专利名称：基于雪崩光电二极管的光正交频分复用系统和方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，特别涉及一种基于雪崩光电二极管的高灵敏度的光正交频分复用的系统和方法。
背景技术：
通信技术发展至今，于调制方式方面分为模拟调制和数字调制两个时期。在数字调制阶段，也经历了幅度调制(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)以及多进制调制等多个阶段。特别在PSK研究和应用领域，围绕频谱利用率和误码率的提升，不断革新，从而出现了由2PSK到MPSK的演变，也包括现今在移动通信行业应用最为广泛的(高斯滤波最小移频键控)GMSK。如今，一种新型的调制格式-正交频分复用(OFDM)被提出。其源于模拟调制中的频分复用(FDM)，但又与之相区别，其子载波相互正交，在接收端可以利用简单的系统实现其调制信号的相干接收。其有以下优点1 频谱利用率提高。在OFDM系统中，各个子载波相互正交，允许子信道的频谱重叠而不引起干扰，在比特率较大且较为合适的信号传输波形情况下，可以使得频带利用率提高一倍。2 码元速率降低、信道易于均衡。OFDM技术是把N个周期为Ts的串行比特转化为 N个周期为NTs的并行比特作为信息传输。在相同比特率下，码元传输速率降低，每个子信道的带宽变小。在相对较窄的频带内，易于实现信道的均衡。3 数字处理信号技术的极大应用。OFDM的信号调制可以通过离散数字傅里叶变换(DFT)来实现，结合已在集成电路方面发展迅猛的快速傅里叶变换(FFT)，无疑使OFDM更为广泛的应用于实际。4 各子信道的调制形式灵活。对于各个子载波可以根据其子信道特征选择合适的调制格式以保证其信号的最佳传输，使得整个复用信道性能大大提高。把拥有如此多优点的OFDM调制技术用于已在干线传输应用广泛的光纤通信中， 可以极大地提高信号对光纤的群速度色散和偏振模色散的容忍度，且可以补偿链路长度不确定的光交换网络中的色散，非常适合长距离通信。然而，各子载波之间存在着较高的相关度，当入纤功率过高时，会引发各子载波之间的自相位调制、交叉相位调制以及四波混频等非线性效应，产生新的频率分量，使得各子载波不再相互正交且引起码元之间的串扰，导致系统的性能显著恶化。所以我们将研究如何在相对较低的入纤功率的情况下，实现OFDM信号在光纤中长距离传输。图1为现有的光正交频分复用(OOFDM)系统的结构示意图，现结合图1，对现有的 OOFDM系统的结构进行说明，具体如下现有的OOFDM系统包括信号产生模块10、光传输模块11和信号接收模块12。信号产生模块10用于产生调制格式为OFDM的数字电信号，将数字电信号转化为适合在光信号上调制和传输的模拟电信号，输出模拟电信号至光传输模块11。其中，信号产生模块10包括一个现场可编程门阵列(FPGA)芯片100和一个与之相连接的成形器101。其中，FPGA芯片100用于产生调制格式为OFDM的数字电信号，并输出至成形器101，这儿，通过调整FPGA芯片100中数据的参数，把包含信息的高速数据信号进行OFDM调制，获得调制格式为OFDM的数字电信号；成形器101用于把接收到的调制格式为OFDM的数字电信号转化为适合在光信号上调制和传输的模拟电信号，将模拟电信号输出至光传输模块11。光传输模块11用于把接收到的模拟电信号调制到光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输一段距离，并模拟电信号从光信号上解调出，输出模拟电信号至信号接收模块12。其中，光传输模块包括激光器110、马泽调制器111、掺饵光纤放大器112、光纤113 和光电探测管PIN 114。其中，激光器产生窄带光信号，并把窄带光信号输出至马泽调制器 111 ；马泽调制器111通过调整偏压实现信号产生模块10输出的模拟电信号对激光器产生的窄带光信号的调制，将调制后的光信号输出至掺饵光纤放大器112 ；掺饵光纤放大器112 用于把接收到的已调制光信号进行放大，并将输出的已调制光信号耦合进光纤113中。光纤113用于传输已调制光信号，并输出至光电探测管(PIN) 114;光电探测管(PIN) 114通过光电效应把调制在光信号上的模拟电信号解调出，将模拟电信号输出至信号接收模块12。信号接收模块12对接收到的模拟电信号进行带通滤波和数/模转换，获得调制格式为OFDM的数字电信号，并解调出包含信息的信号流。其中，信号接收模块12包括电带通滤波器120、数模转换器121和现场可编程门阵列(FPGA)芯片122。