对光调制器带宽进行调整的方法及系统与流程

本发明涉及光通信技术，尤其涉及对光调制器带宽进行调整的方法及系统。

背景技术：

光通信技术中，在发送端，光调制器将电信号调制成光信号，通过光纤传输给接收端，接收端接收到的光信号需满足误码率要求。在满足误码率要求的前提下，光调制器的带宽利用率越高，则使用效率越高。

目前，通过光调制器传输的多为单载波信号，根据单载波信号的特点，对光调制器带宽利用率的扩展有限制，不能使光调制带宽达到较大的利用效率。下面以无源光网络(PON，Passive Optical Network)中光调制器的使用为例进行具体说明。

接入网是用户进入城域网和骨干网的桥梁，是信息传送通道的“最后一公里”。无源光网络被认为是解决接入网瓶颈的关键技术。因为无源光网络是光传输采用无源器件实现点对多点的光纤接入网，可靠性高，价格低，安装维护方便。但是传输带宽依然制约着信息高速发展的步伐，如何有效地利用带宽一直是科研者追求的目标。目前调制带宽10GHz的基于MZI的光调制器是接入网系统中的商用器件，采用该光调制器对单载波信号进行调制传输，在调制带宽10GHz以内，光调制器的频率响应衰减很慢，然而如果信号频率超过了10GHz的调制带宽，频率响应呈指数衰减，也就是，对于10GHz以外的光调制器带宽被认为是无法利用的。

综上，现有方案中，通过光调制器对单载波信号进行调制传输，对光调制器带宽利用率的扩展有限制，不能使光调制带宽达到较大的利用效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种对光调制器带宽进行调整的方法，该方法能够对光调制器的带宽进行扩展，提高带宽利用效率。

本发明提供了一种对光调制器带宽进行调整的系统，该系统能够对光调制器的带宽进行扩展，提高带宽利用效率。

一种对光调制器带宽进行调整的方法，该方法包括：

测试发送端确定光调制器的可利用带宽；

测试发送端设置满足可利用带宽大小的正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)电信号的所有子载波，对各子载波进行电信号调制，所述电信号调制包括进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率；

测试发送端将进行电信号调制处理后的OFDM电信号发送给光调制器，将经由光调制器调制后的OFDM光信号通过光纤传输给测试接收端；

测试接收端对接收到的OFDM光信号进行解调处理，将处理后的OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测，判断是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，返回执行所述测试发送端将进行电信号调制处理后的OFDM电信号发送给光调制器的步骤；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息。

一种对光调制器带宽进行调整的系统，该系统包括测试发送端和测试接收端，所述测试发送端包括光调制器；

所述测试发送端，确定光调制器的可利用带宽；设置满足可利用带宽大小的OFDM电信号的所有子载波，对各子载波进行电信号调制，所述信号调制包括进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率；将进行电信号调制处理后的OFDM电信号发送给光调制器，将经由光调制器调制后的OFDM光信号通过光纤传输给测试接收端；还用于来接收来自所述测试接收端的调整分配信息，根据调整分配信息对各子载波进行功率比特的调整分配；

所述测试接收端，对接收到的OFDM光信号进行解调处理，将处理后的OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测，判断是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，将调整分配信息发送给所述测试发送端；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息。

从上述方案可以看出，本发明中，测试发送端确定光调制器的可利用带宽后，设置满足可利用带宽大小的OFDM电信号的所有子载波，对各子载波进行电信号调制， 所述电信号调制包括进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率；测试发送端经由光调制器调制后的OFDM光信号通过光纤传输给测试接收端；测试接收端对接收到的OFDM光信号进行解调处理，将处理后的OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测，判断是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，返回执行所述测试发送端将进行分配处理后的电信号发送给光调制器的步骤；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息。采用本发明方案，将光调制器用于传输具有多个子载波的OFDM信号，并提供了确定各子载波功率比特分配的具体方案，通过对各子载波灵活分配功率比特，以满足误码率要求，并且，在满足误码率要求的前提下，尽可能地扩展光调制器带宽，进而提高带宽利用效率。

附图说明

图1为本发明对光调制器带宽进行调整的方法示意性流程图；

图2为光调制器调制的单载波的频率响应—功率关系示意图；

图3为本发明对光调制器带宽进行调整的方法流程图实例；

图4为本发明对光调制器带宽进行调整的系统结构示意图；

图5为针对不同调制格式，对应不同信噪比的误码率曲线示意图；

图6为本发明进行功率比特分配完成后的理想特性效果图实例；

图7为本发明经过自适应调试后最终确定的OFDM发射信号的频谱波形示意图；

图8为本发明进行功率比特分配完成后的实际特性效果图实例；

图9为本发明接收端各个部分子载波解调出的星座图及误码率示意图实例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

