復用器解復用器、發射機接收機、光纖通信系統以及方法
【專利摘要】提供了一種復用器、發射機、解復用器、接收機、周期性正交波形信號產生單元和光纖通信系統以及對應的方法。該復用器用于復用多個用戶信號，并且包括：多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；電調制器，被配置為將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上；以及電合路器，被配置為將所述多個調制后的信號混合為單個信號。通過以兩兩正交的周期性正交波形信號為基本復用單元，將不同的用戶信號分別調制到這些周期性正交波形信號上，然后將調制信號混合為單個信號并據此產生光信號以便在光纖中傳輸，可以大幅度提高通信的傳輸容量和帶寬使用效率。
【專利說明】復用器解復用器、發射機接收機、光纖通信系統以及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖通信技術，并且更具體地涉及一種光纖通信系統、在該光纖通信系統中使用的復用器、解復用器、發射機和接收機、周期性正交波形信號產生裝置以及與它們對應的復用方法和解復用方法、發送方法和接收方法、以及周期性正交波形信號產生方法。
【背景技術】
[0002]隨著光纖通信技術向高速發展，單波長的調制速率越來越高，實現的電路越來越難，功耗越來越大，同時光脈沖越來越窄。當光信號在光纖中傳輸時，越來越容易受到色散和非線性的影響和限制，因此必須加上很多電子處理技術來消除這些畸變對傳輸的限制。
[0003]為了提高傳輸容量以及光纖傳輸帶寬的利用率，復用方式是一種非常有效的方式。目前提出的光纖通信系統中使用的復用方式主要有:光時分復用(Optical TimeDivision Multiplexing, OTDM)技術；光波分復用(WavelengthDivision Multiplexing,WDM)技術(包括:密集波分復用，粗波分復用等)；光碼分復用(Optical Code DivisionMultiplexing, 0CDM)技術；光空分復用(Optical Space Division Multiplexing,0SDM)技術；光模式復用(Mode DivisionMultiplexing, MDM);光副載波復用(OpticalSubcarrier Multiplexing, 0SCM)技術；光偏振復用技術(Optical PolarizationDivision Multiplexing);光正交步頁分復用(Optical Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, 00FDM)技術。這些復用技術充分利用作為電磁波的光波在時域和/或頻域上的各種正交特性來將不同用戶信息調制到各種正交的物理量如:時隙(0TDM)、波長(DffDM)、副載波(0FDM)、偏振態(0PDM)、正交碼型(0CDM)、正交模式(MDM)、光纖(0SDM)等上面，從而充分利用光纖的傳輸帶寬，極大地提高了光纖的傳輸容量和光纖傳輸帶寬的利用率。
[0004]但是，隨著云計算等巨大發展，大數據時代的到來，人們對傳輸帶寬的要求越來越高，而上述的各種復用技術都有使用的極限和難度。比如時分復用技術，隨著速率的提高，每個比特的脈沖越來越窄，脈沖產生越來越困難，信號處理越來越困難，很窄的脈沖在傳輸中越來越容易由于色散和非線性等而發生畸變。又比如密集波分復用技術，由于光纖放大器EDFA的增益平坦帶寬的限制，密集波分復用的傳輸帶寬被限制在C+L帶內，使得能使用的波長數量受到限制，同時，隨著波長數量的增加，非線性效應也增加；此外，速率越高，脈沖寬度越窄，其占用的頻譜寬度越來寬，導致密集波分復用的應用受到限制。
[0005]因此，需要一種新的光纖通信技術，其能夠以新的復用方式對來自不同用戶的用戶信號進行復用和傳輸，從而提高光纖的傳輸容量以及光纖的傳輸帶寬的利用率。

【發明內容】

[0006]考慮到以上問題而提出了本發明。本發明的一個目的是提供一種光纖通信系統、在該光纖通信系統中使用的復用器、解復用器、發射機、接收機以及相應的復用和解復用方法、光信號的發送方法和接收方法。本發明的另一目的是提供一種在上述光纖通信系統中使用的周期性正交波形信號產生裝置和對應的方法。
[0007]根據本發明的一個方面，提供了一種復用器，用于復用多個用戶信號，該復用器包括:多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；電調制器，被配置為將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上；以及電合路器，被配置為將所述多個調制后的信號混合為單個信號。
[0008]根據本發明的另一方面，提供了一種發射機，用于發送光信號，該發射機包括:多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；電調制器，被配置為將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上；電合路器，被配置為將所述多個調制后的信號混合為單個信號；以及激光器，所述單個信號被調制到該激光器產生的光上以產生光信號，并且發送該光信號。
[0009]根據本發明的另一方面，提供了一種周期性正交波形信號產生單元，包括:輸入端，被輸入多個用戶信號；多個周期性正交波形信號產生單元，其基于多個用戶信號，產生對應的兩兩正交的多個周期性正交波形信號，所述多個周期性正交波形信號分別隨著輸入的用戶信號而改變。
