专利名称：基于tcm-64qam编码调制的高速光传输系统和方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，特别涉及一种基于TCM-64QAM编码调制的高速光传输系统 和方法。
背景技术：
光通信系统目前广泛应用的是前向纠错技术，使用此技术是指在通信信号中加入 少量冗余信息来发现和纠正误码.从而改善光通信系统的误码率性能，并且提高通信可靠 性。但随着光通信系统向更长距离、更大容量和更高速度的日益发展，一些不利因素例如 信号衰减、色度色散、偏振模色散和非线性效应等对系统传输距离的影响越来越严重.所 以有必要研究设计和实现具有更强的纠错功能的光通信，使其获得更高的编码增益和更好 的纠错性能，来满足光通信系统高速发展的需要尽量避免实施设备昂贵复杂的色散补偿技 术。20世纪80年代初，Ungerboeck提出了一种以“集合划分映射”思想为基础的格状 编码调制技术，简称TCM。TCM克服了传统信道编码的缺点，把调制与编码结合起来，在保持 频带利用率基本不变的条件下，增加信道中传输信号集中的信号状态数目，利用其冗余度 进行抗干扰编码，从而提高能量利用率，可获得3 6dB的功率增益，是一种高效调制方法。 网格编码调制(TCM)在不扩展带宽、不降低频带利用率，也不降低功率的情况下，能提高误 码性能.将TCM引入到光通信系统中，设计出了 TCM-64QAM光通信系统，从而改善无线光通 信系统的误码性能.图1为现有的光纤通信系统的结构示意图，现结合图1，对现有的系统的结构进行 说明，具体如下现有的基于FEC纠错编码的光纤通信系统包括信号处理装置10、光链路装置11 和信号接收模块12。信号处理装置10用于产生经过调制的数字电信号，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，经过FEC纠错编码，输出模拟电信号至光链路装置11。光传输装置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，光传输装置包括激光器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。信号接收装置12对接收到的模拟电信号进行数/模转换，获得解调后的数字电信 号，并解调出包含信息的信号流。其中信号接收装置包括光接收模块120，均衡整形121，定时再生122，解调123。其中光接收模块120是由光电检测器和低噪声放大电路构成。经光 纤传输的光信号通过光电检测器转换为电信号，并由放大电路放大后输出；均衡整形模块 121可以消除码间干扰并纠正脉冲波形、改善信噪比，使之有利于信号解调和定时提取；定 时再生模块122从均衡后的波形中提取准确的时钟信号，将提取出的时钟信号，作为下一 级的时钟输入，使整个系统的时钟保持一致，即系统中各节点的时钟在频率和相位上都控 制在允许的容差范围内，以保证网内各部分的数字流，实现正确有效的交换，数据信息得到 准确地传输；解调模块123完成电信号的解调功能，将信号还原为原始状态上述现有的光纤通信系统采用FEC纠错编码不能够完全消除系统性能曲线中的 误码率平台现象，其编码增益也提供了一定的系统富裕量，但无法降低光链路中线性及非 线性因素对系统性能的影响。尤其对光放大的系统，无非充分增加光放大器间隔，延长传输 距离，提高信道速率，减小信道光功率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于TCM-64QAM编码调制的高速光传输系 统，该系统将TCM-64QAM编码调制技术应用于光传输系统中，在保持频带利用率基本不变 的条件下，增加信道中传输信号集中的信号状态数目，利用其冗余度进行抗干扰编码，从而 提高能量利用率。本发明的另一个目的在于提供一种基于TCM-64QAM编码调制的高速光传输方法， 该方法将TCM-64QAM编码调制技术应用于光传输系统中，在保持频带利用率基本不变的条 件下，增加信道中传输信号集中的信号状态数目，利用其冗余度进行抗干扰编码，从而提高 能量利用率。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TCM-64QAM编码调制的高速光传输系统，该系统包括TCM编码模块，光链 路模块，TCM译码模块。所述编码模块用于对信息进行编码调制，由相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷 积编码器再级联对64QAM调制器的集映射，组合构成TCM-64QAM编码调制设备。产生两路逻 辑的多级电信号I路和Q路，并输出至任意波形发生器。任意波形发生器将接收到的多级电 信号转化为模拟信号，加载至两个马赫则德尔调制器，通过输入的多级电信号电平的变化， 将信息调制到光载波的振幅与相位上，并对其中的一路已调信号进行η /2相移，使两路信 号相互正交，且耦合至同一链路，产生64QAM光信号。所述光纤传输模块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TCM译码模块在信号接收端实现信号的相干接收，输出两路相互正交的光信 号，利用光电二极管将光信号转化为电信号，将获得的两路多级电信号进行高速的时域采 样，量化为数字信号并输出至解码模块，最终实现基于编码调制技术的高速光信号传输。在上述装置中，所述TCM编码模块包括相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷积编 码器再级联对64QAM调制器的集映射。
