半周期正交頻分復用發射和接收的制作方法
【專利說明】半周期正交頻分復用發射和接收
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 該專利文獻要求于2013年5月16日提交的美國臨時專利申請第61/824, 324的 優先權的利益。將上述專利申請的全部內容通過引用并入本文。
[0003] 背景
[0004] 本專利文獻涉及數字通信，并且在一方面，涉及在光通信中的正交頻分復用。
[0005] 在諸如無線通信、光纖通信等的應用領域中具有對數據通信的日益增長的需求。 對于核心網絡的需求尤其更高，不僅是因為由于多媒體應用而使用越來越多的帶寬的諸如 智能手機和計算機的用戶設備，還因為通過核心網絡為其傳送數據的設備總數正在增加。
[0006] 概述
[0007] 在一些公開的實施例中，首次成功展示了半周期的DDO-OFDM發射和接收以抵抗 SSMI而不降低頻譜效率。接收機靈敏度在使用40-km SSMF-28傳輸的OPSK和16QAM OFDM 中分別提高2dB和1.5dB。
[0008] 在一個公開的方面，用于光傳輸的方法、裝置和計算機程序產品包括在持續時間 T/2的時間周期期間傳輸OFDM符號的半周期，其中，T表示OFDM符號的符號周期，并且其 中，OFDM符號包括多個子載波，通過禁止使用數據進行調制來抑制多個子載波的交替子載 波。
[0009] 在另一方面，公開了方法、裝置和用于儲存代碼的計算機程序產品，其用于在持續 時間T/2的時間周期期間接收OFDM符號的半周期，并且從接收的半周期OFDM符號中恢復 數據，其中，T表示OFDM符號的符號周期，并且其中，OFDM符號包括多個子載波，通過禁止使 用數據進行調制來抑制多個子載波的交替子載波。
[0010] 在另一方面，公開了光通信系統，其包括發射機和接收機，發射機被配置成發射調 制的OFDM符號的半切型式，接收機被配置成接收該半切型式，再生OFDM符號的完整型式， 并且恢復在OFDM符號中調制的數據。
[0011] 附圖簡述
[0012] 圖IA描繪直接檢測的光正交頻分復用（DDO-OFDM)信號的三種不同變體。
[0013] 圖IB描繪半周期DDO-OFDM的實施的方框圖。
[0014] 圖IC表示在其中使用數據調制OFDM符號的奇數子載波的實施例。
[0015] 圖ID表示在其中使用數據調制OFDM符號的偶數子載波的實施例。
[0016] 圖IE表示奇數子載波調制的OFDM信號的頻譜。
[0017] 圖IF描繪在IFFT之后的奇數子載波調制的OFDM信號的實數部分。
[0018] 圖IG描繪在IFFT之后的奇數子載波調制的OFDM信號的虛數部分。
[0019] 圖IH表示偶數子載波調制的OFDM信號的頻譜。
[0020] 圖II描繪在IFFT之后的偶數子載波調制的OFDM信號的實數部分。
[0021] 圖IJ描繪在IFFT之后的偶數子載波調制的OFDM信號的虛數部分。
[0022] 圖2描繪半周期DDO-OFDM的實驗布置。
[0023] 圖3A-3B描繪接收到的OFDM信號的電子頻譜，其中（A)在半周期傳輸 (half-cycled)之前，（B)在半周期傳輸之后。
[0024] 圖4A-4B描繪4-QAM OFDM的比特誤碼率（BER)相對于用于⑷OBTB，（B)在40-km SSMF-28之后的接收到的光功率。
[0025] 圖 5A-5B 描繪 16-QAM OFDM 的 BER 相對于⑷ OBTB，（B)在 40-km SSMF-28 之后接 收到的光功率。
[0026] 圖6A-6B描繪在16QAM-0FDM傳輸中相對于負荷索引的誤碼率，其中（A)為傳統傳 輸，（B)為半周期傳輸。
[0027] 圖7描繪光通信系統。
[0028] 圖8描繪數字通信處理的實例。
[0029] 圖9為用于數字通信的傳輸裝置實例的方框圖表示。
[0030] 圖10描繪數字通信處理的實例。
[0031] 圖11為用于數字通信的傳輸裝置的實例的方框圖表示。
[0032] 詳細說明
[0033] 圖7描繪光通信系統100,在其中可實踐目前公開的技術。可將一個或多個光發射 機102與一個或多個光接收機106經由光網絡104通信地耦合。光發射機102和光接收機 106可以例如是光網絡的光鏈路終端（OLT)和光網絡單元（ONU)或無源光轉發器設備等。 光網絡104可包括光纖，光纖在長度上從幾百英尺（例如，最后一公里傳輸線）延伸到幾千 米（遠程輸送網絡）。傳輸的光信號可通過諸如放大器、轉發器、交換機等的中間的光設備， 為清楚起見，未將其在圖7中示出。
