專利名稱：一種產生和接收光ofdm-msk信號的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于光通信網絡技術領域，具體涉及一種產生和接收光OFDM-MSK信號 的裝置，可用于改善直接調制-檢測光OFDM通信系統和相干調制-檢測光OFDM通信 系統中光OFDM信號的性能和簡化接收機中解調信號的處理。
背景技術：
近期的研究表明，正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)信號同樣也能應用在長距離的光纖通信系統中[Jean Armstrong. ， OFDM for Optical Communications.JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.27， N0.3， FEBRUARYl， 2009， 189-204]，是考慮OFDM結合調制技術能抵抗光纖色散和偏振模 色散的影響，尤其是能用來補償鏈路長度不確定的WDM光交換網絡中的色散。與傳統 意義上的單邊帶調制(SSB)格式相比，利用光纖傳輸的OFDM-over-fiber系統具有下列優 勢首先，OFDM系統中副載波頻譜相互交疊，因此具有高的頻帶利用率；其次，利用 OFDM技術可以克服光纖通信信道中的嚴重色散影響，尤其是偏振模色散能被有效地消 除；再次，由于光纖OFDM系統的接收機部分采用FFT/IFFT技術，因此信號的處理速度 快、計算復雜度低。 然而，國內外已見報道的關于光纖OFDM系統僅僅局限在結合相移鍵控(PSK) 調制技術或正交振幅(QAM)調制技術，沒有涉及結合最小頻移鍵控(MSK)調制技術。現 有的光纖OFDM系統中采用PSK調制或QAM調制時各信號點之間將會出現180度的相 位調制偏移量，尤其是結合多進制PSK調制或QAM調制時會出現相位調制偏移量不一 致，因此導致接收機中實現相位解調的數字信號處理過程變得復雜。
發明內容
本發明的目的在于提出一種可使信號處理過程簡單、信號接收性能提高的在直 接調制-檢測光OFDM通信系統中及相干調制-檢測光OFDM通信系統中產生和接收光 OFDM-MSK信號的裝置。 為了達到上述目的，本發明的技術方案是在直接調制-檢測光OFDM通信系 統中及相干調制-檢測光OFDM通信系統中，結合MSK調制產生光OFDM-MSK信號， 結合MSK解調接收光OFDM-MSK信號，該裝置包括發送裝置和接收裝置兩個部分。
1.在直接調制-檢測光OFDM-MSK通信系統中 所述的發送裝置包括 一個連續波激光器， 一個數據信號源， 一個MSK編碼 器， 一個信號解復用映射裝置， 一個信號反向傅里葉變換裝置， 一個并串變換裝置，一 個數模變換裝置， 一個單電極電光調制器。 所述的接收裝置包括 一個光電檢測二極管； 一個模數變換裝置， 一個串并變 換裝置， 一個信號傅里葉變換裝置， 一個信號解映射復用裝置， 一個MSK解碼器， 一個 數據接收器。
在直接調制-檢測光OFDM-MSK通信系統中，本發明提供的發送和接收信號的 裝置特征在于連續波激光器，用于產生光載波；數據信號源，用于產生穩定的數據信 號；MSK編碼器用于對數據信號進行MSK編碼；信號解復用映射裝置，信號反向傅里 葉變換裝置，并串變換裝置和數模變換裝置依次連接，實現將MSK編碼的電信號轉換成 電OFDM-MSK信號，其中數模變換裝置中含上變頻副載波調制過程；單電極電光調制 器實現將電OFDM-MSK信號轉換成光OFDM-MSK信號；光電檢測二極管，用于把光 OFDM-MSK信號轉換成電OFDM-MSK信號；模數變換裝置，串并變換裝置，信號傅里 葉變換裝置和信號解映射復用裝置依次連接，實現將電OFDM-MSK信號恢復成MSK編 碼的電信號，其中模數變換裝置中含下變頻副載波解調過程；MSK編碼器用于對MSK 編碼的電信號進行解碼；數據接收器，將接收解調后的電信號。
2.在相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統中 所述的發送裝置包括 一個連續波激光器， 一個數據信號源， 一個MSK編碼 器， 一個信號解復用映射裝置， 一個信號反向傅里葉變換裝置， 一個并串變換裝置，兩 個數模變換裝置， 一個90度光相位偏置器，兩個單電極電光調制器。
所述的接收裝置包括 一個連續波激光器， 一個90度光相位偏置器，兩個光信 號耦合器，四個光電檢測二極管， 一個模數變換裝置， 一個串并變換裝置， 一個信號傅 里葉變換裝置， 一個信號解映射復用裝置， 一個MSK解碼器， 一個數據接收器。
