專利名稱：基于tcm-64qam編碼調制的高速光傳輸系統和方法
技術領域：
本發明涉及通信技術，特別涉及一種基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系統 和方法。
背景技術：
光通信系統目前廣泛應用的是前向糾錯技術，使用此技術是指在通信信號中加入 少量冗余信息來發現和糾正誤碼.從而改善光通信系統的誤碼率性能，并且提高通信可靠 性。但隨著光通信系統向更長距離、更大容量和更高速度的日益發展，一些不利因素例如 信號衰減、色度色散、偏振模色散和非線性效應等對系統傳輸距離的影響越來越嚴重.所 以有必要研究設計和實現具有更強的糾錯功能的光通信，使其獲得更高的編碼增益和更好 的糾錯性能，來滿足光通信系統高速發展的需要盡量避免實施設備昂貴復雜的色散補償技 術。20世紀80年代初，Ungerboeck提出了一種以“集合劃分映射”思想為基礎的格狀 編碼調制技術，簡稱TCM。TCM克服了傳統信道編碼的缺點，把調制與編碼結合起來，在保持 頻帶利用率基本不變的條件下，增加信道中傳輸信號集中的信號狀態數目，利用其冗余度 進行抗干擾編碼，從而提高能量利用率，可獲得3 6dB的功率增益，是一種高效調制方法。 網格編碼調制(TCM)在不擴展帶寬、不降低頻帶利用率，也不降低功率的情況下，能提高誤 碼性能.將TCM引入到光通信系統中，設計出了 TCM-64QAM光通信系統，從而改善無線光通 信系統的誤碼性能.圖1為現有的光纖通信系統的結構示意圖，現結合圖1，對現有的系統的結構進行 說明，具體如下現有的基于FEC糾錯編碼的光纖通信系統包括信號處理裝置10、光鏈路裝置11 和信號接收模塊12。信號處理裝置10用于產生經過調制的數字電信號，將數字電信號轉化為適合在 光信號上調制和傳輸的模擬電信號，經過FEC糾錯編碼，輸出模擬電信號至光鏈路裝置11。光傳輸裝置11用于把接收到的模擬電信號調制到光信號上，且把已調制的光信 號在光纖上傳輸一段距離，并模擬電信號從光信號上解調出，輸出模擬電信號至信號接收 模塊12。其中，光傳輸裝置包括激光器110、馬澤調制器111、摻餌光纖放大器112、光纖113 和光電探測管PIN 114。其中，激光器產生窄帶光信號，并把窄帶光信號輸出至馬澤調制器 111 ；馬澤調制器111通過調整偏壓實現信號產生模塊10輸出的模擬電信號對激光器產生 的窄帶光信號的調制，將調制后的光信號輸出至摻餌光纖放大器112 ；摻餌光纖放大器112 用于把接收到的已調制光信號進行放大，并將輸出的已調制光信號耦合進光纖113中。光 纖113用于傳輸已調制光信號，并輸出至光電探測管(PIN) 114;光電探測管(PIN) 114通過 光電效應把調制在光信號上的模擬電信號解調出，將模擬電信號輸出至信號接收模塊12。信號接收裝置12對接收到的模擬電信號進行數/模轉換，獲得解調后的數字電信 號，并解調出包含信息的信號流。其中信號接收裝置包括光接收模塊120，均衡整形121，定時再生122，解調123。其中光接收模塊120是由光電檢測器和低噪聲放大電路構成。經光 纖傳輸的光信號通過光電檢測器轉換為電信號，并由放大電路放大后輸出；均衡整形模塊 121可以消除碼間干擾并糾正脈沖波形、改善信噪比，使之有利于信號解調和定時提取；定 時再生模塊122從均衡后的波形中提取準確的時鐘信號，將提取出的時鐘信號，作為下一 級的時鐘輸入，使整個系統的時鐘保持一致，即系統中各節點的時鐘在頻率和相位上都控 制在允許的容差范圍內，以保證網內各部分的數字流，實現正確有效的交換，數據信息得到 準確地傳輸；解調模塊123完成電信號的解調功能，將信號還原為原始狀態上述現有的光纖通信系統采用FEC糾錯編碼不能夠完全消除系統性能曲線中的 誤碼率平臺現象，其編碼增益也提供了一定的系統富裕量，但無法降低光鏈路中線性及非 線性因素對系統性能的影響。尤其對光放大的系統，無非充分增加光放大器間隔，延長傳輸 距離，提高信道速率，減小信道光功率。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系 統，該系統將TCM-64QAM編碼調制技術應用于光傳輸系統中，在保持頻帶利用率基本不變 的條件下，增加信道中傳輸信號集中的信號狀態數目，利用其冗余度進行抗干擾編碼，從而 提高能量利用率。