基于子带利用频率分集进行光传输性能增强的制作方法

相关申请案交叉申请

本申请要求2014年5月14日由xiangliu等人递交的发明名称为“基于子带利用频率分集进行光传输性能增强(exploitingfrequencydiversityonasubbandbasisforopticaltransmissionperformanceenhancement)”的第61/996,807号美国临时专利申请案的在先申请优先权，这个在先申请的全部内容以引入的方式并入本文本中。

关于由联邦政府赞助研究或开发的声明

不适用。

参考缩微胶片附录

不适用。

背景技术：

在光接入网络中，需要为各种服务提供支持。这些服务可包括光纤到户(fiber-to-the-home，ftth)服务、光纤到楼(fiber-to-the-building，fttb)服务、企业/商业连接服务以及用于支持第四代(fourthgeneration，4g)和未来的第五代(fifthgeneration，5g)无线通信的移动回传和前传的服务。为了经济高效比地支持这些多样化的应用，光接入网络需要提供高速连接和宽距覆盖。然而，随着光传输速度和/或传输距离的增加，信号衰减变得更加严峻并最终阻止高速宽覆盖范围光接入的实现。在光传送网络中，通过强度调制和直接检测(intensity-modulationanddirect-detection，im/dd)来降低光收发器成本的需求也在日益增长。然而，im/dd格式与相干检测格式相比传输性能较差。

技术实现要素：

在一项实施例中，本发明包括一种光数据传输方法，所述方法包括：将光信号划分为多个子频段；生成信号频率映射，所述信号频率映射重新排列所述多个子频段；基于所述信号频率映射选择多个频率分量以形成频率分量集；以及使用频率分集传输来传输所述频率分量集。

在另一项实施例中，本发明包括一种光数据接收方法，所述方法包括：获取原始信号的信号频率映射；接收包括多个子频段的光信号；使用所述信号频率映射重新排列所述多个子频段以生成恢复原始信号；以及处理所述恢复原始信号以恢复原始数据序列。

在又一项实施例中，本发明包括一种装置，所述装置包括：发射器，用于采用频率分集传输；存储器；以及处理器，耦合到所述发射器和所述存储器并用于将光信号划分为多个子频段，生成重新排列所述多个子频段的多个信号频率映射，基于所述信号频率映射选择多个频率分量以形成频率分量集；以及传输所述频率分量集。

从下文结合附图和权利要求的详细描述中将更清晰地理解这些以及其它特性。

附图说明

为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。

图1为光接入网络的一实施例的示意。

图2为光数据传输方法的一实施例的流程图。

图3为在光线路终端(opticallinetermination，olt)与若干光网络单元(opticalnetworkunit，onu)之间传送数据流量的光网络的一实施例的示意图。

图4为两个相关信号的频谱倒转子频段映射的一实施例的示意图。

图5为四个相关信号的频谱倒转子频段映射的一实施例的示意图。

图6为发射器的频率分集传输方法的一实施例的流程图。

图7为接收器的频率分集接收方法的一实施例的流程图。

图8为在olt与若干onu之间传送数据流量的光网络的另一实施例的示意图。

图9为发射器的频率分集传输方法的一实施例的流程图。

图10为接收器的频率分集接收方法的另一实施例的流程图。

图11为网元的一实施例的示意图。

图12为使用具有4-正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation，qam)的2.6吉兆赫(gigahertz，ghz)信号的直接调制激光器的误码率(biterrorrate，ber)性能的一实施例的曲线图。

图13为使用具有频谱倒转(spectrally-inverted，si)子频段的两个信号的数字相干叠加(digitalcoherentsuperposition，dcs)的40千米(kilometer，km)标准单模光纤(standardsinglemodefiber，ssmf)上的10吉比特/秒(gigabitpersecond，gb/s)离散多频音(discretemulti-tone，dmt)信号的信噪比(signal-to-noise，snr)响应的一实施例的性能比较。

