专利名称：子载波复用系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的子载波复用系统。
背景技术：
类似于OFDM (正交频分复用)系统的光学子载波复用系统近年来已由于针对色散 (dispersion)的高固有稳健性及其高谱效率而获得高度注意。数据信号被转换成并行符号 并经由多个子载波传送。类似于AM、FSK、PSK、QAM的子载波的多种调制格式是可行的。每 个子载波以相对低的位速率进行传送，符号的调制周期与位的持续时间相比是相对长的。 特别地，OFDM系统要求正交子载波和相位稳定信号。可以使用电子载波信号来直接调制光 源(激光器)的光功率或调制外部光学调制器。IEEE 资深会员 Arthur James Lowery, Liang Bangyuan Du 禾口 Jean Armstrong 在 光波技术期刊2007年1月131第1期第25卷中的“Performance of Optical OFDM in Ultralong-Haul WDM Lightwave System” 中描述了 OFDM 系统。
发明内容
虽然类似于OFDM的子载波系统相对于色散具有高容差，但其遭受类似于光纤中 的SPM (自相位调制)和XPM (交叉相位调制)的非线性效应以及与色散交互的激光器啁啾 (chirp)。这些效应导致子载波信号的时间/相位抖动。专利申请WO 94/03987公开了一 种补偿发送机处或接收机处的激光器啁啾引起的失真的简单模拟电路。本发明的目的是补偿子载波信号的损伤。由在权利要求1中描绘的子载波复用系统来解决此问题。所述子载波系统的发送机被设计为用于生成相位比较信号并将该相位比较信号 连同光学子载波复用信号一起在同一传输信道中传送，
所述接收机被设计为用于针对并行接收到的子载波符号的每个调制段测量相位参考 信号与相位比较信号之间的相位失真，
根据接收到的相位比较信号的相位失真计算至少一个修正值并修正所有并行接收到 的或恢复的子载波符号的时间抖动或相位损伤。本发明的思想是测量所传送的单个相位比较信号的失真并根据该相位失真来修 正所有损伤的接收到的子载波信号。如果根据接收到的相位比较信号的相位失真由相同的时移来修正所有并行接收 到的子载波符号的时间抖动，则可以容易地设计子载波系统的修正函数。因此，仅导出公共抖动控制值来修正所有子载波符号的时间抖动。为了有改善的补偿，在考虑接收到的子载波符号的不同时间抖动的情况下，计算 用于接收到的子载波符号的单独相位修正的增强抖动修正值。对于数字系统而言，根据接收到的相位比较信号的相位失真来补偿所有并行恢复 的符号(SDs)的相位抖动和/或振幅是有利的。
由数字数据处理来进行修正。对于改善的相位补偿而言，由所计算的增强相位修正值来单独地修正每个接收到 的子载波符号或恢复的符号的相位损伤，这意指考虑接收到的子载波符号的单独相位抖动 的修正因数。本发明可以有利地应用于OFDM (正交频分复用)子载波系统。在进一步的从属权利要求中描述本发明的更多细节和改进。
下面参考附图来描述包括目前优选实施例的本发明的示例，在附图中 图1示出根据本发明的子信道系统的示意图，
图2示出子信道/OFDM系统的相邻信道， 图3示出根据本发明的OFDM系统， 图4示出OFDM系统的细节，以及 图5示出根据本发明的修改的接收机。
具体实施例方式图1举例说明具有发送机1和接收机3的子载波系统。生成并通过例如光纤的传 输网络2向接收机3传送光学子载波复用信号0SMT。在发送机1处，高速数字串行信号DST被馈送到串行_并行转换器10并被转换成 并行数据位。例如4位的恒定数目的并行位被符号生成单元11转换成符号序列STs，S =
1、2.....N。然后，一组N个的这些符号在子载波调制单元12中例如通过四相移相键控并
行调制到不同的子载波上。然后，并行生成的子载波符号SSTs在组合器13中被组合成子 载波复用信号SMST，其在光学调制单元14中被调制到光学载波上并被作为光学子载波复 用信号OSMT在传输信道2中传送到接收机3。调制段或符号STs持续时间由于转换成符号 和符号的并行传输而比串行信号DST的位持续时间长得多。在一组符号的传输之后，传送 下一组符号。通常，在相邻信道中传送附加信号。图2示出通过相同的光纤在WDM (波分复用) 系统的三个信道CH1、CH2和CH3中传送信号的这些信道。在中间信道CH2上传送相关的N
