偏振复用dd-ofdm-pon系统及信号传输方法
【专利摘要】本发明一种偏振复用DD-OFDM-PON系统及信号传输方法，属于光接入网络【技术领域】，本发明在系统发送端和接收端，分别采用了射频上变换和射频下变换，相对现有的OFDM-PON系统，子载波利用率提高了一倍；本发明采用光学单边带调制技术和偏振复用技术，偏振正交的两路信号在频谱上重叠，相对于采用光学双边带的偏振复用DD-OFDM-PON系统或未采用偏振复用技术的DD-OFDM-PON系统的频谱利用率提高了一倍；本发明采用了MIMO信道估计技术，具有较好的数据恢复功能，系统性能的误比特率性能与40Gb/s的系统性能相近，系统鲁棒性较好。
【专利说明】偏振复用DD-OFDM-PON系统及信号传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光接入网络【技术领域】，具体涉及一种偏振复用DD-0FDM-P0N系统及信 号传输方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会信息化的不断深入，视频分享、高清IPTV、高清视频监控、云计算、云存 储、移动数据转移等新型的宽带业务相继涌现，这些宽带业务对网络容量、网络速率的需求 不断增长，因此实现接入网"随时随地的高速接入"至关重要。
[0003] 目前，无源光网络（PassiveOpticalNetwork，P0N)是全球范围内被广泛接受 和推广的性价比最高的宽带接入技术；传统的P0N技术可分为时分复用无源光网络（Time DivisionMultiplexingPON，TDM-P0N)、波分复用无源光网络（WavelengthDivision MultiplexingPON，WDM-P0N)等；TDM-P0N采用时分复用技术，是出现最早的无源光网络； 为了避免上行传输中出现时隙错位的问题，TDM-P0N需要引入快速时钟定位技术和复杂的 测距技术，系统复杂度高；WDM-P0N融合WDM技术与P0N网络结构的优点，以波分复用多址 的方式实现了不同光网络单元（OpticalNetworkUnit，0NU)的上行复用；根据WDM-P0N的 工作原理，相应的器件厂商需要统一规范器件标准；同时，该系统的成本将随0NU数目的增 加而增加，代价较高，需要解决成本问题。
[0004] 正交频分复用无源光网络（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingP0N， OFDM-PON)系统结合了OFDM频谱利用率高与PON不需要有源中继设备的优点，是一种新型 的无源光网络，其传输原理如图1所示，其中，1-1为电接收机；1-2为接收机；1-3为发射 机；1-4为光线路终端；1-5为单模光纤；1-6为分束器或合束器；1-7为光网络单元1 ; 1-8 为光网络单元2 ;1-9为光网络单元3,a为光线路终端1-4要发给光网络单元1 1-7的数 据；b为光线路终端1-4要发给光网络单元2 1-8的数据；c为光线路终端1-4要发给光网 络单元3 1-9的数据；X表示波长；Ai表示传送数据a所占用的波长；X2表示传送数据b 所占用的波长；A3表示传送数据c所占用的波长；波长和频率是对应的关系，一个波长对 应一个频率，从图中可以看出，可以使用不同的频率发送数据给光网络单元，可以灵活地划 分资源块。由于采用OFDM技术，0FDM-P0N不仅允许相互正交的子载波并行传输，而且支持 各种先进的调制格式，频谱利用率大幅度提高；0FDM-P0N可动态地将不同子载波的不同时 隙分配给0NU，可灵活地在时域和频域上划分资源块。另外，0FDM-P0N系统的可扩展性强， 可以与现有的TDM-PON、WDM-P0N相兼容；相对于传统的TDM-PON、WDM-P0N系统，0FDM-P0N 不需要精确的时钟定位，也不需要更多的光器件，造价成本低，具有很大的性价比优势。
[0005] 许多0FDM-P0N系统架构相继提出，它们在一定程度上避免了传统的TDM-P0N、 WDM-P0N系统的不足，具有较高的性价比；然而，这些0FDM-P0N系统在子载波利用率、频谱 利用率、数据传输速率、成本上仍有提升空间；如何结合多种先进的技术，如偏振复用技术、 射频上下变换、直接检测技术等，构造更高效益的0FDM-P0N系统，对于未来宽带接入建设 具有重要的理论研宄意义和实际应用价值。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的缺点，本发明提出一种偏振复用DD-OFDM-PON系统及信号传输方 法，以达到提高子载波利用率、频谱利用率、数据传输速率和系统鲁棒性的目的。