其中，电带通滤波器用于对接收到的模拟电信号进行带通滤波，除去混在电信号中的直流信号、高频分量和带外噪声，获得较纯净的模拟电信号，将其输出至任意波形发生器AWG121 ；数模转换器121通过数模转换把接收到的模拟电信号转化为调制格式为OFDM的数字电信号，并输出至现场可编程门阵列(FPGA)芯片122 ；现场可编程门阵列(FPGA)芯片122用于对接收到的调制格式为OFDM的数字电信号进行解调获得包含信息的高速数据信号。上述为现有的OOFDM系统，该系统能够初步实现低功率的调制格式为OFDM的电信号在光线中的传输，但由于采用了常规的光电探测管PIN，不能满足接收端灵敏度的要求， 使传输后的调制格式为OFDM的电信号的误码率较高，在很大程度上限制了高比特率的调制格式为OFDM电信号在光纤上的远距离传输。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于雪崩二极管的光正交频分复用OOFDM 系统，该系统用于调制格式为OFDM电信号的产生、在光链路上的传输和解调以及对该OFDM 信号的处理。本发明的另一目的在于提供一种基于雪崩二极管的光正交频分复用OOFDM方法， 该方法用于调制格式为OFDM电信号的产生、在光链路上的传输和解调以及对该OFDM信号的处理。为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的一种基于雪崩二极管的光正交频分复用OOFDM系统，该系统包括信号源装置、光链路装置和信号处理装置；所述信号源装置用于产生4QAM-0FDM数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号，输出模拟电信号至光链路装置；所述 4QAM-0FDM数字电信号为调制格式为4QAM-0FDM的数字电信号；所述谱效率指波特率与所占带宽的比值；所述数模转换是把数字信号转化为模拟信号；所述光链路装置通过外调制技术把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出，输出至信号处理装置；所述外调制技术即并非把信号直接加载于激光器，而是在外部的调制器上实现信号的光调制的技术；所述适合在光纤上传输的光信号为现在用于光纤通信、波段为1550nm附近的窄带光；所述接收端为光链路传输的终端；所述信号处理装置用于对接收到的模拟电信号进行带通滤波和模数转换，获得数字电信号，且解调出含有信息的高速数据流；所述带通滤波是只允许所需边带信号通过、 滤去边带外的信号和噪声的过程；所述模数转换是把模拟信号转化为数字信号。所述信号处理装置在广义的通信领域内隶属于接收端，但在此发明中为介绍方便故，把其作为一个单独的模块进行说明；在上述装置中，所述信号源装置包括上线DSB模块，通过调整模块中数据的参数，把包含信息的高速数据流进行OFDM 调制，获得OFDM数字电信号，输出OFDM数字电信号至信号成形器；信号成形器，用于把接收到的OFDM数字电信号转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号；输出模拟电信号其光链路装置；在上述装置中，所述光链路装置包括激光器，通过光纤与马泽调制器相连，作为光链路传输的光源，输出适合在光纤上传输的光信号至马泽调制器；信号调制器，用于把接收到的模拟电信号调制到光信号上，由光源提供的光信号进入信号调制器，而由信号源装置提供的模拟电信号进入信号调制器的电信号控制端，通过信号调制器端电压的不断变化，实现模拟信号对光信号的调制，且输出已调制的光信号至光放大器；光放大器，用于把接收到的光信号进行失真尽可能小的放大，这样避免了在信号长距离传输后衰减太大而混淆在噪声，导致无法准确的把信号解调出；光纤，作为传递介质用于给光信号提供长距离传输路径；雪崩光电二极管，通过光电效应用于把光信号转化为与之相关的电信号，输出电信号至信号处理装置，所述雪崩二极管在结构上可以承受较高的反向电压，从而在PN结内部形成一个高电场区，利用载流子在高场区的碰撞电离形成雪崩倍增效应，与传统的光电探测管PIN相比，其光电检测的灵敏度大大提高；所述与之相关的电信号为模拟电信号，包括直流信号、调制信号和对应的倍频信号；上述装置中，所述信号处理装置包括带通滤波器，用于滤除带外的直流信号、倍频信号和噪声，保证所处理的信号的纯净，输出带内信号至时域抽样器；所述带内信号仍为模拟信号；时域抽样器，通过模数转换把接收到的模拟信号转化为数字信号，获得OFDM数字电信号，输出其至下行DSB模块；下线DSB模块，通过调整模块中数据的参数，实现对接收到的数字信号的解调，且对传输信道的模型进行了估计，从而获得了较为准确的包含信息的高速数据流信号；一种基于雪崩二极管的光正交频分复用OOFDM方法，该方法包括