本發明的另一個目的在于提供一種基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸方法， 該方法將TCM-64QAM編碼調制技術應用于光傳輸系統中，在保持頻帶利用率基本不變的條 件下，增加信道中傳輸信號集中的信號狀態數目，利用其冗余度進行抗干擾編碼，從而提高 能量利用率。為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的一種基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系統，該系統包括TCM編碼模塊，光鏈 路模塊，TCM譯碼模塊。所述編碼模塊用于對信息進行編碼調制，由相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷 積編碼器再級聯對64QAM調制器的集映射，組合構成TCM-64QAM編碼調制設備。產生兩路邏 輯的多級電信號I路和Q路，并輸出至任意波形發生器。任意波形發生器將接收到的多級電 信號轉化為模擬信號，加載至兩個馬赫則德爾調制器，通過輸入的多級電信號電平的變化， 將信息調制到光載波的振幅與相位上，并對其中的一路已調信號進行η /2相移，使兩路信 號相互正交，且耦合至同一鏈路，產生64QAM光信號。所述光纖傳輸模塊通過外調制技術把接收到的模擬電信號調制在適合在光纖上 傳輸的光信號上，且把已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端把模擬電信號從光信號 上解調出，輸出至信號處理裝置；所述外調制技術即并非把信號直接加載于激光器，而是在 外部的調制器上實現信號的光調制的技術；所述TCM譯碼模塊在信號接收端實現信號的相干接收，輸出兩路相互正交的光信 號，利用光電二極管將光信號轉化為電信號，將獲得的兩路多級電信號進行高速的時域采 樣，量化為數字信號并輸出至解碼模塊，最終實現基于編碼調制技術的高速光信號傳輸。在上述裝置中，所述TCM編碼模塊包括相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷積編 碼器再級聯對64QAM調制器的集映射。
在上述裝置中，所述光纖傳輸模塊包括激光器，通過光纖與馬澤調制器相連，作為光鏈路傳輸的光源，輸出適合在光纖上 傳輸的光信號至馬澤調制器；光放大器，用于把接收到的光信號進行失真盡可能小的放大，這樣避免了在信號 長距離傳輸后衰減太大而混淆在噪聲，導致無法準確的把信號解調出；光纖，作為傳遞介質用于給光信號提供長距離傳輸路徑；雪崩光電二極管，通過光電效應用于把光信號轉化為與之相關的電信號，輸出電 信號至信號處理裝置，所述雪崩二極管在結構上可以承受較高的反向電壓，從而在PN結內 部形成一個高電場區，利用載流子在高場區的碰撞電離形成雪崩倍增效應，與傳統的光電 探測管PIN相比，其光電檢測的靈敏度大大提高；所述與之相關的電信號為模擬電信號，包 括直流信號、調制信號和對應的倍頻信號；在上述裝置中，所述TCM譯碼模塊包括輸入與同步單元，支路量度計算，路徑量 度的更新與存儲，信息序列的存儲與更新，判決與輸出單元；在時間單位j = m時開始，計算進人每個狀態的每條路徑的似然函數(度量值)。 并對這些似然函數進行比較，對每一狀態，保留并存儲其中具有最小度量值的路徑和度量 值，如果若干條路徑有相同的度量值，則任選一條，這樣每一步后，進人每個狀態的路徑只 有一條。j增加1，進入下一個時間單元，重復上述步驟，直到j = t+m ；為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的TCM編碼模塊用于對信息進行編碼調制，產生兩路邏輯的多級電信號-I路和Q路， 并輸出至光纖傳輸模塊。光纖傳輸模塊將接收到的多級電信號轉化為模擬信號，加載至兩 個馬赫則德爾調制器，通過輸入的多級電信號電平的變化，將信息調制到光載波的振幅與 相位上，并對其中的一路已調信號進行η /2相移，使兩路信號相互正交，且耦合至同一鏈 路，產生64QAM光信號，通過光纖傳輸至信號接收端。在信號接收端，輸出兩路相互正交的 光信號，利用光電二極管將光信號轉化為電信號，將獲得的兩路多級電信號進行高速的時 域采樣，量化為數字信號并輸出至解碼模塊，最終實現基于編碼調制技術的高速光信號傳 輸。