[0034] 增加容量以增大通過光網絡104傳送的數據量通常需要鋪設新的光纖。但由于鋪 設光纖和在光纖的發射端與接收端增加新設備兩者所需的資本支出，該選項是昂貴的。可 選地，光網絡操作者和供應商正在不斷地尋求新的技術，以能夠更密集地（例如，每個波長 效率或頻譜效率更大的比特）傳送數據。
[0035] 為此，由于其通過數字信號處理（DSP)實現的高頻譜效率（SE)和對于傳輸損傷的 穩健性，光正交頻分復用（OFDM)已經引起關注。基于光接收機的配置，光OFDM系統的實施 具有兩類：直接檢測的光OFDM(DDO-OFDM)和相干光OFDM(CO-OFDM)。在CO-OFDM系統中， 由于復雜的接收機結構和在發射機與接收機中的復雜的信號處理，實施的成本通常高。這 大大限制了其在低成本接入網絡中的應用。利用簡單并且有成本效益的配置，DD0-0FDM系 統適合用于短距離接入網絡。
[0036] 在典型的DD0-0FDM系統中，在經由接收機中的光電二極管（PD)的平方律檢測之 后，由子載波-子載波混合干涉（SSMI)將OFDM信號劣化。在一些實施例中，提出了頻率保 護帶以避免來自OFDM信號的SSMI。在DD0-0FDM中應用被稱為交織OFDM的另一種方案，從 而通過僅在偶數子載波中插入數據來消除SSMI的影響。這兩種方案均可有效緩解由SSMI 引起的失真，但系統SE將降低2倍。為保持高SE，可使用比特交織器和渦輪碼技術來遏制 在使用l〇〇-km傳輸的64元正交調幅（64QAM)DD-OFDM系統中的SSMI。這些技術可有效地 緩解SSMI，但由于利用渦輪碼，SE仍被劣化。此外，由于前向糾錯（FEC)解碼造成的復雜性 可限制其應用。本文公開了半周期DD0-0FDM發射和接收技術，在一方面，該技術可用于抵 抗SSMI而無 SE降低。在一些實施例中，接收機靈敏度在使用40-km SSMF-28傳輸的QPSK 和16QAM OFDM中分別提高了 2dB和I. 5dB。
[0037] 圖IA示出可在DDO-OFDM中使用的三種不同類型的OFDM信號。第一種（110)為 傳統的OFDM信號，在之后，SSMI將在整個OFDM信號帶擴散（112)，并且信號的比特誤碼 率（BER)性能將嚴重惡化。第二種（114)為保護帶使能OFDM信號，其中SSMI僅位于保護 帶中，并且BER性能可使用劣化的SE得到改善（116)。第三種（118)為交織的OFDM信號， 其中數據僅被調制到偶數子載波上。在這種情況下，無數據被調制在交替的（奇數）子載 波（即，當在符號內列舉時具有奇數索引的子載波）上。在之后，SSMI將僅分布在奇數 子載波中（120)，并且僅在偶數子載波上調制的數據不受SSMI的影響。在使用交織OFDM信 號的SSMI消除方案中，當數據僅調制到偶數/奇數子載波上時，OFDM符號將展示時域對稱 性。
[0038] 基于這些發現，在本文中公開了半周期DDO-OFDM技術。由N(整數）表示在OFDM 調制期間的IFFT大小，而由時間T表示一個OFDM符號的時間長度，在IFFT之后，OFDM信 號可表不成：
[0040] 其中，k表示子載波索引，fk表示第k個子載波的頻率且可由下式給出：
[0041] fk= kAf = k/T (2)
[0042] 在時域中，一個OFDM符號的第一半和第二半可表示成：
[0047] 為進一步簡化該公式，子載波的索引為從0到N-1，偶數子載波和奇數子載波的索 引可分別表示成m和η。一個OFDM符號的第一半和第二半可表示成：
[0050] 在交織OFDM方案中，具有偶數索引的子載波以無數據映射應地保存以抵抗SSMI， 這意為Cni被設定為"0"，一個OFDM符號的第一半和第二半可簡化成：
[0053] 從方程式（8)和（9)可以看出，一個OFDM符號中的第一半和第二半在時域中展示 具有180°相移的相同幅度。為使用這個冗余，在一些實施例中，在傳輸期間簡單消除傳輸 的第二半。通過這個方式，在該處理之后，用于傳達數據傳輸的時間長度可縮短到T/2,而 SE可保持與傳統OFDM信號相同。
[0054] 圖IB示出半周期DDO-OFDM實施例的端對端發射和接收系統的結構。首先，與在 交織OFDM信號中相同，在頻域中僅將數據調制到偶數子載波上（曲線圖122)。接下來，應 用快速傅立葉逆變換（IFFT)以實現OFDM調制。在IFFT之后，一個OFDM符號的周期為T， 同時第一半（124)和第二半（126)在時域中展示具有180度相移的相同幅度（表示為"A" 和"-A"）。在傳輸期間，將第二半126(第二半周期）截除。換言之，僅傳輸被表示為信號 128的第一半124的型式。理想地，該型式與第一半1