专利名称：调制设备和方法以及解调设备和方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，并且具体涉及光通信系统中的调制设备和调制方法以及解调设备和解调方法。
背景技术：
今天的光通信已由传统的强度调制向相干光通信发展。在相干光通信中，在接收端采用相干光解调与DSP技术，其中，平衡接收机接收与本征激光器产生的光混频的光信号，并且对其进行相干解调以输出电信号，该电信号由模数转换器(ADC)采样量化以得到多比特精度的数字信号，该数字信号被送往后端的数字信号处理设备处理。ADC的采样速率成为设计高速相干光接收机的主要瓶颈。另外，如果在通信中采用了高阶QAM调制或光相干正交频分复用(OFDM)技术，则不但要在接收端使用高速ADC，在发送端也必须相应地采用高速数模转换器(DAC)。高速DAC同样成为设计高速相干光发射机的主要瓶颈。为了克服DAC与ADC采样速率的瓶颈，在谢伟等人发表的“ 107Gb/SCOherentoptical OFDM transmission over 1000—km SSMF fiber using orthogonalbandmultiplexing”(Optics Express, 2008 ; 16:63 78-86)中提出 了 正交频带复用OFDM(0BM-0FDM)，其使用多个正交的光载波来发送数据。例如，如果使用一个光载波发送100G OFDM光信号，在采用QPSK调制与偏振复用的情况下，需发送25G波特率的信号，所以需要25G采样率的ADC与DAC。但如果用环路频域再生(RFS)产生5个相互正交的光载波，则只需要发送接收5G波特率的光信号，对ADC与DAC采样率的要求也降到了 5G。这种方法的一个缺点是大大增加了所用光器件的数量，而这些光器件都价格昂贵。在上例中，必须使用5套光IQ调制设备与5套光平衡接收设备。而且，在使用多个光载波的情况下，不同光载波需要用光滤波器分开，而光滤波器的成熟程度与陡峭程度不如电滤波器。此外，在Jansen, Sander Lars 等人发表的 “ 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 了通过 RF 方法实现交叉信道OFDM (cross-channel (XC)-OFDM)的方式，并且具体使用了两种调制方式:(I)先将各路基带信号用IQ混频器调到不同中频，再通过双边带调制将其调制到光载波上，这种方式需要使用光滤波器滤除调制中产生的镜像信道(image channel)，否则将占用双倍带宽；(2)先将两路基带信号用IQ混频器调制到同一中频，再将两路中频信号通过4端口 90度定向耦合器混合，然后将该耦合器的两路输出分别连接到光IQ调制器的I端与Q端以进行光调制，这一方式的问题是所述4端口 90度定向耦合器要对整个中频信号频段进行90度相移，而在实际应用中，90度相移器有带宽限制，并且无法对带宽较宽的模拟信号进行准确相移，而光通信中的信号带宽远大于模拟信号。因此，需要一种能够对基带信号进行调制和解调，同时降低对DAC与ADC采样速率的要求的调制设备和调制方法以及解调设备和解调方法。
发明内容
考虑到以上问题而提出了本发明。本发明的目的是提供一种能够对基带信号进行调制和解调，同时降低对DAC与ADC采样速率的要求的调制设备和调制方法以及解调设备和解调方法。根据本发明的一个方面，提供了一种调制设备，用于调制多个基带信号以生成光信号，该调制设备包括:多个电调制单元，用于分别利用所述多个基带信号调制具有不同频率的多个电载波以产生相应的电调制信号；合成器，合成所述多个电调制信号，以生成单个电合成信号；光调制单元，利用所述电合成信号调制单个光载波，以生成所述光信号，其中，所述光信号中对应于各个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该光载波的载波频率两侧。根据本发明的另一方面，提供了一种调制方法，用于调制多个基带信号以生成光信号，该调制方法包括:分别利用所述多个基带信号调制具有不同频率的多个电载波以产生相应的电调制信号；合成所述多个电调制信号，以生成单个电合成信号；利用所述电合成信号调制单个光载波，以生成所述光信号，其中，所述光信号中对应于各个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该光载波的载波频率两侧。根据本发明的另一方面，提供了一种用于将光信号解调多个基带信号，该解调设备包括:光解调单元，利用单个光载波(本征光)将所述光信号解调为单个电信号，其中该光载波的载波频率(本征频率)被选择为使得所述光信号中分别对应于所述多个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该载波频率两侧；多个电解调单元，用于分别利用具有不同频率的多个电载波(本征电载波)对所述电信号进行解调，以获得多个基带信号。