图14为使用具有si子频段的两个信号的dcs的40kmssmf上的10gb/sdmt信号的ber性能的一实施例的性能比较。

图15为使用具有si子频段的四个信号的dcs的40kmssmf上的10gb/sdmt信号的snr性能的一实施例的性能比较。

图16为使用具有si子频段的四个信号的dcs的40kmssmf上的10gb/sdmt信号的ber性能的一实施例的性能比较。

具体实施方式

首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。

本文公开了用于通过均衡感兴趣的频率范围中的信噪比(signal-to-noiseratio，snr)来增强基于子频段使用频域分集的光信号的传输性能的各种实施例。基于子频段使用频域分集可在使用或不使用冗余的情况下执行。在使用冗余时，可以应用同一原始信号的多个频谱倒转(spectrally-inverted，si)子频段的数字相干叠加(digitalcoherentsuperposition，dcs)。或者，在不使用冗余时，可以在频域中应用空时编码(例如，金色编码和银色编码)。例如，空间编码可类似于2010年公布的由eadomeron等人在“空时编码在遭受偏振相关损耗的相干偏振复用系统中的使用(useofspace-timecodingincoherentpolarization-multiplexedsystemssufferingfrompolarization-dependentloss)”中描述的那些，该申请的全部内容以引入的方式并入本文本中。各种实施例可很容易地适用于强度调制和直接检测(intensity-modulationanddirect-detection，im/dd)信号格式，例如，直接检测(direct-detection，dd)-正交频分复用(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing，ofdm)或离散多频音(discretemulti-tone，dmt)。基于子频段使用频域分集可降低频域中的snr非一致性，可增加传输距离，可增加链路损耗预算，并可提供自适应性能增益。

图1为光接入网络100的一实施例的示意。光接入网络100包括光分配网络(opticaldistributionnetwork，odn)104，其在广泛的覆盖范围内提供多种服务。odn104包括多个虚拟无源光网络(virtualpassiveopticalnetwork，vpon)102并使用光线路终端(opticallineterminal，olt)108在vpon102之间传送数据流量。olt108用于提供可重配置或灵活的软件定义灵活传输。vpon102用于在光网络单元(opticalnetworkunit，onu)106、光纤到户(fiber-to-the-home，ftth)网络、以太网无源光网络(ethernetpassiveopticalnetwork，epon)、吉比特无源光网络(gigabitpassiveopticalnetwork，gpon)、用于移动回传和/或前传的基带单元(basebandunit，bbu)和射频拉远单元(remoteradiounit，rru)110、如本领域普通技术人员在看到本发明时会认识到的任何其它类型的组网设备或网络，或他们的组合之间实施软件定义组网。vpon102用于为各种终端用户和应用提供服务。例如，一些终端用户(例如，商业用户)可要求高速连接。一些应用(例如，移动回传和前传)可需要高损耗预算或高色散容限。一些终端用户可在地理上远离olt108并可具有超过40千米(kilometer，km)的传输距离，例如，从约60km到约100km。光接入网络100可如图所示配置或为任何其它合适的配置。

图2为光数据传输方法200的一实施例的流程图。可实施方法200以将光信号划分为多个子频段，以生成多个信号频率映射和/或子频段映射，以及以使用频率分集传输一组选择的频率分量。方法200可由图1中的olt108和onu106等网络节点实施。在步骤202处，网络节点将光信号的带宽划分为多个子频段，使得每个子频段包含一个或多个连续频率位置。每个频率位置与一个频率指数相关联。例如，光信号的带宽被划分为2ⁿ个子频段，其中n为整数值。在步骤204处，网络节点生成子频段已重新排列的多个信号频率映射。信号频率映射的示例包括但不限于频谱倒转子频段、冗余子频段和已编码子频段。或者，可采用如本领域普通技术人员在看到本发明时会认识到的任何其它合适的信号频率映射。在步骤206处，网络节点基于信号频率映射选择多个频率分量以形成至少一个频率分量集。多个分量可包括带宽大小相同或不同的一个或多个子频段。在步骤208处，网络节点使用频率分集传输来传输该至少一个频率分量集。

图3为在olt302与若干onu304a至onu304c之间传送数据流量的光网络300的一实施例的示意图。olt302和onu304a至onu304c可分别配置为类似于图1中的olt108和若干onu106。olt302使用主干光纤350光耦合到分光器306。分光器306分别使用终端光纤352a至352c光耦合到onu304a至onu304c中的每一个。光网络300可如图所示配置或为任何其它合适的配置。

在图3中，olt302配置为发射器(transmitter，tx)，onu304a至onu304c配置为接收器(receiver，rx)。数据流量在下行方向从olt302传送到onu304a至onu304c，但这可以很容易地延伸为图示在上行方向传送的数据流量。当onu用于处理数字相干叠加(digitalcoherentsuperposition，dcs)时，使用多个相关信号在olt302与onu304a至onu304c之间传送数据流量。在dcs中，同一原始信号的冗余信号(例如，副本)或表示在数字域中相干地或相长地组合。冗余信号可具有与原始信号相同的时域或频域映射以实现相干叠加。dcs的额外信号可从2012年公布的由xiangliu等人提出的“非线性传输机制中增强光纤通信的加扰相干叠加(scrambledcoherentsuperpositionforenhancedopticalfibercommunicationinthenonlineartransmissionregime)”发现，该申请的全部内容以引入的方式并入本文本中。