[0007] -种偏振复用DD-OFDM-PON系统，该系统包括信号发射机和信号接收机；
[0008] 所述的信号发射机包括第一OFDM基带信号发射机、第二OFDM基带信号发射机、第 一射频变换模块、第二射频变换模块、第三射频变换模块、希尔伯特变换模块、逆希尔伯特 变换模块、外腔半导体激光器、马赫曾德尔调制器、分波器、第一偏振器、第二偏振器、第一 双臂马赫曾德尔调制器、第二双臂马赫曾德尔调制器和偏振合束器，其中，
[0009] 第一OFDM基带信号发射机：用于对随机生成的串行信号依次进行正交振幅调制、 串并转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变换、添加循环前缀和并串转换 处理，进而生成基带OFDM信号，并将基带OFDM信号发送至第一射频变换模块中；
[0010] 第二OFDM基带信号发射机：用于对随机生成的串行信号依次进行正交振幅调制、 串并转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变换、添加循环前缀和并串转换 处理，进而生成基带OFDM信号，并将基带OFDM信号发送至第二射频变换模块中；
[0011] 外腔半导体激光器：设置光载波频率和线宽，用于产生光载波发送至马赫曾德尔 调制器中；
[0012] 第一射频变换模块和第二射频变换模块：用于产生射频载波，并采用接收到的基 带OFDM电信号调制射频载波，生成以射频频率为中心的射频OFDM信号；
[0013] 第三射频变换模块：用于产生射频载波并发送至马赫曾德尔调制器中；
[0014] 希尔伯特变换模块：用于对接收到的射频OFDM信号进行希尔伯特变换，并将变换 后的射频OFDM信号发送至第一双臂马赫曾德尔调制器中；
[0015] 逆希尔伯特变换模块：用于对接收到的射频OFDM信号进行逆希尔伯特变换，并将 变换后的射频OFDM信号发送至第二双臂马赫曾德尔调制器中；
[0016] 马赫曾德尔调制器：用于对光载波进行调制获得正负两个射频频率光波，并发送 至分波器中；
[0017] 分波器：用于将正负两个射频频率光波进行分波，并分别发送至第一偏振器和第 二偏振器中；
[0018] 第一偏振器和第二偏振器：用于对正负两个射频频率光波进行偏振处理，使正负 两个射频频率光波正交，处理后发送至第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔 调制器中；
[0019] 第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔调制器：用于采用射频OFDM 信号和经过希尔伯特变换或逆希尔伯特变换后的射频OFDM信号对偏振处理后的正负两个 射频频率光波进行调制，获得光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号，并发送至偏振合束 器中；
[0020] 偏振合束器：用于根据光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号，获得偏振复用信 号，并通过光纤传输至接收机中；
[0021] 所述的信号接收机包括偏振分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一射频 下变换模块、第二射频下变换模块、第一OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机、MIM0信 道估计模块，其中，
[0022] 偏振分束器：用于将接收到的偏振复用信号分成两路正交的光信号，并分别发送 至第一光电探测器和第二光探测器中；
[0023] 第一光电探测器和第二光电探测器：用于将光信号转换为电信号，发送至第一射 频下变换模块和第二射频下变换模块中；
[0024] 第一射频下变换模块和第二射频下变换模块：用于对接收到的电信号进行射频下 变换，得到基带信号，并发送至第一OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机中；
[0025] 第一 OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机：用于滤除接收到的信号中的高频 信号，并对得到的基带信号进行串并转换，移除循环前缀和快速傅里叶变换处理，将处理后 的信号发送至MM0信道估计模块中；
