专利名称：用于实时通信的复杂光调制的制作方法
用于实时通信的复杂光调制背景
直到最近，在光纤链路上的数字数据的传送使用二进制键控以将数字数据调制到光学载波上来实现。由于通信网络中的带宽和吞吐量的需求增加，承载更多数据的光纤链路的有效容量变得紧张。最近，复杂的光调制技术出现，这提供了光学载波的正交振幅调制 (QAM)，速率最高到128 QAM，通过每秒传输相同数量的符号，显著地增加了在光纤链路上的可能的数据速率，但增加了每个符号的位数。参看^shida等，64 and 128 coherent QAM optical transmission over 150 km using frequency stabilized laser and heterodyne PLL detection, Optics Express, Vol. 16，No. 2，pp. 829-840 (2008 年 1月21日)。然而，当前的复杂的光调制技术要求高度精确的激光源和“脱机”的批处理以恢复所传输的数据。因为即使几微秒的延迟也可能在实时通信网络中成为灾难性的，当前的有效的复杂的光调制技术所使用的“脱机”批处理阻止实时应用的使用，例如在电话通信网络中。在阅读和理解说明书时，以上阐述的原因和以下阐述的其它原因对本领域的那些技术人员将变得明显，在本领域中需要改进的系统和方法用于通信数据的实时光传输。概述
本发明的实施方式提供用于通信数据的实时光传输的方法和系统并将通过阅读和学习以下说明书被理解。在一种实施方式中，通信数据的实时的光传输的方法包括从数字化的射频(RF) 抽样的第一串行比特流生成第一同相位(I)分量和正交相位(Q)分量，其中数字化的RF抽样承载用基带数据调制的RF载波信号的抽样的有效载荷；基于同相位(I)分量和正交相位 (Q)分量调制光信号以产生复杂的调制的光信号；在光纤连接上传输复杂的调制的光信号； 从复杂的调制的光信号实时地解调第二同相位(I)分量和正交相位(Q)分量；并从第二同相位(I)和正交相位(Q)分量生成数字化的射频(RF)抽样的第二串行比特流。附图
当鉴于优选的实施方式和在以下图中的描述考虑时，本发明的实施方式能够被更容易地理解以及其更多的优点和使用由此更容易明显
图1为说明本发明的一种实施方式的通信系统的方框图。图2为本发明的一种实施方式的方法的流程图。依照惯例，各种描述的特征并不按比例绘制，但被绘制成突出与本发明有关的特征。参考字符贯穿图和全文指示相同的元素。详细描述
在以下详细的描述中，参考形成本文的一部分的附图，并且在描述中通过其中本发明被实践的具体的说明性的实施方式来示出。这些实施方式以充分的细节被描述，以使那些本领域技术人员能够实践发明，以及应理解，其它实施方式可被利用，并且在不偏离本发明的范围的情况下可以进行逻辑的、机械的、和电的改动。以下细节描述因此并不被理解为限制。
本发明的实施方式提供使用复杂的光调制的数字数据的实时传送的系统和方法， 这通过将数字数据转换成数字化的射频(RF)数据抽样并然后使用复杂的调制技术用数字化的射频(RF)数据抽样调制光学载波来实现的。如以下描述的，复杂的光调制使用同相位 (I)分量和正交相位(Q)分量两者来调制光学载波，通常称为正交振幅调制(QAM)。本发明的实施方式使通信系统能够以比先前可获得的明显更高的数据速率在光纤上传送通信数据，并实时地恢复基带数据。图1为说明本发明的一种实施方式的通信系统100的方框图。系统100包括由光纤介质118链接的光传输节点102和光接收节点130。光传输节点102包括光学IQ调制器 116、激光发射器114、格雷编码器112和多路复用器(MUX) 110。在图1示出的实施方式中，光传输节点102还包括帧同步和时钟功能111，以及光接收节点130包括帧同步和时钟恢复功能137。这些功能提供标准的时钟和数据恢复功能， 本领域一个技术人员根据阅读该说明书将认识到在光链路上的串行数据传送。在操作中，光学IQ调制器116调制从激光发射器114发射的光学载波(S卩，激光)。 光学载波是与由格雷编码器112产生的I和Q分量数据的调制。导致的激光发射器114输出为复杂的调制的光信号，例如光学QAM信号。在一种实施方法中，光传输节点102包括 QAM相干光学发射器，如由I^sAiife等人的文章描述的。如在图1中所示，光传输节点102 可从多于一个的进入数据源(通常在109示出)接收通信数据，作为串行比特流。