基于子载波再调制的PCTW‑OFDM传输方法与流程

本发明涉及光通信技术，特别涉及大容量光纤传输。

背景技术：

随着新业务的兴起和互联网技术的不断升级，例如iptv、云计算、网络视频分享等，全球互联网流量迅猛增长。伴随着对带宽需求的不断增长，光纤传输作为信息时代的基础传输平台也面临着巨大挑战。随着100gb/s系统商业布局的完成，下一代单信道光纤传输开始向400gb/s乃至1tb/s发展，单纤传输容量向100tb/s发展，以满足数据流量不断急剧增长的需求。目前，在不断提升单纤容量的过程中，遇到的技术难度不断增大。高阶调制的引入提高了系统频谱利用率，在一定程度上缓解了对带宽的需求。然而，根据香农定理，系统的频谱效率越高(容量越大)，信号无误码传输所需的信噪比就越大，过大的信噪比将导致光传输距离大幅缩短。并且，光纤信道特有的非线性效应限制了入纤光功率的提升，使得提升信噪比变得困难，从而限制了频谱效率的进一步提升。随着传输容量的不断升级，光纤非线性效应对系统通信质量的影响愈加明显，并成为限制光纤通信系统向更高容量升级的主要限制因素。

2013年，x.liu等人在naturephotonics发表的论文中指出偏振复用的相位共轭双子波pctw技术，创纪录的实现400gb/s传输12800km。这是由于光纤非线性传递函数为实数时，根据微扰理论证实两个偏振态上相位共轭的双子波，其一阶非线性具有反相关性，在接收机中数字相干相干叠加dcs后可以消除一阶光纤非线性的影响。然而，pctw技术由于需要在两个偏振方向构造相位共轭的两个双子波，使得系统频谱效率下降了一半，对系统带来了极大的浪费。正交频分复用ofdm技术是一种多子载波复用技术，因其频谱利用率高与色散容忍性强，备受光纤传输的青睐。研究表明，基于pctw理念的dcs-ofdm不仅提升了系统对光纤非线性的容忍性，同时对激光器相位噪声的容忍性也得以提升。然而，基于pctw理念的ofdm系统同样存在频谱效率下降的问题。为了克服pctw技术带来的频谱效率下降的问题，有必要研究适应于pctw-ofdm系统频谱利用率提升的方法，同时依然保持pctw-ofdm系统对光纤非线性的容忍性与激光器相位噪声的容忍性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种既能提升pctw-ofdm频谱效率，又能保持对光纤非线性与激光器相位噪声的容忍性的pctw-ofdm传输方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于子载波再调制的pctw-ofdm传输方法，包括以下步骤:

步骤1：将传输数据分为两部分，一部分作为ofdm调制的调制信号，另一部分作为再调制信息；发送端对输入的信号进行ofdm调制产生ofdm信号；

步骤2：发送端对产生的ofdm信号对其共轭子载波进行再调制实现信息加载产生基于子载波再调制的ofdm信号，之后复用两个偏振态上的ofdm信号，再经光调制后生成发送至光纤的已调光信号：

对双偏振系统，对其中一个偏振态上的ofdm信号进行子载波再调制，另一个偏振方向保持不变，子载波再调制满足：

或

其中，xx(k)、xy(k)分别表示x-、y-方向偏振态上的ofdm信号，k表示子载波索引号，n表示总的子载波数，()*表示复共轭，xa为再调制信息；

对单偏振系统，对一个偏振态上的ofdm信号进行子载波再调制，子载波再调制同时满足以下两个条件：

(1)

(2)

步骤3：接收端对接收到的已调光信号进行相干光检测后解调出基于子载波再调制的ofdm信号，通过判决得到再调制信息xa，从而还原两个偏振态上的原始ofdm信息，最后通过ofdm信号解调得到调制信号，从而恢复出传输数据。

进一步的，所述再调制信息xa为进行纠错编码的再调制信息。

本发明的有益效果是，由于对子载波进行了再调制，因此，频谱效率得以提升；进一步的，由于纠错码的使用降低了再调制解调的误码，在对再调制信息正确解调的基础上，可以通过对再调制信息的判决等处理保持原有系统的对光纤非线性与激光器相位噪声的容忍性。

附图说明

图1为实施单偏振与偏振复用下基于子载波再调制的原理图。

图2为基于子载波再调制pctw-ofdm系统示意图。

具体实施方式

ofdm调制是一种多子载波调制，因此，子载波再调制的方法可以有很多种。例如，pctw技术应用于单载波系统需要双偏振态构造相位共轭的双子载波，而在ofdm系统可以在单偏振系统下通过子载波对构造相位共轭双子载波。

传统的pdm-pctw-ofdm系统中，两个偏振分量的信息满足时，其中xx(k)、xy(k)分别表示一个x-、y-方向偏振态上的ofdm信号，k表示子载波索引号，n表示总的子载波数，()*表示复共轭。在接收机中，通过数字相干叠加dcs后可以对非线性失真与激光器相位噪声加以消除。可以看出传统的pdm-pctw-ofdm系统由于需要在两个偏振态构造相位共轭，有一半的频谱效率的下降。然而，大容量传输依赖的就是高频谱利用率，这对传输显然是不利的。

为了保持pdm-pctw-ofdm对光纤非线性失真的容忍性，同时克服pctw技术带来的系统频谱利用率下降，以双偏振pdm-pctw-ofdm系统为例，实施例采用基于子载波再调制的方式，具体实现步骤如图1所示：

