專利名稱：數(shù)字信號的光傳輸?shù)姆椒ê驮O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及光通信，更具體地涉及用于調(diào)制和傳輸數(shù)字信號 的方法和設(shè)備，其在包括色散的光路徑的通信系統(tǒng)中特別有優(yōu)勢。
背景技術(shù)：
信息信號被調(diào)制到光載波(叩ticalcarrier)上的光傳輸廣泛應(yīng)用于現(xiàn) 代通信系統(tǒng)中。例如，長距離傳輸網(wǎng)絡(luò)在每個光纖上使用一個或多個光載 波或波長，采用單模光纖以非常高的比特率傳輸數(shù)字信息。而且，已知在 更短的距離和以更低的比特率的光傳輸，例如在用戶接入網(wǎng)或局域數(shù)據(jù)網(wǎng) 中的光傳輸，其采用單?；蚨嗄９饫w。此外，自由空間光傳輸路徑可用于 船巨通信(line-of-sight communication )和/或用于提供裝置的無線互連的 簡單方式，所述裝置例如為計算機和外圍設(shè)備、個人數(shù)字助理(PDA)以 及其它一般使用紅外光源和檢測器的^更攜式裝置。
因此，現(xiàn)在的興趣是提^H吏得該通信能夠在更長的傳輸距離上和/或以 更高的可靠性、效率和/或容量進行的光通信方法和設(shè)備。
然而不管是通過單模還是多模光纖還是通過自由空間的光傳輸路徑 都可在所傳輸?shù)墓庑盘栔幸胧д?。而且，用于發(fā)送和接收光信號的裝置 是另外的可能的信號失真源。失真的常見形式是響應(yīng)于通信通道的頻率相 關(guān)的變化，這可導(dǎo)致在特定頻率范圍上和/或在具體頻率處信號幅度受到抑 制(或衰減)，以及接收信號作為頻率函數(shù)的延遲或相位的變化。該失真
可源自在傳輸系統(tǒng)中使用的各種電子和光學(xué)裝置的頻率特性，以及光傳輸 路徑本身的特性。
具體而言，各種光3^—般呈現(xiàn)出色散的形式，由光^^圣上傳輸?shù)墓?信號或其分量經(jīng)歷的延遲的變化表征。自由空間光路徑可呈現(xiàn)多路徑效 應(yīng)，在多路徑效應(yīng)中從光源發(fā)送的信號通過許多不同的空間路徑到a程 光接收機，所述空間路徑可包括直接(船巨)路徑以及包括周圍環(huán)境中各 個表面反射的一個或多個路徑。因此，所接收的光信號的不同分量經(jīng)歷不 同的傳輸延遲，導(dǎo)致在所接收的光信號中的時間展寬(time spread),而這是一種形式的色散。
在多模光纖中，耦合到光纖中的信號引起由光纖支持的許多橫向光模
式(transverse optical mode),每個橫向光模式由不同的群速度(group velocity)表征。因此，耦合到不同橫向模式的傳輸信號的分量沿著多模光 纖經(jīng)歷不同的傳輸延遲，這又導(dǎo)致接收信號的色散。
在自由空間光傳輸系統(tǒng)中的多路徑傳播以及多模光纖內(nèi)的模態(tài)色散 (modal dispersion)所導(dǎo)致的色散可以是相對靜態(tài)的或時變的，且可導(dǎo)致 所接收信號中的相對應(yīng)的靜態(tài)或時變的頻率衰減。
在單模光纖中不存在多路徑或模態(tài)色散，然而通常通過單模光纖傳輸 的信號經(jīng)歷包括色度色散和偏振模色散(polarisation mode dispersion, PMD)的各種形式的劣化，根據(jù)所述色度色散，信號的不同頻率分量以不 同的速度傳播，根據(jù)所述偏M色散，耦合到不同偏振狀態(tài)的信號的分量 以不同4A傳播。這兩個色散機制以及其他包括各種非線性過程的機制， 可導(dǎo)致所傳輸?shù)拿}沖的展寬(spreading),
此外，所有光傳輸通道將呈現(xiàn)用于發(fā)送和接收的電子和光電組件的特 性所導(dǎo)致的其它形式的頻率相關(guān)的失真。
