系统中包含的偏振复用模块利用偏振分束。
2、器将光载波分成偏振方向垂直的两束光。对这两路光载波分别进行副载波调制得到两路偏振正交的副载波复用调制信号；发射系统包含的副载波复用模块，采用两级马赫曾德调制器MZM级联的方式来产生多个边带的光副载波，并利用直流电源控制调制器使其处于载波抑制状态产生多个边带光副载波；发射系统包含的波形产生模块利用任意波形发生器将低速的数字信号序列转换成为I/Q两路模拟的信号波形，用该两路模拟信号波形来驱动IQ调制器产生光OFDM信号；最后利用偏振合束器将已调的两束偏振方向正交的光信号耦合在一起进入传输链路中。采用本发明的系统和方法，能够在低成本的基础上实现100GBIT/OOFDM信号的发射。51INTCL19。
3、中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图5页CN102340491A1/2页21一种基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统，其特征在于，该系统包括所述发射系统中包含的光源模块来产生光载波，利用副载波调制和偏振复用来提高信号的速率；2根据权利要求书1所述的系统，其特征在于，所述的光源模块包括所述光源模块利用发光二极管LD来产生光载波。3根据权利要求书1所述的系统，其特征在于，所述的偏振分束模块包括偏振分束器所述的偏振分束模块利用偏振分束器将光载波成偏振方向垂直的两束光，即X偏振和Y偏振两路，再将该偏振方向垂直的两路光载波送入上下支路中分别进。
4、行调制；4根据权利要求书1所述的系统，其特征在于，所述的副载波复用调制模块包括第一级副载波调制模块和第二级副载波调制模块；所述第一级副载波调制模块首先对光载波进行调制，使其产生出两个边带的光副载波；所述第二级副载波复用调制模块接着对第一级副载波模块调制输出的光副载波进行调制，使其产生出六个边带的光副载波，共有7个光载波来加载信息。5根据权利要求书4所述，其特征在于，所述的第一级副载波复用调制模块包括射频源、光调制器和直流电源；所述射频源产生正弦射频信号，并将该射频信号输出至光调制器的一个电信号输入端口；所述光调制器利用马赫曾德尔调制器MZM来对光载波进行调制，其一端输入光载波，一端输入射频信号。
5、，并且直流电源对其进行控制；所述直流电源控制光调制器，使其处于载波抑制状态，使得调制后的光载波产生两个边带的副载波。6根据权利要求书4所述，其特征在于，所述第二级副载波复用调制模块包括射频源、光调制器和直流电源；所述射频源产生正弦射频信号，并将该射频信号输出至光调制器的一个电信号输入端口；所述光调制器利用马赫曾德尔调制器MZM来对光载波进行调制，其一端输入光载波，一端输入射频信号，并且直流电源对其进行控制；所述直流电源控制光调制器，使其处于载波抑制状态，使得调制后的光载波产生六个边带的副载波。7根据权利要求书1所述，其特征在于，所述信号加载模块包括信号序列产生模块，波形产生模块和IQ调制模块所。
6、述信号序列产生模块利用MATLAB产生低速的基带信号序列，将该序列输出至波形产生模块；所述波形产生模块利用任意波形发生器来产生两路I/Q模拟的信号波形；所述IQ调制器输入端的光波是经过两级副载波复用调制后产生的具有7个光载波的光波，并利用波形发生器产生的I，Q两路模拟信号波形来驱动IQ调制器产生光信号波形，其作用是将信号加载到各个光载波上，实现OOFDM信号的产生，并降低了单个光载波上的权利要求书CN102340477ACN102340491A2/2页3信号速率。8根据权利要求书1所述，其特征在于，所述偏振合束模块包括所述偏振合束模块利用偏振合束器将已调的两束偏振方向正交的光信号耦合在一起进入。
7、传输链路中，耦合之后总的信号速率达100GBIT/S。权利要求书CN102340477ACN102340491A1/5页4基于光正交频分复用的100GBIT/S光信号发射系统和方法技术领域0001本发明涉及光通信领域，特别涉及一种新的基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统和方法。背景技术0002正交频分复用OFDM是一种特殊的多载波技术，通过延长传输符号的周期来增强抵抗多径衰落的能力，是一种新型高效的数字调制技术。将OFDM技术应用到光通信领域的光正交频分复用技术OOFDM作为一种频域调制技术，具有很高的频谱利用率、很强的色度色散CD和偏振模色散PMD容忍能力的优点，是。