在相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統中，本發明提供的發送和接收信號的 裝置特征在于連續波激光器，用于產生光載波；數據信號源，用于產生穩定的數據信 號；MSK編碼器用于對數據信號進行MSK編碼；信號解復用映射裝置，信號反向傅里 葉變換裝置，并串變換裝置和數模變換裝置依次連接，實現將MSK編碼的電信號轉換成 電OFDM-MSK信號，其中數模變換裝置中包含或者不包含上變頻副載波調制過程；90 度光相位偏置器實現光信號的90度相位偏置；單電極電光調制器實現將電OFDM-MSK 信號轉換成光OFDM-MSK信號；光電檢測二極管，用于把光OFDM-MSK信號轉換成電 OFDM-MSK信號；光信號耦合器，用于耦合光信號；模數變換裝置，串并變換裝置， 信號傅里葉變換裝置和信號解映射復用裝置依次連接，實現將電OFDM-MSK信號恢復成 MSK編碼的電信號，其中模數變換裝置中包含或者不包含上變頻副載波調制過程；MSK 編碼器用于對MSK編碼的電信號進行解碼；數據接收器，將接收解調后的電信號。
所述的光OFDM-MSK信號產生裝置可以直接應用到光信號傳輸系統的發送端， 所述的光OFDM-MSK信號接收裝置可以直接應用到光信號傳輸系統的接收端，其目的都 是增加通信容量，改善直接調制-檢測光OFDM通信系統和相干調制-檢測光OFDM通 信系統中光OFDM信號的性能和簡化接收機中解調信號的處理過程。
用PSK調制或QAM調制后會產生信號點的相位"對角線過渡"現象，本發明 提出的結合MSK調制技術產生光OFDM-MSK信號的方法及裝置，結合MSK調制消除了 信號點的相位"對角線過渡"現象，即相位變化的最大值為90度，而不是PSK調制或 QAM調制后的180度。因為在本發明提出的光OFDM-MSK通信系統中，信號碼元轉換 時，相位變化連續，只存在90度的相位跳變，信號通過帶通濾波器后包絡起伏小，性能 得到改善。當數據率增大時，這點尤為重要，因為相位的連續跳變可以簡化接收機中相 位解調的數字信號處理過程。
按照本發明實現光OFDM-MSK信號的產生和接收，使得接收機中數字信號處理 過程變得簡單且可行，而且產生的光OFDM-MSK信號通過帶通濾波器后包絡起伏小，性 能得到改善。本發明所采用的元件都是通用的光纖通信元件，從而實現了價格低廉、技 術可行的目的，本發明所產生的光OFDM-MSK信號是可以通過常規光OFDM信號檢測 方式的接收機進行信號檢測，從而可用于常規的光纖通信網絡。
圖1為本發明中直接調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的發送端結構。
圖2為本發明中直接調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的接收端結構。
圖3為本發明中相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的發送端結構。
圖4為本發明中相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的發送端結構。
圖5為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的直接調制-檢測 系統中光OFDM-MSK信號的頻譜圖。 圖6為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的相干調制-檢測 系統中光OFDM-MSK信號的頻譜圖。 圖7為本發明中基帶相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的頻譜圖。
圖8為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的直接調制-檢測 系統中光OFDM-MSK信號的星座圖。 圖9為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的直接調制-檢測 系統中光OFDM-MSK信號的星座軌跡圖。 圖10為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的相干調制-檢 測系統中光OFDM-MSK信號的星座圖。 圖11為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的相干調制-檢 測系統中光OFDM-MSK信號的星座軌跡圖。 圖12為本發明中基帶相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座圖。
圖13為本發明中基帶相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座軌跡圖。
具體實施例方式
如圖1所示，直接調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的發送端裝置，由連續波 激光器ll和數據加載模塊組成。其中，數據加載模塊包括數據信號源12， MSK編碼器 13，信號解復用映射裝置14，信號反向傅里葉變換裝置15，并串變換裝置16，數模變換 裝置17，單電極電光調制器18。通過采用-個單電極電光調制器18實現數據的加載功 能，進一步實現電OFDM-MSK信號向光OFDM-MSK信號轉換。其連接方式和工作步 驟是連續波激光器11與單電極電光調制器18的光輸入端相連，數據信號源12與MSK 編碼器13相連，MSK編碼器13與信號解復用映射裝置14相連，信號解復用映射裝置14 與信號反向傅里葉變換裝置15相連，信號反向傅里葉變換裝置15與并串變換裝置16相 連，并串變換裝置16與數模變換裝置17相連，數模變換裝置17與單電極電光調制器18 的電輸入端相連。單電極電光調制器18的光輸出端輸出直接調制-檢測光OFDM-MSK 通信系統中的光OFDM-MSK信號。