圖1為現有基于FEC糾錯碼的光纖通信系統的結構示意2為基于TCM-64QAM的高速光傳輸系統的結構示意3為基于TCM-64QAM的高速光傳輸系統的方法示意4為基于TCM-64QAM的高速光傳輸系統的流程圖
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案、及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發明進一步詳細說明。本發明提供了一種基于TCM-64QAM的高速光傳輸系統，包括TCM調制編碼20，光鏈 路傳輸21，TCM解調編碼22。TCM調制模塊20由相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷積編碼器201再級聯對64QAM調制器的集映射202，組合構成TCM-64QAM編碼調制設備。每一編碼調制間隔，有nbit 待傳送信息輸入，其中的m(m < n)bit通過一速率為m/(m+l)的二進制卷積編碼器擴展成 (m+l)bit編碼信息，這(m+l)bit用來選擇2m+l個子集中的一個，而剩下的(n-m)bit未編 碼信息用來選擇傳送該子集的2n-m個信號中光纖傳輸模塊21包括激光器210、馬澤調制器211、摻餌光纖放大器212、傳輸光纖 213和雪崩光電二極管214。激光器211通過光纖213連接馬澤調制器211，激光輸出光信號作為傳遞信息的載 波，其中，光信號選用的光波長為1550nm。馬澤調制器211 —端與激光器相連，接收窄線寬激光器輸出的光信號；另一端鏈 至摻餌光纖放大器212接收信號源裝置輸出的帶有信息的模擬電信號；馬澤調制器利用直 接強度調制將模擬電信號調制到光信號上，具體調制的方法為現有技術的內容。現簡要說 明馬澤調制器211信號調制的方法，具體為馬澤調制器211將從輸入端口接收的光信號 分成兩束分別在調制器內的兩個波導臂上傳播，利用電光效應及高速數據流信號中含有的 信息改變調制器內的兩個波導臂的調制電壓以改變波導的折射率，從而改變兩個波導臂輸 出的兩束光之間的相位差；其中，當高速數據流信號含有的信息為1時，調制電壓使得兩波 導臂輸出的兩束光的相位差為2 π的整數倍，兩束光相干增強，輸出加強的光信號；當高速 數據流信號含有的信息為0時，調制電壓使得兩波導臂輸出的兩束光的相位差為π的整數 倍，兩束光相干相消，沒有光信號輸出，從而實現模擬電信號對光信號的調制。摻餌光纖放大器212與馬澤調制器211相連，用于實現對接收到的光信號的放大， 并輸出至傳輸光纖213。具體放大的原理和方法為現有技術的內容，現簡要說明摻餌光纖放 大器的放大原理，具體為信號光進入摻餌光纖放大器后，內部的EZ3粒子吸收光的能量， 由基態的4115/2躍至處于高能級的泵浦態，對于不同的泵浦波長電子躍遷不同的能級，其中， 1550nm波長的光導致電子躍遷的能級為4113/2。由于泵浦態的電子的壽命時間只有lus，電 子迅速以非輻射方式由泵浦態豫弛至亞穩態，在亞穩態上載流子有較長的壽命，在源源不 斷的泵浦下，亞穩態上的粒子數積累，實現粒子數的反轉分布，此時摻餌光纖放大器所處在 的狀態稱為激活態。在此狀態下，當有信號光進行感應時，亞穩態的粒子以受輻射的方式躍 遷到基態，實現對輸入信號光的放大。傳輸光纖213用于將接收到的光信號傳至遠方的接收端，其中，所采用的是50km 的G. 655光纖。雪崩光電二極管的兩端分別與傳輸光纖213和TCM譯碼模塊22相連，通過光電效 應將接收到的光信號轉化為與之相關的模擬電信號，輸出至信號處理裝置具體的放大原理 為光信號進入雪崩二極管后，光的能量被內部的P-N結吸收，形成光電流；且在P-N結的 兩端加入反向電壓，隨著反向電壓增大，會產生雪崩(光電流成倍的激增)現象，輸出的光 電流較大。相對于普通的光電二極管，其靈敏度更大。TCM解調模塊22包括220輸入與同步單元，221支路量度計算，222路徑量度的更 新與存儲，223信息序列的存儲與更新，2M判決與輸出單元；在時間單位j 二 m時開始，計 算進人每個狀態的每條路徑的似然函數(度量值)。并對這些似然函數進行比較，對每一狀 態，保留并存儲其中具有最小度量值的路徑和度量值，如果若干條路徑有相同的度量值，則 任選一條，這樣每一步后，進人每個狀態的路徑只有一條。