专利名称：光发送器以及光ofdm通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光发送器以及光OFDM通信系统，尤其涉及使用了多载波的光通信系统的光发送器，更具体而言，涉及在使用了直接检波接收方式的光0FDM(0rthOgOnal Frequency Division Multiplexing、正交频分复用)通信系统中降低副载波间干涉的影响的光发送器以及光OFDM通信系统。
背景技术：
到目前为止实用化的光通信系统，应用着使用光强度的二进制调制解调技术。具体而言，在发送侧将数字信息的“0”和“ 1”变换为光强度的开-关并向光纤发送，在光纤中传播的光在接收侧被光电变换，从而复原为原来的信息。近年，随着因特网的爆发式普及， 光通信系统中所要求的通信容量飞跃式增长。相对于通信容量的大容量化的要求，到目前为止以使光的开-关速度、即调制速度上升的方式进行应对。但是，在使调制速度上升以实现大容量化的方法中，一般存在如下所述的课题。存在使调制速度上升时、由光纤的波长色散所限制的可传送距离缩短这样的课题。一般地由波长色散所限制的传送距离按比特率的平方而变短。也就是说，比特率变成 2倍时，由波长色散所限制的传送距离变成1/4。同样，也存在使调制速度上升时、由光纤的偏振色散所限制的可传送距离缩短这样的课题。一般地比特率变成2倍时，由偏振色散所限制的传送距离变成1/2。若具体地表示波长色散的影响，通常，当比特率为10(ibpS并使用色散光纤时，由波长色散所限制的传送距离为60km，但如果是比特率为40(ibpS的系统，则其距离大概缩短为4km。进一步在第二代100(ibpS系统的情况下，由波长色散所限制的传送距离变成0.6km，这样的话，不能够实现传送距离为500km左右的干线光通信系统。为了建造超高速的干线光通信系统，目前为了消除传送路径的波长色散，在中继器或收发机中设置具有负波长色散的称作所谓的色散补偿光纤的特殊光纤。该特殊纤维价格高，而且需要在各区域设置多少(色散补偿光纤的长度)该色散补偿光纤这样的高级设计，上述两者提高了光通信系统的价格。因此，最近作为使通信容量增加的光调制解调方式，使用了 OFDM技术的光通信系统的研究正显露头角。OFDM技术是通过将在一个码元时间内正交的、即具有一个码元时间的倒数的整数倍的频率的多个正弦波(将其称作副载波)中的每个正弦波的振幅和相位设定为规定的值，由此载入(调制)信息，通过集束了这些副载波的信号来调制载波并进行发送的技术。该OFDM技术在电话局和家庭之间通信的VDSL (Very high bit rate Digital Subscriber Line、甚高速数字用户专线)系统、家庭内的电力线通信系统以及地面波数字 TV系统中使用并实用化。而且也打算在下一代便携电话系统中使用。光OFDM通信系统是将光作为载波而应用了 OFDM技术的通信系统。在OFDM技术中，如上所述，使用多个副载波，而且各自的副载波的调制方式例如可以应用4-QAM、8-PSK 或16-QAM等多值调制方式，所以一个码元时间比比特率的倒数长很多。作为其结果，由上述波长色散或偏振色散所限制的传送距离与光通信系统所设想的传送距离(例如，在国内的干线系统中为500km)相比变得足够长，而不需要上述色散补偿光纤。结果，存在能够实现低成本光通信系统的可能性。若要表示具体的数值例，则考虑以光OFDM技术实现例如 IOGbps的比特率的光通信系统的情况。如果设副载波数为10、设各副载波的调制为4-QAM， 则一个码元速度变成500MBaud。由该情况下的波长色散所限制的传送距离为将10(ibpS的光通信系统进行以往的开-关调制的OOK(On-Off Keying)方式的(10/0. 5)2 = 400倍、即成为24000km，能够不使用高价的色散补偿光纤而实现传送距离500km的国内干线系统，能够建造低成本光通信系统。另外，光OFDM通信系统根据光信号的接收方式能够分类为两种。一种是直接检波接收方式，另一种是相干接收方式。本发明是涉及使用了直接检波接收方式的光OFDM通信系统的发明。由图3示出该系统的结构图。当本来应该通信的数据由输入端子9输入到发送器 1时，在发送器1内部的发送信号处理部100被变换成基带OFDM信号，该信号由激励放大器 2放大并由光调制器4承载于作为载波的光上而生成光OFDM信号。该光OFDM信号通过作为传送路径的光纤5到达接收器6。光OFDM信号通过发光二极管7被直接检波接收并变换成电信号。