使用低功率dc偏移信令的光正交频分复用中的码元同步的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于高速光正交频分复用（OOFDM）传输系统中的码元同步的方法，通过以下实现：添加独立的低功率电平的对准信号来编码电OFDM码元，将编码的信号转换到用于传输的光域，以及在接收器中将接收到的光信号转换到电域并进行数字处理，以通过利用独立的低功率电平的对准信号来检测码元对准偏移。本发明适用于点到点和点到多点OOFDM网络，并具有其他的特征：时隙和帧对准、补偿接收器采样时钟偏移以及提供物理层网络安全性。叠加的训练信号是值在码元转变时变化的DC偏移。
【专利说明】使用低功率DC偏移信令的光正交频分复用中的码元同步
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种基于数字信号处理(DSP)算法，使用码元DC偏移信令(offsetsignaling)，使得码元对准并在高速光正交频分复用(OOFDM)传输系统中引入额外的物理层网络安全性的技术。
【背景技术】
[0002]已知使用光正交频分复用(OOFDM)调制技术以减小多模光纤(MMF)传输链路中的光模态色散，例如 Jolley 等人(N.E.Jolley、H.Kee、R.Richard、J.Tang、K.Cordina 提出的，National Fibre Optical Fibre Engineers Conf.，Annaheim，CA，2005 年 3 月 11 日，文献0FP3)公开的。它还提供了对色散减损(impairment)的很大阻力、高效利用信道频谱特性、由于充分利用成熟的数字信号处理(DSP)而带来优异的成本效益、提供频域和时域中的混合动态带宽分配、以及显著降低光网络的复杂性的优点。
[0003]它也可以有利地用于基于单模光纤(SMF)的远距离传输系统中的色散补偿和高频谱效率，例如 Lowery 等人(A.J.Lowery、L Du、J.Armstrong 提出的，National FibreOptical Fibre Engineers Conf.，Annaheim，CA，2006 年 3 月 5 日，文献 PDP39)或Djordjevic 和 Vasic (1.B.Djordjevic 和 B.Vasic,Opt.express,14，n~9，37673775，2006年)。
[0004]对于包括长途系统、城域网、接入网或局域网(LAN)的所有光网络场景已经研究并报告了 00FDM的传输性能，所述长途系统例如Masuda等人(H.Masuda、E.YamazakiΛA.Sanoλ Τ.Yoshimatsu、Τ.Kobayash1、Ε.Yoshida、Y.Miyamoto、S.Matsuoka、Y.Takator1、M.Mizoguch1、K.0kadaΛ K.Hagimoto、Τ.Yamada 和 S.Kamei，“ 13.5_Tb/s (135x11l_Gb/s/ch)noguard-1nterval coherent OFDM transmission over 6248km using SNR maximizedsecond-order DRA in the extended L-band，，，Optical Fibre Communication/NationalFibre Optic Engineers Conference (0FC/NF0EC)，(0SA，2009)，文献 PDPB5)或 Schmidt等人(Β.J.C.Schmidt、Ζ.Zan、L Β.Du 和 AJ.Lowery，“ 100Gbit/s transmissionusingsingle-band direct-detection optical 0FDM，，， Optical Fibre Communication/National Fibre Optic Engineers Conference (0FC/NF0EC)，(0SA，2009)，文献 