已知用于減輕或補償通信通道中的頻率相關(guān)的失真的方法，且已被廣 泛應(yīng)用在射頻(RF)通信系統(tǒng)中，包括無線和有線線路系統(tǒng)。用于減輕 RF通信通道的有害影響的特別有效的方法包括將用于傳輸?shù)男畔⒕幋a成 離散的數(shù)據(jù)塊，然后該數(shù)據(jù)塊通過通信通道被傳輸。在接收機處，每一個 數(shù)據(jù)塊被恢復(fù)，且優(yōu)選地在頻域執(zhí)行均衡功能(equalisation function),以 減少或消除在通道中引入的頻率相關(guān)的影響。許多這樣的方法4吏用某種形 式的多載波調(diào)制，其中串行數(shù)據(jù)流被轉(zhuǎn)換成包括一些并行數(shù)據(jù)流的塊，然 后該塊在單獨的頻率的副載波上傳輸。在接收端，接收每個并行數(shù)據(jù)流， 根據(jù)通道頻率響應(yīng)對其進行均衡，并解碼該并行數(shù)據(jù)流以恢復(fù)^L提供以進 行傳輸?shù)脑即袛?shù)據(jù)流。
更普遍的形式的多載波調(diào)制方法是正交頻分復(fù)用(OFDM )。在OFDM 系統(tǒng)中，每個副載波是正弦曲線，且選擇副載波的特定集使得在每個傳輸 的符號周期所有副載波相互正交。在特別便利的實現(xiàn)中，所需的正交性通 過分別在發(fā)送機和接收機中使用正交變換來實現(xiàn)，且在OFDM的特定情 況下使用離散傅立葉變換。
前述類型的調(diào)制方法，包括例如OFDM的多栽波調(diào)制方案，與4吏用在高調(diào)制速率下調(diào)制的單個栽波的傳輸相比提供了一些優(yōu)點。這些優(yōu)點包
括在具有復(fù)雜時間展寬(complex time spreading)的色散通道上^Mt的能
力、相位對頻率和幅度對頻率特性。因此，在例如自由空間通道、多模光 纖和單模光纖的色散光通信通道上使用這種調(diào)制方法看起來是合乎期望的。
然而，這種調(diào)制方案在光通道上的使用到目前已祐:證明是有問題的。 前面提到的在RF通信系統(tǒng)中已被證明非常有效的調(diào)制方法都包括生成和 傳輸雙極信號，該雙極信號是具有幅度的正負偏移(excursion)的信號。 雙極信號在RF系統(tǒng)中容易生成和傳輸，在RT系統(tǒng)中載波是作為時變電 壓和電流生成和檢測的電磁場，其可根據(jù)期望的信號幅度采取任意的正或 負值。
然而，最簡單且最容易實現(xiàn)的形式的光調(diào)制是強度調(diào)制(Intensity Modulation, IM)，其中所傳輸?shù)男盘柕姆扔伤矔r光功率表示。這本質(zhì)上 是個單極調(diào)制系統(tǒng)，因為功率或強度的負值在物理上沒有意義，且不能生成。
在過去為克服單極強度調(diào)制所固有的限制所進行的努力已被證明大 部分沒有效果或不切實際。 一個解決方案是在發(fā)送機處應(yīng)用相對高的偏置
附近的變化來表示.但是，這在其利用可用的光傳輸功率時非常低效，在 多載波調(diào)制方案的情況下尤其低效，多載波調(diào)制方案可生成具有4艮大《*值 平均功率比的信號，使得峰值偏移比信號平均值大很多。光功率低效在所 有類型的光傳輸系統(tǒng)中可能都是一個問題，而在自由空間系統(tǒng)中的另外的 問題是所需要的光輸出功率可能超過眼睛安全水平(eye-safe level )。
將雙極信號編碼到光通道上的其它方法包括使用更復(fù)雜的光調(diào)制方 案，如具有差分調(diào)制(differential modulation)的多個光載波，或使用頻 率、相位或偏振調(diào)制(polarisation modulation)方法。然而所有這些方法 都導(dǎo)致額外的成本和復(fù)雜性，而一些還需務(wù)使用相干光通道，因此這些方 法對于許多相關(guān)應(yīng)用來說一般太貴或者不切實際。因此期望提供一種方法 和設(shè)備，該方法和設(shè)備采用合適的調(diào)制和均衡方案來4M嘗光通道特性，且 特別地是在光通道中出現(xiàn)的各種類型的色散的影響，同時減輕已知的光調(diào) 制方法在應(yīng)用到雙極信號時的上述缺點，而這也是本發(fā)明的目的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明提供了一種操作it^送機以通過色散的光通iiiL