现有方案中，通过光调制器对单载波信号进行调制传输，对光调制器带宽利用率的扩展有限制，不能使光调制带宽达到较大的利用效率。为了解决该技术问题，本发 明结合OFDM信号的特性，将光调制器用于传输OFDM信号；传输OFDM信号时可以灵活地分配子载波的功率和调制格式，对于频率响应较低的频段，可以分配较高的功率以及较低阶的调制格式，来达到所需的误码率，进而扩展光调制器带宽。

参见图1，为本发明对光调制器带宽进行调整的方法示意性流程图，其包括以下步骤：

步骤101，测试发送端确定光调制器的可利用带宽。

该可利用带宽为光调制器的实际可使用的带宽。

同样以背景技术中基于MZI的光调制器进行实例说明，现有方案中传输单载波时的带宽为10GHz。基于MZI的光调制器具有带宽限制，在光调制器的调制带宽以内，频率响应比较平坦，衰减很慢；在调制带宽以外，频率响应呈指数衰减。参见图2，为光调制器调制的单载波的频率响应(Frequency)—功率(Power)关系示意图，图中，纵坐标功率(Power)为接收端接收载波信号时的接收功率，纵坐标也对应了载波信号的频率响应衰减；横坐标频率响应(Frequency)表示通过光调制器调制的单载波的频率，横坐标也对应了光调制器当前的应用带宽。由图2可看出，在调制带宽10GHz以内，光调制器的频率响应衰减很慢，在10GHz带宽以外频率响应衰减很快。对于单载波信号，光调制器的带宽应用了10GHz。

而OFDM信号由数量可调的相互正交的子载波构成，每个子载波的调制格式和功率分配相互独立。因此，如果为频率响应较低频段的子载波分配较低阶的调制格式以及较高的发射功率，就有可能达到所需的误码率要求，从而提高调制器带宽的利用率。

本发明利用OFDM信号的这种特性，将现有10GHz的光调制器的带宽利用到了16GHz，以有效地提高传输速率。具体地，本发明采用自适应调节的方案在保证误码率的要求下尽可能高地提高速率，并做了带宽16GHz、速率88.8Gbit/s、传输20-km SSMF的DD-OFDM系统实验来验证了本发明的方案。

也就是，针对该实例，可利用带宽为16GHz，该值大于单载波传输时的应用带宽。

步骤102，测试发送端设置满足可利用带宽大小的正交频分复用OFDM电信号的所有子载波，对各子载波进行电信号调制，所述电信号调制包括进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率。

获知可利用带宽大小之后，便可确定出OFDM电信号的所有子载波。具体地，由于各子载波的带宽已确定，一般为相同值，再获知可利用带宽大小后，可确定出满足可利用带宽大小的所有子载波的数目，进而确定出构成OFDM信号的子载波。

而后，对各子载波进行电信号调制，电信号调制是向光调制器输入载波信号之前的基本步骤，其中包括：进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率。

步骤103，测试发送端将进行电信号调制处理后的OFDM电信号发送给光调制器，将经由光调制器调制后的OFDM光信号通过光纤传输给测试接收端。

光调制器将接收的OFDM电信号调制为光信号。

步骤104，测试接收端对接收到的OFDM光信号进行解调处理，将处理后的OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测，判断是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，返回执行步骤103；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息。

接收OFDM光信号后，对其进行解调处理，为接收端的基本操作，其中包括将光信号转换为电信号。

对各子载波进行误码率检测，可采用现有的方案实现，具体地，结合测试发送端发送的原始OFDM光信号，与解调后的OFDM光信号进行比对，计算出误码率。判断各子载波是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，返回执行步骤103，以循环前述的信号传输流程，直至满足误码率要求为止；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息，而后，便可将该分配信息应用到实际的光调制器调制传输场景中。

本发明中，测试发送端确定光调制器的可利用带宽后，设置满足可利用带宽大小的OFDM电信号的所有子载波，对各子载波进行电信号调制，所述电信号调制包括进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率；测试发送端经由光调制器调制后的OFDM光信号通过光纤传输给测试接收端；测试接收端对接收到的OFDM光信号进行解调处理，将处理后的OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测，判断是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，返回执行所述测试发送端将进行分配处理后的电信号发送给光调制器的步骤；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可 利用带宽要求的分配信息。采用本发明方案，将光调制器用于传输具有多个子载波的OFDM信号，并提供了确定各子载波功率比特分配的具体方案，通过对各子载波灵活分配功率比特，以满足误码率要求，并且，在满足误码率要求的前提下，尽可能地扩展光调制器带宽，进而提高带宽利用效率。