PDPC3)描述的，所述城域网例如 Duong 等人(T.Duong、N.Genay、P.Chanclou、B.Charbonnier、A Pizzinat 和 R.Brenot，“Experimental demonstration of 10 Gbit/s for upstreamtransmission by remote modulation of I GHz RSOA using Adaptively ModulatedOptical OFDM for WDM-PON single fiber architecture，，，European Conference onOptical Communication (ECOC)，(Brussels，Belgium，2008)，PD 文献 Th.3.F.1)或 Chow 等人(C.-W.Chow λ C.-H.Yeh、C._H.Wang、F._Y.Shih、C.-L Pan 和S.ChiZiWDM extended reachpassive optical networks using 0FDM-QAM”，Optics Express，16，12096-12101，2008 年7 月)描述的，所述接入网例如 Qian 等人(D.Qian、N.Cvijetic、J.Hu 和 Τ.wang，“108Gb/s0FDMA-P0N with polarization multiplexing and direct-detectionOptical FibreCommunication/National Fibre Optic Engineers Conference(OFC/NFOEC),(OSA,2009),文献 PDPD5)描述的，所述局域网例如 Yang 等人(H.Yang、S.C.J.Lee、E.Tangdiongga、F.Breyer> S.Randel 和 A.M.J.Koonen, “40-Gb/stransmission overlOOm graded-1ndexplastic optical fibre based on discrete multitone modulation，，，Optical FibreCommunication/National Fibre Optic Engineers Conference(OFC/NFOEC),(OSA,2009),文献roro8)描述的。
[0005]00FDM数据传输将数据作为编码的比特组发送:在频域中，每个比特组都被细分并调制到多个谐波相关的载波频率上。在时域中，每个编码的比特组都用固定长度的实数或复数模拟信号表示，其被称为00FDM码元。传输的信号由码元之间没有明显区别的连续的一系列码元组成。每个码元还可以包括用来防止码元间干扰的循环前缀。对于传输系统，操作接收器必须能够识别码元边界，以可以从连续时域信号中提取每个码元并随后处理所提取的每个码元以恢复所接收的数据。
[0006]所有的现有技术的现有系统都基于离线信号处理:在发射器中，通常使用离线信号处理生成的波形的任意波形发生器(AWG)产生00FDM信号。在接收器侧，接收到的00FDM信号被数字存储示波器(DSO)捕获，并基于先进的导频音自相关同步方法对所捕获的00FDM码元进行离线处理以恢复所接收的数据。这些离线信号处理方法都没有考虑实现实时传输要求的实际DSP硬件的精度和速度所施加的限制。
[0007]例如在W098/19410或EP-A-840485或US-A-5953311中描述的其他的成果公开了一种用于确定在编码正交频分复用(OFDM)信号中接收的数据码元的保护间隔的边界的方法。在该方法中，由数据码元的有效间隔分离的时间信号成对相关联并获得差(difference)信号。对差信号的第一和第二比较块的色散进行比较，其中第二比较块自第一比较块置换η个样本。
[0008]在US-A-5555833中，信号被格式化为码元块，其中每个块都包括冗余信息。它也包括用于延迟码元块和用于从相应的码元块中减去所述延迟的码元块的部件。然后，差信号用来控制包括工作在时钟频率的本地振荡器的环路。