[0026] MM0信道估计模块：用于对信号进行MM0信道估计和信道均衡，获得该系统的误 比特率，并判断所获得的误比特率是否小于FEC门限值。
[0027] 采用偏振复用DD-0FDM-P0N系统进行的信号传输方法，包括以下步骤：
[0028] 步骤1、采用第一OFDM基带信号发射机和第二OFDM基带信号发射机对随机生成的 串行信号依次进行正交振幅调制、串并转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速傅里叶 逆变换、添加循环前缀和并串转换处理，进而生成基带OFDM电信号；同时采用外腔半导体 激光器产生光载波发送至马赫曾德尔调制器中；
[0029] 步骤2、在第一射频变换模块和第二射频变换模块中设置射频频率，产生射频载 波，并采用接收到的基带OFDM电信号调制频载波，生成以射频频率为中心的射频OFDM信 号，第一射频变换模块将生成的射频OFDM信号同时发送至第一双臂马赫曾德尔调制器和 希尔伯特变换模块中，第二射频变换模块将生成的射频OFDM信号同时发送至第二双臂马 赫曾德尔调制器和逆希尔伯特变换模块中；
[0030] 步骤3、采用希尔伯特变换模块对接收到的射频OFDM信号进行希尔伯特变换，并 将变换后的射频OFDM信号发送至第一双臂马赫曾德尔调制器中；同时采用逆希尔伯特变 换模块对接收到的射频OFDM信号进行逆希尔伯特变换，并将变换后的射频OFDM信号发送 至第二双臂马赫曾德尔调制器中；
[0031 ] 步骤4、在第三射频变换模块中设置射频频率，产生射频载波并发送至马赫曾德尔 调制器中，根据外腔半导体激光器产生的光载波获得正负两个射频频率光波，再通过分波 器将正负两个射频频率光波分离并分别发送至第一偏振器和第二偏振器中，对正负两个射 频频率光波进行偏振处理，处理后发送至第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德 尔调制器中；
[0032] 步骤5、采用第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔调制器，采用射频 OFDM信号和经过希尔伯特变换或逆希尔伯特变换后的射频OFDM信号对偏振处理后的正负 两个射频频率光波进行调制，获得光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号，并发送至偏振 合束器中；
[0033] 步骤6、偏振合束器根据获得的光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号，获得偏 振复用信号，并通过光纤传输至接收机中；
[0034] 步骤7、接收机中的偏振分束器将接收到的偏振复用信号分成两路正交的光信号， 并分别发送至第一光电探测器和第二光探测器中；
[0035] 步骤8、采用第一光电探测器和第二光探测器将光信号转换为电信号；
[0036] 步骤9、采用第一射频下变换模块和第二射频下变换模块对接收到的电信号进行 射频下变换，得到基带信号，并发送至第一OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机；
[0037] 步骤10、采用第一OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机对接收到的电信号进 行滤除高频信号、串并转换，并移除循环前缀和快速傅里叶变换处理，将处理后的信号发送 至MM0信道估计模块中；
[0038] 步骤11、采用MM0信道估计模块对信号进行MM0信道估计和信道均衡，将均衡后 的信号与发射机实际发送的信号对比，获得该系统的误比特率；
[0039] 步骤12、判断所获得的误比特率是否小于FEC门限值，若是，则该系统的信号传输 质量满足实际要求，否则，该系统不适合用于数据传输。
[0040] 步骤1所述的生成基带OFDM电信号，具体步骤如下：
[0041] 步骤1-1、设置正交幅度调制的调制格式，对随机生成的串行信号进行正交振幅调 制；
[0042] 步骤1-2、确定FFT的步长和有效子载波数，对正交振幅调制后的信号进行串并转 换；
[0043] 步骤1-3、随机生成训练序列，在串并转换后的每一帧信号首部添加训练序列； [0044] 步骤1-4、对含有训练序列的并行信号做厄米特对称变换和快速傅里叶逆变换；