olt302用于使用频谱倒转(spectrally-inverted，si)子频段或不使用si子频段传输数据流量。si子频段具有频率相关电场，einv(f)，其可以表示为：

|einv(f)|＝|e0(f)|

其中，e0(f)是原始子频段的频率相关电场，|x|表示x的绝对值。在一项实施例中，使用数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)生成si子频段。onu304a至onu304c用于在相干叠加原始频谱映射的相关信号之前重映射这些相关信号以获得增强的信号质量。举例来说，olt302可用于：在不使用si子频段的情况下为onu304a发送数据310；使用具有si子频段的两个冗余信号为onu304b发送数据312；以及使用具有si子频段的四个冗余信号为onu304c发送数据314。冗余信号是指当一对si子频段承载相同信息时。si子频段的数目被称为冗余因子。例如，当一对si子频段用于承载相同信息时，冗余因子是2。一般而言，当n对si子频段用于承载相同信息时，冗余因子是2n。

图4为两个相关信号的频谱倒转子频段映射400的一实施例的示意图。频谱倒转子频段映射400将原始信号映射到具有si子频段的一对相关信号。成对相关信号还可称为双信号。相关信号由图3中的olt302和onu304a至onu304c等传输网络节点生成。

在方框402处，获取原始信号e0。原始信号e0基本上符合频域中的厄米特对称性，使得e0(-f)＝e0(f)*，其中，f代表正交频分复用(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing，ofdm)子载波指数，e(f)是频率f处的信号电场，“e()*”表示e()的复共轭，例如，e0(f)*代表e0(f)的复共轭。生成原始信号e0以确保其对于幅度调制具有实值。可以使用频率f＝0处的合适直流电(directcurrent，dc)载波使原始信号e0具有正值。合适dc载波可以通过适当地偏置调制器来生成。

原始信号e0包括针对e0(f)的第一子频段402a和针对e0(-f)＝e0(f)*的第二子频段402b。第一子频段402a从频率指数1跨至频率指数f，其中f代表最大正子载波指数。第一子频段402a的频率指数按从1到f的趋势增加，这可表示为f＝(1:1:f)，其中(x:y:z)表示始于x止于z的增量为y的一系列整数。第二子频段402b从频率指数-1跨至频率指数–f。第二子频段402b的频率指数按从-1到–f的趋势减小，这可表示为f＝(-1:-1:-f)。

在方框404处，基于原始信号e0生成第一相关信号e1。相关信号具有带宽固定的2ⁿ个si子频段。各个子频段的带宽的总量可以表示为：

bs,n＝bo/2ⁿ，

其中，bo是原始信号的光带宽，n是正整数。第一相关信号e1包括针对e1(f)＝e0(f)的第一子频段404a和针对e1(-f)＝e1(f)*的第二子频段404b。第一子频段404a从频率指数1跨至频率指数f。第一子频段404a的频率指数按从1到f的趋势增加，这可表示为f＝(1:1:f)。第二子频段404b从频率指数-1跨至频率指数–f。第二子频段404b的频率指数按从-1到–f的趋势减小，这可表示为f＝(-1:-1:-f)。

在方框406处，基于原始相关信号e0生成第二相关信号e2。第二相关信号e2包括与第一相关信号e1类似的带宽固定的2ⁿ个si子频段。第二相关信号e2包括针对e2(f)＝e0(f+1-f)的第一子频段406a和针对e2(-f)＝e2(f)*的第二子频段406b。第一子频段406a从频率指数1跨至频率指数f。第一子频段406a的频率指数按从f到1的趋势减小，这可表示为f＝(f:-1:1)。第二子频段406b从频率指数-1跨至频率指数–f。第二子频段406b的频率指数按从-f到-1的趋势增加，这可表示为f＝(-f:1:-1)。

图5为四个相关信号的频谱倒转子频段映射500的一实施例的示意图。相关信号由图3中的olt302和onu304a至onu304c等传输网络节点生成。

在方框502处，基于先前生成的相关信号，例如图4的方框404中描述第一相关信号e1，生成第一相关信号e1,1。第一相关信号e1,1包括针对e1,1(f)＝e1(f)的第一子频段502a和针对e1,1(-f)＝e1,1(f)*的第二子频段502b。第一子频段502a从频率指数1跨至频率指数f。第一子频段502a的频率指数按从1到f的趋势增加，这可表示为f＝(1:1:f)。第二子频段502b从频率指数-1跨至频率指数–f。第二子频段502b的频率指数按从-1到–f的趋势减小，这可表示为f＝(-1:-1:-f)。