[0009]在GB-A-2353680中，使用通过推导OFDM码元的连续复数样本的绝对值生成的帧同步脉冲，确定这些值和由表示OFDM码元的有用部分的时间段分离的其他值之间的差，对多个码元的差积分，并确定所述积分差值变化明显的点处的采样位置来实现同步。
[0010]US2005/0276340通过以下检测多载波系统的接收器中的码元边界定时:
[0011]-通过基于电线的信道接收一系列接收到的训练信号；
[0012]-存储这一系列中的至少3个到缓冲器；
[0013]-确定存储在缓冲器中的一对连续的、接收到的训练信号的差值；
[0014]-选择差值中的一个；
[0015]-基于所选择的差值确定接收到的码元边界定时。
[0016]已知的系统已经通过引入被称为自适应调制00FDM (AM00FDM)的信号调制技术得以改进，提供额外优点，例如:
[0017]-提高系统灵活性、性能稳健性和传输能力；
[0018]-更高效地利用传输链路的频谱特性；可以根据频域中的需要修改码元内的单个副载波；[0019]-使用现有的传统多模光纤(MMF)或安装的单模光纤(SMF)设备；
[0020]-进一步降低安装和维护成本。
[0021]例如Tang 等人(J.Tang、P.M.Lane 和 K.A.Shore 在 IEEE Photon.Technol.Lett,
18,nel, 205-207,2006 中，以及在 J.Lightw.Technol.,24, ηΩ1, 429-441，2006 中)或 Tang
和 Shore (J.Tang 和 K.A.Shore 在 J.Lightw.Technol.，24, n(」6, 2318-2327，2006 中)都已描述和讨论过这些。Tang 和 Shore (J.Tang 和 K.A.Shore 在 J.Lightw.Technol.，25,ne3, 787-798,2007中)也已经讨论过其他方面，如:
[0022]-信号量化和与模拟-数字转换(ADC)相关的裁剪效果的影响以及确定最优ADC参数；
[0023]-传输性能最大化。
[0024]OFDM已广泛地用在基于分组的无线网络中(例如，WLAN)、无线广播系统(例如DAB、DVB-T, DVB-H)和有线网络(例如，ADSL 和 VDSL)。
[0025]连续传输网络比必须使得每一个分组都同步的基于分组的网络对于同步具有更宽松的定时要求。在所有建立的OFDM传输系统中，码元同步方法都基于接收到的信号与已知信号或接收到的信号的延迟副本的相互关系。接收器相关处理依赖于插入到传输的信号中的图案(pattern)，如训练序列、前导码或码元循环前缀。然而，这些方法都不适合具有比非光OFDM高出1000倍的非常高的比特率的高速00FDM传输系统。
[0026]因此，00FDM是未来光网络热点研究的先进光传输技术。一个重要的应用是基于无源光网络(PON)的接入网络，其中光纤安装在电信运营商的中心局(CO)和终端用户的场所之间，通常称为光纤到户(FTTH)。PON因此形成点到多点的网络拓扑。00FDM可以通过使用时分复用(TDM)在具有单一波长的这种拓扑中使用，以允许在不同的终端用户之间共享传输带宽。为了进行TDM操作，来自不同终端用户的码元必须对准。在另一个实施例中，可以对基于00FDM的PON中的带宽进行分割以将相同码元内的不同的子载波分配给不同的用户。这种设置也要求不同的终端用户之间的码元对准。通过使用时域中的分割(时隙)和/或频域中的分割(子载波)来动态分配带宽的基于00FDM的系统称为00FDM多址(00FDMA)系统。
[0027]因此，码元对准是所有00FDM传输系统应用中的关键问题。
[0028]为了以成本效益的方式实现实时的、基于DSP的00FDM收发器，需要开发出具有低复杂度的所有必需的高级高速信号处理算法。
【发明内容】
[0029]本发明的目的是提供一种使用相干或直接检测用于点到点00FDM传输系统中码元检测和对准的方法。
[0030]本发明的目的还是提供一种使用相干或直接检测用于点到多点光网络(如，基于00FDMA的网络)中码元检测和对准的方法。