[0045] 步骤1-5、设置循环前缀的长度，在变换后的并行信号中添加循环前缀；
[0046] 步骤1-6、对添加循环前缀的并行信号做并串转换，生成基带OFDM电信号。
[0047] 步骤11所述的对信号进行MM0信道估计和信道均衡，获得该系统的误比特率，具 体步骤如下：
[0048] 步骤11-1、在并行信号中提取训练序列，采用最小二乘法将提取的训练序列除以 发射机发送的训练序列，估计出信道矩阵；
[0049] 步骤11-2、在并行信号中提取出所需信号，将估计出的信道矩阵的逆矩阵乘以提 取出的接收信号，进行信道均衡；
[0050] 步骤11-3、将均衡后的信号与发射机实际发送的信号对比，统计误比特数，计算误 比特率。
[0051] 本发明优点：
[0052] (1)本发明在系统发送端和接收端，分别采用了射频上变换和射频下变换，相对现 有的0FDM-P0N系统，子载波利用率提高了 一倍。
[0053] (2)采用光学单边带调制技术和偏振复用技术，偏振正交的两路信号在频谱上 重叠，相对于采用光学双边带的偏振复用DD-0FDM-P0N系统或未采用偏振复用技术的 DD-0FDM-P0N系统的频谱利用率提高了 一倍。
[0054] (3)综合优点（1)和优点（2)，相对于未采用射频上下变换和偏振复用技术的传统 DD-0FDM-P0N系统，系统数据传输速率提高了四倍。
[0055] (4)采用了MM0信道估计技术，具有较好的数据恢复功能，系统性能的误比特率 性能与40Gb/s的系统性能相近，系统鲁棒性较好。
【专利附图】
【附图说明】
[0056] 图1为现有OFDM-PON的系统结构及传输原理图；
[0057] 图2为本发明一种实施例的偏振复用DD-0FDM-P0N系统发射机结构图；
[0058] 图3为本发明一种实施例的偏振复用DD-0FDM-P0N系统接收机结构图；
[0059] 图4为本发明一种实施例的采用偏振复用DD-0FDM-P0N系统进行的信号传输方法 流程图；
[0060] 图5为本发明一种实施例的接收端X偏振方向信道估计前后的信号星座图对比 图，其中图（a)为X偏振方向信道估计前的信号星座图对比图，图（b)为X偏振方向信道估 计后的信号星座图对比图；
[0061] 图6为本发明一种实施例的接收端Y偏振方向信道估计前后的信号星座图对比 图，其中图（a)为Y偏振方向信道估计前的信号星座图对比图，图（b)为Y偏振方向信道估 计后的信号星座图对比图；
[0062] 图7为本发明一种实施例中，在背靠背情况下，传输20km后及不添加射频上下变 换三种情况下的误比特率性能对比图；
[0063] 图8为本发明一种实施例中与40Gb/sDD-0FDM-P0N系统的误比特率性能对比图；
[0064] 图9为本发明一种实施例中，在不同循环前缀（CyclicPrefix，CP)长度下的误比 特率性能对比图；
[0065] 图10为本发明一种实施例中在不同信噪比的情况下，误比特率随差分群时延变 化的曲线图。
【具体实施方式】
[0066] 下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0067] 本发明实施例中偏振复用DD (Direct Detection，直接检测）-0FDM-P0N系统，该 系统包括信号发射机和信号接收机；
[0068] 如图2所示，本发明实施例中信号发射机包括：第一OFDM基带信号发射机2-1、第 二OFDM基带信号发射机2-9、第一射频变换模块2-2-1、第二射频变换模块2-2-2、第三射 频变换模块2-2-3、希尔伯特变换模块2-3、逆希尔伯特变换模块2-10、外腔半导体激光器 2- 4、马赫曾德尔调制器2-5、分波器2-6、第一偏振器2-7-1、第二偏振器2-7-2、第一双臂马 赫曾德尔调制器2-8-1、第二双臂马赫曾德尔调制器2-8-2、偏振合束器2-11和光纤2-12。
[0069] 如图3所示，本发明实施例中信号接收机包括偏振分束器3-2、第一光电探测器 3- 3-1、第二光电探测器3-3-2、第一射频下变换模块3-4-1、第二射频下变换模块3-4-2、第 一OFDM信号接收机3-5和第二OFDM信号接收机3-6、MM0信道估计模块3-7。