送數(shù)字信息的方法，所述方法包括如下步驟
將數(shù)字信息編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各塊包括許多信息位；
生成與所述數(shù)據(jù)塊的每個相對應(yīng)的時變電信號；以及
將時變電信號應(yīng)用于光發(fā)送機，以生成包M調(diào)制到光載波上的不對 稱限幅(amplitude-limited)的傳輸信號的光信號，
從而通過色散的光通道傳輸所傳輸?shù)男畔⒅罂赏ㄟ^使用包括接收信 號的頻域均衡的方法來恢復(fù)所傳輸?shù)男畔ⅰ?br> 因此，本發(fā)明的方法包括傳輸光信號，該光信號可能是不對稱限幅且 更特別地可能是在零光輸出功率水平被削波的強度調(diào)制的信號。從而該方 法僅通過對于通過光通道傳輸允許所傳輸?shù)男盘柕恼蜇摲绕票幌?制，而使得^l信號能夠在單極光通道上傳輸。這減少或消除了在發(fā)送機 處應(yīng)用高的光偏置的需要，從而提高了光功率效率并使得輸出功率水平能 夠保持在適用的安全水平之下。
在另一方面中，本發(fā)明提供了一種接收通過色散的光通道傳輸?shù)臄?shù)字 信息的方法，其中數(shù)字信息被編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多信息 位，且其中與數(shù)據(jù)塊相對應(yīng)的時變信號^L調(diào)制到光載波上，以生成包括不 對稱限幅的傳輸信號的光信號，所述接收方法包括
對所接收的電信號進行頻域均衡，以減輕光通道的色散對所傳輸?shù)墓?信號的影響；以及
解碼均衡的信號以恢復(fù)編碼的數(shù)據(jù)塊和相對應(yīng)的所傳輸?shù)臄?shù)字信息。
在另一方面中，本發(fā)明提供了一種通過色散的光通道傳送數(shù)字信息的 方法，該方法包括如下步驟
將數(shù)字信息編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多信息位；
生成與所述數(shù)據(jù)塊的每一個相對應(yīng)的時變電信號；
將時變電信號應(yīng)用于光發(fā)送機，以生成包括^L調(diào)制到光載波上的不對 稱限幅的傳輸信號的光信號；^通過色散的光通道傳輸光信號;
對所接收的電信號進行頻域均衡，以減輕光通道的色散對所傳輸?shù)墓?信號的影響；以及
解碼均衡的信號以恢復(fù)編碼的數(shù)據(jù)塊和相對應(yīng)的所傳輸?shù)臄?shù)字信息。
編碼的步驟優(yōu)選地包括生成與信息位相對應(yīng)的多個符號值。每個所述 符號值可編碼一個或多個信息位，因此符號值的數(shù)量可能等于或小于在每 個數(shù)據(jù)塊內(nèi)被編碼的信息位的數(shù)量。
符號值可以是例如根據(jù)信息位和符號值之間的所期望的映射而生成 的實數(shù)或復(fù)數(shù)值。適當(dāng)?shù)挠成浞椒膳c傳統(tǒng)的信號調(diào)制格式相對應(yīng)，且可 包括但不限于開關(guān)鍵控(On-Off keying, OOK )、幅移鍵控(Amplitude Shift Keying, ASK)、正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM )、相移鍵控(Phase Shift Keying, PSK )、頻移鍵控(Frequency Shift Keying, FSK)等。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，編碼和生成步驟根據(jù)頻域中的多栽波 方法進行，且在一個有利的實現(xiàn)中根據(jù)OFDM方法進行。