A 通过输入和调整芯片中数据的参数产生4QAM-0FDM数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号；所述4QAM-0FDM数字电信号为调制格式为4QAM-0FDM的数字电信号；所述谱效率指波特率与所占带宽的比值； 所述数模转换是把数字信号转化为模拟信号；B:利用外调制技术把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上， 且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出，输出至信号处理装置；所述外调制技术即并非把信号直接加载于激光器，而是在外部的调制器上实现信号的光调制的技术；所述适合在光纤上传输的光信号为现在用于光纤通信、波段为 1550nm附近的窄带光；所述接收端为光链路传输的终端；C:对接收到的模拟电信号进行带通滤波和模数转换，获得数字电信号，且从数字电信号中解调出含有信息的高速数据流；所述带通滤波是只允许所需边带信号通过、滤去边带外的信号和噪声的过程；所述模数转换是把模拟信号转化为数字信号；上述方法中，步骤A所述通过输入和调整芯片中数据的参数产生OFDM数字电信号包括Al 把串行的二进制高速数据比特输入电调制器中，对其进行MQAM调制，实现调制映射，获得谱效率为Iog2M bit/Hz的MQAM数字电信号；A2 对QAM数字电信号进行串/并变换，获得N路相同数据传输速率的并行数字电信号；所述并行数字电信号的符号周期为变换前串行信号的N倍；N为大于1的正整数；A3 将N路并行数字电信号进行逆傅里叶变换(IFFT)，实现信号的OFDM调制，获得N路调制后的并行数字电信号；所述N若等于2m，可直接进行IFFT，否则加入2m-N个零以便于实现IFFT ；m为大于等于1的正整数；A4 对N路调制后的并行数字电信号进行并/串变换，把N路调制后的并行数字电信号合为一路，获得MQAM-0FDM数字电信号；所述MQAM-0FDM数字电信号的各子载波之间相互正交；A5 在MQAM-0FDM数字电信号的码元序列中加入循环前缀(CP)，以便在传输后进行信号处理时降低信号传播造成的码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)；上述方法中，步骤B所述把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出的方法包括Bl 利用外调制技术将模拟电信号调制到光信号上；B2 将已调制光信号进行失真尽可能小的放大，并置其于光纤上进行传输；B3 通过雪崩光电二极管进行光电检测，获得与之相关的电信号；所述光电检测即光电转换，在数学上表述为对光信号进行求模；所述与之相关的电信号包括直流信号、调制信号以及对应的倍频信号；上述方法中，步骤C所述从数字电信号中解调出含有信息的高速数据流的方法包括Cl 去掉接收到的数字信号码元序列中的循环前缀(CP)，获得OFDM已调信号的抽样序列；C2 对步骤Cl获得的OFDM已调信号的抽样序列进行串/并变换，获得2m路并行的数字电信号；C3:将步骤C2获得的所述2m路并行的数字电信号；进行快速离散傅里叶变换 (FFT)，实现OFDM调制格式的解调；C4 对经过步骤C3获得的数字电信号内插入的导频进行分析，估计整个通信信道的传输函数，对其进行逆变换，且与获得的码元进行卷积；C5 进行并/串变换，且进行MQAM解调，获得二进制高速数据比特。由以上的技术方案可见，本发明提供了一种基于雪崩光电二极管的光正交频分复用的系统和方法，该系统中利用雪崩光电二极管对接收到的光信号进行光电探测，相对于与普通的PIN管，其灵敏度大大提升，使得高调制格式的(光正交频分复用)OOFDM信号可以更远距离的传输。
图1为现有的光正交频分复用系统的结构示意图。图2为本发明基于雪崩光电二极管的光正交频分复用系统的结构示意3为本发明基于雪崩二极管的光正交频分复用方法的流程图。