[0070] 本发明实施例中，外腔半导体激光器（ExternalCavityLaser，ECL)采用瓦科光 电的E⑶L型号，波长选取1550nm，第一双臂马赫曾德尔调制器、第二双臂马赫曾德尔调制 器采用Thorlabs公司的LN66S-FC型号，马赫曾德尔调制器采用Thorlabs公司的LN53S-FC 型号，第一偏振器和第二偏振器采用Thorlabs公司的LPNIRA100型号，偏振合束器采用上 海会亚通信科技有限公司产品，偏振分束器采用Thorlabs公司的CM05-PBS204型号，第一 光电探测器和第二光电探测器采用Thorlabs公司的SM05TO4A型号，分光器采用Thorlabs 公司的GTI25-03A型号，第一射频变换模块、第二射频变换模块和第三射频变换模块采用 DSG3000型号；本发明实施例中在信号发送、传输和接收过程中，考虑了光纤色散、偏振模 色散对信号的影响，所产生的噪声为高斯白噪声。
[0071] 本发明实施例中，第一OFDM基带信号发射机用于对随机生成的串行信号依次进 行正交振幅调制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM)、串并转换、添加训练序列、厄 米特对称变换、快速傅里叶逆变换、添加循环前缀和并串转换处理，进而生成基带OFDM信 号，并将基带OFDM信号发送至第一射频变换模块中；第二OFDM基带信号发射机用于对随机 生成的串行信号依次进行正交振幅调制、串并转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速 傅里叶逆变换、添加循环前缀和并串转换处理，进而生成基带OFDM信号，并将基带OFDM信 号发送至第二射频变换模块中；外腔半导体激光器用于产生光载波发送至马赫曾德尔调制 器中；
[0072] 本发明实施例中，第一射频变换模块和第二射频变换模块用于产生射频载波，并 采用接收到的基带OFDM电信号调制射频载波，生成以射频频率为中心的射频OFDM信号；第 三射频变换模块用于产生射频载波并发送至马赫曾德尔调制器中；
[0073] 本发明实施例中，希尔伯特变换模块用于对接收到的射频OFDM信号进行希尔伯 特变换，并将变换后的射频OFDM信号发送至第一双臂马赫曾德尔调制器中；逆希尔伯特变 换模块用于对接收到的射频OFDM信号进行逆希尔伯特变换，并将变换后的射频OFDM信号 发送至第二双臂马赫曾德尔调制器中；
[0074] 本发明实施例中，马赫曾德尔调制器用于对光载波进行调制获得正负两个射频频 率光波，并发送至分波器中；第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔调制器用 于采用射频OFDM信号和经过希尔伯特变换或逆希尔伯特变换后的射频OFDM信号对偏振处 理后的正负两个射频频率光波进行调制，获得光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号，并 发送至偏振合束器中；
[0075] 本发明实施例中，分波器用于将正负两个射频频率光波进行分波，并发送至第一 偏振器和第二偏振器中；第一偏振器和第二偏振器用于对正负两个射频频率光波进行偏振 处理，使正负两个射频频率光波正交，处理后发送至第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双 臂马赫曾德尔调制器中；
[0076] 本发明实施例中，偏振合束器用于根据光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号， 获得偏振复用信号，并通过光纤传输至接收机中；偏振分束器用于将接收到的偏振复用信 号分成两路正交的光信号，并分别发送至第一光电探测器和第二光探测器中；
[0077] 本发明实施例中，第一光电探测器和第二光电探测器用于将光信号转换为电信 号，发送至第一射频下变换模块和第二射频下变换模块中；第一射频下变换模块和第二射 频下变换模块用于对接收到的电信号进行射频下变换，得到基带信号，并发送至第一OFDM 信号接收机和第二OFDM信号接收机中；
[0078] 本发明实施例中，第一OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机用于滤除接收到 的信号中的高频信号，并对得到的基带信号进行串并转换，并移除循环前缀和快速傅里叶 变换处理，将处理后的信号发送至MM0信道估计模块中；MM0信道估计模块用于对信号进 行MM0信道估计和信道均衡，获得该系统的误比特率，并判断所获得的误比特率是否小于 设定值。
[0079] 采用偏振复用DD-0FDM-P0N系统进行的信号传输方法，方法流程图如图4所示，本 发明实施例中将传输29760个比特，利用偏振复用技术，分两个方向进行信号传输，每一路 信号含14880个比特。