因此，生成時變電信號的步驟可包括計算每個數(shù)據(jù)塊的數(shù)字符號值的 離散傅立葉逆變換(IDFT)。有利地，可使用快速傅立葉變換(FFT)算 法來計算IDFT。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在其它實施例中可使用基于 例如正免基函數(shù)和相對應(yīng)的變換的可替代集的到時域的可替代變換。
優(yōu)選地，將從逆變換生成的離散數(shù)字值從并行轉(zhuǎn)換成串行格式，且使 用數(shù)模轉(zhuǎn)換來生成實數(shù)的時變電信號。
生成步驟還可包括在數(shù)模轉(zhuǎn)換之前添加防護頻帶或循環(huán)前綴，這有利 地有助于接收機處的均衡處理。
可使用許多不同的方法來實現(xiàn)不對稱限幅的傳輸?shù)墓庑盘柕纳?。?如，在一個布置中，使用導(dǎo)致在零光輸出功率水平所傳輸?shù)男盘柕南鞑?(cli卯ing)的減小的偏置水平直接調(diào)制發(fā)光二極管(LED )或半導(dǎo)體激光 器二極管。適當(dāng)?shù)钠盟娇尚∮陔娦盘柕姆?峰幅度的50%，且在一些 實施例中甚至有可能應(yīng)用有效的負偏置，使得除了完全抑制負偏移之外， 信號的正偏移也在某種程度上得到抑制。生成限幅的傳輸?shù)墓庑盘柕目商娲椒òㄔ谡{(diào)制之前在數(shù)字或模 擬(電學(xué))域中進行P艮制、偏置和/或其它幅度調(diào)節(jié)，以消除或減少對M
送機的固有限制(limiting)的依賴。例如，除了提供偏置調(diào)節(jié)之外，電信 號可在調(diào)制到光載波上之前M大、衰減和/或逆變(invert),且應(yīng)注意逆 變的應(yīng)用可導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘柕恼疲皇秦撈频姆鹊挠行?br> 制。在數(shù)模轉(zhuǎn)換之前在數(shù)字域中進行該^Mt特別地有益，以最有效地使用 轉(zhuǎn)換硬件的轉(zhuǎn)換范圍和分辨率。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確定應(yīng)用零偏置水平特別有利，這會導(dǎo)致信號的 負偏移基本上完全被抑制，且特別地發(fā)明人已示出該布置與更高的偏置水 平相比能夠提供改進的光功率分配(optical power budget )。特別地，與幅 度限制基本上被避免的傳統(tǒng)布置相比，有可能實現(xiàn)在功率分配上的顯著改 進。此外，至少在一些情況下，與如采用非歸零(NRZ)或歸零(RZ)波 形的OOKIM信號的普通串行傳輸格式相比，可實現(xiàn)光功率分配的改進。
調(diào)制具有不對稱限幅的傳輸信號的光載波的其它方法可包括結(jié)合如 Mach-Zehnder或電吸收型調(diào)制器的單獨或集成的外部調(diào)制器使用如激光 器或LED的連續(xù)波(continuous wave, CW)光源。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解大量適當(dāng)?shù)墓廨d波調(diào)制方法是可用的。
傳輸光信號的步驟可包括通過自由空間、通過多模光纖或通過單模光 纖或可替換地通過任何其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向性(guided )或非導(dǎo)向性(unguided) 光介質(zhì)進行傳輸。
檢測光信號的步驟優(yōu)選地包括例如使用如光電二極管、雪崩光電二極 管(APD)等的檢測器-如需要與電放大器一起-進行光電轉(zhuǎn)換。