j增加1，進入下一個時間單元，重復上述步驟，直到j = t+m；圖3為本發明基于TCM-64QAM型高速光傳輸的方法示意圖。現結合圖3，對本發明 基于TCM-64QAM型高速光傳輸的方法進行說明，具體如下由相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷積編碼器再級聯對64QAM調制器的集映 射，組合構成TCM-64QAM編碼調制。經數據傳輸幀形成電路后，組成6路并行基帶數據流D1，D2，D3，D4、D5，D6送64QAM 電路3011，其中Dl D4碼流中每4碼元預留1碼元空位，標記為M，用于編碼率Rc = 3/4 的卷積編碼冗余位的插入。D2碼流中每12碼元預留1碼元空位用于11/12奇偶校驗編碼 監督位的插入。D2碼流在奇偶校驗編碼前還應經過二相差分編碼3012，使得該碼流具有 180度相位透明度。利用Rc = 11/12的奇偶校驗編碼克服恢復載波90度相位模糊度，3/4卷積編碼器 可以根據選用的卷積編碼方案確定，兩邊各為一個串/并和并/串轉換電路3013。由此可 以看出串并行碼流經過兩級串/并變換后，才進人卷積編碼器，大大降低了對單片維特比 譯碼器的速率要求。各路碼流均可視作每12碼元為一個碼字。圖3中的延遲單元3014是 為了保持各路碼流間的同步。并行的dl d6碼流經TCM映射電路的處理，產生Pl P3， Ql Q3兩組正交電平碼，送64QAM調制器。利用外調制技術把接收到的模擬電信號調制在適合在光纖上傳輸的光信號上， 且把已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端把模擬電信號從光信號上解調出，輸出至 信號處理裝置；所述外調制技術即并非把信號直接加載于激光器，而是在外部的調制器上 實現信號的光調制的技術；所述適合在光纖上傳輸的光信號為現在用于光纖通信、波段為 1550nm附近的窄帶光；所述接收端為光鏈路傳輸的終端；利用外調制技術將模擬電信號調制到光信號上。激光器通過光纖連接馬澤調制器 3021，激光輸出光信號作為傳遞信息的載波，其中，光信號選用的光波長為1550nm。馬澤調 制器3021將從輸入端口接收的光信號分成兩束分別在調制器內的兩個波導臂上傳播，利 用電光效應及高速數據流信號中含有的信息改變調制器內的兩個波導臂的調制電壓以改 變波導的折射率，從而改變兩個波導臂輸出的兩束光之間的相位差；其中，當高速數據流信 號含有的信息為1時，調制電壓使得兩波導臂輸出的兩束光的相位差為2 π的整數倍，兩束 光相干增強，輸出加強的光信號；當高速數據流信號含有的信息為0時，調制電壓使得兩波 導臂輸出的兩束光的相位差為η的整數倍，兩束光相干相消，沒有光信號輸出，從而實現 模擬電信號對光信號的調制。將已調制光信號進行失真盡可能小的放大，并置其于光纖上進行傳輸。信號光進 入摻餌光纖放大器3022后，內部的Er+3粒子吸收光的能量，由基態的4115/2躍至處于高能 級的泵浦態，對于不同的泵浦波長電子躍遷不同的能級，其中，K50nm波長的光導致電子躍 遷的能級為4113/2。由于泵浦態的電子的壽命時間只有lus，電子迅速以非輻射方式由泵浦 態豫弛至亞穩態，在亞穩態上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下，亞穩態上的粒子 數積累，實現粒子數的反轉分布，此時摻餌光纖放大器所處在的狀態稱為激活態。在此狀態 下，當有信號光進行感應時，亞穩態的粒子以受輻射的方式躍遷到基態，實現對輸入信號光 的放大。通過雪崩光電二極管3023進行光電檢測，獲得與之相關的電信號；所述光電檢測即光電轉換，在數學上表述為對光信號進行求模；所述與之相關的電信號包括直流信號、調 制信號以及對應的倍頻信號。雪崩光電二極管3023的兩端分別與傳輸光纖和TCM譯碼模 塊相連，通過光電效應將接收到的光信號轉化為與之相關的模擬電信號，輸出至信號處理 裝置具體的放大原理為光信號進入雪崩二極管3023后，光的能量被內部的P-N結吸收，形 成光電流；且在P-N結的兩端加入反向電壓，隨著反向電壓增大，會產生雪崩(光電流成倍 的激增)現象，輸出的光電流較大。相對于普通的光電二極管，其靈敏度更大。收信端64QAM中頻信號經QAM解調及相位校正后得到2路正交的基帶信號，經模 數變換和時域均衡產生Pl P7、Q1 Q7兩路電平碼組送TCM譯碼電路。