发送端

步骤1：将传输数据的比特序列分为两部分，一部分作为ofdm调制的调制信号，另一部分作为再调制信息；对作为调制信号的比特序列进行ofdm调制，产生相应的ofdm信号；

步骤2：对产生的ofdm信号进行再调制，这里对y-偏振方向子载波再调制，从而加载了新的信息，增加了频谱效率，对y-偏振方向子载波再调制使得两个偏振方向的信号满足下式：

xa为再调制信息，再调制信息可以是现有任何方式的相位调制信息，优选的，再调制信息xa为进行纠错编码的再调制信息，经纠错编码后，可以防止再调制出错，降低误码率。

步骤3：两路偏振方向的子载波ofdm信号进行复用后，经光调制后生成发送至光纤的已调光信号。

接收端

步骤4：接收端对接收到的已调光信号进行相干光检测，再经过偏振解复用，得到两个偏振态信号；

步骤5：对y-方向偏振态信号进行判决得到再调制信息xa；

步骤6：还原两个偏振态上的原始ofdm信息，最后通过ofdm信号解调得到调制信号，通过调制信号与解编码后的再调制信息恢复出传输数据。

由于子载波再调制后，原有的共轭关系遭到破坏，两个偏振态上的非线性失真关系δxy与δxx，如下式所示，

-[δxy(l,n-k)]*＝δxx(l,k)×xa即-[δxy(l,t)]*≈δxx(l,t)×xa

其中，l表示传输距离，*表示共轭转置。

可以看出，在接收机中，采用原有的数字相干叠加(dcs)显然无法消除光纤非线性失真的影响，这是由于子载波再调制改变了原有的两个偏振态上的非线性失真的关系。为了使基于子载波再调制的pdm-pctw-ofdm系统能够保持原有的对光纤非线性的容忍性，需要在发端子载波再调制前，对再调制信息进行纠错编码，降低再调制信息可能出现的误码，并在接收机中对y-偏振方向的信号采用如图1(a)所示方式进行处理：

xr，1(t)＝xx(l,t)+(xy(l,t)/xa,1)^*

xr，2(t)＝xx(l,t)+(xy(l,t)/xa,2)^*

……

xr,m(t)＝xx(l,t)+(xy(l,t)/xa,m)^*

其中，m表示码元个数，log2(m)为xa编码所需的比特数，xr为接收到的数据，xr,m(t)表示以m元再调制信息作为参考信号得到的判决信号，xa,m表示m元的再调制信息，xx(l,t)表示经l长光纤距离传输后x-偏振方向上接收到的数据，xy(l,t)经l长光纤距离传输后y-偏振方向上接收到的数据，t表示时间。

当判决后，按照图1(a)所示方法确定再调制信息xa后，采用如下式所示的方法进行相干叠加得到接收信号，

xr＝xx(l,t)+(xy(l,t)/xa)^*＝xx(0,t)+δxx(l,t)+xx(0,t)-δxx(l,t)≈2xx(0,t)

xx(0,t)表示x偏振方向上的发射信号，可以看出两个偏振方向的非线性失真相消，从而保证了对光纤非线性的容忍性；

由上2式可以看出，此时，两个偏振方向的非线性失真仍然满足幅度相等，符号相反，从而达到消除光纤非线性失真的目的。可以看出，通过本发明所提出的方法，不仅增加了系统的频谱利用率，同时，仍然保持了对光纤非线性的容忍性。

对双偏振系统，除实施例外，还可对x-偏振态上的ofdm信号进行子载波再调制，子载波再调制满足：

对单偏振系统，对一个偏振态上的ofdm信号进行子载波再调制，子载波再调制同时满足以下两个条件：

(1)

(2)

以双偏振pdm-pctw-ofdm系统为例，采用本发明提出的基于子载波再调制pctw-ofdm系统，如图2所示，具体实现步骤如下：

步骤1：输入的比特序列首先进行ofdm调制模块，产生相应的ofdm序列；

步骤2：对产生的ofdm序列直接用于生成x-偏振方向的调制信号xx(k)，ofdm序列经子载波再调制模块与相位共轭处理模块后，使得y-偏振方向的序列满足这里对y-偏振方向由于进行了子载波再调制，从而加载了新的信息，增加了频谱效率；

步骤3：两个偏振方向发送的ofdm信号经过色散预补偿模块，预补偿整个光纤传输链路一半的色散，此时，对应的非线性传递函数η为实数，为非线性相位失真满足互反提供必要的条件；

步骤4：两个偏振方向发送的ofdm序列经数模转换模块dac后生成相应的ofdm信号，分别输入至光i/q调制后实现电光转换，两个偏振方向的光ofdm信号经偏振合束片pbc进行偏振复用后，经光纤链路传输到达接收端；光纤链路通过光环路器，通常由单跨80km单模光纤(smf)与光纤放大器edfa构成，edfa用于补偿光纤损耗，图中×n代表n个环路，即总的光纤传输距离为80km×n；

步骤5：偏振复用的光ofdm信号，通过光偏振多样性检测模块，将偏振复用的光ofdm信号进行偏振解复用与相干光检测；

步骤6：经过偏振解复用后，先对子载波再调制的一个偏振态信号进行再调制信息的解调，即通过图1(a)的方式解调出再调制信息，确定各子载波上加载的信息；在获得再调制信息后，通过数字相干叠加消除一阶非线性失真，恢复出所要接收的信号。