如圖2所示，直接調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的接收端裝置，包括
光電檢測二極管21，模數變換裝置22，串并變換裝置23，信號傅里葉變換裝置 24，信號解映射復用裝置25， MSK解碼器26，數據接收器27。光電檢測二極管21實 現光電信號轉換之后，進一步實現電OFDM-MSK信號向輸入數據信號的轉換。其連接 方式和工作步驟是光信號輸入光電檢測二極管21，光電檢測二極管21與模數變換裝置 22相連，模數變換裝置22與串并變換裝置23相連，串并變換裝置23與信號傅里葉變換 裝置24相連，信號傅里葉變換裝置24與信號解映射復用裝置25相連，信號解映射復用 裝置25與MSK解碼器26相連，MSK解碼器26與數據接收器27相連。數據接收器27 接收恢復的數據信號。 如圖3所示，相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的發送端裝置，由連續波 激光器31和數據加載模塊組成。其中，數據加載模塊包括數據信號源32， MSK編碼器 33，信號解復用映射裝置34，信號反向傅里葉變換裝置35，并串變換裝置36，數模變換 裝置37，數模變換裝置38，單電極電光調制器39，單電極電光調制器40， 90度光相位 偏置器41。通過采用兩個個單電極電光調制器39和40實現數據的加載功能，進一步實 現電OFDM-MSK信號向光OFDM-MSK信號轉換。其連接方式和工作步驟是連續波 激光器3分成兩路分別與單電極電光調制器39和單電極電光調制器40的光輸入端相連， 數據信號源32與MSK編碼器33相連，MSK編碼器33與信號解復用映射裝置34相連， 信號解復用映射裝置34與信號反向傅里葉變換裝置35相連，信號反向傅里葉變換裝置35 與并串變換裝置36相連，并串變換裝置36分成兩路分別與數模變換裝置37和數模變換 裝置38相連，數模變換裝置37與單電極電光調制器39的電輸入端相連，數模變換裝置 38與單電極電光調制器40的電輸入端相連，單電極電光調制器40的光信號輸出端與90 度光相位偏置器41相連。單電極電光調制器39的光信號輸出端與90度光相位偏置器41 的輸出端合并輸出相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統中的光OFDM-MSK信號。
如圖4所示，相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統的接收端裝置，包括
連續波激光器41， 90度光相位偏置器42，光信號耦合器43，光信號耦合器44， 光電檢測二極管45，光電檢測二極管46，光電檢測二極管47，光電檢測二極管48，模數 變換裝置49，串并變換裝置50，信號傅里葉變換裝置51，信號解映射復用裝置52， MSK 解碼器53， 3數據接收器54。其連接方式和工作步驟是光信號分成兩路分別輸入光信 號耦合器43的一個輸入端和光信號耦合器44的一個輸入端，連續波激光器41的輸出光 信號分成兩路， 一路連接光信號耦合器43，另一路連接90度光相位偏置器42， 90度光相 位偏置器42與光信號耦合器44相連，光信號耦合器43的兩個輸出端分別連接光電檢測 二極管45和光電檢測二極管46，光信號耦合器44的兩個輸出端分別連接光電檢測二極 管47和光電檢測二極管48，光電檢測二極管45和光電檢測二極管46輸出的電信號和光 電檢測二極管47和光電檢測二極管48輸出的電信號合并輸入到模數變換裝置49，模數 變換裝置49與串并變換裝置50相連，串并變換裝置50與信號傅里葉變換裝置51相連， 信號傅里葉變換裝置51與信號解映射復用裝置52相連，信號解映射復用裝置52與MSK 解碼器53相連，MSK解碼器53與數據接收器54相連。數據接收器54接收恢復的數據 信號。 