量化精度比調制 端高，一是為了提高均衡的精度，二是譯碼的需要。首先由判決器3031根據Pl P7、Q1 Q7判決出dll 二位，然后對dll 二進制碼 流進行維特比澤碼，得到發送端dl碼流的譯碼輸出dll碼流。根據譯出的dll碼流判斷接 收信號所屬的子集3032，為第二級譯碼作參考。第二級判決的最小判決距離是2 △，將決定 系統的誤碼率。該系統的編碼增益就源于此。Pl P7、Ql Q7經延遲后送判決。也送判決3033作判決參考，由判決2給出 dl d7。其中dl d7經遲延后輸出，相位則需經奇偶校驗、差分譯碼后輸出。由于具有 180度相位透明度，當恢復載波發生180度相移時，系統能夠正確譯碼；當恢復載波發生90 度或270度相移時，奇偶校驗會大量出錯，給出指示信號，反饋至相位校正電路，該電路能 調整基帶信號的輸出相位，相當于將恢復載波調整了 90度，使系統仍能正常譯碼。圖4為本發明基于TCM-64QAM高速光傳輸的流程圖。現結合圖4，對本發明基于 TCM-64QAM型高速光傳輸的方法進行說明，具體如下步驟401.由相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷積編碼器再級聯對64QAM調制 器的集映射，組合構成TCM-64QAM編碼調制。步驟402.利用外調制技術把接收到的模擬電信號調制在適合在光纖上傳輸的光 信號上，且把已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端把模擬電信號從光信號上解調出， 輸出至信號處理裝置；所述外調制技術即并非把信號直接加載于激光器，而是在外部的調 制器上實現信號的光調制的技術；所述適合在光纖上傳輸的光信號為現在用于光纖通信、 波段為1550nm附近的窄帶光；所述接收端為光鏈路傳輸的終端；步驟403.在信號接收端實現信號的相干接收，輸出兩路相互正交的光信號，利用 光電二極管將光信號轉化為電信號，將獲得的兩路多級電信號進行高速的時域采樣，量化 為數字信號并輸出至解碼模塊，最終實現基于編碼調制技術的高速光信號傳輸。上述方法中，步驟401所述通過卷積編碼器和集映射產生64QAM-TCM數字電信號 包括步驟4011.經數據傳輸幀形成電路后，組成6路并行基帶數據流Dl，D2，D3，D4、 D5，D6送64QAM電路。其中Dl D4碼流中每4碼元預留1碼元空位，標記為M，用于編碼 率Rc = 3/4的卷積編碼冗余位的插人。步驟4012. D2碼流中每12碼元預留1碼元空位用于11/12奇偶校驗編碼監督位 的插入。D2碼流在奇偶校驗編碼前還應經過二相差分編碼，使得該碼流具有180度相位透 明度。步驟4013.利用Rc = 11/12的奇偶校驗編碼克服恢復載波90度相位模糊度，3/4卷積編碼器可以根據選用的卷積編碼方案確定，兩邊各為一個串/并和并/串轉換電路。由 此可以看出串并行碼流經過兩級串/并變換后，才進人卷積編碼器，大大降低了對單片維 特比譯碼器的速率要求。步驟4014.各路碼流均可視作每12碼元為一個碼字。圖3中的延遲單元是為了 保持各路碼流間的同步。并行的dl d6碼流經TCM映射電路的處理，產生Pl P3，Ql Q3兩組正交電平碼，送64QAM調制器。步驟402所述把接收到的模擬電信號調制在適合在光纖上傳輸的光信號上，且把 已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端把模擬電信號從光信號上解調出的方法包括步驟4021 利用外調制技術將模擬電信號調制到光信號上，激光器通過光纖連接 馬澤調制器，激光輸出光信號作為傳遞信息的載波，其中，光信號選用的光波長為1550nm。 馬澤調制器將從輸入端口接收的光信號分成兩束分別在調制器內的兩個波導臂上傳播，利 用電光效應及高速數據流信號中含有的信息改變調制器內的兩個波導臂的調制電壓以改 變波導的折射率，從而改變兩個波導臂輸出的兩束光之間的相位差；其中，當高速數據流信 號含有的信息為1時，調制電壓使得兩波導臂輸出的兩束光的相位差為2 π的整數倍，兩束 光相干增強，輸出加強的光信號；當高速數據流信號含有的信息為0時，調制電壓使得兩波 導臂輸出的兩束光的相位差為η的整數倍，兩束光相干相消，沒有光信號輸出，從而實現 模擬電信號對光信號的調制。