图1的流程中，步骤102测试发送端设置各子载波的调制格式和发射功率，例如预先地将所有子载波的调制格式设定为最高阶，发射功率可设置为相同值，这只是一个具体实现方式，调制格式和发射功率的初始设置可根据需要确定。

相应地，当测试接收端测试出子载波误码率不满足要求时，步骤104中将对相应子载波进行功率比特调整分配，增加发射功率和降低调制格式都可降低误码率；具体地，可只对发射功率进行调整，也可以只对调制格式进行调试，还可以，同时对发射功率和调制格式进行调整。举例进行说明，可降低相应子载波的调制格式，例如，将调制格式降低一级；也可以，增加相应子载波的发射功率，例如，将发射功率增加一级；还可以，降低相应子载波的调制格式，并增加相应子载波的发射功率。

下面通过图3的流程，对本发明对光调制器带宽进行调整的方法进行实例说明，其包括以下步骤：

步骤301，测试发送端确定光调制器的可利用带宽，16GHz。

步骤302，测试发送端设置满足可利用带宽大小的正交频分复用OFDM电信号的所有子载波。

步骤303，测试发送端对OFDM电信号的各子载波进行电信号调制，所述电信号调制包括进行功率比特分配，将各子载波的发射功率设置为相同，并将各子载波的调制格式都设置为最高阶调制格式。

步骤304，测试发送端将进行电信号调制处理后的OFDM电信号发送给光调制器，将经由光调制器调制后的OFDM光信号通过光纤传输给测试接收端。

步骤305，测试接收端对接收到的OFDM光信号进行解调处理，将处理后的OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测。

步骤306，测试接收端判断各子载波是否满足误码率要求，如果不满足，则将相应子载波的调制格式降低一级，并将发射功率增加一级，返回执行步骤304；如果满 足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息。

参见图4，为本发明对光调制器带宽进行调整的系统，其特征在于，该系统包括测试发送端和测试接收端，所述测试发送端包括光调制器；

所述测试发送端，确定光调制器的可利用带宽；设置满足可利用带宽大小的OFDM电信号的所有子载波，对各子载波进行电信号调制，所述信号调制包括进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率；将进行电信号调制处理后的OFDM电信号发送给光调制器，将经由光调制器调制后的OFDM光信号通过光纤传输给测试接收端；还用于来接收来自所述测试接收端的调整分配信息，根据调整分配信息对各子载波进行功率比特的调整分配；

所述测试接收端，对接收到的OFDM光信号进行解调处理，将处理后的OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测，判断是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，将调整分配信息发送给所述测试发送端；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息。

测试发送端对各子载波进行电信号调制，具体可包括以下处理：进行功率比特分配、IFFT处理、中频调制，数字到模拟转换处理，等等。

测试接收端对接收到的OFDM光信号进行解调处理，具体可包括以下处理：光电转换处理、模拟到数字转换处理、中频解调处理、FFT处理、二进制比特序列解调处理，等等。

较佳地，所述测试发送端包括基带OFDM信号产生模块、中频调制模块、任意波形发生器(AWG，Arbitrary Waveform Generator)和光调制器，所述基带OFDM信号产生模块包括基带信号调制模块和傅里叶变换IFFT模块，测试接收端包括放大器、光电探测器、实时示波器、中频解调模块、基带OFDM信号解调模块和误码检测模块，所述基带OFDM信号解调模块包括基带信号解调模块和傅里叶逆变换FFT模块；

所述基带信号调制模块，确定光调制器的可利用带宽，设置满足可利用带宽大小的OFDM电信号的所有子载波，对各子载波进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率；将分配处理后的OFDM电信号发送给所述IFFT模块；

所述IFFT模块，接收来自所述基带信号调制模块的OFDM电信号，将频域的OFDM电信号通过傅里叶变换生成时域的OFDM电信号，将变换后的OFDM电信号 发送给中频调制模块；