[0010]根據本發明的另一方面，提供了一種解復用器，用于將電信號解復用，該解復用器包括:電分路器，被配置為將所述電信號分為多個子信號；多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；乘法器，被配置為將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號；積分器，被配置為分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及判決器，被配置為分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
[0011]根據本發明的另一方面，提供了一種接收機，用于接收光信號，該接收機包括:光電轉換器，被配置為將光信號轉換為電信號；電分路器，被配置為將所述電信號分為多個子信號；多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；乘法器，被配置為將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號；積分器，被配置為分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及判決器，被配置為分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
[0012]根據本發明的另一方面，提供了一種光纖通信系統，包括上述發射機和上述接收機。
[0013]根據本發明的另一方面，提供了一種復用多個用戶信號的方法，包括以下步驟:產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上；以及將所述多個調制后的信號混合為單個信號。
[0014]根據本發明的另一方面，提供了一種發送光信號的方法，包括以下步驟:產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上；將所述多個調制后的信號混合為單個信號；以及將所述單個信號調制到光載波上以產生光信號，并且發送該光信號。
[0015]根據本發明的另一方面，提供了一種周期性正交波形信號產生方法，包括以下步驟:輸入多個用戶信號；基于多個用戶信號，產生對應的兩兩正交的多個周期性正交波形信號，所述多個周期性正交波形信號分別隨著輸入的用戶信號而改變。
[0016]根據本發明的另一方面，提供了一種將電信號解復用的方法，包括以下步驟:為將所述電信號分為多個子信號；產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號；分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
[0017]根據本發明的另一方面，提供了一種接收光信號的方法，包括以下步驟:將光信號轉換為電信號；將所述電信號分為多個子信號；產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號；將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號；分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
[0018]在本發明的上述方面中，以兩兩正交的周期性正交波形信號為基本復用單元，將不同的用戶信號分別調制到這些周期性正交波形信號上，然后將調制信號混合為單個信號并據此產生光信號以便在光纖中傳輸，從而可以大幅度提高通信的傳輸容量和帶寬使用效率。而且，根據本發明實施例的方法可以和本領域的其他復用方法聯合使用，從而進一步高光纖通信系統的復用能力，提高單根光纖的傳輸容量和光纖的頻帶利用率，而不會發生串擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過結合附圖對本發明的實施例進行詳細描述，本發明的上述和其它目的、特征、優點將會變得更加清楚，其中:
[0020]圖1示出了根據本發明實施例的光纖通信系統的框圖；
[0021]圖2示出了根據本發明一個實施例的復用器的框圖；
[0022]圖3示出了根據本發明一個實施例的第一周期性正交波形信號產生單元的示例電路；
[0023]圖4示出了根據本發明另一實施例的復用器的框圖；
[0024]圖5示出了根據本發明另一實施例的第一周期性正交波形信號產生單元的示例電路；
[0025]圖6示出了根據本發明一個實施例的解復用器的框圖；
[0026]圖7示出了根據本發明實施例的復用方法的流程圖；
[0027]圖8示出了根據本發明的解復用方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將參照附圖來描述根據本發明實施例的光纖通信系統、在該光纖通信系統中使用的復用器和解復用器、周期性正交信號產生裝置、發射機和接收機以及對應的方法。在附圖中，相同的參考標號自始至終表示相同的元件。
[0029]圖1示出了根據本發明實施例的光纖通信系統的框圖。如圖1所示，光纖通信系統10包括發射機20、光纖30和接收機40。發射機20和接收機40經由光纖30連接。發射機20接收來自多個用戶(為便于說明，假設為η個用戶，η>1)的用戶信號，復用這些用戶信號，并且產生光信號，然后將該光信號經由光纖30發送到接收機40。接收機40接收該光信號，將該光信號轉換為電信號，并且對其進行解復用，以恢復η個用戶信號。