在上述装置中，所述光纤传输模块包括激光器，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；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；在上述装置中，所述TCM译码模块包括输入与同步单元，支路量度计算，路径量 度的更新与存储，信息序列的存储与更新，判决与输出单元；在时间单位j = m时开始，计算进人每个状态的每条路径的似然函数(度量值)。 并对这些似然函数进行比较，对每一状态，保留并存储其中具有最小度量值的路径和度量 值，如果若干条路径有相同的度量值，则任选一条，这样每一步后，进人每个状态的路径只 有一条。j增加1，进入下一个时间单元，重复上述步骤，直到j = t+m ；为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的TCM编码模块用于对信息进行编码调制，产生两路逻辑的多级电信号-I路和Q路， 并输出至光纤传输模块。光纤传输模块将接收到的多级电信号转化为模拟信号，加载至两 个马赫则德尔调制器，通过输入的多级电信号电平的变化，将信息调制到光载波的振幅与 相位上，并对其中的一路已调信号进行η /2相移，使两路信号相互正交，且耦合至同一链 路，产生64QAM光信号，通过光纤传输至信号接收端。在信号接收端，输出两路相互正交的 光信号，利用光电二极管将光信号转化为电信号，将获得的两路多级电信号进行高速的时 域采样，量化为数字信号并输出至解码模块，最终实现基于编码调制技术的高速光信号传 输。
图1为现有基于FEC纠错码的光纤通信系统的结构示意2为基于TCM-64QAM的高速光传输系统的结构示意3为基于TCM-64QAM的高速光传输系统的方法示意4为基于TCM-64QAM的高速光传输系统的流程图
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本发明进一步详细说明。本发明提供了一种基于TCM-64QAM的高速光传输系统，包括TCM调制编码20，光链 路传输21，TCM解调编码22。TCM调制模块20由相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷积编码器201再级联对64QAM调制器的集映射202，组合构成TCM-64QAM编码调制设备。每一编码调制间隔，有nbit 待传送信息输入，其中的m(m < n)bit通过一速率为m/(m+l)的二进制卷积编码器扩展成 (m+l)bit编码信息，这(m+l)bit用来选择2m+l个子集中的一个，而剩下的(n-m)bit未编 码信息用来选择传送该子集的2n-m个信号中光纤传输模块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211通过光纤213连接马泽调制器211，激光输出光信号作为传递信息的载 波，其中，光信号选用的光波长为1550nm。马泽调制器211 —端与激光器相连，接收窄线宽激光器输出的光信号；另一端链 至掺饵光纤放大器212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π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 大器的放大原理，具体为信号光进入掺饵光纤放大器后，内部的EZ3粒子吸收光的能量， 由基态的4115/2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， 1550nm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。雪崩光电二极管的两端分别与传输光纤213和TCM译码模块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具体的放大原理 为光信号进入雪崩二极管后，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。TCM解调模块22包括220输入与同步单元，221支路量度计算，222路径量度的更 新与存储，223信息序列的存储与更新，2M判决与输出单元；在时间单位j 二 m时开始，计 算进人每个状态的每条路径的似然函数(度量值)。并对这些似然函数进行比较，对每一状 态，保留并存储其中具有最小度量值的路径和度量值，如果若干条路径有相同的度量值，则 任选一条，这样每一步后，进人每个状态的路径只有一条。j增加1，进入下一个时间单元，重复上述步骤，直到j = t+m；图3为本发明基于TCM-64QAM型高速光传输的方法示意图。现结合图3，对本发明 基于TCM-64QAM型高速光传输的方法进行说明，具体如下由相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷积编码器再级联对64QAM调制器的集映 射，组合构成TCM-64QAM编码调制。