具体实施例方式为了本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参考附图并举实施例， 对本发明进一步详细说明。本发明提供了一个基于雪崩二极管的光正交频分复用系统和方法，该系统中信号源装置包含的离线DSB模块产生一路调制格式为4QAM-0FDM的数字电信号，数模转换器把其转换成模拟电信号；光链路装置把接收到的模拟电信号调制到光载波上传至远方的接收端，并利用高灵敏度的雪崩二极管进行光电检测，实现了光电转换，获得模拟电信号；信号处理装置对接收的模拟电信号进行带通滤波、模数转换和解调，获得包含信息的高速数据比特，实现了光正交频分复用的传输。图2为本发明基于雪崩二极管的光正交频分复用系统的结构示意图，现结合图2， 对本发明基于雪崩二极管的光正交频分复用系统的结构进行说明，具体如下为了表述清楚，先对本发明基于雪崩二极管的光正交频分复用系统进行定义，本发明的DSB离线模块能够产生子载波数为N的4QAM-0FDM的数字电信号，其中，N的取值范围是大于等于1的正整数；本发明的系统选用的OFDM的子载波数为64个，其中，48个用于传递有用信息，16个做信道估计。本发明基于雪崩二极管的光正交频分复用系统包括信号源装置20.、光链路装置21、信号处理装置。信号源装置20用于产生4QAM-0FDM数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号，输出模拟电信号至光链路装置21。其中， 4QAM-0FDM数字电信号为调制格式为4QAM-0FDM的数字电信号；谱效率指波特率与所占带宽的比值；数模转换是把数字信号转化为模拟信号。光链路装置21通过外调制技术把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出，输出至信号处理装置22。其中，外调制技术即并非把信号直接加载于激光器，而是在外部的调制器上实现信号的光调制的技术；适合在光纤上传输的光信号为现在用于光纤通信、波段为1550nm附近的窄带光；接收端为光链路传输的终端。信号处理装置22用于对接收到的模拟电信号进行带通滤波和模数转换，获得所需的数字电信号，且解调出含有信息的高速数据流。其中，带通滤波是只允许所需边带信号通过、滤去边带外的信号和噪声的过程；模数转换是把模拟信号转化为数字信号；信号处理装置在广义的通信领域内隶属于接收端，但在此发明中为介绍方便故，把其作为一个单独的模块进行说明。其中，信号源装置包括现场可编程门阵列(FPGA)芯片200、任意波形发生器 (AWG)201。现场可编程门阵列(FPGA)芯片200与任意波形发生器(AWG)201相连，现场可编程门阵列(FPGA)芯片将产生的调制格式为4QAM-0FDM的数字电信号。本发明的系统产生的OFDM数字电信号的子载波数为64，其中，48个用于传递有用信息，16个用于信道估计。任意波形发生器(AWG)201 —端与现场可编程门阵列(FPGA)芯片相连，另一端链至光链路装置21，把接收到的OFDM数字电信号转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号；输出模拟电信号至光链路装置21，其中，本发明的系统中采用的任意波形发生器的抽样频率为10(ibit/S，即将在光链路中传输的信号的速率为10(ibit/S。光链路装置21包括激光器210、马泽调制器211、掺饵光纤放大器212、传输光纤 213和雪崩光电二极管214。激光器200通过光纤连接马泽调制器211，激光器200输出光信号作为传递信息的载波，其中，激光器200为JDSU公司生产的窄线宽激光器QOOkHz)；光信号选用的光波长为 1550nmo马泽调制器211 —端与激光器200相连，接收窄线宽激光器200输出的光信号；另一端链至掺饵光纤放大器EDFA212接收信号源装置输出的带有信息的模拟电信号；马泽调制器211利用直接强度调制将模拟电信号调制到光信号上，具体调制的方法为现有技术的内容。现简要说明马泽调制器211信号调制的方法，具体为马泽调制器211将从输入端口接收的光信号分成两束分别在调制器内的两个波导臂上传播，利用电光效应及高速数据流信号中含有的信息改变调制器内的两个波导臂的调制电压以改变波导的折射率，从而改变两个波导臂输出的两束光之间的相位差；其中，当高速数据流信号含有的信息为1时，调制电压使得两波导臂输出的两束光的相位差为2 π的整数倍，两束光相干增强，输出加强的光信号；当高速数据流信号含有的信息为0时，调制电压使得两波导臂输出的两束光的相位差为η的整数倍，两束光相干相消，没有光信号输出，从而实现模拟电信号对光信号的调制。掺饵光纤放大器212与马泽调制器211相连，用于实现对接收到的光信号的放大，并输出至传输光纤213。具体放大的原理和方法为现有技术的内容，现简要说明掺饵光纤放大器212的放大原理，具体为信号光进入掺饵光纤放大器212后，内部的Er+3粒子吸收光的能量，由基态的％5/2跃至处于高能级的泵浦态，对于不同的泵浦波长电子跃迁不同的能级，其中，K50nm波长的光导致电子跃迁的能级为4113/2。由于泵浦态的电子的寿命时