根据本发明的另一方面，提供了一种解调方法，用于将光信号解调多个基带信号，该解调方法包括:利用单个光载波(本征光)将所述光信号解调为单个电信号，其中该光载波的载波频率(本征频率)被选择为使得所述光信号中分别对应于所述多个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该光载波的载波频率两侧；分别利用具有不同频率的多个电载波(本征电载波)对所述电信号进行解调，以获得多个基带信号。在本发明的实施例中，在发送端可以将要发送的基带信号分为多路基带信号，将各路基带信道调制到不同频率上以进行频分复用，然后利用频分复用的信号来调制单个光载波，在接收端可以从具有不同频率分量的信号解调出基带信号，这降低了对发送端的DAC与接收端的ADC采样速率的要求，绕开了 ADC和DAC对相干光通信的调制和解调施加的限制。相对于已有的用多路基带信号调制多个光载波来降低DAC和ADC采样速率的方法，节省了昂贵的光调制解调设备。
通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、优点将会变得更加清楚，其中:图1是根据本发明第一实施例的调制设备的框图；图2是示出图1所示的电调制单元的结构的框图；图3A-3D示出通过对基带信号进行电调制得到的信号的频谱示意图；图4是示出根据本发明第一实施例的调制方法的流程图5是示出根据本发明第一实施例的解调设备的框图；图6是示出图5所示的相干检测器的结构的框图；图7是示出图5所示的电解调单元的结构的框图；图8是示出根据本发明第一实施例的解调方法的流程图；图9是示出根据本发明第二实施例的调制设备的框图；图10是示出图9所示的电调制单元的结构的框图；图11是示出根据本发明第二实施例的调制方法的流程图；图12示出根据本发明第二实施例的解调设备的框图；图13是示出图12所示的电解调单元的结构的框图；图14是示出根据本发明第二实施例的解调方法的流程图。
具体实施例方式下面参照附图来描述根据本发明实施例的调制设备和调制方法以及解调设备和解调方法。在附图中，相同的参考标号自始至终表示相同的元件。(第一实施例)首先，将描述根据本发明第一实施例的调制设备和调制方法的原理。发送端在发送端，取代产生携带数据的一路基带信号，信号源产生多路基带信号，所述多路基带信号共同携带要发送给接收端的数据。所述基带信号被调制到光载波上之后，通过光纤线路发送给接收端，从而实现数据通信。如本领域公知的，每个基带信号可以被表示为复数形式I+jQ，其包括两个分量信号，即对应于该复数形式中的I的实部信号(分量)和对应于Q的虚部信号(分量)。假设信号源产生M路基带信号。为了便于说明，令M = 2N+1 (N为非负整数)，则第k路基带信号可以被表示为Ik+jQk(其中k = 0，1，...，土N)。在第一实施例中，首先利用M路基带信号调制具有不同载波频率的M个电载波，生成M个电调制信号。然后，将这M个电调制信号合成为单个电合成信号，并且利用该电合成信号调制单个光载波，以生成光信号。该光信号携带了信号源要发送的数据，其经由光纤线路被发送到接收端。在进行上述光调制时，如果将电合成信号中的M个电调制信号分量都调制到光载波的载波频率的单侧，则在解调时，光载波的载波频率另一侧频带上的信号也会被解调进来，为了避免这种情况，唯一解决方法是不使用载波频率另一侧的频带，但这浪费了光纤线路的可用频带。因此，在本发明的实施例中，在进行上述光调制时，将所述M个电调制信号分量调制到光载波的载波频率两侧。优选地，通过上述电调制和光调制，在频域中，将第k路基带信号调制到中心频率fk = fc+k.f0处，其中f。为光载波的载波频率，f0为相邻两个电载波(因此，电调制信号分量)之间的频率间隔。可以看到，所述光信号中与各个基带信号相对应的信号分量以频率间隔f(|对称地分布于f。两侧。在数学上，上述光调制信号可表示为复数形式:(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。为光载波的角频率，Ω。= 2 π &为相邻两个电载波的角频率间隔。由于在本发明的实施例中，并非使用2N+1个基带信号对2N+1个光载波进行IQ调制，而是先用2N+1个基带信号调制2N+1个不同频率的电载波以生成2N+1个电调制信号，然后利用通过合成这2N+1个电调制信号获得的单个电合成信号来调制单个光载波，因此
可以将式⑴改写为:
(
权利要求
1.一种调制设备，用于调制多个基带信号以生成光信号，该调制设备包括: 多个电调制单元，用于分别利用所述多个基带信号调制具有不同频率的多个电载波以产生相应的电调制信号； 合成器，合成所述多个电调制信号，以生成单个电合成信号； 光调制单元，利用所述电合成信号调制单个光载波，以生成所述光信号，其中，所述光信号中对应于各个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该光载波的载波频率两侧。
2.按权利要求1所述的调制设备，其中，所述光信号中对应于各个基带信号的信号分量对称地分布于该光载波的载波频率两侧。