[0031]本发明的另一目的是提供一种用于不使用循环前缀的高容量00FDM传输系统的高速、低复杂度的00FDM同步技术。
[0032]本发明的再一目的是补偿强度调制和直接检测(IMDD)传输系统的00FDM接收器中的采样时钟偏移(SCO)和采样时间偏移(STO)。
[0033]本发明的再一目的是允许点到点和点到多点网络中的码元、时隙和帧的完全同步，如，适用于多种服务和在线升级并对现有的网络流量不造成任何干扰的基于OOFDMA网络。
[0034]本发明的再一目的是通过使得未授权用户由于无法实现同步而在实际上不可能接收通信来提供物理层上额外级别的系统安全性。
[0035]本发明的再一目的是实现简单、快速的跟踪码元同步而不消耗额外的带宽。
[0036]本发明的再一目的是只需要低成本的光学和电气元件。
[0037]本发明的再一目的是提出与具有同步技术的OOFDMA的PON对应的媒体访问控制(MAC)层网络同步协议。
[0038]本发明以简单和有效的方式实现了上述目的中的任何一个或多个，同时网络性能的所有其他方面没有任何恶化。
[0039]根据上述目的，本发明按照独立权利要求中所述的内容进行。优选实施例在从属权利要求中描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1a表示光网络中OOFDM下行链路的系统框图。
[0041]图1b表示光网络中OOFDM上行链路的系统框图。
[0042]图2表示包括具有C个样本的循环前缀和具有N个样本的数据区域的模拟OOFDM信号内的码元。
[0043]图3表示结合对准信号的典型OOFDM信号的信号波形。
[0044]图4表示对于任意偏移W，相关信号一个周期上的相关性求和的典型计算。
[0045]图5表示作为相关信号偏移V的函数的INTv的变化。
[0046]图6表示示出上行码元对准的基本的PON架构。在该图中，一个码元示出为一个时隙。
【具体实施方式】
[0047]因此，本发明公开了一种用于高速OOFDM传输系统中的码元同步的方法，所述方法包括通过添加独立的低功率电平对准信号编码电OFDM码元以及使用电-光(E/0)转换器将组合信号转换到光域。
[0048]本方法完整描述在图1a和Ib中。
[0049]图1a示出光网络中OOFDM下行链路的系统框图。发射器中的数字硬件1_9从媒体访问控制(MAC)层输入的二进制有效载荷数据中生成采样的数字OFDM信号。串行-并行转换功能块I将串行的(多个)输入数据流转换成并行的输出数据，并插入预定义的导频数据(pilot data)2以用于信道估计。编码器3使用各种调制格式将输入的并行二进制数据映射到多个复数值子载波，如二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、16正交幅度调制(16QAM)-256QAM。为了生成实数值输出用于传输，编码的复数子载波在输入到快速傅立叶逆变换(IFFT)功能块5之前利用Hermitian对称4排列，快速傅立叶逆变换(IFFT)功能块5生成每个连续的OFDM码元的时域OFDM信号。然后，对码元样本进行裁剪6以控制峰值-平均功率比(PAPR)并量化为固定数量的量化比特6。循环前缀通过复制最后C个码元样本到码元的前面来添加到码元7，C的值针对该系统进行优化。然后，根据本发明公开的过程将低电平DC偏移添加到完整的码元8。然后，将并行的码元样本转换成串行的样本9，并馈送到DAClO以转换成模拟电信号。模拟电信号可以选择性地调制成RF载波11，以用于多频带OOFDM系统。该电信号通过合适的电-光转换器12，例如，直接调制的分布反馈激光器(DFB)，转换成强度调制的光信号。光OFDM信号从中心局的光线路终端(OLT)通过光网络传输到客户场所的光网络单元(0NU)。