个子信道系统的子载波符号SSTs，S= 1,2.....N。相邻信道CHI、CH3具有更短和更长的
波长λ。如前所述的，两个相邻信道(以及还有附加信道)以及非线性效应都损害所传送的 光学子载波复用信号0SMT。相关信道CH2中的子载波信号的相位受被扰乱。这导致信号质 量的损失，尤其是当子载波的相位对于解调而言是重要的时。在接收机3处，受损害的光学子载波复用信号OSMR在光学接收机单元31中被接 收并转换成电子载波复用信号SMSR，其被经由抖动修正单元32馈送到分离单元33，例如电 梳滤波器，该电梳滤波器将子载波分离(将信道分成子信道)。在子载波解调单元34中，接
收到的子载波符号SSRs被解调并恢复符号SRs，s = 1、2.....N。然后，符号在符号转换单
元35中被转换成并行位，并且并行-串行转换器36将成组的并行位转换成数字串行信号 DSR。接收到的子载波复用信号SMSR的时间抖动被受控抖动补偿单元32补偿，其为可
6控延迟。将关于特别子载波系统解释补偿方法的细节。作为示例，在图3中举例说明OFDM (正交频分复用)系统。在发送机IOT中，用OFDM调制单元12F来取代子载波调制单元12， 并且在接收机30T中，用OFDM解调器33F_34F来取代分离单元33和解调单元34。稍后解 释用于补偿的元件。在图4中举例说明OFDM系统的基本部分，其仅用于说明OFDM部分。未示出符号 的生成和光学调制/解调。OFDM发送机12F_13F接收如前所述的已经被转换成符号STs的 信号DST的位。在所示的模拟系统中，符号调制器MO1-MOn调制到子载波SCs =
exp(j2 π fst)上，s = 1、2.....N。所生成的子载波符号被组合成子载波复用信号SMST并
在传输信道CH2/传输网络2中被传送，在那里，其被由H(f，P)所指示的不同的扰乱线性和 非线性效应损害，其中，H(f)=频率相关效应且H(P)=功率相关效应，其引起所传送的STS 符号STs的时间/相位抖动。在数字系统中，一组符号SI\、ST2.....STn通过逆傅立叶变换FFT—1被并行转换成
子载波符号 SSTs = SST1、SST2,. . .、SSTN。在图4所示的模拟OFDM系统中，接收到的子载波复用信号SMSR被馈送到OFDM 解调器33F_34F，在那里，其在分离器33F中被分离并连同相关子载波频率-SCs = exp (-j2 ^ifst) —起馈送到相关器CO1-CCV由于除一个之外的所有子载波信号与被供应给相关 器的子载波正交，因此这仅输出具有相同载波频率的符号SRs的一个序列。在数字OFDM系统中，通过应用快速傅立叶变换来对接收到的子载波复用信号 SMSR进行解调以恢复符号SRs = SR” SR2、…、SRn。通过以下各项来应用时间/相位修正
通过向公共抖动修正单元32施加时间修正信号TC来修正整个OFDMR信号的时间抖 动，或者
向被插入在相关器COs的信号路径中的抖动修正元件32s施加单独时间修正信号
TCs ο当然，在现代技术中，由数字计算机来处理调制和解调。延迟元件是受控存储单元 并通过改变数字值来执行修正。因此，必须将图中所示的元件理解为功能单元。为了补偿时间/相位抖动，必须在接收机处生成控制信号。因此，在发送机处由子 载波生成单元15 (图3)来生成相位比较信号CST并将其作为SMST的一部分与所述符号一 起并行传送到接收机。一种可能性是生成未调制的子载波信号作为相位比较信号CST (图2，可以与其它 子载波信号类似地对其进行处理)。参考图3和图4，与子载波SCs —起生成并与子载波符 号SSTs —起传送正交相位比较信号CST (图3、图4)。所有接收到的信号、即形成子载波复 用信号SMSR的并行接收到的子载波符号SSRs和接收到的相位比较信号CSR具有近似相同 的损伤相同的时间失真。图3的接收机示出串联地连接在载波解调单元31 (光电二极管)与OFDM解调器 33F_34F之间的延迟元件39和时间抖动修正单元32。必须恢复接收到的相位比较信号CSR以补偿损伤。可以在图3所示的FFT控制 处理器34C中由FFT (快速傅立叶变换)来恢复CSR。因此，在第一实施例中，FFT控制处理器34C也被连接到载波解调单元31。将恢复的相位比较信号CSR与内部稳定相位参考信 号PSkef相比较(关联)。