该电信号理想上来讲是上述的基带OFDM信号，该信号由前置放大器6放大，而后由接收信号处理部200解调为本来应通信的数据并由输出端子10输出。在图5中示出发送信号处理部100的功能结构图，在图6中示出接收信号处理部 200的功能结构图。应通信的数据首先在串并行变换部110被变换成2N个并行数据。在此，N是承载数据的副载波的个数。在副载波的调制为4-QAM的情况下是2N个并行数据， 但在例如16-QAM的情况下是4N个。即、串行数据变换成“1个码元周围的位数X副载波的个数”个并行数据。副载波调制部120使用该并行数据对N根副载波进行调制。该被调制后的副载波由逆FFT部130变换为时间轴的数据，之后由并行-串行变换部140变换为串行数据。该串行数据由循环前缀插入部150插入循环前缀，通过D/A变换部160并作为模拟信号而向激励放大器发送信号。在接收信号处理部200中，将前置放大器所放大的接收电信号通过A/D变换部210 变换成数字信号，由循环前缀消除部220消除循环前缀，之后由串行-并行变换部230变换成N个并行数据。这些并行数据在FFT部MO中被分离成N个副载波信号，由副载波解调部250对承载于各副载波的数据进行解调，并通过并行-串行变换部260变换成串行信号。为了避免光纤的波长色散的影响，在光纤5中传播的光OFDM信号的光谱使用单边带调制方式。在图8中示出该情况下的光OFDM信号的光谱。在光的载波的高频侧排列有副载波信号(也可以在低频侧配置副载波)。该光OFDM信号的光谱具有以间隔为1个码元时间Ts的倒数△而等间隔排列的多个副载波信号。在设副载波的根数为N时，光OFDM信号所占的信号频带B大约为NX Δ。在对该信号进行直接检波接收的情况下，因通过发光二极管进行的直接检波即光电变换而产生副载波之间的差拍信号(拍频信号)，该差拍信号与本来要接收的副载波信号干涉，使接收信号失真，结果引起接收灵敏度恶化。该课题(以下称作副载波间干涉(ICI)带来的灵敏度恶化)到目前为止示出有例如如下4种解决方法。第一方法是例如在非专利文献1中示出的保护频带方式。分别在
图10(a)和(b) 中示出在该方式下生成的基带OFDM信号的光谱的示意图和对该信号进行了直接检波接收的情况下产生的接收电信号的的示意图。在该方式中，对承载有本来通信的信号的副载波信号设置信号频带B大小的保护频带而从直流中分离。将其变换为光OFDM信号并发送，进行直接检波。在该情况下，副载波间干涉(ICI)在从直流到信号频带B之间产生，与承载有本来要通信的数据的副载波在频率上不同而不会引起干涉。第二方法是在非专利文献2中示出的保护频带方式。在该方式中，使基带OFDM信号的光谱具有保护频带的方式与第一方法相同，但是在该方法中，将光调制器4的偏置点设定在不产生光载波的所谓的透射特性的零点(透射比为零)，使用基带的某个频率(例如-fc)成分作为载波，从该载波中设定信号带宽B大小的保护频带，由此在高频侧配置承载信号的副载波。在图11的(a)和(b)中分别示出具体的基带OFDM信号的光谱的示意图和对该信号进行光传送并直接接收的情况下的电信号的光谱。本方法与上述第一方法的不同之处在于，基带OFDM信号的偏移-fc。因此，进行了直接检波接收的电信号的光谱变得相同(参照图10(b)和图11(b))。第三方法同样在非专利文献2示出。在该解决方案中，使用将第一、第二方法的保护频带配置在信号所承载的副载波之间的信号。在图12(a)和(b)中示出具体的频率配置。 在发送侧的基带OFDM信号的光谱(a)中，将信号所承载的副载波的间隔空出为2X Δ。将该信号变换为光OFDM信号并发送、进行直接检波接收，产生的电信号波谱成为图12(b)。副载波间干涉(ICI)在信号所承载的副载波成分之间产生，不会引起与信号的干涉。第四方法在非专利文献3中示出，光OFDM信号的波谱为图8那样。第四方法是如下方法在接收器中，在进行通常的信号处理并进行了副载波的解调后，使用该解调后的数据通过信号处理来生成副载波间干涉的失真成分，通过从接收的信号减去该副载波间干涉的失真成分，由此降低副载波间干涉的影响。