经数据传输帧形成电路后，组成6路并行基带数据流D1，D2，D3，D4、D5，D6送64QAM 电路3011，其中Dl D4码流中每4码元预留1码元空位，标记为M，用于编码率Rc = 3/4 的卷积编码冗余位的插入。D2码流中每12码元预留1码元空位用于11/12奇偶校验编码 监督位的插入。D2码流在奇偶校验编码前还应经过二相差分编码3012，使得该码流具有 180度相位透明度。利用Rc = 11/12的奇偶校验编码克服恢复载波90度相位模糊度，3/4卷积编码器 可以根据选用的卷积编码方案确定，两边各为一个串/并和并/串转换电路3013。由此可 以看出串并行码流经过两级串/并变换后，才进人卷积编码器，大大降低了对单片维特比 译码器的速率要求。各路码流均可视作每12码元为一个码字。图3中的延迟单元3014是 为了保持各路码流间的同步。并行的dl d6码流经TCM映射电路的处理，产生Pl P3， Ql Q3两组正交电平码，送64QAM调制器。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；利用外调制技术将模拟电信号调制到光信号上。激光器通过光纤连接马泽调制器 3021，激光输出光信号作为传递信息的载波，其中，光信号选用的光波长为1550nm。马泽调 制器3021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。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。信号光进 入掺饵光纤放大器3022后，内部的Er+3粒子吸收光的能量，由基态的4115/2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。通过雪崩光电二极管3023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。雪崩光电二极管3023的两端分别与传输光纤和TCM译码模 块相连，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 装置具体的放大原理为光信号进入雪崩二极管3023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。收信端64QAM中频信号经QAM解调及相位校正后得到2路正交的基带信号，经模 数变换和时域均衡产生Pl P7、Q1 Q7两路电平码组送TCM译码电路。量化精度比调制 端高，一是为了提高均衡的精度，二是译码的需要。首先由判决器3031根据Pl P7、Q1 Q7判决出dll 二位，然后对dll 二进制码 流进行维特比泽码，得到发送端dl码流的译码输出dll码流。根据译出的dll码流判断接 收信号所属的子集3032，为第二级译码作参考。第二级判决的最小判决距离是2 △，将决定 系统的误码率。该系统的编码增益就源于此。Pl P7、Ql Q7经延迟后送判决。也送判决3033作判决参考，由判决2给出 dl d7。其中dl d7经迟延后输出，相位则需经奇偶校验、差分译码后输出。由于具有 180度相位透明度，当恢复载波发生180度相移时，系统能够正确译码；当恢复载波发生90 度或270度相移时，奇偶校验会大量出错，给出指示信号，反馈至相位校正电路，该电路能 调整基带信号的输出相位，相当于将恢复载波调整了 90度，使系统仍能正常译码。图4为本发明基于TCM-64QAM高速光传输的流程图。现结合图4，对本发明基于 TCM-64QAM型高速光传输的方法进行说明，具体如下步骤401.由相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷积编码器再级联对64QAM调制 器的集映射，组合构成TCM-64QAM编码调制。步骤402.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；步骤403.在信号接收端实现信号的相干接收，输出两路相互正交的光信号，利用 光电二极管将光信号转化为电信号，将获得的两路多级电信号进行高速的时域采样，量化 为数字信号并输出至解码模块，最终实现基于编码调制技术的高速光信号传输。上述方法中，步骤401所述通过卷积编码器和集映射产生64QAM-TCM数字电信号 包括步骤4011.经数据传输帧形成电路后，组成6路并行基带数据流Dl，D2，D3，D4、 D5，D6送64QAM电路。其中Dl D4码流中每4码元预留1码元空位，标记为M，用于编码 率Rc = 3/4的卷积编码冗余位的插人。步骤4012. D2码流中每12码元预留1码元空位用于11/12奇偶校验编码监督位 的插入。D2码流在奇偶校验编码前还应经过二相差分编码，使得该码流具有180度相位透 明度。步骤4013.利用Rc = 11/12的奇偶校验编码克服恢复载波90度相位模糊度，3/4卷积编码器可以根据选用的卷积编码方案确定，两边各为一个串/并和并/串转换电路。由 此可以看出串并行码流经过两级串/并变换后，才进人卷积编码器，大大降低了对单片维 特比译码器的速率要求。步骤4014.各路码流均可视作每12码元为一个码字。图3中的延迟单元是为了 保持各路码流间的同步。并行的dl d6码流经TCM映射电路的处理，产生Pl P3，Ql Q3两组正交电平码，送64QAM调制器。