在该种情况下，MUX 110接收多个串行比特流，多路复用它们到提供给格雷编码器112的单个串行比特流。在通过光传输节点102处理之前，无论任何来源的基带通信数据被转换到数字化的射频(RF)数据抽样。例如，在一种实施方式中，基带通信数据被用于调制RF载波以产生模拟RF信号(如通常在104中示出的)。RF信号104然后通过使用模拟数字转换器(A/D) 106被抽样，以产生数字化的RF抽样108的流，其被提供给MUX 110。在一种实施方式中， RF信号104在光传输节点102例如从移动电话被接收，作为无线RF信号。在另一种实施方式中，基带数据通过使用数字调制技术(例如通过软件无线电或相干无线电算法)由处理器 107数字地处理，以直接生成数字化的RF抽样108。因为基带数据(就是说，代表语音、视频，或其它通信数据的通信有效载荷数据)已被调制为RF信号，通信有效载荷更能抵抗由传输、接收和解调过程的不精确或噪音造成的破坏。就是说，当与直接传输基带有效载荷数据相比，承载着基带数据的RF信号能够经受更高的比特误码率(BER)和忍受更多的错误并仍然允许有效载荷的恢复。例如，本领域的一名普通技术人员根据阅读该说明书将理解到，通常要求lxlOE-15或更好的BER用于传输数字数据，作为纯理论的基带数据流。相比之下，lxlOE-5的BER对于RF信号的传输是非常可接受的。由本发明的实施方式提供的处理和传输错误的增长的健全性是使通过接收器实时地恢复数据成为可能，而不需要执行“脱机”批处理。本领域中的一名普通技术人员根据阅读该说明书还将理解到，被使用以产生RF 信号和数字化的RF抽样108的特殊的基本调制技术不被限制为任何一种类型的RF调制技术。例如，RF信号104可使用调制技术被创建，例如，但不限制为，二进制相移键控(BPSK)、 正交相移键控(QPSK)、正交振幅调制(QAM)或正交频分复用(OFDM)。在图1所示的实施方式中，光接收节点130包括光电检测器132、实时光学QAM解调器、格雷解码器140和解复用器(DEMUX)142。光接收节点130接收复杂调制的光信号(光学QAM信号)，并使用由光学锁相环(PLL)检测器134产生的本地振荡器信号(‘)，将光信号从其传输的频率(ftrans)转换到中频(fIF)。中频(fIF)光信号被光电检测器132接收，该信号从光信号和电信号产生。电信号被光学PLL检测器134利用，以建立光学锁相环(0PPL)。 从光学PLL检测器134输出的作为结果的电信号为QAM信号(SIF)，其能够被表示为 S(t) = I (t) -Cos (ω IFt+ Φ 0) +Q (t) -Sin (ω IFt+ Φ 0)
IQ解调器136中断信号Sif回到其I和Q分量。格雷解码器140接收I和Q分量，实时地将其转换到包括数字化的RF抽样(通常在141中示出)的串行比特流。串行比特流141 通过De-MUX 142解复用到数字化的RF抽样的一个或更多流的通道中，其代表最初在MUX 110被接收的数字化的RF抽样108。通过使用数字化的RF抽样来承载基带有效载荷数据， 当相比于本技术时，本发明的实施方式避免了在传输激光或解调过程中的高度精确性。在精确度要求上的相对放松使需要支持实时通信系统例如电话网络的实时解调成为可能。在一种实施方式中，数字化的RF抽样流(通常在150示出)的至少一个通道通过数字模拟射频收发器(DART)模块144被转换为模拟RF信号，该RF信号通过功率放大器146 被放大用于无线RF广播，例如用于到移动电话的传输。在另一种实施方式中，数字化的RF 抽样(通常在152示出)的至少一个流通过使用数字调制技术(例如通过软件无线电或相干无线电算法)由处理器巧4进行数字地处理，以直接地再生数字基带有效载荷数据。图2为说明了本发明的一种实施方式的方法的流程图。方法在205以抽样一个或多个RF信号以产生数字化的RF抽样的一个或多个串行比特流来开始。方法继续进行到 210，从数字化的RF抽样的一个或多个串行比特流生成同相位(I)分量和正交相位(Q)分量。数字化的RF抽样承载包括用基带数据调制的RF载波信号的抽样的有效载荷。方法继续到220，基于同相位(I)分量和正交相位(Q)分量调制光信号以产生复杂的调制的光信号。方法继续到230，以光纤连接上传输复杂的调制的光信号到光学接收器。如以上解释的，因为数字化的RF抽样承载代表以基带数据调制的RF载波信号的有效载荷，基带数据相对地抵抗在光传送期间由噪音或由激光源或实时解调过程的错误生成的光学载波中的其它不完整造成的破坏。