3.按权利要求1所述的调制设备，其中，所述电合成信号的实部信号为各个电调制信号的实部信号的组合，所述电合成信号的虚部信号为各个电调制信号的虚部信号的组合。
4.按权利要求1所述的调制设备，其中，在利用所述多个基带信号调制多个电载波时，在所述多个基带信号中、与在频率轴上关于所述载波频率对称的两个信号分量对应的两个基带信号被同时进行电调制。
5.按权利要求4所述的调制设备，其中，通过将所述两个基带信号组合并且利用组合信号调制相应的电载波，来对所述两个基带信号同时进行电调制。
6.按权利要求5所述的调制设备，其中，通过对所述两个基带信号的实部信号和虚部信号分别进行组合，来组合所述两个基带信号。
7.一种调制方法，用于调制多个基带信号以生成光信号，该调制方法包括: 分别利用所述多个基带信号调制具有不同频率的多个电载波以产生相应的电调制信号; 合成所述多个电调制信号，以生成单个电合成信号； 利用所述电合成信号调制单个光载波，以生成所述光信号，其中，所述光信号中对应于各个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该光载波的载波频率两侧。
8.按权利要求7所述的调制方法，其中，所述光信号中对应于各个基带信号的信号分量对称地分布于该光载波的载波频率两侧。
9.按权利要求7所述的调制方法，其中，所述电合成信号的实部信号为各个电调制信号的实部信号的组合，所述电合成信号的虚部信号为各个电调制信号的虚部信号的组合。
10.按权利要求7所述的调制方法，其中，在利用所述多个基带信号调制多个电载波时，在所述多个基带信号中、与在频率轴上关于所述载波频率对称的两个信号分量对应的两个基带信号被同时进行电调制。
11.按权利要求10所述的调制方法，其中，通过将所述两个基带信号组合并且利用组合信号调制相应的电载波，来对所述两个基带信号同时进行电调制。
12.按权利要求11所述的调制方法，其中，通过对所述两个基带信号的实部信号和虚部信号分别进行组合，来组合所述两个基带信号。
13.一种解调设备，用于将光信号解调多个基带信号，该解调设备包括: 光解调单元，利用单个光载波将所述光信号解调为单个电信号，其中该光载波的载波频率被选择为使得所述光信号中分别对应于所述多个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该载波频率两侧； 多个电解调单元，用于分别利用具有不同频率的多个电载波对所述电信号进行解调，以获得多个基带信号。
14.按权利要求13所述的解调设备，其中，所述光信号中分别对应于所述多个基带信号的信号分量对称地分布于该光载波的载波频率两侧。
15.按权利要求13所述的解调设备，其中，所述多个电解调单元分别利用具有不同频率的多个电载波对所述电信号进行解调，从而生成多个组合基带信号，每个组合基带信号是由与所述光信号中在频率轴上关于所述载波频率对称的两个信号分量对应的两个基带信号组合而成的，并且其中， 所述解调设备还包括多个分离单元，用于将所述多个组合基带信号中的每一个组合基带信号分离为对应的两个基带信号。
16.一种解调方法，用于将光信号解调多个基带信号，该解调方法包括: 利用单个光载波将所述光信号解调为单个电信号，其中该光载波的载波频率被选择为使得所述光信号中分别对应于所述多个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该光载波的载波频率两侧； 分别利用具有不同频率的多个电载波对所述电信号进行解调，以获得多个基带信号。
17.按权利要求16所述的解调方法，其中，所述光信号中分别对应于所述多个基带信号的信号分量对称地分布于该光载波的载波频率两侧。
18.按权利要求17所述的解调方法，其中，分别利用具有不同频率的多个电载波对所述电信号进行解调以获得多个基带信号的步骤包括:分别利用具有不同频率的多个电载波对所述电信号进行解调， 从而生成多个组合基带信号，每个组合基带信号是由与所述光信号中、在频率轴上关于所述载波频率对称的两个信号分量对应的两个基带信号组合而成的，并且其中， 所述解调方法还包括: 将所述多个组合基带信号中的每一个组合基带信号分离为对应的两个基带信号。
全文摘要
提供了一种调制设备和方法以及解调设备和方法。该调制设备用于调制多个基带信号以生成光信号，该调制设备包括多个电调制单元，用于分别利用所述多个基带信号调制具有不同频率的多个电载波以产生相应的电调制信号；合成器，合成所述多个电调制信号，以生成单个电合成信号；光调制单元，利用所述电合成信号调制单个光载波，以生成所述光信号，其中，所述光信号中对应于各个基带信号的信号分量以预定频率间隔分布于该光载波的载波频率两侧。通过所述设备和方法，可以将高速基带信号的处理分为多路相对低速基带信号的处理，克服数模转换器和模数转换器采样率的瓶颈限制。
文档编号H04L27/26GK103095623SQ20111033063
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者曾韬, 杨奇, 杨铸, 余少华 申请人:武汉邮电科学研究院