步骤402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步骤4021 利用外调制技术将模拟电信号调制到光信号上，激光器通过光纤连接 马泽调制器，激光输出光信号作为传递信息的载波，其中，光信号选用的光波长为1550nm。 马泽调制器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。步骤4022 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。信号光进入掺饵光纤放大器后，内部的Er+3粒子吸收光的能量，由基态的4115/2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。步骤4023 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。雪崩光电二极管的两端分别与传输光纤和TCM译码 模块相连，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 理装置具体的放大原理为光信号进入雪崩二极管后，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。步骤403所述接收端译码的方法包括步骤4031.收信端64QAM中频信号经QAM解调及相位校正后得到2路正交的基带 信号，经模数变换和时域均衡产生Pl P7、Ql Q7两路电平码组送TCM译码电路。量化 精度比调制端高，一是为了提高均衡的精度，二是译码的需要。步骤4032.首先由判决器1根据Pl P7、Ql Q7判决出dll 二位，然后对dll 二进制码流进行维特比泽码，得到发送端dl码流的译码输出dll码流。步骤4033.根据译出的dll码流判断接收信号所属的子集，为第二级译码作参考。第二级判决的最小判决距离是2 △，将决定系统的误码率。该系统的编码增益就源于此。步骤40；34. Pl P7、Q1 Q7经延迟后送判决。也送判决2作判决参考，由判决2 给出dl d7。其中dl d7经迟延后输出，相位则需经奇偶校验、差分译码后输出。由于 具有180度相位透明度，当恢复载波发生180度相移时，系统能够正确译码；当恢复载波发 生90度或270度相移时，奇偶校验会大量出错，给出指示信号，反馈至相位校正电路，该电 路能调整基带信号的输出相位，相当于将恢复载波调整了 90度，使系统仍能正常译码。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
1.一种基于TCM-64QAM编码调制的高速光传输系统，其特征在于，该系统包括TCM编码 模块，光纤传输模块，TCM译码模块；所述TCM编码模块包括相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷积编码器级联对64QAM调制器的集映射，组合构成TCM型64QAM编码调制设备；所述卷积编码器 产生卷积码，所述集映射器将产生的卷积码映射为64QAM。所述光纤传输模块通过外调制技术把接收到的模拟电信号调制到适合在光纤上传输 的光载波上，且把已调制的光信号在光纤上传输，并在接收端通过光电探测器将光信号转 换为电信号，输出转换后的电信号至信号处理装置；所述外调制技术即在外部的调制器上 实现信号的光调制技术，而非把信号直接加载于激光器；所述接收端主要进行信号的接收 及解调处理；所述TCM译码模块采用维特比译码算法是一种最大似然译码方法。它通过计算累计码 率，在相应的卷积码格状图上寻找惟一的最大似然路径，再回溯这条路径所通过的延时寄 存器的状态，来重构发射数据。
2.根据权利要求1所述的基于TCM-64QAM编码调制的高速光传输系统，其特征在于，所 述TCM编码模块包括由相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷积编码器再级联对64QAM调制器的集映射，组 合构成TCM-64QAM编码调制设备。
3.根据权利要求1所述的基于TCM-64QAM编码调制的高速光传输系统，其特征在于，所 述光链路模块包括激光器，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；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；光混频器实现信号的相干接收，输出两路相互正交的光信号；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TCM-64QAM编码调制的高速光传输系统，其特征在于，所 述TCM译码模块包括输入与同步单元，支路量度计算，路径量度的更新与存储，信息序列 的存储与更新，判决与输出单元；在时间单位j =m时开始，进入每种状态的路径有N条，计 算进入每个状态的每条路径的似然函数(度量值)。并对这些似然函数进行比较，对每一状 态，保留并存储其中具有最小度量值的路径和度量值，如果若干条路径有相同的度量值，则 任选一条，这样每一步后，进人每个状态的路径只有一条。j增加1，进入下一个时间单元， 重复上述步骤，直到j = t+m；