在方框504处，基于第一相关信号e1,1生成第二相关信号e1,2。第二相关信号e1,2包括针对e1,2((f/2)+1:1:f)＝e1,1(f:-1:(f/2)+1)的第一子频段504a、针对e1,2(1:1:f/2)＝e1,1(f/2:-1:1)的第二子频段504b、针对e1,2(-1:-1:-f/2)＝e1,1(-1:-1:-f/2)的第三子频段504c和针对e1,2((-f/2)+1:-1:-f)＝e1,1((-f/2)+1:-1:-f)的第四子频段504d。第三子频段504c和第四子频段504d还可以表示为e1,2(-f)＝e1,2(f)*，其中f>0。第一子频段504a从频率指数f/2跨至频率指数f。第一子频段504a的频率指数按从f到f/2的趋势减小，这可表示为f＝(f:-1:(f/2)+1)。第二子频段504b从频率指数1跨至频率指数f/2。第二子频段504b的频率指数按从f/2到1的趋势减小，这可表示为f＝(f/2:-1:1)。第三子频段504c从频率指数-1跨至频率指数–f/2。第三子频段504c的频率指数按从–f/2到-1的趋势增加，这可表示为f＝(-f/2:1:-1)。第四子频段504d从频率指数-f/2跨至频率指数-f。第四子频段504d的频率指数按从-f到–f/2的趋势增加，这可表示为f＝(-f:1:(-f/2)+1)。

在方框506处，基于先前生成的相关信号，例如图4的方框406中描述第二相关信号e2，生成第三相关信号e2,1。第三相关信号e2,1包括针对e2,1(f)＝e2(f)的第一子频段506a和针对e2,1(-f)＝e2,1(f)*的第二子频段506b。第一子频段506a从频率指数1跨至频率指数f。第一子频段506a的频率指数按从f到1的趋势减小，这可表示为f＝(f:-1:1)。第二子频段506b从频率指数-f跨至频率指数–1。第二子频段506b的频率指数按从-f到–1的趋势增加，这可表示为f＝(-f:1:-1)。

在方框508处，基于第三相关信号e2,1生成第四相关信号e2,2。第四相关信号e2,2包括针对e2,2(f/2+1:1:f)＝e2,1(f:-1:f/2+1)的第一子频段508a、针对e2,2(1:1:f/2)＝e2,1(f/2:-1:1)的第二子频段508b、针对e2,2(-1:-1:-f/2)＝e2,1(-f/2:1:-1)的第三子频段508c和针对e2,2((-f/2)+1:-1:-f)＝e2,1(-f:1:(-f/2)+1)的第四子频段508d。第三子频段508c和第四子频段508d还可以表示为e2,2(-f)＝e2,2(f)*，其中f>0。第一子频段508a从频率指数f/2跨至频率指数f。第一子频段508a的频率指数按从f/2到f的趋势增加，这可表示为f＝((f/2)+1:1:f)。第二子频段508b从频率指数1跨至频率指数f/2。第二子频段508b的频率指数按从1到f/2的趋势增加，这可表示为f＝(1:1:f/2)。第三子频段508c从频率指数-1跨至频率指数–f/2。第三子频段508c的频率指数按从–1到–f/2的趋势减小，这可表示为f＝(-1:-1:-f/2)。第四子频段508d从频率指数-f/2跨至频率指数-f。第四子频段508d的频率指数按从–f/2到–f的趋势减小，这可表示为f＝((-f/2)+1:-1:-f)。

可以扩展图4中的频谱倒转子频段映射400和图5中的频谱倒转子频段映射500以生成八个相关信号。例如，传输网络节点生成八个相关信号使得f>0，生成第一相关信号使得e1,1,1(f)＝e1,1(f)且e1,1,1(-f)＝e1,1,1(f)*，生成第二相关信号使得e1,2,1(f)＝e1,2(f)且e1,2,1(-f)＝e1,2,1(f)*，生成第三相关信号使得e2,1,1(f)＝e2,1(f)且e2,1,1(-f)＝e2,1,1(f)*，以及生成第四相关信号使得e2,2,1(f)＝e2,2(f)且e2,2,1(-f)＝e2,2,1(f)*。第一相关信号e1,1,1和第三相关信号e2,1,1各具有两个子频段。第二相关信号e1,2,1和第四相关信号e2,2,1各具有四个子频段。