另外，要恢复原始的基带数据，数字化的RF抽样的充分精确的复制品可使用实时解调算法替代批算法从光学载波生成。例如，其中批算法将等待直到在处理数据之前接收器接收完整的数据块，实时算法在数据被接收时处理数据。虽然实时解调算法相比于批算法可导致更高的BER，但数字RF抽样对这样的更高的BER 会比基带数据自身更健全。这意味着，即使具有由复杂的调制的光信号的实时的光解调引入的更高的BER，基带数据仍然能够从数字化的RF抽样精确地被恢复。方法因此继续进行到对0，从复杂的调制的光信号解调同相位(I)分量和正交相位(Q)分量，并进行到250，从同相位(I)分量和正交相位(Q)分量生成数字化的RF抽样的串行比特流。在一种实施方式中，串行比特流通过应用同相位(I)分量和正交相位(Q)分量到格雷解码器而被生成。在一种实施方式中，方法继续进行到沈0，从数字化的RF抽样恢复基带数据。在一种实施方式中，数字化的RF抽样通过使用数字调制技术(例如通过软件定义的无线电或相干无线电算法)由处理器数字地处理以直接地再生数字基带有效载荷数据。在另一种实施方式中，数字化的RF抽样被转换为模拟射频信号用于在电缆、双绞线，或无线介质上传输。
若干装置可用于实现如在此说明书中讨论的当前发明的系统和方法。除了以上讨论的任何装置外，这些装置包括但不限于数字计算机系统、微处理器、可编程控制器、现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)。因此本发明的其它实施方式是驻留在有形的计算机可读媒体设备上的程序指令，其当由这种控制器执行时，能够使控制器执行本发明的实施方式。计算机可读媒体设备包括有形设备，例如，计算机存储器的任何物理形式， 包括但不限于穿孔卡片、磁盘或磁带、任何光学数据存储系统、闪存只读存储器(ROM)、非易失性ROM、可编程ROM (PROM)、可删除可编程ROM (E-PROM)、随机存取存储器(RAM)，或任何其它形式的永久型、半永久型、或临时存储器存储系统或设备。程序指令包括但不限于由计算机系统处理器和硬件描述语言例如超高速集成电路(VHSIC)硬件描述语言(VHDL)所执行的计算机可执行指令，。虽然具体的实施方式在此被说明和描述，但本领域普通技术人员应理解，被计算以达到相同目的的任何安排可被作为示出的具体实施方式
的替代。该申请意图覆盖本发明的任何适配和改变。因此，其明显地意指本发明仅由权利要求及其等同物限制。
权利要求
1.一种用于通信数据的实时光传输的方法，所述方法包括从数字化的射频(RF)抽样的第一串行比特流生成其第一同相位(I)分量和正交相位 (Q)分量，其中所述数字化的RF抽样承载用基带数据调制的RF载波信号的抽样的有效载荷；基于所述同相位(I)分量和正交相位(Q)分量调制光信号以产生复杂的调制的光信号；在光纤连接上传输所述复杂的调制的光信号；从所述复杂的调制的光信号实时地解调第二同相位(I)分量和正交相位(Q)分量；以及从所述第二同相位(I)分量和正交相位(Q)分量生成数字化的RF抽样的第二串行比特流。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括从数字化的RF抽样的所述第二串行比特流恢复所述基带数据。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括 用所述基带数据调制RF载波信号；以及抽样所述RF载波信号以生成数字化的射频(RF)抽样的所述第一串行比特流。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括数字地处理所述基带数据以生成数字化的射频(RF)抽样的所述第一串行比特流。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括多路复用数字化的射频(RF)抽样的多个串行比特流，以产生数字化的射频(RF)抽样的所述第一串行比特流。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括传输数字化的RF抽样的所述第二串行比特流作为无线RF信号。