10间只有lus，电子迅速以非辐射方式由泵浦态豫弛至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子数积累，实现粒子数的反转分布，此时掺饵光纤放大器212所处在的状态称为激活态。在此状态下，当有信号光进行感应时，亚稳态的粒子以受辐射的方式跃迁到基态，实现对输入信号光的放大。传输光纤213用于将接收到的光信号传至远方的接收端，其中，所采用的是50km 的G. 655光纤。雪崩光电二极管214的两端分别与传输光纤213和信号处理装置22相连，通过光电效应将接收到的光信号转化为与之相关的模拟电信号，输出至信号处理装置22具体的放大原理为光信号进入雪崩二极管214后，光的能量被内部的P-N结吸收，形成光电流； 且在P-N结的两端加入反向电压，随着反向电压增大，会产生雪崩(光电流成倍的激增)现象，输出的光电流较大。相对于普通的光电二极管，其灵敏度更大。信号处理装置22包括电域的窄带放大器220、时域抽样器TDS 221和FPGA芯片 222。电域的窄带放大器，用于放大带内信号，且滤除带外的直流信号、倍频信号和噪声，保证所处理的信号的纯净，输出带内放大信号至时域抽样器TDS 221。其中，所采用的电域的窄带放大器器的3dB带宽为IGHz。时域抽样器TDS 221，其两端分别与电域的窄带放大器220和现场可编程门阵列 (FPGA)芯片222相连，用于对接收到的模拟电信号进行高速抽样，输出失真较小的对应的数字电信号，为了满足时域抽样定理，其抽样速率至少为20(}S/S ；所谓时域抽样定理即对于频带限制在(0，fh)的时间连续信号f(t)，欲舍得抽样后的信号能够完全的恢复出原信息，须使得抽样时间间隔至少为l/2fh。现场可编程门阵列(FPGA)芯片222，通过调整芯片中数据的参数，实现对接收到的数字信号的解调，且对传输信道的模型进行了估计，从而获得了较为准确的包含信息的高速数据流信号；与信号源装置中所述FPGA芯片为同一种器件，但功能不同；图3为本发明基于雪崩二极管的光正交频分复用方法的流程图。现结合图3，对本发明基于雪崩二极管的光正交频分复用方法进行说明，具体如下步骤301 通过输入和调整模块中数据的参数产生4QAM-0FDM数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号；在该步骤中，产生4QAM-0FDM数字电信号的方法包括步骤3011 把串行的二进制高速数据比特输入电调制器中，对其进行4QAM调制， 实现调制映射，获得谱效率为2bit/Hz的4QAM数字电信号；步骤3012 对4QAM数字电信号进行串/并变换，获得64路相同数据传输速率的并行数字电信号；步骤3013 将64路并行数字电信号进行逆傅里叶变换(IFFT)，实现信号的OFDM 调制，获得64路调制后的并行数字电信号；步骤3014 对64路调制后的并行数字电信号进行并/串变换，把64路调制后的并行数字电信号合为一路，获得4QAM-0FDM数字电信号；步骤3015 在4QAM-0FDM数字电信号的码元序列中加入循环前缀(CP)，以便在传输后进行信号处理时降低信号传播造成的码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)。
步骤302 利用外调制技术把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出， 输出至信号处理装置；在此步骤中，对电信号进行光调制、光传输和光解调的方法包括步骤3021 利用外调制技术将模拟电信号调制到光信号上，将已调光信号进行放大，并置其于光纤上进行传输；步骤3022 通过雪崩光电二极管进行光电检测，获得与之相关的模拟电信号。步骤303 对接收到的模拟电信号进行带通滤波和模数转换，获得数字电信号，且从数字电信号中解调出含有信息的高速数据流；在此步骤中，从数字电信号中解调出含有信息的高速数据流的方法包括步骤3031 去掉接收到的数字信号码元序列中的循环前缀(CP)，并对得到的抽样序列进行串/并变换，获得6路并行信号；步骤3032 将步骤3031获得的所述6路并行信号进行快速离散傅里叶变换 (FFT)，实现OFDM调制格式的解调；步骤3033 对导频进行分析，估计信道的传输函数，对其进行逆变换，且与获得的码元进行卷积；步骤3034 进行并/串变换，且进行4QAM解调，获得二进制高速数据比特。