第五相关信号、第六相关信号、第七相关信号和第八相关信号各具有八个子频段，可以生成这些子频段使得i∈(1,2)且j∈(1,2)，其中，‘i’是子频段的第一除法的指数，‘j’是子频段的第二除法的指数，第一子频段按ei,j,2(1:1:f/4)＝ei,j,1(f/4:-1:1)生成，第二子频段按ei,j,2(f/4+1:1:f/2)＝ei,j,1(f/2:-1:f/4+1)生成，第三子频段通过ei,j,2(f/4*2+1:1:f/4*3)＝ei,j,1(f/4*3:-1:f/4*2+1)生成，第四子频段通过ei,j,2(f/4*3+1:1:f)＝ei,j,1(f:-1:f/4*3+1)生成。第五子频段、第六子频段、第七子频段和第八子频段使用关系ei,j,2(-f)＝(ei,j,2(f))*来对应第一子频段、第二子频段、第三子频段和第四子频段。

一般而言，用于生成具有si子频段的2ⁿ个相关信号的过程如下。对于f>0且i(1:n-1)∈(1,2)，可以执行以下计算：

(a)在第(n-1)个步骤中获取2^n-1个信号：

ei(1),i(2),…,i(n-1),1(f)＝ei(1),i(2),…,i(n-1)(f)以及ei(1),i(2),…,i(n-1),1(-f)＝ei(1),i(2),…,i(n-1),1(f)*，以及

(b)获取相对于长度为f/2^n-1的各个子频段内的上述2^n-1个信号频谱倒转的2^n-1个信号：

ei(1),i(2),…,i(n-1),2(m*f/2^n-1+1:1:(m+1)*f/2^n-1)＝

ei(1),i(2),…,i(n-1),1((m+1)*f/2^n-1:-1:m*f/2^n-1+1)，ei(1),i(2),…,i(n-1),2(-f)＝

ei(1),i(2),…,i(n-1),2(f)*，

其中，m＝0,1,…(2^n-1-1)是具有正数f的2^n-1个子频段的指数。

在发射器侧，生成的2ⁿ个相关信号可在不同的时间内传输。2ⁿ个相关信号随后在接收器侧恢复。各个相关信号的子载波在被相干叠加以获取具有增强信号质量的原始信号之前可重新排列以遵循原始信号的顺序或以恢复原始频率映射。

图6为发射器的频率分集传输方法600的一实施例的流程图。方法600由图3中的olt302和onu304a至304c等配置为发射器以传输光数据信号的网络节点实施。发射器获取给定olt链路的链路损耗预算，确定dcs所需的原始信号的冗余信号的数目，生成具有si子频段的多个相关信号，选择多个相关信号，以及传输包括多个相关信号的光信号。在步骤602处，发射器获取olt与onu之间的链路的链路损耗预算，该链路可称为olt-onu链路。例如，可从控制器或网络操作器获取链路损耗预算。在一实施例中，链路损耗预算可以表示为：链路损耗预算(例如，单位为分贝(decibel，db))＝发射器处的功率(例如，单位为毫瓦分贝(decibel-milliwatt，dbm))-接收器处要求的最小功率(例如，单位为dbm)。在步骤604处，发射器确定dcs所需的原始信号的冗余信号的数目n。例如，发射器确定使链路损耗预算仅高于实际链路损耗的冗余信号的数目，这允许olt-onu链路满足性能指标(例如，低误码率)并维持高数据速率。在步骤606处，发射器生成具有si子频段的多个相关信号，其与冗余信号的数目n对应。多个相关信号使用与图4中的频谱倒转子频段映射400和图5中的频谱倒转子频段映射500类似的频谱倒转子频段映射生成。生成多个相关信号包括生成2ⁿ个信号，其中，n是正整数。在一实施例中，可以使用n＝ceil(log2(n))来确定n，其中，ceil(x)是上限函数，其导致不小于x的最小整数值。相关信号具有互相频谱倒转的子频段，使得ei(1),i(2),…,i(n-1),2(m*f/2^n-1+1:1:(m+1)*f/2^n-1)＝ei(1),i(2),…,i(n-1),1((m+1)*f/2^n-1:-1:m*f/2^n-1+1)，其中，f>0，i(1:n-1)∈(1,2)，m＝0,1,…(2^n-1-1)是具有正数f的2^n-1个子频段的指数，f是最大正频率指数。随着冗余信号数目的增加，链路损耗预算的“所需最小功率”项降低，这导致链路损耗预算增加。在步骤608处，发射器从2ⁿ个相关信号中选择n个相关信号。在一实施例中，发射器优先从具有彼此频率倒转的子频段的相关信号中选择n个相关信号。在步骤610处，发射器传输包括n个相关信号的光信号。发射器使用频率分集以不同时间间隔传输光信号内的n个相关信号。在一项实施例中，光信号是实值ofdm信号，其负频分量满足e(-f)＝e(f)*，其中f>0，f是dc子载波对应频率指数f＝0的ofdm子载波指数。此外，光信号可为适合于强度调制和直接检测的正值。在步骤612处，发射器确定传输是否完成。如果传输完成，那么发射器终止方法600；否则，发射器返回到步骤602。