输出信号表示用于每个调制段(符号持续时间)的两个信号之间的 平均相位差(Φ· - Φ。)。串联地与FFT控制处理器34C相连的抖动控制电路38Τ计算 并输出时间抖动控制信号TC，其控制被与延迟元件39串联地插入在主信号路径中的时间 抖动修正单元32。根据抖动控制信号TC的值来改变延迟修正单元32的延迟，TC = (Oeef -Oc)/ "KEF (1)，其中COkef-相位参考信号的角频率。可以在调制段连续地改变延迟的持续时间期间或在调制段中间执行修正。类似于 直接比较相位比较信号CSR和相位参考信号PSkef的特别处理产生更实际的控制信号。然 后在OFDM解调器33F_34F中对包括所有已补偿子载波符号SSRs的抖动补偿的OFDM信号 SMSC进行解调。在大多数实施例中需要具有约为调制段(符号)的时间延迟的延迟元件39， 因为必须首先确定抖动修正值TC。由于损伤对于所有子载波信号而言略有不同，所以可以计算增强抖动修正值，引 入抖动修正因数KTs:
TCEs = KTs(Oeef - Oc) /ωΕΕΡ + Ats (2)
还可以添加恒定延迟时间Ats以补偿子载波信号的不同转接时间(transit time)。对 于单独抖动而言，通过改变图4中的元件32s的延迟时间来执行补偿。等效的修正方法是接收机中的所有子载波信号SCs = exp(-j2 Jifst)的相应时移。图5示出接收机30P的另一实施例。在数字实施例中，修正已恢复符号SDs的实 际相位值。相位或时间抖动的修正是等效方法，但是本领域的技术人员可以根据所选的设 计或预期改进来选择一种方法。由同一 OFDM解调器33F_34F来输出此接收机中的相位比较信号和符号的相位失 真。然后，在相位控制单元38P中根据下式来计算用于所有已解调符号SDs的相位修正值 OCs = OC1 - OCs,
OCs = (ΦΕΕΡ - Φ。)ω5/ωΕΕΡ) (3) 其中，
OCs =子载波信号的载波/符号的相位修正值，s = 1、2、…、N，
Φ·=参考信号的相位，
Oc =相位监视信号的相位，
ω5 = 2Jifs子载波的角频率，
ωΕΕΡ = 2π fEEF相位参考信号的角频率。在符号修正单元40中通过修正所有已恢复符号SDs (这些是未修正已解调符号) 的相位值来单独地对其执行相位修正。这比符号的实数和虚数值的修正更容易。如果需要， 根据调制模式，还可以根据接收到的相位监视信号的振幅变化来修正符号的振幅值。在本实施例中，相位控制单元38P正在例如从前向纠错单元37接收另一延迟相位 修正值δφ8以使错误率最小化。将这些延迟修正值与所计算的相位修正值相加。OCEs = KPs (Oeef _ Oc) (ω s/ ω REF) + Δ Os (4)
可以由延迟修正来补偿子载波的延迟差。由于损伤对于所有子载波信号/符号而言略有不同，所以可以添加修正因数Ks以 导出增强修正值OCEs。相位修正因数KPs可以被存储在地址表中，在考虑FEC解码器的输出的情况下导出，或者使用多项式KPs =A + B((Os/ω-) +C(cos/ωΚΕΡ)2(5)根据几个测量 值来计算，这得到 OCEs = ( (A+B(GJs/ω·)+C (ω5/ωΕΕΡ)2) (ΦΕΕΡ - Oc) + Δ Os (6)， 其中，A、B、C =恒定因数。可以以类似的方式来修正接收到的符号的振幅。将接收到的相位比较信号(或每 个子载波信号)的长期振幅平均值Au与实际调制段kkc的振幅相比较。根据振幅修正值来 修正所有恢复符号的振幅
AC = Alt/Aac (7) ο使用FEC (前向纠错)来输出无错修正信号DSRC。可以对并行或串行位应用修正。 单独地针对每个子载波符号流，使用修正EC的数目来使图4实施例中的时间修正值/因数 或图5实施例中的相位修正值/因数最优化。当所执行的修正的相关数目是最小值时，达 到最佳值。参考符号
DST输入串行数据信号
DSR输出串行数据信号
DSRCDSR FEC已修正串行数据信号
SMST发送机(TX)处的(电)子载波复用信号
OSMT在TX的处传送的光学子载波复用信号
OSMR接收到的光学子载波复用信号
SMSR接收机处的(电)SMS
STsTX处的符号
SSTsTX处的子载波符号
SSRs接收到的子载波符号
SRs传送的/输出的/修正的符号
SD1^n检测的符号
CST传送的相位比较信号
CSR接收到的相位比较信号