所述中频调制模块，接收来自所述IFFT模块的OFDM电信号，进行中频调制处理后，发送给所述AWG；

所述AWG，接收来自所述中频调制模块的OFDM电信号，将OFDM电信号进行数字到模拟信号的转换，将转换后的模拟信号发送给所述光调制器；

所述光调制器，将来自所述AWG的OFDM电信号转换为OFDM光信号，将OFDM光信号通过光纤传输给所述放大器；

所述放大器，通过光纤接收OFDM光信号，对光信号进行放大后，发送给所述光电探测器；

所述光电探测器，对OFDM光信号进行光电转换，将转换后的OFDM电信号发送给所述实时示波器；

所述实时示波器，对OFDM电信号进行模拟到数字信号的转换，将转换后的OFDM电信号发送给所述中频解调器；

所述中频解调模块，接收来自所述实时示波器的OFDM电信号，进行中频解调，将解调后的OFDM电信号发送给所述FFT模块；

所述FFT模块，接收来自所述中频解调模块的OFDM电信号，进行傅里叶逆变换，将变换后的OFDM电信号发送给所述基带信号解调模块；

所述基带信号解调模块，接收来自所述FFT模块的OFDM电信号，进行解调，得到OFDM电信号的各子载波的二进制比特序列，发送给所述误码检测模块；

所述误码检测模块，对OFDM电信号的各子载波分别进行误码率检测，判断是否满足误码率要求，如果不满足，则对相应子载波进行功率比特调整分配，将调整分配信息发送给所述基带信号调制模块；如果满足，则将当前各子载波对应的功率比特分配确定为满足可利用带宽要求的分配信息；

所述基带信号调制模块，接收来自所述误码检测模块的调整分配信息，根据调整分配信息对各子载波进行功率比特分配，设置各子载波的调制格式和发射功率；将调整分配处理后的OFDM电信号发送给所述IFFT模块。

中频调制模块对OFDM电信号进行中频调制处理，中频调制处理为常规处理步骤，具体包括将复数的基带OFDM信号转换为实数的中频OFDM信号。

中频解调模块对OFDM电信号，进行中频解调处理，中频解调处理为常规处理步骤，具体包括将实数的中频OFDM信号恢复到复数的基带OFDM信号。

基带信号解调模块对OFDM电信号进行解调，得到每个子载波的0101序列，也就是二进制比特序列。

该放大器可具体为掺饵光放大器。

较佳地，所述测试发送端，设置各子载波的调制格式时，具体地，将所有子载波的调制格式设定为最高阶。

较佳地，所述测试接收端，对相应子载波进行功率比特调整分配时，具体地，降低相应子载波的调制格式。

较佳地，所述测试接收端，对相应子载波进行功率比特调整分配时，具体地，增加相应子载波的发射功率。

较佳地，所述测试接收端，对相应子载波进行功率比特调整分配时，具体地，降低相应子载波的调制格式，并增加相应子载波的发射功率。

本发明所述光调制器可具体为基于ZMI的光调制器。

图5表示针对不同调制格式，对应不同信噪比(Eb/No)的误码率(BER)曲线，横坐标Eb/No为信噪比，纵坐标为误码率。这里假设误码率要求为10^-3，为了最大限度地提高系统的传输速率(也就是尽量提高光调制器的带宽)，本实例从图5中针对不同信噪比的信道选择不同的调制格式来满足最大的传输速率，也就是，对各子载波的调制格式进行自适应地调整，以确定出满足最大传输速率的调制格式。图中的调制格式包括4QAM至128QAM多个。

图6给出了进行功率比特分配完成后的理想特性效果图，横坐标表示所传输信号的频率，纵坐标表示信噪比，纵坐标还示意性表示频率响应；图中显示出，对各子载波进行功率比特分配后，对于信号传输的不同频段而言，高频的子载波选择高阶调制格式，低频的子载波选择低阶调制格式，并且，高频调制格式子载波对应的信噪比和频率响应较高，而低阶调制格式子载波对应的信噪比和频率响应较低。

本发明的具体试验中调制的OFDM信号带宽为16GHz，IFFT长度为2048,2倍过采样，子载波个数为1310，经过20km标准单模光纤传输，通过本发明的功率和比特分配方案，一共采用了11种调制格式，从低频到高频的不同调制格式的子载波个数分 配依次为128QAM：569,64QAM：131,48QAM：95,32QAM：148,24QAM：60；16QAM：118；12QAM：80,8QAM：26；6QAM：21，4QAM：31,2QAM：31。经过自适应调试后最终确定的OFDM发射信号的频谱波形为图7所示，总速率为88.8Gbit/s。图8给出了进行功率比特分配完成后的实际特性效果图，横坐标表示所传输信号的频率，即载波频率，纵坐标表示信噪比；图中显示了测试接收端各频段下相应调制格式的子载波的信噪比。与图6比较，两者比较类似的，也即是，达到了理想特性效果。图9为接收端各个部分子载波解调出的星座图及误码率。经过最终调试后的各个部分子载波的误码率都达到了10^-3以下(各个星座图下方的数值为相应的误码率，例如9.99e-04即0.000999)，满足系统要求。

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。