[0050]在0NU，使用直接检测光-电转换器14 (如，PIN光电检测器)将光信号转换为模拟电信号。如果采用RF调制，那么对信号进行RF解调15。ADC16将模拟电信号转换成采样的数字信号以供数字硬件17-25进行处理。串行-并行转换器17首先使用任意码元对准将来自ADC的串行样本转换成与一个OFDM码元长度对应的并行样本。并行样本馈送到根据本发明公开的过程检测码元偏移的码元偏移检测功能块18。任意排列的并行码元样本同时馈送到码元偏移功能块19，码元偏移功能块19根据在18中确定的样本偏移选择和输出对准码元边界的合适的样本。在码元偏移检测功能块18和码元偏移功能块19中，可以采用缓冲，以确保可以提供足够多的样本供功能块操作。循环前缀从码元对准的样本中除去20，并馈送到将时域信号转换成由复数子载波系数组成的离散频域信号的快速傅立叶变换(FFT)功能块21。信道估计功能块22检测FFT输出的携带导频数据的子载波，以估计信道传递函数(CTF)。均衡功能块23使用CTF以补偿传输信道的相位和幅度响应。然后，对均衡后的频域子载波进行解码24，以在通过并行-串行转换器功能块25将组合的并行二进制数据转换成(多个)串行数据流之前恢复每个子载波上编码的二进制数据。然后，将(多个)串行的二进制数据流输出到MAC层。导频数据可以在MAC层中被除去，或者可以在解码器24之后实现硬件功能块以在传递给MAC层之前除去导频数据。
[0051]图1b示出光网络中OOFDM上行链路的系统框图，其中发射器位于客户端的ONU中，接收器位于中心局的OLT中。该系统与下行链路相同，除了码元偏移功能块19位于客户场所的ONU的发射器硬件中，而不是在OLT的接收器硬件中。在发射器中设置码元偏移功能块对允许所有的ONU实现OLT中的OFDM码元对准是必要的。码元偏移检测功能块18位于OLT接收器中，将检测到的码元偏移随后发送到MAC层以通过下行控制信道传输给0NU。ONU发射器中的码元偏移功能块19经由MAC层使用通过控制信道接收到的码元偏移值进行调整。
[0052]对于下行和上行链路，系统时钟可以使用W02011/141540中公开的同步时钟技术来实现。
[0053]如果需要，可以在不使用OOFDM信号的情况下使用同步信号，例如，当添加新的光网络单元(ONU)到多点PON系统时。
[0054]额外的码元对准信号以低功率电平传输，以使得可以忽略它引入的对OOFDM信号的不利影响。
[0055]码元对准信号也可以是对单个OOFDM收发器来说是唯一的，以使得在多点网络拓扑中，数量有限的OOFDM收发器可以同时发射它们自己的码元同步信号，而不会在不同的码元对准信号之间生成串扰或干扰。
[0056]使用专用的码元对准同步信号可以避免为了码元对准的目的处理类似噪声的时域OOFDM信号的需要，这与处理专用对准信号相比，需要明显更多的处理资源，并经受相对更慢的跟踪速度。
[0057]在根据本发明的第一实施例中，码元对准在点到点OOFDM链路中执行。相同的工作原理在点到多点的情形中也成立。
[0058]本领域的技术人员都知道的是，一个OOFDM码元的持续时间内的有效的低DC信号电平不会影响对编码在OOFDM码元的子载波中的发射的数据的检测。在本系统中，接收器使用快速傅立叶变换(FFT)以将信号从时域转换到频域。零频率的FFT输出(DC)取决于时域中的DC电平。然而，在传统的系统中，接收器在恢复编码数据时会丢弃此信息。如果码元周期内的任何DC电平都足够低，那么可以忽略这对系统性能的影响。
[0059]在下面的讨论中，考虑的所有的信号都是离散时间数字信号，也就是说，它们只具有与等间隔的离散的采样点对应的值。数字信号在OOFDM发射之前转换成模拟信号，并在发射之后转换回数字信号。这种转换对本发明的操作来说是无关紧要的。
[0060]采样间隔定义为AT1，并与OOFDM码元周期的数据区域(没有循环前缀的FFT窗口)Tfft相关。在OOFDM发射器中，逆FFT (IFFT)用来从频域的子载波中生成时域信号。如果使用N点的IFFT，那么将会生成N个时域样本。因此，AT1等于Tfft/N，即OOFDM码元周期的数据区域为N个样本长。
[0061]如果使用长度为C个样本的循环前缀，那么总的码元长度是N+C。所有的时间间隔都定义为AT1的倍数，或者简单地为样本的整数倍，例如32.41^*32个样本。
