一种拍频干扰消除的SSB-OOFDM链路实现方法和系统技术方案

本发明专利技术提出了一种拍频干扰消除的DD‑SSB‑OOFDM链路实现方法和系统，涉及光通信领域。在DD‑OOFDM系统中，利用偏振调制器和光带通滤波器产生偏振正交的SSB‑OOFDM信号；经光纤传输后，注入到拍频干扰SSBI消除接收机BICR中，经偏振分束器PBS将SSB‑OOFDM信号中偏振正交的光载波和OOFDM边带分解成两个线偏振的SSB‑OOFDM信号，经平衡探测器BPD进行光电转换，由减法器输出的差分光电流中仅包含RF‑OFDM信号，而SSBI分量被完全消除，从而大幅度减小光载波和OOFDM边带之间的保护间隔，提高了系统频谱效率。该BICR具有结构简单、成本低、对信号波长不敏感的优点，对改善DD‑OOFDM系统性能有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及直接探测光正交频分复用(DD-OOFDM)系统中光偏振正交单边带(SSB)调制技术和基于平衡探测的信号间拍频干扰消除接收机(BICR)结构，提供一种系统性能高、结构复杂度低、成本低的无信号间拍频干扰(SSBI)的SSB-OOFDM链路实现方法和系统。
技术介绍
近年来，随着全球信息化程度的不断提升，人类社会对于信息传输容量的需求以惊人的速度增长。为了满足现有通信系统对大带宽的要求，人们更多地把目光放在高传输容量的光网络上。但随着信号速率的不断提高，导致系统对色散、光信噪比、非线性等的容忍度急剧下降，使得光纤通信网络的升级和扩容面临巨大的挑战。光正交频分复用(OOFDM)技术具有频谱效率高、对色散容忍度好、信号处理和高阶调制灵活、易于动态信道估计和补偿等优点，能够实现光通信系统传输速率的平滑升级，极大地减少光纤通信系统升级和扩容引起的设备更新和人工成本，应用前景广阔，是目前国际研究热点之一。在光纤通信系统中，OOFDM可以根据接收端的不同分为相干探测OOFDM(CO-OFDM)和直接探测OOFDM(DD-OOFDM)两类。CO-OFDM技术优势在于接收机灵敏度、频谱效率高和对光纤色散的鲁棒性，但是它对频率和相位偏移噪声敏感，要求收发机更高的复杂度和成本。而DD-OOFDM系统结构简单、成本低，接收端仅有一个平方律光电二极管，利用光载波与OOFDM边带拍频得到所需的RF-OFDM信号，且不需要对频率和相位偏移进行估计，因此，DD-OOFDM技术在光接入网和中长距离光传输系统中备受关注。但有限的接收机灵敏度、光纤色散容忍度和OFDM信号子载波间的拍频干扰(SSBI)引入的基带噪声等降低了系统性能。研究表明，基于单边带调制的DD-OOFDM系统可以有效地克服传统双边带调制系统中色散引起的幅度衰落效应，降低光纤色度色散对系统性能的影响。然而，SSB-OOFDM系统受到OOFDM信号子载波间的二阶非线性拍频效应引起的SSBI的劣化。为了降低SSBI对RF-OFDM信号性能的影响，一般需要在光载波和OOFDM边带之间插入至少等于RF-OFDM信号带宽的保护间隔(GB)来避免SSBI与RF-OFDM信号频谱重叠，但这同时也大大降低了DD-OOFDM系统的频谱效率，增加了对收发端电子器件的带宽负担和设备成本。SSBI是影响DD-SSB-OOFDM系统传输性能的一个重要因素，因此，如何有效地克服SSBI的影响，从而减少甚至消除GB，提高系统频谱效率，是改善SSB-OOFDM系统性能的关键。目前，研究人员提出了多种方案以降低SSBI对SSB-OOFDM系统造成的性能劣化，主要可分为两类：(1)通过数字信号处理(DSP)技术在电域上实现SSBI的消除。如：在不插入GB的情况下，利用Turbo编码来补偿SSBI对系统性能的影响，但在一定程度上增加了系统的编码复杂度；基于OFDM符号在时域上对称的特点，只在偶数阶载波上承载数据，利用半周期循环的OFDM信号来避免SSBI的影响，但频谱效率低且IFFT和FFT模块利用效率低；通过一定数量的数学迭代估计出线性项，在接收端从特定的OOFDM信号中除去二阶非线性项SSBI，但需要计算效率高的算法来降低迭代均衡器的复杂度；基于DSP的预失真和预补偿方案虽然可以用来对SSBI进行补偿，但在一定程度上导致更大的峰均功率比和接收端DSP硬件的复杂度；最近报道的一种预失真和预补偿技术相结合的方案，在一定程度上简化了DSP硬件的复杂度。