8、一种非常有潜力的高速长距离光通信技术。目前已有的报道中，使用OOFDM技术的传输实验，最高的数据速率是110GBIT/S。已有的OOFDM传输系统发射机的设计由于受到当今电子D/A转换器件处理速度的限制并不具备现实可行性。0003基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统的实现方法，原理上可以用100GB/S的电信号经IFFT后再通过基带或带通OFDM信号调制光载波产生，但实际上受当今电子D/A转换器件的处理速度的限制，根本不具备可行性；通过偏振复用实现高速OOFDM的传输实验，525GBIT/S的OFDM信号在常规光纤中传输了4160KM，由于模/数A/D和数/模D/A转。
9、换器的带宽有限，此方法无法实现100GBIT/SOOFDM信号的生成；110GBIT/SOOFDM传输实验中，常规光纤中传输了80KM，这是目前见到的最高速率OOFDM报道，但此系统中OOFDM信号实际是通过波分复用WDM的方法产生的。因此直接产生一路100GBIT/S的OOFDM信号根本不具备可行性。0004而现有的产生100GBIT/S光正交频分复用OOFDM信号的方法主要是利用射频信号和混频器在电域产生多边带的OFDM信号，再将该OFDM信号加载到光载波上。这样的系统结构比较复杂，而且成本较高。为了降低系统的复杂度和系统的成本，本发明在光域运用级联调制来产生多个边带光副载波，在多个边带的。
10、副载波上同时加载信息，实现100GBIT/SOOFDM信号的产生。这种方法在降低基带信号传输速率的同时也降低了对A/D和D/A转换器速率的要求，使得系统的成本大大的降低。0005图1为现有的产生100GBIT/S光正交频分复用OOFDM信号的结构示意图。现结合图1，对现有的产生100GBIT/S光正交频分复用OOFDM信号的方法进行说明，具体如下0006光源模块用LD101来产生光载波，将该光载波输出至偏振分束器PBS102，PBS的作用是将光载波分成偏振方向垂直的两束光，然后再分别采用调制器106将电OFDM信号调制到光载波上。在电OFDM产生模块中，先将两路速率相同的基带OFDM信号分别与。
11、射频源103和104产生的射频信号RF1和RF2通过混频器105进行混频，目的是将基带的OFDM信号进行频谱搬移，然后用该信号来驱动调制器106。调制器处于载波抑制状态，使其输出信号产生两个上、下边带，共四个边带，如109和110所示，其中109为X方向的光波信号，110为Y方向的光波信号。再通过偏振合波器PBC107将两路光信号复用在一起进行传输。可调谐光滤波器TOF108用来滤除其中的上边带或这下边带，以防止色散引起两个边带的走离现象。说明书CN102340477ACN102340491A2/5页5并利用上下边带复用来使得OOFDM信号的速率提升至100GBIT/S。0007上述现有的10。
12、0GBIT/S光正交频分复用OOFDM方法结构复杂，其中应用到混频器等器件数量比较多，价格比较昂贵。因此，利用目前有限带宽的A/D和数/模D/A转换器来实现100GBIT/S的OOFDM发射系统和方法是迫在眉睫的。发明内容0008有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统和方法，该方法利用目前有限带宽的模/数A/D和数/模D/A转换器，降低了实现的成本；并能够降低COOFDM系统对DAC和ADC采样率的要求，从而克服了A/D和D/A转换器带宽的电子瓶颈。0009为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的0010由上述的技术方案可见，本。