非专利文献 1 :A. J. Lowery> L. Du> and J. Armstrong、"Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Adaptive Dispersion Compensation inLong Haul WDM Systems，，、0FC2006、Postdeadline Papers、PDP39、2006非专利文献 2 Peng、X. Wu、and V. R. Arbab> et al、"Experimental Demonstration of a Coherently Modulated and Directly Detected Optical OFDM Systems Using an RF-Tone Insertion，，、0FC2008、0MU2、20083 :ff. Peng、X. Wu> V. R. Arbab> et al>"Experimental Demonstration of 340km SSMF Transmission Using a Virtual Single Sideband OFDM Signal that Employs Carrier Suppressed and Iterative Detection Techniques，，、 0FC2008> 0MU1> 2008
发明内容
发明要解决的课题但是，在上述第一到第三方法中，通过使用保护频带，发送信号的频带扩展到具有本来信号的频带B的2倍。由此，在将该OFDM传送技术应用到波分复用传输系统的情况下， 存在能够由一根光纤发送的总传送容量变成一半这样的课题。而且，在上述第四方法中，由于从对接收信号进行解调后的信号中提取由副载波间干涉引起的失真成分，所以存在以下课题由于杂音而使用错误的解调信号来提取失真成分，从而不能提取到正确的失真成分。
本发明是鉴于上述问题点而做出的，其一个目的在于提供一种光发送器以及光 OFDM通信系统，在使用了直接检波接收方式的OFDM通信系统中，能够不受传送路径以及接收器中的杂音的影响而减小由副载波间干涉引起的接收信号的失真，能够降低接收灵敏度恶化。本发明的另一个目的在于使光OFDM信号的光谱频带宽度为本来的原信号频带宽度 B而进行通信。而且，本发明的另一个目的在于，在使用该技术建造波分复用通信系统的情况下，使一根光纤能够通信的传送容量成为现有的使用保护频带的光OFDM通信系统的2 倍。另外，本发明的另一个目的在于，不依赖于用于光OFDM通信系统的设备例如发光二极管、光调制器、激励放大器、前置放大器等的特性的个体差、温度等环境的变化带来的特性变化、随时间变化，来降低由光电变换产生的副载波间干涉的影响。用于解决课题的方案在本发明中，在发送信号处理部生成在光电变换时产生的副载波间干涉的失真成分，从应通信的数据所承载的副载波信号中减去该副载波间干涉的失真成分并进行发送。 本发明的光OFDM信号的光谱与图8相同，并在图9中示出基带OFDM信号的单边带光谱。以下，更具体地叙述用于解决课题的方案。在发送器内部的发送信号处理部中设置失真产生电路(失真生成部)。使用以数据进行调制而得到的副载波信号作为该电路的输入信号。在失真生成部中，使用该输入信号通过逆FFT运算而生成基带OFDM信号，为了使之与光电变换同样动作而取该信号的绝对值的平方，通过FFT运算返回副载波信号。因为在该信号也包含由光电变换生成的副载波间干涉，所以如果取与输入信号即应通信的信号的差，就能够取出由副载波间干涉产生的失真成分。失真生成部的输出是各副载波的失真成分。将从以本来应通信的数据进行调制而得到的副载波信号中减去该失真成分而得到的信号作为发送信号。此时，发送信号在失真的状态下被发送，但是如果通过接收器的发光二极管进行光电变换，其结果，产生的电信号的副载波间干涉与不实施上述信号处理的情况下相比变小。以下，使用公式对于本发明涉及的失真的产生机理以及失真的除去进行说明。图 8的光OFDM信号的电场可由下式表示。[公式1]
NE{t) = [c0 + 2 ck exp()2诚Δ )] · exp(/2^f0i)式⑴
k=l在此，c0表示光的载波振幅，Ck表示各副载波的调制成分(例如4-QAM)，Δ表示副载波的频率差，fo表示光的载波频率。对该信号进行直接检波接收时，其光电流可用下式( 表示。[公式2]i(|) = J .|￡(f)|2
Μ + cq c\' · exp(- j2πΜ) + (.() -C^ ‘exp( jIrrNt)式O)
在此，R是包含发光二极管的量子效率、光纤与发光二极管之间的光学耦合效率的比例常数，*表示复数共轭。而且，Sk由下式给出。[公式3]
权利要求