[0062]但应该注意的是，可以使用过采样和欠采样，以使得发射的模拟信号的采样速率比使用AT1的采样间隔实现的采样速率更高。
[0063]本发明也可以用在接收器中的采样速率高于发射器中的情形，但这不给出任何已知的优点。图2示出模拟OOFDM信号内的码元。
[0064]本发明公开了一种用于从发射器发射信号的方法，包括以下步骤:
[0065]a)使用不同的信号调制格式将输入的二进制数据序列编码成串行的复数；
[0066]b)将编码的复数数据序列截短成多个等间距的窄频带数据，也就是码元序列SI，S2，…，Sn，...其中Sn为第η个码元；
[0067]c)应用逆时-频域变换，如IFFT，用来生成形成OOFDM码元的并行的复数或实数值时域样本；
[0068]d)选择性地在每个码元前面插入循环前缀C ；
[0069]e)添加DC偏移X到每个码元，所述DC偏移与OOFDM信号对准，其中，在约束条件Pl不等于P2的情况下，如果η是奇数，那么X等于pl，如果η是偶数，那么X等于ρ2。替代性地，X可以是预定义的但是任意的，固定长度的Pl和Ρ2的重复序列，这定义为编码的对
准信号。
[0070]f)将并行的样本串行化为长数字序列；
[0071]g)应用数字-模拟转换器，以将数字序列转换为模拟电信号；
[0072]h)应用电-光转换器(E/0),以生成光信号；
[0073]i)将光信号耦合到单模光纤(SMF)或多模光纤(MMF)或聚合物光纤(POF)链路之中。
[0074]逆过程被用来检测和解码接收器中的信号，包括以下步骤:[0075]a)使用光-电(0/E)转换器接收所发射的OOFDM信号；
[0076]b)应用模拟-数字转换器，以将模拟电信号转换成数字样本序列；
[0077]c)应用串行-并行转换器，以将长串行序列变换成并行数据；
[0078]d)处理对准信号，以检测码元对准偏移并将所选择的并行数据与码元边界对准；
[0079]e)除去循环前缀；
[0080]f)应用直接时-频域变换；[0081]g)对复数值子载波进行并行解调。
[0082]OOFDM发射器发射码元序列S1, S2,吣511，511+1，...S ，其中Sn为第η个码元。发射器根据以下规则添加与每个码元对准的DC偏移X:
[0083]当η为奇数时，X=pl
[0084]当η为偶数时，Χ=ρ2
[0085]|pl_p2|≥I量化电平
[0086]为了不降低系统性能，相对于OOFDM信号，所加的DC偏移pl和p2的幅度都非常小。如果Y是OOFDM信号的峰值幅度，那么选择X以使得X〈〈Y。X优选地〈Υ/20，更优选地〈Υ/100，理想地，小到I量化电平。
[0087]优选地，X对所有的奇数码元是相同的，都是值pl，并且对所有的偶数码元也是相同的，都是值P2。更优选地，p2=-pl，并具有至少等于I量化电平的大小。另外，pl或p2中的任何一个也可以等于零，另一个等于P。然后，有效的对准信号在所有的码元上具有固定的1/2.P偏移，并且连续的±1/2.P个码元之间具有变化的偏移。
[0088]因此,加到OOFDM /[目号上的DC偏移/[目号是峰_峰幅度为pl+p2以及周期等于2(N+C)个样本的方波，即包括循环前缀C (如果存在)的两个OOFDM码元的总周期。因此，该方波的频率是码元速率的一半。由于码元速率通常较高，通常是几百MHz的数量级，因此方波的频率足以通过系统，即使它是AC耦合的。该添加的信号在接收器中用来检测码元对准偏移。在整个本说明书中，它被称为“对准信号”。图3示出组合OOFDM信号和对准信号的示例，其中对准信号的幅度被放大以方便观察。
[0089]在接收器中，不需要从接收的信号中除去对准信号，因为这不影响数据恢复处理。接收器优选地采用时钟定时，以使得码元周期和信号采样频率在发射器和接收器中接近相同。然而，该技术能够容忍发射器和接收器时钟之间的较小的偏移。如后面讨论的，对准信号也可以用来补偿异步接收器时钟。
[0090]在接收器中，对于接收到的码元假定任意的起始位置。这确定了起始位置和实际码元位置之间Wtl个样本的初始码元偏移，如图4所示。在该图中，Wtl被定义为从所接收到的信号的假定起始位置到它的实际起始位置的样本数量:它可以是正数或负数。正值表示该假定码元起始位置滞后于实际码元起始位置，反之亦然，即负值表示该假定码元起始位置领先实际码元起始位置。