[0030]首先，將詳細描述根據本發明實施例的發射機20。
[0031]如圖1所示，發射機20包括復用器21和激光器22。復用器21將所述η個用戶信號分別調制到兩兩正交的多個周期性正交波形信號上，并且將調制后的信號混合為單個信號。激光器22將所述單個信號調制到光載波上以產生光信號，并且將該光信號經由光纖30發送給接收機40。激光器22可以采用本領域公知的直接調制激光器或外調制器激光器(例如武漢電信器件公司生產的RTMX系列光收發模塊)來實現，因此在這里省略其詳細描述。
[0032]下面，將參照圖2來詳細描述根據本發明一個實施例的復用器21。[0033]如圖2所示，復用器21包括:同步時鐘信號源210 ；η個周期性正交波形信號產生單元211-1、211-2、…、211-η ;分別與各個周期性正交波形信號產生單元相連接的η個電調制器212-1、212-2、…、212-η ;電合路器213。
[0034]同步時鐘信號源210根據所述用戶信號而產生同步時鐘信號，作為該光纖通信系統的時鐘信息，并且將該同步時鐘信號提供給各個周期性正交波形信號產生單元，使得這些周期性正交波形信號產生單元能夠與用戶信號同步地產生周期性正交波形信號，如下文所述。此外，該同步時鐘信號還被提供給接收機，使得接收機中的周期性正交波形信號產生單元能夠與發射機中的周期性正交波形信號產生單元同步。例如，可以利用SDH的同步信息傳輸方式將該同步時鐘信號提供給接收機，或者以其他方式提供給接收機，并且在接收機中利用數字鎖相環技術來提取該同步時鐘信號，以用于觸發接收機中的周期性正交波形信號產生單元。應當注意，同步時鐘信號源210也可以不設置在復用器21中，而是設置在復用器21外部，并且將同步時鐘信號提供給復用器21及接收機。
[0035]η個周期性正交波形信號產生單元211-1、211_2、…、211_η用于產生兩兩正交的η個周期性正交波形信號，并且將這些周期性正交波形信號分別提供給相關聯的電調制器212-1、212-2、…、212-η。所述η個周期性正交波形信號產生單元可以用該同步時鐘信號作為觸發來產生所述η個兩兩正交的周期性正交波形信號。稍后將詳細描述周期性正交波形信號產生單元。
[0036]電調制器212-1、212_2、…、212_η接收來自不同用戶的所述η個用戶信號(用戶信號I到用戶信號η)以及來自相關聯的周期性正交波形信號產生單元211-1、211-2、…、211-η的η個周期性正交波形信號，并且將所述η個用戶信號分別調制到所述η個周期性正交波形信號上，調制后的周期性正交波形調制信號仍然兩兩正交。然后，所述η個電調制器將這些調制后的信號輸出到電合路器213。
[0037]電合路器213將所述η個調制后的信號混合為單個信號，并且將其輸出到圖1所示的激光器22，以便產生光信號并輸出到光纖30上。
[0038]下面將詳細描述所述η個周期性正交波形信號產生單元。所述η個周期性正交波形信號產生單元可以按照多種方式來產生兩兩正交的η個周期性正交波形信號。在本發明的實施例中，所述η個周期性正交波形信號產生單元可以通過Gram-Schmidt正交化來產生所述η個周期性正交波形信號。
[0039]Gram-Schmidt正交化是指:基于線性無關的向量組V1, v2, V3,...，Vn,可以構造一組兩兩正交的向量y1; y2, y3,…，yn:
【權利要求】
1.一種復用器，用于復用多個用戶信號，該復用器包括: 多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號; 電調制器，被配置為將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上；以及 電合路器，被配置為將所述多個調制后的信號混合為單個信號。
2.如權利要求1所述的復用器，其中，所述多個周期性正交波形信號產生單元通過Gram-Schmidt正交化來產生所述兩兩正交的多個周期性正交波形信號。
3.一種發射機，用于發送光信號，該發射機包括: 多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號; 電調制器，被配置為將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上； 電合路器，被配置為將所述多個調制后的信號混合為單個信號；以及 激光器，被配置為將所述單個信號調制到光載波上以產生光信號，并且發送該光信號。·
4.如權利要求3所述的發射機，其中，所述多個周期性正交波形信號產生單元通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。
5.一種周期性正交波形信號產生器，包括: 輸入端，被輸入多個用戶信號； 多個周期性正交波形信號產生單元，其基于多個用戶信號，產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號，所述多個周期性正交波形信號分別隨著輸入的用戶信號而改變。
6.如權利要求5所述的周期性正交波形信號產生單元，其中，所述多個周期性正交波形信號產生單元通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。