图7为接收器的频率分集接收方法700的一实施例的流程图。方法700由图3中的olt302和onu304a至304c等配置为接收器以接收光数据信号的网络节点实施。接收器获取olt-onu链路的dcs的频率映射，接收包括多个相关信号的光信号，恢复多个相关信号，重新排列相关信号以生成恢复信号，对恢复信号执行dcs以生成相干信号，以及处理相干信号以恢复原始数据序列。在步骤702处，接收器获取olt-onu链路的dcs的频率映射。例如，可从控制器或网络操作器获取频率映射。采用频率映射来关联或重新排列多个相关信号，以生成恢复原始信号。在步骤704处，接收器接收包括多个相关信号的光信号。多个相关信号是使用与图4中的频谱倒转子频段映射400和图5中的频谱倒转子频段映射500类似的频谱倒转子频段映射生成的相关信号。在步骤706处，接收器从光信号恢复多个相关信号。接收器可使用数据信号处理或如本领域普通技术人员在看到本发明时会认识到的任何其它合适的技术来恢复多个相关信号。在步骤708处，接收器重新排列多个相关信号以生成恢复原始信号。例如，接收器使用频率映射来确定相关信号排序和/或重新排列多个相关信号以生成恢复原始信号。在步骤710处，接收器对恢复信号执行dcs以生成相干信号。例如，dcs可包括合并恢复信号的多个电场(electricfield，e-field)以生成相干信号。在步骤712处，接收器处理相干信号以恢复原始数据序列。例如，接收器解调并解码相干信号以恢复原始数据序列。在步骤714处，接收器确定传输是否完成。如果传输完成，那么接收器终止方法700；否则，接收器返回到步骤704。

图8为在olt802与若干onu804a至onu804c之间传送数据流量的光网络800的另一实施例的示意图。olt802和onu804a至onu804c可配置为类似于图1中的olt108和onu106。olt802使用主干光纤850光耦合到分光器806。分光器806分别使用终端光纤852a至852c光耦合到onu804a至onu804c中的每一个。光网络800可如图所示配置或为任何其它合适的配置。

在图8中，olt802配置为发射器，onu804a至onu804c配置为接收器。数据流量在下行方向从olt802传送到onu804a至onu804c，但这可以很容易地延伸为说明在上行方向传送的数据流量。使用由预定编码进行编码的信号在olt802与onu804a至onu804c之间传送数据流量。预定编码作用于来自原始信号的多个子频段的多个子载波。olt802用于传输已编码数据流量。onu804a至onu804c用于解码数据流量以重建原始信号。举例来说，olt802可用于为onu804a发送已编码数据810，为onu804b发送已编码数据812，以及为onu804c发送已编码数据814而不使用冗余。

在一实施例中，发射器用于不应用冗余来传输数据。举例来说，发射器对从四个不同子频段中选择的四个子载波进行编码，每个子频段具有带宽bs＝bo/4，其中，bo是信号的光带宽。多个子频段可以类似于在相关信号中生成的那些信号来生成，那些信号是使用与图4中的频谱倒转子频段映射400和图5中的频谱倒转子频段映射500类似的频谱倒转子频段映射生成的。如果使用了银色编码，那么将编码四个子载波[s1,s2,s3,s4]以在四个原始频率位置处生成四个新子载波，如下：

s1’＝s1+z3

s2’＝s2-z4

s3’＝-s2*-z4*

s4’＝s1*-z3*

其中，

是映射到原始子载波或信号组的新建信号组。接收器解码或反转以上操作以重建原始子载波。

在一项实施例中，可使用四个频率映射，例如，类似于图4中的频谱倒转子频段映射400和图5中的频谱倒转子频段映射500，来执行要编码的四个子载波的选择。对于f>0，我们具有第一映射：e1(f)＝e0(f)，第二映射：e2(f)＝e0(f+1-f)，第三映射：e3(1:1:f/2)＝e0(f/2:-1:1)和e3(f/2+1:1:f)＝e0(f:-1:f/2+1)，以及第四映射：e4(1:1:f/2)＝e0(f/2+1:1:f)和e4(f/2+1:1:f)＝e0(1:+1:f/2)。对于f<0，我们具有en(f)＝en(-f)*，其中n∈(1,2,3,4)。