13、发明提供了一种基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统和方法，发射系统中包含的光源模块利用LD201来产生光载波；发射系统包含的偏振复用模块利用偏振分束器202将光载波分成偏振方向垂直的两束光，即X偏振和Y偏振两路。对这两路光载波分别进行副载波调制得到两路偏振正交的副载波复用调制信号；发射系统包含的副载波复用模块，采用两个调制器212和215级联的方式来产生多个边带的光副载波，其中，利用直流电源213来控制调制器212，使其处于载波抑制状态，这样将会产生两个边带的载波，如模块217中所示，接着将该载波输出至调制器215中继续进行调制。调制器215用射频源214产生的射频信。
14、号RF2进行驱动，并用直流电源216来控制调制器215，使其处于载波抑制状态，这样共有六个边带产生，如模块218所示，再在该多载波上加载信息，实现副载波复用产生OOFDM信号；发射系统包含的基带信号序列产生模块利用MATLAB产生低速的基带信号序列241；发射系统包含的波形产生模块利用任意波形发生器242来产生两路I/Q模拟的信号波形；发射系统包含的IQ调制模块利用波形发生器产生的I，Q两路模拟信号波形来驱动IQ调制器243产生光信号波形；发射系统包含的偏振复用模块利用偏振合束器203将已调的两束偏振方向正交的光信号耦合在一起进入传输链路中。该发明提出的方法在低成本的基础上实现了光信号的高速传。
15、输，即100GBIT/S的OOFDM信号传输。附图说明0011图1为现有100GBIT/S光正交频分复用OOFDM发射系统的结构示意图。0012图2为新的100GBIT/S光正交频分复用OOFDM发射系统的结构示意图。0013图3为采用偏振复用方式提高OOFDM信号速率的结构示意图。0014图4为副载波调制产生OOFDM信号的结构示意图。0015图5为采用偏振复用和副载波复用提高OOFDM信号速率的结构示意图。0016图6为本发明基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统和方法的流程图。0017具体实施方法0018为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图。
16、并举实施例，对本发明进一步详细说明。说明书CN102340477ACN102340491A3/5页60019本发明提供了基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号产生方法。0020该方法中发射装置首先采用基于调制器级联形成的副载波复用与偏振复用相结合的方式来产生光正交频分复用OOFDM信号。这种方式的价值在于可以消除光纤色散影响。所述这种方式的实现需要采用两级马赫曾德调制器MZM级联的方式，通过精确调整其驱动电压、偏置电压以及偏振态，从而实现高速OOFDM信号的产生。0021所述这种方式的价值在于突破了由D/A转换器生成OFDM信号时的带宽限制。采用副载波复用和偏振复用相结合的方式。
17、，并对每路都进行载波抑制调制，充分利用所产生的副载波资源，使得各个副载波携带信号之和达到100GBIT/S的速率。0022图3为采用偏振复用方式提高OOFDM信号速率的结构示意图。图4为副载波调制产生OOFDM信号的结构示意图。图5为采用偏振复用和副载波复用提高OOFDM信号速率的结构示意图。现结合图3、图4和图5具体说明如何利用偏振复用和副载波复用一步一步来提高OOFDM速率的方法，具体说明如下0023如图3所示，利用偏振复用来提高OOFDM信号的速率。在图3中，利用光源模块LD301产生的光载波，将该光载波输出至偏振分束器PBS302。PBS的作用是将光载波分成偏振方向正交的两束光，即X偏。
18、振方向和Y偏振方向。将偏振方向不同的光载波分别送入上下两路中的调制模块MZM305和306中进行调制，调制器驱动所用的基带OFDM信号303仍然用MATLAB产生。然后将上下两路已调光载波输出至偏振合束器PBC307中将两束偏振方向正交的光束耦合在一起。采用了偏振复用之后，将OOFDM信号的速率提升了一倍。0024图3所述的OOFDM信号仍然是通过光载基带OFDM产生的，受限于当今电子器件20GBIT/SOFDM基带信号处理速率的限制，通过改变调制格式及偏振复用承载基带OFDM的OOFDM最高速率也只能达到40GBIT/S。为了进一步提高OOFDM信号的速率，可以用不同副载波RF信号将基带OF。