(2)通过光学方法在光域上实现SSBI的消除。如：通过提高载波边带功率比抑制SSBI，但降低了系统的功率利用率；还有一些基于强度调制和平衡探测技术的信号间拍频干扰消除接收机。如：由一个光载波抑制滤波器、一个1×2光耦合器和一个平衡探测器构成的拍频干扰消除接收机，虽提高了系统对相位噪声和光纤色散的容忍度，但一半的光功率被用去抑制SSBI，而对接收到的RF-OFDM信号没有贡献，降低了接收机的灵敏度和系统的功率利用率；经改进后的拍频干扰消除接收机由一个光梳状滤波器、一个2×2光耦合器和一个平衡探测器构成，虽输出的RF-OFDM信号的光功率被提高了一半，但该接收机所用光梳状滤波器对波长敏感且需要更加陡的滤波边缘，因此接收模块无法实现无色工作。通过调研发现，在SSB-OOFDM系统基础上，提出一种结构简单、成本低且对光信号波长不敏感的SSBI消除方案，通过减小甚至消除GB，从而大幅度提高系统频谱效率、简化网络结构、降低网络的敷设和维护成本，对实际的光接入网系统设计和实用化具有重要的参考意义。
技术实现思路
本专利技术提出了一种拍频干扰消除的SSB-OOFDM链路实现方法和系统。在发射端，利用一个偏振调制器PolM和一个光带通滤波器OBPF产生偏振正交的SSB-OOFDM信号；在接收端，所设计的拍频干扰消除接收机BICR由一个偏振分束器PBS、一个平衡探测器BPD和一个减法器构成，用于探测SSB-OOFDM信号并消除SSBI，从而大幅度减小GB，提高系统频谱效率。在偏振正交SSB-OOFDM信号发射机中，由一个连续波激光器CWLD发出幅度为Ec、频率为fc的线偏振光载波EC(t)＝Ecexp(j2πfct)，经偏振控制器PC1注入到一个光偏振调制器PolM中，调节PC1使线偏振光的偏振方向与PolM的TE模和TM模的偏振方向均成45°夹角，实现线偏振光在PolM的TE模和TM模偏振方向上的分量相等。PolM是一个特殊的相位调制器，能够对注入光波的TE模和TM模进行调制系数大小相等、符号相反的相位调制。二进制数据进行QAM映射和OFDM调制和数模转换，产生模拟的基带OFDM电信号，然后通过I/Q调制器调制到频率为fRF的射频本振源RFLO上产生频带的RF-OFDM信号。驱动PolM的RF-OFDM信号可以表示为：s(t)=Re{VRFΣi=-∞i=∞[Σn=-N2n=N2-1cniΠ(t-iT)exp[j2π(fRF+fn)t]]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拍频干扰消除的SSB‑OOFDM链路实现方法，其特征包括：在偏振正交SSB‑OOFDM信号发射机中，由激光器发出的线偏振光经偏振控制器PC1注入到光偏振调制器PolM中，调节PC1使线偏振光的偏振方向与PolM的横电TE模和横磁TM模的偏振方向均成45°夹角；PolM在频带的RF‑OFDM信号的驱动下，输出的光信号由多个频率间隔相等且偏振正交的边带构成，其中光载波和偶数阶边带的偏振方向与TE模偏振方向成45°夹角，而奇数阶边带的偏振方向与TE模偏振方向成‑45°夹角；通过调节射频驱动信号电压VRF，保证调制指数β＝πVRF/Vπ取适当值，使二阶及更高阶边带的信号幅度较小；经光带通滤波器OBPF提取偏振正交的光载波和正一阶边带(即OOFDM信号)，输出偏振正交SSB‑OOFDM信号；偏振正交SSB‑OOFDM信号经光纤链路传输至接收端注入到拍频干扰消除接收机BICR；在BICR中，偏振正交SSB‑OOFDM信号经偏振控制器PC2调节偏振方向后注入偏振分束器PBS，将SSB‑OOFDM信号中偏振正交的光载波和OOFDM边带分解成两个SSB‑OOFDM信号，二者的光载波和OOFDM边带幅度相等，但光载波和OOFDM边带之间的相位差相差180°；然后，由两个参数相同的光电二极管PD组成的结构对称的平衡探测器BPD进行光电转换，经减法器输出的差分光电流中仅留下所需的RF‑OFDM信号，而信号间拍频干扰SSBI分量被完全消除，从而大幅度减小光载波和OOFDM边带之间的保护间隔，提高了系统频谱效率。...

