射频域进行OFDM解复用的方法及其应用系统

技术领域

本发明涉及光OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)通信领域，具体来讲涉及射频域进行 OFDM解复用的方法及其应用系统。

背景技术

随着对光传输容量需求的不断增加，商用光通信中单波道的传输 速率已达到100Gbps，而单波道超100Gbps则成为业界前沿研究的 热点。光OFDM正是实现单波道超100Gbps传输的重要技术选择。

全光OFDM系统中，如图1所示，光OFDM接收机由光FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏变换)组件在光域进行FFT，以实 现OFDM解复用。经过传输到达光OFDM接收机的信号，在光FFT 组件完成OFDM解复用后，即可交由普通接收机Rx完成接收。

通常光FFT组件主要包括光耦合器、光移相器、光延时器和光 门。如图2所示，为进行4点FFT时的光FFT组件示意图，可以看 出即使只是进行4点FFT，所需的器件数量仍然很多，图2中总共有 7个光耦合器、3个光延迟线、8个光移相器和4个光门。而超100Gbps 传输往往会需要进行16点或更多点的FFT，需要数量庞大的各类光 器件，集成难度大，相应增加的光FFT复杂度将难以接受；光耦合 器数量众多，而每一次的光耦合必然带来3dB功率损失，这在实际 应用中不可接受。另外，基于OFDM的技术原理，对光门的时间要 求非常苛刻，光门实现难度较大；光移相器、光延时器必须有极高的 温度稳定性，温度引起的参数漂移直接影响解复用性能。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种涉及射 频域进行OFDM解复用的方法及其应用系统，其OFDM解复用不是 利用光FFT器件，而是在射频域完成，易于实现；减少器件个数， 避免功率损失，降低应用系统的复杂程度，解复用性能不受影响。

为达到以上目的，本发明提供一种射频域进行OFDM解复用的 方法，包括如下步骤：将光OFDM接收机收到的具有N个OFDM子 信道的光OFDM信号，由M个相干光接收前端转换成M个电射频 信号，且M小于N；将每个电射频信号，在射频域按照快速傅氏变 换原理进行延时、相移、耦合操作，并由模数转换器变成数字信号。

在上述技术方案的基础上，所述M个相干光接收前端分别完整 接收的OFDM子信道数目表示为：M₁，M₂，…，M_M，则 M₁+M₂+…+M_M＝N。

在上述技术方案的基础上，所述光OFDM信号在光电转换器进 行光电转换后，在射频域完成快速傅氏变换，然后进行模数转换变成 数字信号。

在上述技术方案的基础上，所述电射频信号的延时、相移、耦合 操作，分别利用电延迟器、电移相器、电耦合器实现。

在上述技术方案的基础上，若相邻子信道的频率间隔是Δf，子 信道的波特率是B，则所述N个子信道信号复用在一起为 n是信道序号，d_n(t)是第n个信道的符号，f₀是 第一个子信道的载波频率；令t＝kΔt，Δt＝T/N，如果频率间隔与1/T 吻合，其中T为周期，T＝1/B，并且各子信道符号流同步，则在每个 符号内这N个子信道都满足正交性。

在上述技术方案的基础上，所述光OFDM信号，解复用公式为：

$d_n=\stackrel{N-1}{\Sigma }S\left(\mathrm{k\Delta t}\right)e^{-j2\pi (f_0+\mathrm{n\Delta f})\mathrm{k\Delta t}}.$

本发明还提供一种射频域进行OFDM解复用方法的应用系统， 包括光OFDM发射机和光OFDM接收机，二者通过传输链路相连， 所述光OFDM接收机包括多个相干光接收端，每个相干光接收端包 括一个偏振/相位分集混频单元，每个偏振/相位分集混频单元均连接 4个光电转换器，每个光电转换器均依次连接一个快速傅氏变换单元 和一个模数转换器，每个相干光接收端内的4个模数转换器共同连接 一个数字信号处理单元。

在上述技术方案的基础上，所述每个相干光接收端中，其偏振相 位分级混频单0元和与其连接的4个模数转换器组成相干光接收前端。

本发明的有益效果在于：

1.本发明利用射频域技术，不使用光FFT器件，避免了光FFT 器件的诸多缺点，解复用性能不受影响。

2.本发明在射频域利用FFT进行OFDM解复用，利用了相干光 接收前端的频率选择性，接收一定范围内的光OFDM信号频率，所 述范围由本振激光器输出光的频率决定，因此射频域FFT的规模较 光FFT小很多，从而大大降低FFT的复杂度，减少器件个数。