[0091]该偏移必须确定到一个离散时间间隔Λ T1的精度。此外，初始偏移只能采用Z=N+C个可能的值。因此，W0是介于O到Z-1范围之间的整数。
[0092]为了确定码元偏移，接收器生成类似对准信号的信号，该信号的峰-峰幅度为ql+q2,DC电平为(ql+q2)/2,周期等于2 (N+C)个样本。在整个本说明书中，该/[目号被称为“相关信号”。优选地，q2=_ql，以使得DC电平为零。[0093]对所有可能的偏移值W，确定接收到的对准信号和相关信号之间的相关性，其中w定义为相关信号的移动实例和对准信号之间的偏移。当w等于零个样本时，即当相关信号和对准信号完全对准时，出现最高正相关峰。类似地，当W= (N+C)个样本时，即当相关信号和对准信号完全异相时，出现最低负相关峰。
[0094]这两个相关峰因此被用来基于其相关联的相关信号相对于初始相关信号位置的移动来确定码元对准。
[0095]用来计算相对于初始的任意码元的位置的初始码元偏移Wtl的算法包括以下步骤:
[0096]1.将相关信号对准到任意的初始码元位置，其中到实际的码元位置的未知偏移为W0。
[0097]2.通过添加V个样本的增量偏移来修改初始相关信号，以改变与对准信号的偏移W，如图4所示。
[0098]3.处理2.M.Z时间段上的样本:
[0099]所接收到的OOFDM 信号 Dl，D2，...，D2mz
[0100]所接收到的对准信号:A1,A2, , A2mz
[0101]相关信号:
Cl+V，C2+v，....，C2MZ+V
[0102]其中，M是大的整数，优选的< 2000，或更优选地< 1000，V是添加到相关信号上的偏移，并且是初始值为O的整数。
[0103]4.对于k=l至2.M.Z，将接收到的信号样本Dk+Ak与2M个码元周期上的对应的相关信号样本Ck+V相乘，并以V设置为O开始，即以相关信号处于其初始位置并生成得到的相关值 CORk= (Dk+Ak).Ck+V 开始。
[0104]5.根据下式计算COR2m,其定义为2M个码元周期上所有的CORk样本之和:
【权利要求】
1.一种用于高速光正交频分复用(OOFDM)传输系统中码元同步的方法，通过添加独立的低功率电平对准信号来编码电OFDM码元以及通过E/0转换器将编码的OFDM信号转换到光域实现。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，发射器通过下列步骤产生并发射OFDM和独立的低功率电平对准信号: a)使用相同或不同的信号调制格式将输入的二进制数据序列编码成串行的复数； b)将编码的复数数据序列截短成多个等间距的窄频带并行子载波，其中不同的子载波可以具有相同或不同的功率； c)应用逆时-频域变换，如快速傅里叶逆变换(IFFT)，用来生成形成OOFDM码元的并行的复数或实数值时域样本:码元SI, S2,..., Sn,...其中Sn为第η个码元； d)选择性地在每个码元前面插入长度为C个样本的循环前缀； e)添加作为DC偏移X的对准信号到每个码元，所述DC偏移与OFDM码元对准，其中，在约束条件Pl不等于P2的情况下，如果η是奇数，那么X等于pi，如果η是偶数，那么X等于ρ2 ； f)将并行的样本串行化为长数字序列； g)应用数字-模拟转换器，以将数字序列转换为模拟波形； h)应用电-光转换器(E/0),以生成光波形； i)将光信号耦合到单模光纤(SMF)或多模光纤(MMF)或聚合物光纤(POF)链路之中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在步骤e)中X是预定义的但是任意的，固定长度的pi和p2的重复序列，这定义为编码的对准信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在发射器中，和OOFDM信号一起发射并与OOFDM信号对准的低功率电平信号是DC偏移X，其中X对2个连续的OOFDM码元是不同的，并且2个连续的DC信号之间的差X至少是I量化电平。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中X对所有偶数编号的码元是相同的+P，对所有奇数编号的码元是相同的-P，其中P最多是Y/20，其中Y是OOFDM信号的峰值幅度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中P最多是Y/100。