進行電信號的頻域均衡的步驟優(yōu)選地包括采樣信號以產(chǎn)生離散數(shù)字 值的序列。然后可進行與在生成時變電信號時進行的逆變換相對應(yīng)的從時 域的變換以生成相對應(yīng)的多個所接收的符號值。在一個優(yōu)選的實施例中， 有利地使用FFT算法進行所采樣的信號的離散傅立葉變換(DFT)，以計 算所接收的符號值。均衡然后優(yōu)選地包括進行每個所接收的符號值的幅度 和/或相位調(diào)節(jié)，以基本上均衡光通道的色散對所傳輸?shù)墓庑盘柕挠绊?，?得所接收的被均衡的符號值更近似地接近所傳輸?shù)姆栔怠?br> 解碼均衡的信號的步驟優(yōu)選地包括從均衡的所接收符號值恢復(fù)原始 信息位。特別優(yōu)選的是使用與在編碼步驟中應(yīng)用的映射相對應(yīng)的解映射方 法來恢復(fù)原始信息位。如上所述，適當(dāng)?shù)挠成浜徒庥成浞椒▽?yīng)于傳統(tǒng)的信號調(diào)制格式，包括OOK、 ASK、 QAM、 PSK、 FSK等。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于通過色散的光通道傳輸數(shù)字信息 的i殳備，所i^i更備包括
編碼器，用于將數(shù)字信息編碼成多個數(shù)據(jù)塊，M據(jù)塊包括許多信息
位；
信號發(fā)生器，用于生成與所述數(shù)據(jù)塊的每個相對應(yīng)的時變電信號；以
及
M送機，包括用于以時變電信號調(diào)制光載波，以生成包括被調(diào)制到 光載波上的不對稱限幅的傳輸信號的光信號的裝置，
從而所傳輸?shù)男畔⒖稍谕ㄟ^色散的光通道傳輸之后通i^目對應(yīng)的接收 機被恢復(fù)，所述接收機包括用于進行所接收信號的頻域均衡的裝置。
在優(yōu)選實施例中，編碼器包括用于接收信息位和生成相對應(yīng)的多個符 號值的多個映射單元。映射單元可實現(xiàn)許多適當(dāng)?shù)挠成浞椒ㄖ械娜魏我粋€ 或多個，所述映射方法包括與如OOK、 ASK、 QAM、 PSK、 FSK等的傳 統(tǒng)調(diào)制格式相對應(yīng)的映射。在優(yōu)選實施例中，如在數(shù)字信號處理領(lǐng)域眾所 周知的那樣，映射單元可使用數(shù)字硬件和/或軟件裝置來實現(xiàn)。
信號發(fā)生器可包括用于實施逆變換以生成數(shù)字時域信號的數(shù)字硬件 和/或軟件裝置。在特別優(yōu)選的實施例中，信號發(fā)生器包括用于優(yōu)選地使用 FFT算法計算IDFT的裝置。信號發(fā)生器還可包括用于才艮據(jù)變叛良生器 (transformgenerator)的輸出生成數(shù)字樣本的時間序列的并-串轉(zhuǎn)換器， 以及用于生成連續(xù)時變電信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。在優(yōu)選實施例中， 信號發(fā)生器被配置成將防護時間和/或循環(huán)前綴插入到時變信號中，以幫助 在相對應(yīng)的接收機處在頻域中對所接收信號的均衡。
itiL送機優(yōu)選地包括如LED、半導(dǎo)體激光器或其它光輻射源的光源。 ifeJL送機還可包括用于直接調(diào)制光源的電驅(qū)動電路，且可替代地或另外地 可包括外部光調(diào)制器，如Mach-Zehnder或電吸收型調(diào)制器等。
在又一方面中，本發(fā)明提供了一種用于接收通過色散的光通道傳輸?shù)?數(shù)字信息的設(shè)備，其中數(shù)字信息被編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多 信息位，且其中與lt據(jù)塊相對應(yīng)的時變信號^L調(diào)制到光載波上以生成包括 不對稱限幅的傳輸信號的光信號，所述接收設(shè)備包括