【技术特征摘要】
1.一种拍频干扰消除的SSB-OOFDM链路实现方法，其特征包括：在偏振正交SSB-OOFDM信号发射机中，由激光器发出的线偏振光经偏振控制器PC1注入到光偏振调制器PolM中，调节PC1使线偏振光的偏振方向与PolM的横电TE模和横磁TM模的偏振方向均成45°夹角；PolM在频带的RF-OFDM信号的驱动下，输出的光信号由多个频率间隔相等且偏振正交的边带构成，其中光载波和偶数阶边带的偏振方向与TE模偏振方向成45°夹角，而奇数阶边带的偏振方向与TE模偏振方向成-45°夹角；通过调节射频驱动信号电压VRF，保证调制指数β＝πVRF/Vπ取适当值，使二阶及更高阶边带的信号幅度较小；经光带通滤波器OBPF提取偏振正交的光载波和正一阶边带(即OOFDM信号)，输出偏振正交SSB-OOFDM信号；偏振正交SSB-OOFDM信号经光纤链路传输至接收端注入到拍频干扰消除接收机BICR；在BICR中，偏振正交SSB-OOFDM信号经偏振控制器PC2调节偏振方向后注入偏振分束器PBS，将SSB-OOFDM信号中偏振正交的光载波和OOFDM边带分解成两个SSB-OOFDM信号，二者的光载波和OOFDM边带幅度相等，但光载波和OOFDM边带之间的相位差相差180°；然后，由两个参数相同的光电二极管PD组成的结构对称的平衡探测器BPD进行光电转换，经减法器输出的差分光电流中仅留下所需的RF-OFDM信号，而信号间拍频干扰SSBI分量被完全消除，从而大幅度减小光载波和OOFDM边带之间的保护间隔，提高了系统频谱效率。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述偏振正交SSB-OOFDM信号发射机：由PC1调节注入到PolM的线偏振光的光电场矢量方向，使之与PolM中波导横电TE模和横磁TM模的偏振方向均成45°夹角；PolM是一个特殊的相位调制器，能够对注入光波的TE模和TM模进行调制系数大小相等、符号相反的相位调制，等价于由两个调制指数相反的相位调制器组成；当注入光波的偏振方向与PolM的TE模和TM模偏振方向均成45°夹角时，光电场TE模和TM模分量具有相同的幅度，在频带的RF-OFDM信号的驱动下，PolM输出的光信号由多个频率间隔相等且偏振正交的边带构成，其中光载波和偶数阶边带的偏振方向与TE模偏振方向成45°夹角，而奇数阶边带的偏振方向与TE模偏振方向成-45°夹角；当RF-OFDM信号的调制电压VRF为0.5Vπ(Vπ是半波电压)时，二阶及更高阶边带的信号幅度较小；PolM的输出光信号经OBPF滤波，能够保证偏振正交的光载波和正一阶边带(即OOFDM信号)无损伤通过，而负一阶边带和残余的其它高阶边带被抑制；输出的光载波和OOFDM边带构成偏振正交SSB-OOFDM信号。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的拍频干扰消除接收机BICR：在BICR中，用PC2和PBS实现对SSB-OOFDM信号中光载波和OOFDM信号的重组，通过PC2调节所接收的SSB-OOFDM信号的偏振方向，使其光载波和OOFDM边带的偏振方向与PBS的两个透射主轴分别保持45°夹角，将偏振正交的光载波和OOFDM边带分解...

【专利技术属性】
技术研发人员：马健新，张营，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11