7.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中对准信号具有编码的图案，以在网络中引入额外的物理层安全级别。
8.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中，在接收器中，通过下列步骤接收和解码信号: a)使用光-电(0/E)转换器接收所发射的OOFDM信号； b)应用模拟-数字转换器，以将模拟波形转换成数字样本序列； c)应用串行-并行转换器，以将长串行序列变换成并行数据； d)处理接收器生成的组合的OFDM信号和对准信号，以检测码元对准偏移并将所选择的数据与码元边界对准； e)如果存在循环前缀，那么除去循环前缀； f)应用直接时-频域变换； g)对复数值子载波进行并行解调。
9.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中在接收器中通过以下步骤处理对准信号: a)生成与对准信号相似的相关信号；b)将相关信号对准到任意的初始码元位置，其中到实际的码元位置的未知偏移为W0； c)通过添加V个样本的增量偏移来修改初始相关信号； d)处理2.M.Z个样本时间段上的: 所接收到的OOFDM信号Dl，D2，...，D2mz 所接收到的对准信号:A1，A2，...，A2mz 相关信号: Cl+V，C2+V?...，C2MZ+V 其中，M是大的整数，优选地最多2000，V是添加到相关信号上的偏移，并且是初始值为O的整数。 e)对于k=l至2.M.Z，将接收到的信号样本Dk+Ak与2M个码元时间段上对应的相关信号样本Ck+V相乘，并以V设置为O开始，生成相关值CORk= (Dk+Ak).Ck+V。 f)根据下式计算C0R2M，COR2m定义为2M个码元时间段上所有的CORk个样本之和:
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述算法可以采用串行处理、欠采样串行处理、并行处理或半并行处理中的任何一种实现。
11.使用根据前述权利要求中任何一项所述的方法补偿异步时钟OOFDM接收器中的采样时钟偏移。
12.在点到多点OOFDM链路中使用根据权利要求1至9中任何一项所述的方法。
13.使用根据权利要求1至9中任何一项所述的方法实现物理层网络的安全性。
14.一种实现点到多点PON中的码元对准的媒体访问控制层协议,包括:a)OLT连续发射对准信号，每一个ONU在初始化时都对准到接收到的码元位置； b)然后，ONU通过下行控制信道等待OLT的指令发射对准信号，当被指示时，发射对准信号; c)OLT检测来自所需码元对准的偏移，并指示ONU相应地偏移其发射的码元位置以与OLT所需的接收的码元位置对准； d)OLT验证接收到的码元的对准,并指示ONU关闭对准信号； e)OLT知道连接到PON上的每一个ONU的地址，并使用步骤b_d依次同步每一个ONU的码元； f)当所有的ONU都码元对准时，OLT依次反复检查每一个ONU的对准，并在必要时指示ONU调整其码元偏移； g)采用对准协议实现选择性地部署在运行的PON中的新的ONU的码元同步，其中对OLT进行手动配置以将新的 ONU包括到同步调度之中。
【文档编号】H04L27/26GK103621031SQ201280028045
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年4月6日
【发明者】R.吉丁斯, 唐建明 申请人:班戈大学