5.一种基于TCM-64QAM的高速光传输系统，其特征在于，该方法包括A.由相应扩展2倍信号集的一般m/m+1卷积编码器再级联对64QAM调制器的集映射，组合构成TCM-64QAM编码调制。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.在信号接收端，输出两路相互正交的光信号，利用光电二极管将光信号转化为电信 号，将获得的两路多级电信号进行高速的时域采样，量化为数字信号并输出至解码模块，最 终实现基于编码调制技术的高速光信号传输
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A所述通过卷积编码器和集映射产生 TCM-64QAM数字电信号包括Al.经数据传输帧形成电路后，组成6路并行基带数据流Dl，D2，D3，D4、D5，D6送64QAM 电路。其中Dl D4码流中每4码元预留1码元空位，标记为M，用于编码率Rc = 3/4的卷 积编码冗余位的插人。A2. D2码流中每12码元预留1码元空位用于11/12奇偶校验编码监督位的插入。D2 码流在奇偶校验编码前还应经过二相差分编码，使得该码流具有180度相位透明度。A3.利用Rc = 11/12的奇偶校验编码克服恢复载波90度相位模糊度，其工作原理将在 解调部分做进一步阐述。3/4卷积编码器可以根据选用的卷积编码方案确定，两边各为一个 串/并和并/串转换电路。由此可以看出串并行码流经过两级串/并变换后，才进人卷积 编码器，大大降低了对单片维特比译码器的速率要求。A4.各路码流均可视作每12码元为一个码字。图中的延迟单元是为了保持各路码流间 的同步。并行的dl d6码流按照图1星座图的要求，经TCM映射电路的处理，产生Pl P3Q1 Q3两组正交电平码，送64QMA调制器。
7.根据权利要求5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Bl 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；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。信号光进入 掺饵光纤放大器后，内部的Er+3粒子吸收光的能量，由基态的4115/2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。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。雪崩光电二极管的两端分别与传输光纤和TCM译码模块相连，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具体的 放大原理为光信号进入雪崩二极管后，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。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤C所述接收端译码的方法包括 Cl.收信端64QAM中频信号经QAM解调及低通滤波后得到2路正交的基带信号，经模数 变换和时域均衡产生Pl P7、Q1 Q7两路电平码组送TCM译码电路。量化精度比调制端 高，一是为了提高均衡的精度，二是译码的需要。C2.首先由判决器1根据Pl P7、Ql Q7判决出dll 二位，然后对dll 二进制码流 进行维特比泽码，得到发送端dl码流的译码输出dll码流。C3.根据译出的dll码流判断接收信号所属的子集，为第二级译码作参考。第二级判决 的最小判决距离是2 Δ，将决定系统的BER。该系统的编码增益就源于此。C4. Pl Ρ7、Ql Q7经延迟后送判决2，dll也送判决2作判决参考，由判决2给出 dl d7。，其中dl d7经迟延后输出，相位则需经奇偶校验、差分译码后输出。由于具有 180度相位透明度，当恢复载波发生180度相移时，系统能够正确译码；当恢复载波发生90 度或270度相移时，奇偶校验会大量出错，给出指示信号，反馈至相位校正电路，该电路能 调整基带信号的输出相位，相当于将恢复载波调整了 90度，使系统仍能正常译码。
全文摘要
本发明提供了一种基于TCM-64QAM编码调制的高速光传输系统和方法。该系统中一共由以下模块构成TCM编码模块，TCM利用码率为的格状码(卷积码)，将每一码段映射为具有2(k+1)个调制信号集中的一个信号；光纤传输模块，包括电端机，光传输设备，光接收设备，将电信号转换成光信号后，进行光信号的调制与解调，在光纤通信系统中进行高速光传输；TCM译码模块，在接收端，信号经反映射后变换为卷积码的码序列，再送入Viterbi译码器译码以得到原始信号。采用本发明的方法和系统，在提高信息传输速率的同时降低系统误码率，提高系统性能，降低系统成本，实现编码调制技术与光纤通信系统的结合运用。
文档编号H04L27/34GK102088317SQ201110020368
公开日2011年6月8日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者关昕, 刘博 , 刘皎, 原全新, 及睿, 尹霄丽, 张丽佳, 张星, 张琦, 忻向军, 曹田, 王凯民, 王拥军, 赵同刚, 饶岚, 马建新 申请人:北京邮电大学