光檢測器，用于檢測光信號以產(chǎn)生與不對稱限幅的傳輸信號相對應(yīng)的所接收的電信號;
光信號的影響的裝置；以及
解碼器，用于解碼均衡的信號以恢復(fù)被編碼的lt據(jù)位和相對應(yīng)的所傳 輸?shù)臄?shù)字信息。
在優(yōu)選實施例中，光檢測器包括用于光信號的光電轉(zhuǎn)換的適當(dāng)?shù)钠?件，如光電二極管、雪崩光電二統(tǒng)管(APD)等。光檢測器還可包括用于 調(diào)節(jié)信號水平和調(diào)整接收信號的電子器件，如放大器、濾波器等。
頻域均衡裝置優(yōu)選地包括用于采樣被檢測的信號并生成表示該信號 的數(shù)字化時間序列的 轉(zhuǎn)換器(ADC)。
頻域均衡裝置優(yōu)選地還包括用于進行采樣的數(shù)據(jù)的串 一并轉(zhuǎn)換的數(shù) 字硬件和/或軟件裝置。另外，在優(yōu)選實施例中，頻域均衡裝置包括用于計 算數(shù)字化信號到頻域的變換的硬件和/或軟件裝置，更優(yōu)選的是用于例如使 用FFT算法進行DFT的裝置。根據(jù)優(yōu)選實施例，所述變換的輸出是多個 接收的符號值。
頻域均衡裝置優(yōu)選地還包括均衡器庫，該均衡器庫包括用于調(diào)節(jié)每個
信號的影響的多個濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，解碼器包括用于接收均衡的符號值并生成 相對應(yīng)的數(shù)字信息位的多個解映射單元。如將了解的，解映射單元可與在 相對應(yīng)的發(fā)送機中采用的映射單元相對應(yīng)，且因此可實現(xiàn)任何合適的解映 射方法，如與包括OOK、 ASK、 QAM、 PSK、 FSK等傳統(tǒng)調(diào)制格式相對 應(yīng)的解映射。在優(yōu)選實施例中，如在數(shù)字信號處理領(lǐng)域中眾所周知的那樣， 解映射單元可使用數(shù)字硬件和/或軟件裝置來實現(xiàn)。
在另一方面中，還提供了包括通過一個或多個色散的光通道與才艮據(jù)本 發(fā)明的一個或多個接收設(shè)備通信的根據(jù)本發(fā)明的一個或多個發(fā)送設(shè)備的 系統(tǒng)。
通過以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明，本發(fā)明的其它優(yōu)選特征和優(yōu) 點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將更明顯，所述優(yōu)選實施例不應(yīng)該被認為是對在 前述說明或在所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的限制。


參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中
圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施例在光通道上傳送數(shù)字信息的系
統(tǒng)；
圖2示出了在圖l所示的系統(tǒng)的發(fā)送機內(nèi)生成的雙極OFDM波形；
圖3示出了在圖1的光通道上傳輸?shù)膯螛OOFDM波形；
圖4A是示出根據(jù)本發(fā)明實施例作為光偏置水平的函數(shù)的傳輸性能的
圖4B和4C示出了與在圖4A中所示的兩個不同的光偏置水平相對應(yīng) 的示例星座圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例作為M憤耗的函數(shù)的接收信號質(zhì)量的
圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施例用于在僅使用奇數(shù)編號的OFDM 通道的光通道上傳送數(shù)字信息的可替換系統(tǒng)；以及