举例来说，对于f＝16，频率映射计算为：

第一映射：1,2,3,4,5,6,7,8；9,10,11,12,13,14,15,16

第二映射：16,15,14,13,12,11,10,9；8,7,6,5,4,3,2,1

第三映射：8,7,6,5,4,3,2,1；16,15,14,13,12,11,10,9

第四映射：9,10,11,12,13,14,15,16；1,2,3,4,5,6,7,8。

计算的频率映射导致一起编码和解码的子载波的以下四个(f/4)子集：

[1,16,8,9],[2,15,7,10],[3,14,6,11],[4,13,5,12]。

对于f<0，我们具有en(f)＝en(-f)*，其中n∈(1,2,3,4)。

图9为发射器的频率分集传输方法900的一实施例的流程图。方法900由图8中的olt802和onu804a至804c等配置为发射器以传输光数据信号的网络节点实施。发射器获取给定olt链路的链路损耗预算，生成多个子频段，编码一组子频段，以及传输包括多个相关信号的光信号。在步骤902处，发射器获取olt-onu链路的链路损耗预算。例如，可从控制器或网络操作器获取链路损耗预算。在步骤904处，发射器生成多个子频段。多个子频段类似于图4中的频谱倒转子频段映射400和图5中的频谱倒转子频段映射500生成。在步骤906处，发射器从多个子频段中选择一组子频段。子频段可基于子频段的带宽和olt-onu链路的链路损耗预算来选择。在步骤908处，发射器使用频率映射来编码该组子频段。频率映射通过重新映射或重新排列子频段的顺序来编码该组子频段。编码方案的示例包括但不限于空时编码、银色编码和金色编码。在步骤910处，发射器传输包括该组已编码子频段的光信号。例如，发射器使用频率分集来传输光信号。在步骤912处，发射器确定传输是否完成。如果传输完成，那么发射器终止方法900；否则，发射器返回到步骤902。

图10为接收器的频率分集接收方法1000的另一项实施例的流程图。方法1000由图8中的olt802和onu804a至804c等配置为接收器以接收光数据信号的网络节点实施。接收器获取olt-onu链路的频率映射和/或编码信息，接收包括一组已编码子频段的光信号，解码该组已编码子频段，以及处理该组已解码子频段以恢复原始数据序列。在步骤1002处，接收器获取olt-onu链路的频率映射和/或编码信息。例如，可从控制器或网络操作器获取频率映射和编码信息。采用频率映射和编码信息来关联或重新排列多个子频段，以生成恢复原始信号。在步骤1004处，接收器接收包括一组已编码子频段的光信号。该组已编码子频段是使用与图4中的频谱倒转子频段映射400和图5中的频谱倒转子频段映射500类似的频谱倒转子频段映射生成的子频段。在步骤1006处，接收器解码该组编码子频段以生成恢复原始信号。例如，接收器使用包括编码信息的频率映射来确定顺序以及重新排列子频段以生成恢复原始信号。在步骤1008处，接收器处理该组已解码子频段以恢复原始数据序列。例如，接收器解调该组已解码子频段以恢复原始数据序列。在步骤1010处，接收器确定传输是否完成。如果传输完成，那么接收器终止方法1000；否则，接收器返回到步骤1004。

图11为网元1100的一实施例的示意图。网元1100可适于实施所公开的实施例。网元1100可为通过网络、系统和/或域传送或协助传送数据的任意设备(例如，调制解调器、交换机、路由器、网桥、服务器、客户端、控制器等)。例如，网元1100可在图3的olt302和onu304a至304c以及图8的olt802和onu804a至804c中实施。网元1100包括端口1110、收发器单元(tx/rx)1120、处理器1130和包括频率分集模块1150的存储器1140。端口1110耦合到tx/rx1120，tx/rx1120可为发射器、接收器或其组合。tx/rx1120可经由端口1110传输和接收数据。处理器1130用于处理数据。存储器1140用于存储用于实施本文描述的实施例的数据和指令。网元1100还可包括耦合到端口1110和tx/rx1120用于接收和传输电信号和光信号的电到光(electrical-to-optical，eo)分量和光到电(optical-to-electrical，oe)分量。

处理器1130可由硬件和软件实施。处理器1130可实施为一个或多个中央处理器(centralprocessingunit，cpu)芯片、逻辑单元、内核(例如，为多核处理器)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)和数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)。处理器1130与端口1110、tx/rx1120和存储器1140通信。