本发明的上述实例中，采用了雪崩光电二极管对接收到的光信号进行光电探测， 相对于普通的PIN管，其灵敏度大大提升，使得高调制格式的数字电信号传输的距离更远， 相等传输距离后的误码率更低。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。
权利要求
1.一种基于雪崩二极管的光正交频分复用OOFDM系统，用于调制格式为OFDM电信号的产生、在光链路上的传输和解调以及对该OFDM信号的处理，其特征在于，该系统包括信号源装置、光链路装置和信号处理装置；所述信号源装置用于产生4QAM-0FDM数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号，输出模拟电信号至光链路装置；所述 4QAM-0FDM数字电信号为调制格式为4QAM-0FDM的数字电信号；所述谱效率指波特率与所占带宽的比值；所述数模转换是把数字信号转化为模拟信号；所述光链路装置通过外调制技术把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出，输出至信号处理装置；所述外调制技术即并非把信号直接加载于激光器，而是在外部的调制器上实现信号的光调制的技术；所述适合在光纤上传输的光信号为现在用于光纤通信、波段为1550nm附近的窄带光；所述接收端为光链路传输的终端；所述信号处理装置用于对接收到的模拟电信号进行带通滤波和模数转换，获得数字电信号，且解调出含有信息的高速数据流；所述带通滤波是只允许所需边带信号通过、滤去边带外的信号和噪声的过程；所述模数转换是把模拟信号转化为数字信号。所述信号处理装置在广义的通信领域内隶属于接收端，但在此发明中为介绍方便故，把其作为一个单独的模块进行说明。
2.根据权利要求1所述的基于雪崩二极管的光正交频分复用系统，其特征在于，所述信号源装置包括上线DSB模块，通过调整模块中数据的参数，把包含信息的高速数据流进行OFDM调制，获得OFDM数字电信号，输出OFDM数字电信号至信号成形器；信号成形器，用于把接收到的OFDM数字电信号转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号；输出模拟电信号其光链路装置。
3.根据权利要求1所述的基于雪崩二极管的光正交频分复用系统，其特征在于，所述光链路装置包括激光器，通过光纤与马泽调制器相连，作为光链路传输的光源，输出适合在光纤上传输的光信号至马泽调制器；信号调制器，用于把接收到的模拟电信号调制到光信号上，由激光器提供的光信号进入信号调制器，而由信号源装置提供的模拟电信号进入信号调制器的电信号控制端，通过信号调制器端电压的不断变化，实现模拟信号对光信号的调制，且输出已调制的光信号至光放大器；光放大器，用于把接收到的光信号进行失真尽可能小的放大，这样避免了在信号长距离传输后衰减太大而混淆在噪声，导致无法准确的把信号解调出；光纤，作为传递介质用于给光信号提供长距离传输路径；雪崩光电二极管通过光电效应用于把光信号转化为与之相关的电信号，输出电信号至信号处理装置，所述雪崩二极管在结构上可以承受较高的反向电压，从而在PN结内部形成一个高电场区，利用载流子在高场区的碰撞电离形成雪崩倍增效应，与传统的光电探测管PIN相比，其光电检测的灵敏度大大提高；所述与之相关的电信号为模拟电信号，包括直流信号、调制信号和对应的倍频信号。
4.根据权利要求1所述的基于雪崩二极管的光正交频分复用系统，其特征在于，所述信号处理装置包括带通滤波器，用于滤除带外的直流信号、倍频信号和噪声，保证所处理的信号的纯净， 输出带内信号至时域抽样器；所述带内信号仍为模拟信号；时域抽样器，通过模数转换把接收到的模拟信号转化为数字信号，获得OFDM数字电信号，输出其至下行DSB模块；下线DSB模块，通过调整模块中数据的参数，实现对接收到的数字信号的解调，且对传输信道的模型进行了估计，从而获得了较为准确的包含信息的高速数据流信号。