1.一种光OFDM通信系统中的光发送器，在该光OFDM通信系统中，光发送器经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；光接收器将在该光纤中传播的光信号通过发光二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据；该光发送器的特征在于，具备调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出被调制的副载波信号；失真生成部，对该副载波信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算而生成由副载波间干涉引起的失真成分；减法部，从由上述调制部输出的副载波信号中减去由上述失真生成部生成的失真成分而求出发送信号；逆FFT部，对被减去失真成分的该发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号；以及发送部，将基于由上述逆FFT部变换的发送信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器。
2.如权利要求1所述的光发送器，其特征在于， 上述失真生成部具有第二逆FFT部，对来自上述调制部的副载波信号进行逆FFT运算而求出基带OFDM信号；平方运算部，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算；FFT部，对上述平方运算部的运算结果进行FFT运算而变换成每个副载波的信号；以及第二减法部，从由上述FFT部变换的信号中减去来自上述调制部的副载波信号而求出失真信号。
3.如权利要求2所述的光发送器，其特征在于， 上述失真生成部还具有并行-串行变换部，将由上述第二逆FFT部变换得到的基带OFDM信号变换成串行信号并向上述平方运算部输出；以及串行-并行变换部，将上述平方运算部的运算结果变换成并行信号并向上述FFT运算部输出。
4.如权利要求1所述的光发送器，其特征在于，还具备第二失真生成部，对由上述减法部求出的发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，生成该发送信号的由副载波间干涉引起的第二失真成分；以及第三减法部，从上述减法部的输出中减去由上述第二失真生成部生成的第二失真成分而求出发送信号；上述逆FFT部对被减去了上述失真成分以及上述第二失真成分而得到的发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号。
5.一种光OFDM通信系统中的光发送器，在该光OFDM通信系统中，光发送器经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；光接收器将在该光纤中传播的光信号通过发光二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据； 该光发送器的特征在于，具备调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制的副载波信号；预失真部，生成减去了由副载波间干涉引起的失真成分的发送信号； 逆FFT部，对该发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号； 发送部，将基于由上述逆FFT部生成的基带OFDM信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器；第一切换器，选择上述调制部的输出或上述预失真部的输出中的任一输出，引导到上述预失真部的输入；第二切换器，将上述预失真部的输出选择性地引导到上述逆FFT部的输入或上述预失真部的输入中的任一输入；以及切换器控制部，切换上述第一切换器以及第二切换器；上述预失真部将经由上述第一切换器输入的信号引导到对该信号的绝对值进行平方运算而生成上述失真成分的失真生成部，从上述预失真部的输入信号中减去失真生成部的输出而生成新的发送信号。
6.如权利要求5所述的光发送器，其特征在于， 上述切换器控制部，基于码元时间，首先将上述第一切换器设定成将来自上述调制部的信号引导到上述预失真部； 接着，设定成使经过了上述预失真部的信号以由上述第二切换器和第一切换器预先设定的次数经过上述预失真部；进一步将上述第二切换器设定成使得以预先设定的次数经过了上述预失真部的信号被引导到上述逆FFT部。