19、DM信号进行频谱搬移、并复用的方式。图4为采用副载波调制产生OOFDM信号的结构示意图。首先用调制器模块403将射频源402产生的射频信号RF1调制到光源401产生的光载波上。其中用直流电源DC404来控制调制器403，使其处于载波抑制状态，这样将会产生两个边带的载波，如模块409中所示。再将该载波输出至调制器406中继续进行调制。调制器406用射频源405产生的射频信号RF2进行驱动，并用直流电源DC407来控制调制器406，使其处于载波抑制状态，这样共有六个边带的副载波产生，如模块410所示。再将该载波输出至调制器408中进行信号加载，由于总共有7个载波可以用来加载100GBIT/S的信号。
20、，故每个载波上的信号速率可以降至为15GBIT/S左右。0025图5为同时采用偏振复用和副载波复用产生OOFDM信号的结构示意图。光源LD501产生的光载波通过PBS502将其分成偏振方向正交的两路光，即X偏振和Y偏振两路。对这两路光载波分别进行副载波调制得到两路偏振正交的副载波复用调制信号。其中，副载波复用采用两级副载波调制。首先用调制器MZM512将射频源511产生的射频信号RF1调制到PBS502输出的X偏振光载波上，利用直流电源513来控制调制器MZM512，使其处于载波抑制状态，这样将会产生两个边带的载波，如模块517中所示。再将该载波输出至调制器515中继续进行调制。调制器MZM5。
21、15用射频源514产生的射频信号RF2进行驱动，并用直流电源516来控制调制器515，使其处于载波抑制状态，这样共有六个边带产生，如模块518所示。再将该载波输出至IQ调制器543中进行信号加载。加载的信号的产生方法如下首先由信号序列541产生一系列的数字信号，将该数字序列输出至任意波形发生器AWG542中产说明书CN102340477ACN102340491A4/5页7生模拟的信号波形，AWG输出I/Q两路模拟信号波形；再用该I/Q两路模拟波形对IQ调制器进行驱动完成信息的加载。然后将已调制的光载波信号输出。对于Y支路的调制方式X支路相同，这里就不再赘述。最后将两路偏振方向正交的副载波复用信。
22、号输出至PBC503中合在一起送入链路中进行传输。该方法中首先采用两次副载波调制共得到了7个载波用来加载信号，可将信号速率降低7倍；其次再加上偏振复用之后，速率可降低至14倍，即基带中的信号速率为75GBIT/S左右就可以满足100GBIT/S的信号传输。使用这种方法可以使其对A/D和D/A转换器的速率要求大大降低，用现有的器件就可以满足高速率的信号传输。0026图6为本发明基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统和方法的流程图。现结合图6，对本发明基于光正交频分复用OOFDM的100GBIT/S光信号发射系统和方法进行说明，具体如下0027步骤601利用偏振分束器将光源。
23、产生的光载波分成偏振方向正交的两束光。0028在该步骤中，具体的方法如下0029步骤6011，用光源LD产生光载波信号，并将该光载波输出至偏振分束器中；0030步骤6011，利用偏振分束器将光载波分成偏振方向正交的两束光载波，即X方向偏振光和Y方向偏振光；0031步骤6012，将两个偏振方向垂直的光载波输出至副载波复用调制模块进行调制。0032步骤602利用级联的调制器对正交的两路光载波进行副载波调制。0033在该步骤中，具体的调制方法如下0034步骤6021，用射频信号驱动第一个MZM调制器，用直流电源控制该调制器使其处于载波抑制状态，使得调制后的光载波产生出两个边带的光副载波；0035步骤。