圖5為本發明中直接調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的頻譜圖101，圖6為本發明中相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的頻譜圖102，圖7為本發明中基帶相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的頻譜圖103，圖8為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的直接調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座圖201，圖9為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的直接調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座軌跡圖202，圖10為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座圖301，圖11為本發明中含上變頻副載波調制和下變頻副載波解調過程的相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座軌跡圖302，圖12為本發明中基帶相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座圖401，圖13為本發明中基帶相干調制-檢測系統中光OFDM-MSK信號的星座軌跡圖402。 本方法適合于2.5Gbit/s， 10Gbit/s， 40bit/s以及其它速率的光通信系統中產生和接收光OFDM-MSK信號的新方法及裝置，用于改善直接調制-檢測光OFDM通信系統和相干調制-檢測光OFDM通信系統中光OFDM信號的性能和簡化接收機中解調信號的處
理裝置。 本發明采用的光電器件能實現高穩定性和低價格。 總之，本發明能用較低的成本產生高頻譜效率的光OFDM-MSK信號，結構簡
單，光學性能穩定，實現容易。
權利要求
一種產生和接收光OFDM-MSK信號的裝置，其特征在于包括發送裝置和接收裝置兩部分；在直接調制-檢測光OFDM-MSK通信系統中，所述的發送裝置包括一個連續波激光器，一個數據信號源，一個MSK編碼器，一個信號解復用映射裝置，一個信號反向傅里葉變換裝置，一個并串變換裝置，一個數模變換裝置，一個單電極電光調制器；所述的接收裝置包括一個光電檢測二極管；一個模數變換裝置，一個串并變換裝置，一個信號傅里葉變換裝置，一個信號解映射復用裝置，一個MSK解碼器，一個數據接收器；其中，連續波激光器，用于產生光載波；數據信號源，用于產生穩定的數據信號；MSK編碼器用于對數據信號進行MSK編碼；信號解復用映射裝置、信號反向傅里葉變換裝置、并串變換裝置和數模變換裝置依次連接，將MSK編碼的電信號轉換成電OFDM-MSK信號；單電極電光調制器將電OFDM-MSK信號轉換成光OFDM-MSK信號；光電檢測二極管，用于把光OFDM-MSK信號轉換成電OFDM-MSK信號；模數變換裝置、串并變換裝置、信號傅里葉變換裝置和信號解映射復用裝置依次連接，將電OFDM-MSK信號恢復成MSK編碼的電信號；MSK編碼器用于對MSK編碼的電信號進行解碼；數據接收器，將接收解調后的電信號；在相干調制-檢測光OFDM-MSK通信系統中，所述的發送裝置包括一個連續波激光器，一個數據信號源，一個MSK編碼器，一個信號解復用映射裝置，一個信號反向傅里葉變換裝置，一個并串變換裝置，兩個數模變換裝置，一個90度光相位偏置器，兩個單電極電光調制器；所述的接收裝置包括一個連續波激光器，一個90度光相位偏置器，兩個光信號耦合器，四個光電檢測二極管，一個模數變換裝置，一個串并變換裝置，一個信號傅里葉變換裝置，一個信號解映射復用裝置，一個MSK解碼器，一個數據接收器；其中，連續波激光器，用于產生光載波；數據信號源，用于產生穩定的數據信號；MSK編碼器用于對數據信號進行MSK編碼；信號解復用映射裝置、信號反向傅里葉變換裝置、并串變換裝置和數模變換裝置依次連接，將MSK編碼的電信號轉換成電OFDM-MSK信號；90度光相位偏置器光信號的90度相位偏置；單電極電光調制器將電OFDM-MSK信號轉換成光OFDM-MSK信號；光電檢測二極管，用于把光OFDM-MSK信號轉換成電OFDM-MSK信號；光信號耦合器，用于耦合光信號；模數變換裝置、串并變換裝置、信號傅里葉變換裝置和信號解映射復用裝置依次連接，將電OFDM-MSK信號恢復成MSK編碼的電信號；MSK編碼器用于對MSK編碼的電信號進行解碼；數據接收器，將接收解調后的電信號。
全文摘要
本發明屬于光通信網絡技術領域，具體為一種產生和接收光OFDM-MSK信號的裝置。該裝置包括發送裝置和接收裝置，其中，發送裝置包括連續波激光器、數據信號源、MSK編碼器、信號解復用映射裝置、信號反向傅里葉變換裝置、并串變換裝置、數模變換裝置、單電極電光調制器，接收裝置包括光電檢測二極管、模數變換裝置、串并變換裝置、信號傅里葉變換裝置、信號解映射復用裝置、MSK解碼器和數據接收器等主要部件，其結構簡單，性能穩定，價格低廉。該裝置可用于改善直接調制-檢測光OFDM通信系統和相干調制-檢測光OFDM通信系統中光OFDM信號的性能和簡化接收機中解調信號的處理。
文檔編號H04L27/26GK101692626SQ200910195818
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者方武良, 遲楠, 邵宇豐 申請人:復旦大學