[0080] 步骤具体包括以下步骤：
[0081 ] 步骤1、采用第一OFDM基带信号发射机和第二OFDM基带信号发射机对随机生成的 串行信号依次进行正交振幅调制、串并转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速傅里叶 逆变换、添加循环前缀和并串转换处理，进而生成基带OFDM电信号；同时采用外腔半导体 激光器产生光载波发送至马赫曾德尔调制器中；
[0082] 本发明实施例中根据OFDM技术原理，构造2个OFDM基带信号发射机，分别设置 QAM调制格式，帧格式，有效子载波数，FFT步长，循环前缀长度，射频频率等，生成带宽为 5GHz的OFDM信号，具体步骤如下：
[0083] 步骤1-1、设置正交幅度调制的调制格式，对随机生成的串行信号进行正交振幅调 制；
[0084] 本发明实施例中，通过多次实验发现，大星座调制的系统性能较差，因此，将系统 调制格式设为16-QAM，对随机生成的串行信号进行16-QAM调制；
[0085] 步骤1-2、确定FFT的步长和有效子载波数，对正交振幅调制后的信号进行串并转 换；
[0086] 本发明实施例中，随机生成比特流，每路共含14880个比特，将比特数据转换成 1240个十进制数据，确定FFT的步长为256,有效子载波数为124,对信号进行串并转换，得 到124X30的第一OFDM基带信号发射机信号矩阵TxSigl和第二OFDM基带信号发射机信 号矩阵TxSig2 ;
[0087] 步骤1-3、随机生成训练序列，在串并转换后的每一帧信号首部添加训练序列；
[0088] 本发明实施例中，根据MM0信道估计方法，每一帧需要四个训练符号作为训练序 列；生成124X4的训练序列矩阵TxTrainx和TxTrainy，TxTrainx为X偏振方向的训练序 列，TxTrainy为Y偏振方向的训练序列；在第一路信号（第一OFDM基带信号发射机的信 号）的每一帧首部添加TxTrainx，在第二路信号（第二OFDM基带信号发射机的信号）的每 一帧首部添加TxTrainy;其中，可用于信道估计的训练序列为TxTrainx和TxTrainy的部 分整合矩阵TxTrain。
[0089] 步骤1-4、对含有训练序列的并行信号做厄米特对称变换和快速傅里叶逆变换；
[0090] 本发明实施例中，构造两个256X34的零矩阵4和A2;对第一路含训练序列的并 行信号sx(n)做厄米特对称变换得到信号，矩阵&第3至126行等于信号矩阵sx(n)， 矩阵A1的第132至255行等于信号i(?)，其余为0,并对信号sx(n)和信号做IFFT变 换；对第二路含训练序列的并行信号sy(n)做厄米特对称变换得到信号矽(《)，矩阵A2的第 3至126行等于信号矩阵sy(n)，矩阵A2的第132至255行等于信号砂(/〇,其余为0,并对 信号sy(n)和信号矽(《)做IFFT变换；
[0091] 步骤1-5、设置循环前缀的长度，在变换后的并行信号中添加循环前缀；
[0092] 本发明实施例中设置循环前缀的长度为FFT步长的1/8,给并行信号添加循环前 缀，得到288X34的矩阵；
[0093] 步骤1-6、对添加循环前缀的并行信号做并串转换，生成基带OFDM电信号。
[0094] 本发明实施例中对并行信号做并串转换，得到1X9792的矩阵，生成基带OFDM电 信号BaseSigl，BaseSig2 ;
[0095] 步骤2、在第一射频变换模块和第二射频变换模块中设置射频频率WKF为6GHz，产 生射频载波，并采用接收到的基带OFDM电信号调制射频载波，生成以射频频率为中心的射 频OFDM信号，第一射频变换模块将生成的射频OFDM信号RfSigl同时发送至第一双臂马赫 曾德尔调制器和希尔伯特变换模块中，第二射频变换模块将生成的射频OFDM信号RfSig2 同时发送至第二双臂马赫曾德尔调制器和逆希尔伯特变换模块中；RfSigl为X偏振方向的 射频信号，RfSig2为Y偏振方向的射频信号；
[0096] 步骤3、采用希尔伯特变换模块对接收到的射频OFDM信号进行希尔伯特变换，并 将变换后的射频OFDM信号发送至第一双臂马赫曾德尔调制器中；同时采用逆希尔伯特变 换模块对接收到的射频OFDM信号进行逆希尔伯特变换，并将变换后的射频OFDM信号发送 至第二双臂马赫曾德尔调制器中；
[0097] 本发明实施例中，将接收到的射频OFDM信号与H(w)相乘即完成希尔伯特变换；
【权利要求】