5.一种基于雪崩二极管的光正交频分复用OOFDM方法，其特征在于，该方法包括A、通过输入和调整模块中数据的参数产生MQAM-0FDM数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形的和适合调制光信号的模拟电信号；所述MQAM-0FDM数字电信号为调制格式为MQAM-0FDM的数字电信号；所述谱效率指波特率与所占带宽的比值；所述数模转换是把数字信号转化为模拟信号；B、利用外调制技术把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出，输出至信号处理装置；所述外调制技术即并非把信号直接加载于激光器，而是在外部的调制器上实现信号的光调制的技术；所述适合在光纤上传输的光信号为现在用于光纤通信、波段为 1550nm附近的窄带光；所述接收端为光链路传输的终端；C、对接收到的模拟电信号进行带通滤波和模数转换，获得数字电信号，且从数字电信号中解调出含有信息的高速数据流；所述带通滤波是只允许所需边带信号通过、滤去边带外的信号和噪声的过程；所述模数转换是把模拟信号转化为数字信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A所述通过输入和调整模块中数据的参数产生OFDM数字电信号包括Al、把串行的二进制高速数据比特输入电调制器中，对其进行MQAM调制，实现调制映射，获得谱效率为Iog2M bit/Hz的MQAM数字电信号；A2、对MQAM数字电信号进行串/并变换，获得N路相同数据传输速率的并行数字电信号；所述并行数字电信号的符号周期为变换前串行信号的N倍；N为大于1的正整数；A3、将N路并行数字电信号进行逆傅里叶变换(IFFT)，实现信号的OFDM调制，获得N路调制后的并行数字电信号；所述N若等于2m，可直接进行IFFT，否则加入2m-N个零以便于实现IFFT ；m为大于等于1的正整数；A4、对N路调制后的并行数字电信号进行并/串变换，把N路调制后的并行数字电信号合为一路，获得MQAM-0FDM数字电信号；所述MQAM-0FDM数字电信号的各子载波之间相互正 、-父；A5、在MQAM-0FDM数字电信号的码元序列中加入循环前缀(CP)，以便在传输后进行信号处理时降低信号传播造成的码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B所述把接收到的模拟电信号调制在适合在光纤上传输的光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端把模拟电信号从光信号上解调出的方法包括Bi、利用外调制技术将模拟电信号调制到光信号上；B2、将已调制光信号进行失真尽可能小的放大，并置其于光纤上进行传输；B3、通过雪崩二极管进行光电检测，获得与之相关的电信号；所述光电检测测即光电转换，在数学上表述为对光信号进行求模；所述与之相关的电信号包括直流信号、调制信号以及对应的倍频信号。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤C所述从数字电信号中解调出含有信息的高速数据流的方法包括Cl、去掉接收到的数字信号码元序列中的循环前缀(CP)，获得OFDM已调信号的抽样序列；C2、对步骤Cl获得的OFDM已调信号的抽样序列进行串/并变换，获得2m路并行的数字电信号；C3、将步骤C2获得的所述2m路并行的数字电信号；进行快速离散傅里叶变换(FFT)，实现OFDM调制格式的解调；C4、对经过步骤C3获得的数字电信号内插入的导频进行分析，估计整个通信信道的传输函数，对其进行逆变换，且与获得的码元进行卷积；C5、进行并/串变换，且进行MQAM解调，获得二进制高速数据比。
全文摘要
本发明提供了一个基于雪崩二极管的光正交频分复用系统和方法，该系统中信号源装置包含的离线DSB模块产生一路调制格式为4QAM-OFDM的数字电信号，数模转换器把其转换成模拟电信号；光链路装置把接收到的模拟电信号调制到光载波上传至远方的接收端，并利用高灵敏度的雪崩二极管进行光电检测，实现了光电转换，获得模拟电信号；信号处理装置对接收的模拟电信号进行带通滤波、模数转换和解调，获得包含信息的高速数据比特，实现了光正交频分复用的传输。
文档编号H04L27/26GK102158452SQ201010508210
公开日2011年8月17日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者余重秀, 刘博 , 刘皎, 原全新, 尹霄丽, 张丽佳, 张星, 张晓磊, 张琦, 忻向军, 桑新柱, 王拥军, 王葵如, 赵同刚, 饶岚, 马建新 申请人:北京邮电大学