步驟4022 將已調制光信號進行失真盡可能小的放大，并置其于光纖上進行傳 輸。信號光進入摻餌光纖放大器后，內部的Er+3粒子吸收光的能量，由基態的4115/2躍至處 于高能級的泵浦態，對于不同的泵浦波長電子躍遷不同的能級，其中，K50nm波長的光導致 電子躍遷的能級為4113/2。由于泵浦態的電子的壽命時間只有lus，電子迅速以非輻射方式 由泵浦態豫弛至亞穩態，在亞穩態上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下，亞穩態上 的粒子數積累，實現粒子數的反轉分布，此時摻餌光纖放大器所處在的狀態稱為激活態。在 此狀態下，當有信號光進行感應時，亞穩態的粒子以受輻射的方式躍遷到基態，實現對輸入 信號光的放大。步驟4023 通過雪崩光電二極管進行光電檢測，獲得與之相關的電信號；所述光 電檢測即光電轉換，在數學上表述為對光信號進行求模；所述與之相關的電信號包括直流 信號、調制信號以及對應的倍頻信號。雪崩光電二極管的兩端分別與傳輸光纖和TCM譯碼 模塊相連，通過光電效應將接收到的光信號轉化為與之相關的模擬電信號，輸出至信號處 理裝置具體的放大原理為光信號進入雪崩二極管后，光的能量被內部的P-N結吸收，形成 光電流；且在P-N結的兩端加入反向電壓，隨著反向電壓增大，會產生雪崩(光電流成倍的 激增)現象，輸出的光電流較大。相對于普通的光電二極管，其靈敏度更大。步驟403所述接收端譯碼的方法包括步驟4031.收信端64QAM中頻信號經QAM解調及相位校正后得到2路正交的基帶 信號，經模數變換和時域均衡產生Pl P7、Ql Q7兩路電平碼組送TCM譯碼電路。量化 精度比調制端高，一是為了提高均衡的精度，二是譯碼的需要。步驟4032.首先由判決器1根據Pl P7、Ql Q7判決出dll 二位，然后對dll 二進制碼流進行維特比澤碼，得到發送端dl碼流的譯碼輸出dll碼流。步驟4033.根據譯出的dll碼流判斷接收信號所屬的子集，為第二級譯碼作參考。第二級判決的最小判決距離是2 △，將決定系統的誤碼率。該系統的編碼增益就源于此。步驟40；34. Pl P7、Q1 Q7經延遲后送判決。也送判決2作判決參考，由判決2 給出dl d7。其中dl d7經遲延后輸出，相位則需經奇偶校驗、差分譯碼后輸出。由于 具有180度相位透明度，當恢復載波發生180度相移時，系統能夠正確譯碼；當恢復載波發 生90度或270度相移時，奇偶校驗會大量出錯，給出指示信號，反饋至相位校正電路，該電 路能調整基帶信號的輸出相位，相當于將恢復載波調整了 90度，使系統仍能正常譯碼。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍 為準。
權利要求
1.一種基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系統，其特征在于，該系統包括TCM編碼 模塊，光纖傳輸模塊，TCM譯碼模塊；所述TCM編碼模塊包括相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷積編碼器級聯對64QAM調制器的集映射，組合構成TCM型64QAM編碼調制設備；所述卷積編碼器 產生卷積碼，所述集映射器將產生的卷積碼映射為64QAM。所述光纖傳輸模塊通過外調制技術把接收到的模擬電信號調制到適合在光纖上傳輸 的光載波上，且把已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端通過光電探測器將光信號轉 換為電信號，輸出轉換后的電信號至信號處理裝置；所述外調制技術即在外部的調制器上 實現信號的光調制技術，而非把信號直接加載于激光器；所述接收端主要進行信號的接收 及解調處理；所述TCM譯碼模塊采用維特比譯碼算法是一種最大似然譯碼方法。它通過計算累計碼 率，在相應的卷積碼格狀圖上尋找惟一的最大似然路徑，再回溯這條路徑所通過的延時寄 存器的狀態，來重構發射數據。
2.根據權利要求1所述的基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系統，其特征在于，所 述TCM編碼模塊包括由相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷積編碼器再級聯對64QAM調制器的集映射，組 合構成TCM-64QAM編碼調制設備。