3.本发明FFT在射频域实现，射频域器件技术成熟，相对于光 域器件具有成本低、性能好的优势，FFT在射频域实现比在光域实现 更为简单，降低应用系统的复杂程度，因此易于实现。

附图说明

图1为背景技术中光OFDM接收机的结构框图；

图2为背景技术中光FFT组件进行4点FFT的结构框图；

图3为本发明实施例射频域进行OFDM解复用的方法流程图；

图4为本发明实施例两点FFT的实现原理图；

图5为本发明实施例射频域进行OFDM解复用方法的应用系统 示意图；

图6为图5中一个相干光接收端的示意框图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图3所示，本发明射频域进行OFDM解复用的方法，其具体 步骤为：

S1.光OFDM接收机收到发送端传来的具有N个OFDM子信道 的光OFDM信号。所述N个子信道的信号，如果相邻子信道的频率 间隔是Δf，子信道的波特率是B，则这N个子信道信号复用在一起 的光OFDM信号可表示为：

$s\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{d}_n\left(t\right)e^{j2\pi (f_0+\mathrm{n\Delta f})t}---\left(1\right)$

其中，n是信道序号，d_n(t)是第n个信道的符号，f₀是第一个于信道 的载波频率；令：t＝kΔt，Δt＝T/N，如果频率间隔与1/T(符号周期 T＝1/B)吻合，并且各子信道符号流同步，则在每个符号内这N个子 信道都满足正交性。

S2.将所述N个OFDM子信道的光OFDM信号完成光场在电域 的重建，由M个相干光接收前端转换成M个电射频信号，且M小 于N；M个相干光接收前端分别完整接收的OFDM子信道数目表示 为：M₁，M₂，…，M_M，则M₁+M₂+…+M_M＝N。所述相干光接收前端可以 是单端探测，也可以是平衡探测。光OFDM信号与本振激光器的输 出在偏振/相位分集混频器中进行混频，本振激光器输出光的频率决 定了所接收的频率范围，再由OE(Optical/Electrical converter，光电 转换器)完成光电转换。

S3.每个电射频信号，在射频域按照FFT的原理，利用电延迟器、 电移相器、电耦合器分别进行延时、相移、耦合操作。下面对光OFDM 信号在射频域按照FFT进行OFDM解复用的原理进行说明：

对于经过光电转换后的光OFDM信号，可以被下面的DFT (Discret Fourier Transformation，离散傅里叶变换)操作来解复用：

$d_n=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}S\left(\mathrm{k\Delta t}\right)e^{-j2\pi (f_0+\mathrm{n\Delta f})\mathrm{k\Delta t}}---\left(2\right)$

上述(2)式为得到的OFDM解复用出来的原始数据序列。为了提高 运算效率，DFT功能由FFT完成。以两点FFT操作为例，如图4所 示，输入信号x是有两个OFDM子信道，两个信道的中心频率，即 两个子信道的载波频率分别是f₀、f₁，输入信号x在一个符号周期内 的时域采样为x(0)、x(1)，所述采样经过T/2延时器得到；对其作两 点FFT后，可得到分别对应两个信道的中心频率f₀、f₁的数据X(0)、 X(1)，具体为X(0)＝x(0)+x(1)、X(1)＝x(0)-x(1)。由图中可以看出， 中心频率为f₀的子信道的数据X(0)，可以由信号与其延迟半个符号 周期的拷贝耦合在一起得到。

S4.将在射频域经过FFT得到的信号，由ADC(Analogue to digital  converter，模数转换器)变成数字信号，完成OFDM的解复用。

如图5所示，本发明射频域进行OFDM解复用方法的应用系统， 包括光OFDM发射机和光OFDM接收机，二者通过传输链路相连， 所述光OFDM接收机包括多个相干光接收端，每个相干光接收端包 括一个偏振/相位分集混频单元，每个偏振/相位分集混频单元均连接 4个OE，每个OE均依次连接一个FFT单元和一个ADC，每个相干 光接收端内的4个ADC共同连接一个DSP(Digital Signal Process， 数字信号处理)单元。本实施例中，光OFDM发射机形成包含N个 子信道的光OFDM信号，经传输链路的传输到达光OFDM接收机， 由M个相干光接收前端光电转换后在射频域进行FFT，然后经ADC 得到已OFDM解复用的数字信号。

如图6所示，为其中一个相干光接收端的示意框图，每个相干光 接收端中，其偏振相位分级混频单元和与其连接的4个模数转换器组 成相干光接收前端，光OFDM信号与本振激光器的输出在偏振/相位 分集混频器中进行混频，再由OE完成光电转换。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细 描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。