24、6022，将步骤6021中产生的光副载波输出至第二个MZM调制器中继续进行副载波调制，同样用直流电源控制该调制器使其处于载波抑制状态，经过第二次副载波调制之后，会产生出6个边带的光副载波，这样共有7个光载波可以用来加载信号。0036步骤603利用波形发生器来产生IQ两路模拟信号波形。0037在该步骤中，具体的信号波形产生方法如下0038步骤6031，用MATLAB产生低速率的基带信号数字序列；0039步骤6032，将数字序列输出至任意波形发生器AWG中，利用AWG将数字序列转化为IQ两路模拟信号波形。0040步骤604利用IQ调制器将信号加载到各个副载波上实现OOFDM信号。0041在该步骤中。
25、，具体实现方法如下0042步骤6041，将副载波复用之后输出的光副载波输入到IQ调制器中，作为IQ调制器的光载波；0043步骤6041，用步骤603输出的IQ模拟信号波形来驱动IQ调制器，将信号加载到各个光副载波上，实现OOFDM信号。0044步骤605利用偏振合束器实现偏振复用提高OOFDM信号的速率，即将已加载信号的两个偏振方向的光信号输出至偏振合束器中进行合束，并输出至链路中进行传输。0045在该实施例中，副载波复用采用的是两级级联的方式，偏振复用采用的是X方向与Y方向偏振复用的方式。0046如图5所示，光源LD501产生的光载波通过PBS502将其分成偏振方向正交的两路说明书CN102。
26、340477ACN102340491A5/5页8光，即X偏振和Y偏振两路。对这两路光载波分别进行副载波调制得到两路偏振正交的副载波复用调制信号。其中，副载波复用采用两级副载波调制。用调制器MZM512将射频源511产生的射频信号RF1调制到PBS502输出的X偏振光载波上，利用直流电源513来控制调制器MZM512，使其处于载波抑制状态，这样将会产生两个边带的载波，再将该载波输出至调制器515中继续进行调制。调制器MZM515用射频源514产生的射频信号RF2进行驱动，并用直流电源516来控制调制器515，使其处于载波抑制状态，这样共有六个边带产生，再将该载波输出至IQ调制器543中进行信号加。
27、载。加载的信号的产生方法如下首先由信号序列541产生一系列的数字信号，将该数字序列输出至任意波形发生器AWG542中产生模拟的信号波形，AWG输出I/Q两路模拟信号波形；再用该I/Q两路模拟波形对IQ调制器进行驱动完成信息的加载。然后将已调制的光载波信号输出。对于Y支路的调制方式X支路相同，这里就不再赘述。最后将两路偏振方向正交的副载波复用信号输出至PBC503中合在一起送入链路中进行传输。0047本实施例的光源模块利用LD201来产生光载波；本实施例中的偏振复用模块利用偏振分束器202将光载波分成偏振方向垂直的两束光，即X偏振和Y偏振两路，对这两路光载波分别进行副载波调制得到两路偏振正交的副。
28、载波复用调制信号；本实施例中的副载波复用模块，采用两个调制器212和215级联的方式来产生多个边带的光副载波，其中，利用直流电源213来控制调制器212，使其处于载波抑制状态，这样将会产生两个边带的载波，接着将该载波输出至调制器215中继续进行调制。调制器215用射频源214产生的射频信号RF2进行驱动，并用直流电源216来控制调制器215，使其处于载波抑制状态，这样共有六个边带产生，再在该多载波上加载信息，实现副载波复用产生OOFDM信号；本实施例中的基带信号序列产生模块利用MATLAB产生低速的基带信号序列241；本实施例中的波形产生模块利用任意波形发生器242来产生两路I/Q模拟的信号波。
29、形；本实施例中的IQ调制模块利用波形发生器产生的I，Q两路模拟信号波形来驱动IQ调制器243产生光信号波形；本实施例中的偏振复用模块利用偏振合束器203将已调的两束偏振方向正交的光信号耦合在一起进入传输链路中。本实施例中利用比较低的成本实现了100GBIT/S光正交频分复用信号的发射。0048以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。说明书CN102340477ACN102340491A1/5页9图1说明书附图CN102340477ACN102340491A2/5页10图2说明书附图CN102340477ACN102340491A3/5页11图3图4说明书附图CN102340477ACN102340491A4/5页12图5说明书附图CN102340477ACN102340491A5/5页13图6说明书附图CN102340477A。