7.一種解復用器，用于將電信號解復用，該解復用器包括: 電分路器，被配置為將所述電信號分為多個子信號； 多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號; 乘法器，被配置為將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號； 積分器，被配置為分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及 判決器，被配置為分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
8.如權利要求7所述的解復用器，其中，電分路器將所述電信號分為功率相等的多個子信號。
9.如權利要求7所述的解復用器，所述多個周期性正交波形信號產生單元通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。
10.—種接收機,用于接收光信號,該接收機包括: 光電轉換器，被配置為將光信號轉換為電信號； 電分路器，被配置為將所述電信號分為多個子信號； 多個周期性正交波形信號產生單元，被配置為產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號; 乘法器，被配置為將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號； 積分器，被配置為分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及 判決器，被配置為分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
11.如權利要求10所述的接收機，其中，電分路器將所述電信號分為功率相等的多個子信號。
12.如權利要求10所述的接收機，其中，所述多個周期性正交波形信號產生單元通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。
13.—種光纖通信系統,包括如權利要求3-4之一所述的發射機和如權利要求10-12之一所述的接收機。
14.一種復用多個用戶信號的方法，包括以下步驟: 產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號； 將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上；以及 將所述多個調制后的信號混合為單個信號。
15.如權利要求14所述的方法,其中,通過Gram-Schmidt正交化來產生所述兩兩正交的多個周期性正交波形信號。
16.一種發送 光信號的方法，包括以下步驟: 產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號； 將所述多個用戶信號分別調制到所述多個周期性正交波形信號上； 將所述多個調制后的信號混合為單個信號；以及 將所述單個信號調制到光載波上以產生光信號，并且發送該光信號。
17.如權利要求16所述的方法,其中,通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。
18.—種周期性正交波形信號產生方法，包括以下步驟: 輸入多個用戶信號； 基于多個用戶信號，產生對應的兩兩正交的多個周期性正交波形信號，所述多個周期性正交波形信號分別隨著輸入的用戶信號而改變。
19.如權利要求18所述的周期性正交波形信號產生方法,其中，通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。
20.一種將電信號解復用的方法，包括以下步驟: 將所述電信號分為多個子信號； 產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號； 將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號; 分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及 分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
21.如權利要求20所述的方法，其中，將所述電信號分為功率相等的多個子信號。
22.如權利要求20所述的方法,其中，通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。
23.一種接收光信號的方法，包括以下步驟: 將光信號轉換為電信號； 將所述電信號分為多個子信號； 產生兩兩正交的多個周期性正交波形信號； 將所述多個子信號分別與所述多個周期性正交波形信號相乘，產生多個相乘后的信號; 分別對所述多個相乘后的信號進行積分，產生多個積分信號；以及 分別對所述多個積分信號進行判決，從而產生多個用戶信號。
24.如權利要求23所述的方法，其中，將所述電信號分為功率相等的多個子信號。
25.如權利要求23所述的方法,其中，通過Gram-Schmidt正交化來產生所述多個周期性正交波形信號。·
【文檔編號】H04J14/02GK103856282SQ201210501558
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月29日 優先權日:2012年11月29日
【發明者】李蔚, 余少華 申請人:武漢郵電科學研究院