1. 一种偏振复用DD-OFDM-PON系统，其特征在于，该系统包括信号发射机和信号接收 机； 所述的信号发射机包括第一 OFDM基带信号发射机、第二OFDM基带信号发射机、第一射 频变换模块、第二射频变换模块、第=射频变换模块、希尔伯特变换模块、逆希尔伯特变换 模块、外腔半导体激光器、马赫曾德尔调制器、分波器、第一偏振器、第二偏振器、第一双臂 马赫曾德尔调制器、第二双臂马赫曾德尔调制器和偏振合束器，其中， 第一 OFDM基带信号发射机：用于对随机生成的串行信号依次进行正交振幅调制、串并 转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变换、添加循环前缀和并串转换处理， 进而生成基带OFDM信号，并将基带OFDM信号发送至第一射频变换模块中； 第二OFDM基带信号发射机：用于对随机生成的串行信号依次进行正交振幅调制、串并 转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变换、添加循环前缀和并串转换处理， 进而生成基带OFDM信号，并将基带OFDM信号发送至第二射频变换模块中； 外腔半导体激光器；设置光载波频率和线宽，用于产生光载波发送至马赫曾德尔调制 器中； 第一射频变换模块和第二射频变换模块；用于产生射频载波，并采用接收到的基带 OFDM电信号调制射频载波，生成W射频频率为中屯、的射频OFDM信号； 第=射频变换模块：用于产生射频载波并发送至马赫曾德尔调制器中； 希尔伯特变换模块；用于对接收到的射频OFDM信号进行希尔伯特变换，并将变换后的 射频(FDM信号发送至第一双臂马赫曾德尔调制器中； 逆希尔伯特变换模块；用于对接收到的射频OFDM信号进行逆希尔伯特变换，并将变换 后的射频(FDM信号发送至第二双臂马赫曾德尔调制器中； 马赫曾德尔调制器；用于对光载波进行调制获得正负两个射频频率光波，并发送至分 波器中； 分波器；用于将正负两个射频频率光波进行分波，并分别发送至第一偏振器和第二偏 振器中； 第一偏振器和第二偏振器；用于对正负两个射频频率光波进行偏振处理，使正负两个 射频频率光波正交，处理后发送至第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔调制 器中； 第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔调制器；用于采用射频OFDM信号 和经过希尔伯特变换或逆希尔伯特变换后的射频(FDM信号对偏振处理后的正负两个射频 频率光波进行调制，获得光上边带(FDM信号和光下边带(FDM信号，并发送至偏振合束器 中； 偏振合束器；用于根据光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号，获得偏振复用信号， 并通过光纤传输至接收机中； 所述的信号接收机包括偏振分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一射频下变 换模块、第二射频下变换模块、第一 OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机、MIM0信道估 计模块，其中， 偏振分束器；用于将接收到的偏振复用信号分成两路正交的光信号，并分别发送至第 一光电探测器和第二光探测器中； 第一光电探测器和第二光电探测器；用于将光信号转换为电信号，发送至第一射频下 变换模块和第二射频下变换模块中； 第一射频下变换模块和第二射频下变换模块：用于对接收到的电信号进行射频下变 换，得到基带信号，并发送至第一 OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机中； 第一 OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机；用于滤除接收到的信号中的高频信号， 并对得到的基带信号进行串并转换，移除循环前缀和快速傅里叶变换处理，将处理后的信 号发送至MIM0信道估计模块中； MIM0信道估计模块：用于对信号进行MIM0信道估计和信道均衡，获得该系统的误比特 率，并判断所获得的误比特率是否小于FEC 口限值。