3.根據權利要求1所述的基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系統，其特征在于，所 述光鏈路模塊包括激光器，通過光纖與馬澤調制器相連，作為光鏈路傳輸的光源，輸出適合在光纖上傳輸 的光信號至馬澤調制器；光放大器，用于把接收到的光信號進行失真盡可能小的放大，這樣避免了在信號長距 離傳輸后衰減太大而混淆在噪聲，導致無法準確的把信號解調出；光纖，作為傳遞介質用于給光信號提供長距離傳輸路徑；光混頻器實現信號的相干接收，輸出兩路相互正交的光信號；雪崩光電二極管，通過光電效應用于把光信號轉化為與之相關的電信號，輸出電信號 至信號處理裝置，所述雪崩二極管在結構上可以承受較高的反向電壓，從而在PN結內部形 成一個高電場區，利用載流子在高場區的碰撞電離形成雪崩倍增效應，與傳統的光電探測 管PIN相比，其光電檢測的靈敏度大大提高；所述與之相關的電信號為模擬電信號，包括直 流信號、調制信號和對應的倍頻信號；
4.根據權利要求1所述的基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系統，其特征在于，所 述TCM譯碼模塊包括輸入與同步單元，支路量度計算，路徑量度的更新與存儲，信息序列 的存儲與更新，判決與輸出單元；在時間單位j =m時開始，進入每種狀態的路徑有N條，計 算進入每個狀態的每條路徑的似然函數(度量值)。并對這些似然函數進行比較，對每一狀 態，保留并存儲其中具有最小度量值的路徑和度量值，如果若干條路徑有相同的度量值，則 任選一條，這樣每一步后，進人每個狀態的路徑只有一條。j增加1，進入下一個時間單元， 重復上述步驟，直到j = t+m；
5.一種基于TCM-64QAM的高速光傳輸系統，其特征在于，該方法包括A.由相應擴展2倍信號集的一般m/m+1卷積編碼器再級聯對64QAM調制器的集映射，組合構成TCM-64QAM編碼調制。B.利用外調制技術把接收到的模擬電信號調制在適合在光纖上傳輸的光信號上，且 把已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端把模擬電信號從光信號上解調出，輸出至信 號處理裝置；所述外調制技術即并非把信號直接加載于激光器，而是在外部的調制器上實 現信號的光調制的技術；所述適合在光纖上傳輸的光信號為現在用于光纖通信、波段為 1550nm附近的窄帶光；所述接收端為光鏈路傳輸的終端；C.在信號接收端，輸出兩路相互正交的光信號，利用光電二極管將光信號轉化為電信 號，將獲得的兩路多級電信號進行高速的時域采樣，量化為數字信號并輸出至解碼模塊，最 終實現基于編碼調制技術的高速光信號傳輸
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟A所述通過卷積編碼器和集映射產生 TCM-64QAM數字電信號包括Al.經數據傳輸幀形成電路后，組成6路并行基帶數據流Dl，D2，D3，D4、D5，D6送64QAM 電路。其中Dl D4碼流中每4碼元預留1碼元空位，標記為M，用于編碼率Rc = 3/4的卷 積編碼冗余位的插人。A2. D2碼流中每12碼元預留1碼元空位用于11/12奇偶校驗編碼監督位的插入。D2 碼流在奇偶校驗編碼前還應經過二相差分編碼，使得該碼流具有180度相位透明度。A3.利用Rc = 11/12的奇偶校驗編碼克服恢復載波90度相位模糊度，其工作原理將在 解調部分做進一步闡述。3/4卷積編碼器可以根據選用的卷積編碼方案確定，兩邊各為一個 串/并和并/串轉換電路。由此可以看出串并行碼流經過兩級串/并變換后，才進人卷積 編碼器，大大降低了對單片維特比譯碼器的速率要求。A4.各路碼流均可視作每12碼元為一個碼字。圖中的延遲單元是為了保持各路碼流間 的同步。并行的dl d6碼流按照圖1星座圖的要求，經TCM映射電路的處理，產生Pl P3Q1 Q3兩組正交電平碼，送64QMA調制器。