7.如权利要求5所述的光发送器，其特征在于，上述预失真部将从其输入信号减去了其失真成分而得到的信号输出，并通过再次将该输出信号输入至上述预失真部，从减去了失真成分的信号中进一步减去第二失真成分；上述切换器控制部切换上述第二切换器，将减去了第二失真成分后的该预失真部的输出引导到上述FFT部。
8.如权利要求5所述的光发送器，其特征在于，上述预失真部通过减法部从其输入信号减去失真成分并进行输出，该失真成分基于其输入信号由上述失真生成部输出。
9.一种光OFDM通信系统，其特征在于，具备光发送器，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；以及光接收器，将在该光纤中传播的光信号通过发光二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据； 上述光发送器具有调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波中而进行调制，输出被调制的副载波信号；失真生成部，对该副载波信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算而生成副载波间干涉引起的失真成分；减法部，从由上述调制部输出的副载波信号中减去由上述失真生成部生成的失真成分而求出发送信号；逆FFT部，对被减去失真成分的该发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号；以及发送部，将基于由上述逆FFT部变换的发送信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器。
10.如权利要求9所述的光OFDM通信系统，其特征在于，还具备第二失真生成部，对由上述减法部求出的发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号，对该基带OFDM信号的绝对值进行平方运算，生成该发送信号的由副载波间干涉引起的第二失真成分；以及第三减法部，从上述减法部的输出中减去由上述第二失真生成部生成的第二失真成分而求出发送信号；上述逆FFT部对被减去了上述失真成分以及上述第二失真成分而得到的发送信号进行逆FFT运算而变换成时间轴的信号。
11.一种光OFDM通信系统，其特征在于，具备光发送器，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，经由光纤以光信号来发送；以及光接收器，将在该光纤中传播的光信号通过发光二极管进行光电变换而进行直接检波接收，将各副载波信号解调而再生原来的数字数据； 上述光发送器具有调制部，经过码元时间将数字数据映射到相互正交的多个副载波上而进行调制，输出调制的副载波信号；预失真部，生成减去了副载波间干涉引起的失真成分的发送信号； 逆FFT部，对该发送信号进行逆FFT运算而生成基带OFDM信号； 发送部，将基于由上述逆FFT部生成的基带OFDM信号的光信号经由上述光纤发送给上述光接收器；第一切换器，选择上述调制部的输出或上述预失真部的输出中的任一输出，引导到上述预失真部的输入；第二切换器，将上述预失真部的输出选择性地引导到上述逆FFT部的输入或上述预失真部的输入中的任一输入；以及切换器控制部，切换上述第一切换器以及第二切换器；上述预失真部将经由上述第一切换器输入的信号引导到对该信号的绝对值进行平方运算而生成上述失真成分的失真生成部，从上述预失真部的输入信号中减去失真生成部的输出而生成新的发送信号。
全文摘要
一种光OFDM通信系统，不扩宽信号频带而降低光电变换中产生的副载波间干涉引起的接收信号失真。在发送器内部的发送信号处理部(100)中设置失真产生电路(失真生成部)(170)。使用副载波信号作为该电路的输入信号。失真生成部(170)使用输入信号通过逆FFT运算而生成基带OFDM信号，并取该信号的绝对值的平方，通过FFT运算而返回副载波信号。因为在该信号中也包含副载波间干涉，所以如果取与输入信号的差，就能够取出由副载波间干涉产生的失真成分。将从本来应通信的数据进行调制后的副载波信号中减去了该失真成分而得到的信号作为发送信号。发送信号在接收器被进行光电变换。此时产生的副载波间干涉与不实施上述处理的情况下相比变小。
文档编号H04J14/04GK102265540SQ20098015192
公开日2011年11月30日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月22日
发明者佐佐木慎也 申请人:株式会社日立制作所