存储器1140包括一个或多个磁盘、磁带驱动器和固态驱动器并可用作溢流数据存储设备，以在程序被选择执行时存储这类程序以及存储在程序执行期间读取的指令和数据。存储器1140可为易失的或非易失的，并可为只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(random-accessmemory，ram)、三重内容寻址存储器(ternarycontent-addressablememory，tcam)和静态随机存取存储器(staticrandom-accessmemory，sram)。频率分集模块1150由处理器1130实施以执行用于实施各种实施例的指令，以传输和接收光信号，这些光信号包括相关信号或使用或不使用冗余的相关信号子频段。包括频率分集模块1150提供了网元1100的功能改进。频率分集模块1150还引起网元1100到不同状态的转变。或者，频率分集模块1150实施为存储在处理器1130中的指令。

图12为使用具有4-正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation，qam)的2.6吉兆赫(gigahertz，ghz)信号的直接调制激光器的误码率(biterrorrate，ber)性能的一实施例的曲线图1200。可以使用类似于图3中的olt302和onu304a至onu304c以及图8中的olt802和onu804a至onu804c配置的网元来获取曲线图1200。轴1202表示单位为db的q²质量因子，轴1204表示单位为dbm的接收功率。曲线1206代表不使用dcs情况下的相位共轭双波(phase-conjugatedtwinwave，pctw)信号。曲线1208代表使用dcs情况下的pctw。在使用具有si子频段的两个信号的dcs时，可以观察到约四分贝的改进。

图13为使用具有si子频段的两个信号的dcs的40km标准单模光纤(standardsingle-modefiber，ssmf)上的10吉比特/秒(gigabitpersecond，gb/s)dmt信号的snr响应的一实施例的性能比较1300。可以使用类似于图3中的olt302和onu304a至onu304c以及图8中的olt802和onu804a至onu804c配置的网元来获取性能比较1300。曲线图1302是在不使用dcs的情况下信号的snr响应。轴1306表示单位为db的snr，轴1308表示子载波的指数。曲线图1302具有约-28dbm的snr。曲线图1304是使用具有si子频段的两个信号的dcs的信号的snr响应。轴1310表示单位为db的snr，轴1312表示子载波的指数。使用具有si子频段的两个信号的dcs，将信号的snt响应改进了约0.09db。

图14为使用具有si子频段的两个信号的dcs的40kmssmf上的10gb/sdmt信号的ber性能的一项实施例的性能比较1400。可以使用类似于图3中的olt302和onu304a至onu304c以及图8中的olt802和onu804a至onu804c配置的网元来获取性能比较1400。曲线图1402是在不使用dcs的情况下信号的星座图。轴1406表示q平面中的位置，轴1408表示i平面中的位置。曲线图1402具有约0.0035的ber。曲线图1404是使用具有si子频段的两个信号的dcs的信号的星座图。轴1410表示q平面中的位置，轴1412表示i平面中的位置。曲线图1404具有1.2e-5的ber。使用具有si子频段的两个信号的dcs，改进了ber并将增益提高了约3.9db。

图15为使用具有si子频段的四个信号的dcs的40kmssmf上的10gb/sdmt信号的snr性能的一实施例的性能比较1500。可以使用类似于图3中的olt302和onu304a至onu304c以及图8中的olt802和onu804a至onu804c配置的网元来获取性能比较1500。曲线图1502是在不使用dcs的情况下信号的snr响应。轴1506表示单位为db的snr，轴1508表示子载波的指数。曲线图1502具有约-31dbm的snr。曲线图1504是使用具有si子频段的两个信号的dcs的信号的snr响应。轴1510表示单位为db的snr，轴1512表示子载波的指数。使用具有si子频段的四个信号的dcs，将信号的snt响应改进了约0.7db。

图16为使用具有si子频段的四个信号的dcs的40kmssmf上的10gb/sdmt信号的ber性能的一实施例的性能比较1600。可以使用类似于图3中的olt302和onu304a至onu304c以及图8中的olt802和onu804a至onu804c配置的网元来获取性能比较1600。曲线图1602是在不使用dcs的情况下信号的星座图。轴1606表示q平面中的位置，轴1608表示i平面中的位置。曲线图1602具有约0.0351的ber。曲线图1604是使用具有si子频段的四个信号的dcs的信号的星座图。轴1610表示q平面中的位置，轴1612表示i平面中的位置。曲线图1604具有4.96e-5的ber。使用具有si子频段的四个信号的dcs，改进了ber并将增益提高了约6.7db。

虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。