2.采用权利要求1所述的偏振复用DD-0抑M-P0N系统进行的信号传输方法，其特征在 于，包括W下步骤： 步骤1、采用第一 OFDM基带信号发射机和第二OFDM基带信号发射机对随机生成的串行 信号依次进行正交振幅调制、串并转换、添加训练序列、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变 换、添加循环前缀和并串转换处理，进而生成基带OFDM电信号；同时采用外腔半导体激光 器产生光载波发送至马赫曾德尔调制器中； 步骤2、在第一射频变换模块和第二射频变换模块中设置射频频率，产生射频载波，并 采用接收到的基带OFDM电信号调制射频载波，生成W射频频率为中屯、的射频OFDM信号，第 一射频变换模块将生成的射频(FDM信号同时发送至第一双臂马赫曾德尔调制器和希尔伯 特变换模块中，第二射频变换模块将生成的射频OFDM信号同时发送至第二双臂马赫曾德 尔调制器和逆希尔伯特变换模块中； 步骤3、采用希尔伯特变换模块对接收到的射频OFDM信号进行希尔伯特变换，并将变 换后的射频OFDM信号发送至第一双臂马赫曾德尔调制器中；同时采用逆希尔伯特变换模 块对接收到的射频OFDM信号进行逆希尔伯特变换，并将变换后的射频OFDM信号发送至第 二双臂马赫曾德尔调制器中； 步骤4、在第=射频变换模块中设置射频频率，产生射频载波并发送至马赫曾德尔调制 器中，根据外腔半导体激光器产生的光载波获得正负两个射频频率光波，再通过分波器将 正负两个射频频率光波分离并分别发送至第一偏振器和第二偏振器中，对正负两个射频频 率光波进行偏振处理，处理后发送至第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔调 制器中； 步骤5、采用第一双臂马赫曾德尔调制器和第二双臂马赫曾德尔调制器，采用射频 (FDM信号和经过希尔伯特变换或逆希尔伯特变换后的射频(FDM信号对偏振处理后的正负 两个射频频率光波进行调制，获得光上边带(FDM信号和光下边带(FDM信号，并发送至偏振 合束器中； 步骤6、偏振合束器根据获得的光上边带OFDM信号和光下边带OFDM信号，获得偏振复 用信号，并通过光纤传输至接收机中； 步骤7、接收机中的偏振分束器将接收到的偏振复用信号分成两路正交的光信号，并分 别发送至第一光电探测器和第二光探测器中； 步骤8、采用第一光电探测器和第二光探测器将光信号转换为电信号； 步骤9、采用第一射频下变换模块和第二射频下变换模块对接收到的电信号进行射频 下变换，得到基带信号，并发送至第一 OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机； 步骤10、采用第一 OFDM信号接收机和第二OFDM信号接收机对接收到的电信号进行 滤除高频信号、串并转换，并移除循环前缀和快速傅里叶变换处理，将处理后的信号发送至 MIM0信道估计模块中； 步骤11、采用MIM0信道估计模块对信号进行MIM0信道估计和信道均衡，将均衡后的信 号与发射机实际发送的信号对比，获得该系统的误比特率； 步骤12、判断所获得的误比特率是否小于FEC 口限值，若是，则该系统的信号传输质量 满足实际要求，否则，该系统不适合用于数据传输。
3. 根据权利要求2所述的信号传输方法，其特征在于，步骤1所述的生成基带OFDM电 信号，具体步骤如下： 步骤1-1、设置正交幅度调制的调制格式，对随机生成的串行信号进行正交振幅调制； 步骤1-2、确定FFT的步长和有效子载波数，对正交振幅调制后的信号进行串并转换； 步骤1-3、随机生成训练序列，在串并转换后的每一帖信号首部添加训练序列； 步骤1-4、对含有训练序列的并行信号做厄米特对称变换和快速傅里叶逆变换； 步骤1-5、设置循环前缀的长度，在变换后的并行信号中添加循环前缀； 步骤1-6、对添加循环前缀的并行信号做并串转换，生成基带OFDM电信号。
4. 根据权利要求2所述的信号传输方法，其特征在于，步骤11所述的对信号进行MIM0 信道估计和信道均衡，获得该系统的误比特率，具体步骤如下： 步骤11-1、在并行信号中提取训练序列，采用最小二乘法将提取的训练序列除W发射 机发送的训练序列，估计出信道矩阵； 步骤11-2、在并行信号中提取出所需信号，将估计出的信道矩阵的逆矩阵乘W提取出 的接收信号，进行信道均衡； 步骤11-3、将均衡后的信号与发射机实际发送的信号对比，统计误比特数，计算误比特 率。
【文档编号】H04B10/556GK104468450SQ201410748746
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】郭磊, 周玉芳, 刘业君, 于尧, 侯维刚, 宋清洋, 彭玉怀, 吴菁晶 申请人:东北大学