PSeef相位参考信号
1发送机 IOFOFDM发送机
2传输网络(光纤)
3接收机
30T具有抖动修正的OFDM接收机
30P具有相位修正的OFDM接收机
10串行-并行转换器
11符号生成单元
12子载波调制单元 FFT快速傅立叶变换 OFDM正交频分复用
OFDMSOFDM 信号12FFFT"1处理器单元 12F_13F OFDM 调制器
13组合器
14光学调制单元
15子载波生成单元 CHl第一信道
30T用于时间抖动修正的OFDM接收机
30P用于相位抖动修正的OFDM接收机
31载波解调单元
32抖动修正单元 32s抖动修正元件
33分离单元 33F分离器 33F_34F OFDM 解调器
34子载波解调单元 34CFFT控制处理器 34FFFT处理器
35修正单元
35s第s个修正电路
35符号转换单元
36并行-串行转换器
37FEC解码器单元 38T抖动控制单元 38P相位控制单元
39延迟元件
40符号修正单元
41FEC解码器 SCs子载波信号 CS相位比较信号
TC抖动修正信号/值
TCEs增强单独抖动修正值
OCs相位修正值
OCEs增强相位修正值
ΦΕΕΡ参考信号的相位
Oc相位比较信号的相位
Δ Φ5相位延迟修正值
Ats时间延迟修正值
Ks修正因数
ω52 π仁子载波的角频率ω EEF2 JI fEEF相位参考信号的角频率
Aac实际振幅
Alt长时间平均振幅
AC = KJkkc 振幅修正因数
DSRCFEC修正数据信号
EC纠错
权利要求
1.子载波复用系统，其在发送机(1)中并行地将符号(STs;S= 1、2 ...、N)调制到子 载波上并将已调制子载波符号(SSTs)组合成子载波复用信号(SMST)，将子载波复用信号调 制到光学载波上并在传输信道(CH2)中将光学子载波复用信号(OSMT)传送到接收机(3)， 其中，接收到的光学子载波复用信号(OSMR)被转换成子载波复用信号(SMSR)、已解调和已 恢复符号(S&)输出，其特征在于发送机(1)被设计为用于生成相位比较信号(CST)并在光学网络(2)的同一传输信道 (CH2)中连同所述光学子载波复用信号(OSMT) —起传送相位比较信号(CST)，接收机(3)被设计为用于针对并行接收到的子载波(SS&)符号的每个调制段测量相位 参考信号(PSkef)与相位比较信号(CSR)之间的相位失真(Φ& - Φ0),根据接收到的相位比较信号(CSR)的相位失真(Φ· - Φ。)计算至少一个修正值 (OCs, TCs)并修正所有并行接收的或恢复的子载波符号(SSRs，SDSs)的时间抖动或相位 损伤。
2.权利要求1的子载波复用系统，其特征在于根据接收到的相位比较信号(CSR)的相位失真(ΦΚΕΡ - Φ。)由同一时移来修正所有 并行接收的子载波符号(SS&)的时间抖动。
3.权利要求2的子载波复用系统，其特征在于计算公共时间抖动修正值TC = (ΦΕΕρ - Φ0) /COref，其中，ωΕΕΡ =2 π fEEF相位比较信号PSkef的角频率，Oeef-相位参考信号的相位，Oc-接收到的相位比较信号CSR的相位。
4.权利要求2的子载波复用系统，其特征在于考虑接收到的子载波符号(SS&)的不同时间抖动，计算用于接收到的子载波符号 (SSRs)的单独相位修正的增强抖动修正值(TCES)。
5.权利要求4的子载波复用系统，其特征在于考虑接收到的子载波符号(SS&)的不同时间抖动，根据接收到的相位比较信号(CSR) 的相位失真(Φ- - Oe)和时间抖动修正因数(KTs)来计算用于每个并行接收到的子载波 符号(SSIis)的单独时间抖动修正的增强抖动修正值(TCES)。
6.TCEs = KTs (ΦΕΕΡ - Φ0) /ω·，其中 ωΕΕΡ =2 π fEEF相位比较信号PSkef的角频率， Φ KEF-相位参考信号的相位，Oc-接收到的相位比较信号CSR的相位。
7.权利要求5的子载波复用系统，其特征在于通过添加延迟修正值(Ats)来使增强抖动修正值(TCEs)最优化以使数据错误率最小化TCEs = ΚΤ5(ΦΕΕΡ - Φ0) /ωΕΕΡ + 八 ts。
8.权利要求5或6中的一项的子载波复用系统，其特征在于 施加FEC修正以输出已修正数据信号(DSCR)，以及使由最小数据错误率所指示的增强抖动修正因数(KTs)和/或延迟修正值(Δ ts)最优