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟B所述把接收到的模擬電信號調制在 適合在光纖上傳輸的光信號上，且把已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端把模擬電 信號從光信號上解調出的方法包括Bl 利用外調制技術把接收到的模擬電信號調制在適合在光纖上傳輸的光信號上， 且把已調制的光信號在光纖上傳輸，并在接收端把模擬電信號從光信號上解調出，輸出至 信號處理裝置；所述外調制技術即并非把信號直接加載于激光器，而是在外部的調制器上 實現信號的光調制的技術；所述適合在光纖上傳輸的光信號為現在用于光纖通信、波段為 1550nm附近的窄帶光；所述接收端為光鏈路傳輸的終端；B2:將已調制光信號進行失真盡可能小的放大，并置其于光纖上進行傳輸。信號光進入 摻餌光纖放大器后，內部的Er+3粒子吸收光的能量，由基態的4115/2躍至處于高能級的泵浦 態，對于不同的泵浦波長電子躍遷不同的能級，其中，K50nm波長的光導致電子躍遷的能級 為4113/2。由于泵浦態的電子的壽命時間只有lus，電子迅速以非輻射方式由泵浦態豫弛至 亞穩態，在亞穩態上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下，亞穩態上的粒子數積累， 實現粒子數的反轉分布，此時摻餌光纖放大器所處在的狀態稱為激活態。在此狀態下，當有 信號光進行感應時，亞穩態的粒子以受輻射的方式躍遷到基態，實現對輸入信號光的放大。B3 通過雪崩光電二極管進行光電檢測，獲得與之相關的電信號；所述光電檢測即光電轉換，在數學上表述為對光信號進行求模；所述與之相關的電信號包括直流信號、調制信 號以及對應的倍頻信號。雪崩光電二極管的兩端分別與傳輸光纖和TCM譯碼模塊相連，通 過光電效應將接收到的光信號轉化為與之相關的模擬電信號，輸出至信號處理裝置具體的 放大原理為光信號進入雪崩二極管后，光的能量被內部的P-N結吸收，形成光電流；且在 P-N結的兩端加入反向電壓，隨著反向電壓增大，會產生雪崩(光電流成倍的激增)現象，輸 出的光電流較大。相對于普通的光電二極管，其靈敏度更大。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟C所述接收端譯碼的方法包括 Cl.收信端64QAM中頻信號經QAM解調及低通濾波后得到2路正交的基帶信號，經模數 變換和時域均衡產生Pl P7、Q1 Q7兩路電平碼組送TCM譯碼電路。量化精度比調制端 高，一是為了提高均衡的精度，二是譯碼的需要。C2.首先由判決器1根據Pl P7、Ql Q7判決出dll 二位，然后對dll 二進制碼流 進行維特比澤碼，得到發送端dl碼流的譯碼輸出dll碼流。C3.根據譯出的dll碼流判斷接收信號所屬的子集，為第二級譯碼作參考。第二級判決 的最小判決距離是2 Δ，將決定系統的BER。該系統的編碼增益就源于此。C4. Pl Ρ7、Ql Q7經延遲后送判決2，dll也送判決2作判決參考，由判決2給出 dl d7。，其中dl d7經遲延后輸出，相位則需經奇偶校驗、差分譯碼后輸出。由于具有 180度相位透明度，當恢復載波發生180度相移時，系統能夠正確譯碼；當恢復載波發生90 度或270度相移時，奇偶校驗會大量出錯，給出指示信號，反饋至相位校正電路，該電路能 調整基帶信號的輸出相位，相當于將恢復載波調整了 90度，使系統仍能正常譯碼。
全文摘要
本發明提供了一種基于TCM-64QAM編碼調制的高速光傳輸系統和方法。該系統中一共由以下模塊構成TCM編碼模塊，TCM利用碼率為的格狀碼(卷積碼)，將每一碼段映射為具有2(k+1)個調制信號集中的一個信號；光纖傳輸模塊，包括電端機，光傳輸設備，光接收設備，將電信號轉換成光信號后，進行光信號的調制與解調，在光纖通信系統中進行高速光傳輸；TCM譯碼模塊，在接收端，信號經反映射后變換為卷積碼的碼序列，再送入Viterbi譯碼器譯碼以得到原始信號。采用本發明的方法和系統，在提高信息傳輸速率的同時降低系統誤碼率，提高系統性能，降低系統成本，實現編碼調制技術與光纖通信系統的結合運用。
文檔編號H04L27/34GK102088317SQ201110020368
公開日2011年6月8日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者關昕, 劉博 , 劉皎, 原全新, 及睿, 尹霄麗, 張麗佳, 張星, 張琦, 忻向軍, 曹田, 王凱民, 王擁軍, 趙同剛, 饒嵐, 馬建新 申請人:北京郵電大學