7.一种用于提供通信数据的实时光传送的系统，所述系统包括 第一节点，其包括格雷编码器，其从数字化的射频(RF)抽样的第一串行比特流生成第一同相位(I)分量和第一正交相位(Q)分量；激光发射器，其输出光载波信号；以及光学IQ调制器，其响应于所述格雷编码器，其中所述光学IQ调制器基于所述第一同相位(I)分量和所述第一正交相位(Q)分量调制所述光载波信号，并输出复杂的调制的光信号到光纤电缆；第二节点，其包括光电检测器，其耦合到所述光纤电缆以接收所述复杂的调制的光信号； 光学解调器，其响应于所述光电检测器，在所述复杂的调制的光信号通过所述光电检测器被接收时，所述光学解调器实时地产生第二同相位(I)分量和第二正交相位(Q)分量； 以及格雷解码器，其耦合到所述光学解调器并从所述第二同相位(I)分量和所述第二正交相位(Q)分量生成数字化的RF抽样的第二串行比特流。
8.根据权利要求7所述的系统，所述第二节点还包括光学PLL检测器，其用于基于所述复杂的调制的光信号建立光学的锁相环，其中所述光学PLL检测器提供本地振荡器光信号，以从所述复杂的调制的光信号生成中频光信号。
9.根据权利要求7所述的系统，所述第一节点还包括多路复用器，其用于将多个数字化的RF抽样数据流结合到数字化的射频(RF)抽样的所述第一串行比特流中。
10.根据权利要求7所述的系统，还包括至少一个模拟数字转换器，其从接收的模拟RF信号产生数字化的RF抽样。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述光学解调器还包括IQ解调器，所述IQ解调器执行实时解调算法，用于产生所述第二同相位(I)分量和所述第二正交相位(Q)分量。
12.根据权利要求7所述的系统，还包括RF解调器，其用于从数字化的RF抽样的所述第二串行比特流恢复基带数据。
13.根据权利要求7所述的系统，还包括数字模拟射频收发器，其基于数字化的RF抽样的所述第二串行比特流生成模拟RF信号。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括功率放大器，其响应于所述数字模拟射频收发器，所述功率放大器基于数字化的RF抽样的所述第二串行比特流生成无线RF信号。
15.一种通信系统，包括用于从数字化的射频(RF)抽样的第一串行比特流生成其第一同相位(I)分量和正交相位(Q)分量的装置，其中所述数字化的RF抽样承载用基带数据调制的RF载波信号的抽样的有效载荷；用于基于所述同相位(I)分量和正交相位(Q)分量调制光信号以产生复杂的调制的光信号的装置；用于在光纤连接上发射所述复杂的调制的光信号的装置；用于从所述复杂的调制的光信号实时地解调第二同相位(I)分量和正交相位(Q)分量的装置；以及用于从所述第二同相位(I)分量和正交相位(Q)分量生成数字化的RF抽样的第二串行比特流的装置。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括用于从数字化的RF抽样的所述第二串行比特流恢复所述基带数据的装置。
17.根据权利要求15所述的系统，还包括用于用所述基带数据调制RF载波信号的装置；以及用于抽样所述RF载波信号的装置，其中用于抽样所述RF载波信号的所述装置生成数字化的射频(RF)抽样的所述第一串行比特流的至少部分所述数字化的射频(RF)抽样。
18.根据权利要求15所述的系统，还包括用于数字地处理所述基带数据以生成数字化的射频(RF)抽样的所述第一串行比特流的装置。
19.根据权利要求15所述的系统，还包括用于多路复用数字化的射频(RF)抽样的多个串行比特流以产生数字化的射频(RF)抽样的所述第一串行比特流的装置。
20.根据权利要求15所述的系统，还包括用于传输数字化的RF抽样的所述第二串行比特流作为无线RF信号的装置。
全文摘要
提供了用于实时通信的复杂的光调制的系统和方法。在一种实施方式中，通信数据的实时的光传输的方法包括从数字化的射频(RF)抽样的第一串行比特流生成其第一同相位(I)分量和正交相位(Q)分量，其中数字化的RF抽样承载用基带数据调制的RF载波信号的抽样的有效载荷；基于同相位(I)分量和正交相位(Q)分量调制光信号以产生复杂的调制的光信号；在光纤连接上传输复杂的调制的光信号；从复杂的调制的光信号实时地解调第二同相位(I)分量和正交相位(Q)分量；并从第二同相位(I)分量和正交相位(Q)分量生成数字化的射频(RF)抽样的第二串行比特流。
文档编号H04B10/12GK102246433SQ200980148284
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月2日
发明者J. 赫梅尔 M. 申请人:Adc长途电讯有限公司