9.权利要求4、5或6的子载波复用系统，其特征在于子载波系统是OFDM系统，并由延迟元件(3 )单独地对被馈送给OFDM接收机(30T)的 FFT (快速前向傅立叶)解调器(33F_34F)中的相关器(COs)的接收到的子载波符号(SS&) 进行抖动修正。
10.权利要求1的子载波复用系统，其特征在于根据接收到的相位比较信号(CSR)的相位失真(ΦΚΕΡ - φ。)来修正所有并行恢复的 符号(SDs)的相位抖动。
11.权利要求9的子载波复用系统，其特征在于由所计算的相位修正值单独地修正每个接收到的子载波符号(SS&)或恢复的子载波 符号(SDs)的相位损伤OCs = (ΦΕΕΡ - Φ。)ω3/ω·)，其中OCs =载波信号的载波/符号的相位修正，s = 1、2.....N，ΦΕΕΡ =参考信号的相位，Oc =相位监视信号的相位，ω5 = 2 Jifs子载波的角频率，ωΕΕΡ =2 π fEEF相位参考信号PSkef的角频率，权利要求10的子载波复用系统，其特征在于由增强相位修正值(OCEs)来单独地修正每个接收到的子载波符号(SS&)或恢复的符 号(SDs)的相位损伤，这意指考虑接收到的子载波符号(SS&)的单独相位抖动的修正因数 (Ks ；s = 1、2、· · .、N)OCEs = Ks (ΦΕΕΡ - Φ0) cos/coKEF)，其中 Ks =修正因数。
12.权利要求10或11的子载波复用系统，其特征在于根据下式将相位延迟修正值(Δ Φ5)加到增强相位修正值(Φ(；) OCDs = Ks (ΦΕΕΡ — Φ0) ω5/ωΕΕΡ + Δ Φ"其中 ΔΦ5 =相位延迟修正值。
13.权利要求11或12的子载波复用系统，其特征在于考虑所存储的相位修正因数(KPs)计算用于恢复的符号(SDs)的单独相位修正的增强 相位修正值(OCEs)。
14.权利要求11、12或13的子载波复用系统，其特征在于依照根据相位失真(Φ- - Φ。)的多项式来计算用于并行接收到的子载波符号 (SSRs)或所检测的符号(SDs)的相位修正值(Φ(；)。
15.权利要求14的子载波复用系统，其特征在于 根据下式来计算增强修正值(OCEs)OCEs = (Φ— - Φ0) (Α+Β (ω5/ωΕΕΡ) +C (ωs/ωKEF)2)，其中 A, B, C =由测量或计算导出的因数。
16.权利要求11至13中的一项的子载波复用系统，其特征在于施加FEC修正以输出数据信号(DSRC)，并使由最小数据错误率所指示的增强相位抖动 修正值(TCEs)和相位延迟因数(Δ Φ5)最优化。
17.根据前述权利要求中的一项的子载波复用系统，其特征在于 子载波系统是OFDM系统。
18.权利要求10至18中的一项的子载波复用系统，其特征在于修正所检测的符号(SD1-SDn)的相位或实数和虚数值以获得已修正符号()。
19.权利要求1至17中的一项的子载波复用系统，其特征在于根据接收到的相位比较信号的长时间平均振幅与被关联到实际接收到的子载波符号 (SSRs)的调制段的振幅之间的比较来修正恢复的符号(SDs)的振幅。
20.前述权利要求中的一项的子载波复用系统，其特征在于对接收到的子载波复用信号(SMS ；0FDMS)进行采样并且以数字方式来处理接收机功 能和/或发送机功能。
21.前述权利要求中的一项的子载波复用系统，其特征在于 相位比较信号(CST、CSR)是未调制子载波。
全文摘要
设计了一种子载波系统，其用于在发送机(1)中生成相位比较信号(CST)并在光学网络(2)的同一传输信道中将相位比较信号(CST)连同光学子载波复用信号(OSMT)一起传送，接收机(3)被设计为用于针对接收到的子载波(SSRS)符号的每个调制段来测量相位参考信号(PSREF)与接收到的相位比较信号(CSR)之间的相位失真(Φref-ΦC)，根据接收到的相位比较信号(CSR)的相位失真(ΦREF-ΦC)计算至少一个修正值(TCS,ΦCS)并修正所有并行接收的或恢复的子载波符号(SSRS,SDS)的时间抖动或相位损伤。可以在没有高硬件费用的情况下补偿时间抖动/相位抖动。
文档编号H04J14/02GK102124676SQ200880130791
公开日2011年7月13日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者E·戈特瓦德 申请人:诺基亚西门子通信公司