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的可替換實施例通過將所傳輸?shù)男盘栍成涞礁?載波對上所生成的波形。
具體實施例方式
首先看圖1，圖1示意性示出了一種根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例在光通道 上傳送數(shù)字信息的系統(tǒng)。雖然本發(fā)明在此以在編碼和調(diào)制信號以在光通道 上傳輸時采用正交頻分復(fù)用(OFDM)的系統(tǒng)100為例，應(yīng)理解本發(fā)明不 限于該特定實施例。更準(zhǔn)確地說，在本發(fā)明的實施例中， 一般地以塊編碼 數(shù)字信息，在發(fā)送機處可選地添加防護時間或循環(huán)前綴以及通過光通道傳 輸接收信號之后在頻域均衡接收信號來表征。雖然OFDM提供了用于實 現(xiàn)這些功能的一種有利的方式，但是通過參照OFDM實現(xiàn)對優(yōu)選實施例 的說明將被理解為僅是示例性的，并不限制在前述發(fā)明內(nèi)容和所附權(quán)利要 求中更廣泛限定的本發(fā)明。
示例性系統(tǒng)100包括發(fā)送設(shè)備102和接收設(shè)備104，為方便在此分別 更一般地將其稱作"發(fā)送機"和"接收機"。
發(fā)送機102通過色散的光通道106與接收機104通信。雖然在圖1中將光通道106示意性地表示為團狀光纖(coiled optical fibre )，例如多模光 纖，應(yīng)理解光通道106可包括單?；蚨嗄９饫w、自由空間M或任何其它 適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向或非導(dǎo)向光介質(zhì)。
發(fā)送機102包括映射單元110、信號發(fā)生器114和M送機122，以下 將詳細說明其細節(jié)和操作。接收機104包括光檢測器124、包括信號解碼 組件128、 130、 132和均衡器庫136的頻域均衡器、以及解映射單元140。 同樣以下提供對接收機104的細節(jié)及其^Mt的說明。
用于在光通道106上傳輸?shù)臄?shù)字信息通過并行輸入端口 108被輸入到 發(fā)送機102。輸入的數(shù)字信息以塊接收，每個塊包括與輸入端口 108中的 并行輸入的數(shù)量相對應(yīng)的許多信息位。應(yīng)理解可替換地可提供數(shù)字信息的 其它形式的輸入，如串行輸入端口。包括在每個塊中的信息位的數(shù)量一般 被預(yù)定，且在任何特定實施例中可以是固定數(shù)量的位，或者可隨時間改變。 例如，每塊的位的數(shù)量可祁^據(jù)如測量的通道質(zhì)量、所期望的信息比特率和 /或其它系統(tǒng)^lt的各種因素而被動態(tài)預(yù)定。
包括多個輸入的位的每個塊被編碼以生成多個符號值，其在示例性發(fā) 送機102中沿著并行信號路徑112傳送。根據(jù)系統(tǒng)100的優(yōu)選實施例，映
值。每個QAM信號值^1表示要應(yīng)用于所傳輸?shù)男盘柕南鄬?yīng)的頻率載波 的幅度和相位調(diào)制的復(fù)數(shù)。然而應(yīng)理解可4吏用可替代的映射方案來編碼輸 入的數(shù)據(jù)，包括但不限于OOK、 ASK、 PSK、 FSK等。
發(fā)送機102中的信號發(fā)生器114將在并行信號線112上提供的每個數(shù) 據(jù)塊的符號值轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的連續(xù)時變電信號。才艮據(jù)系統(tǒng)100的示例性實 施例，Jbtll據(jù)OFDM方法，信號發(fā)生器114包括頻率-時間變換116、并 —串轉(zhuǎn)換器118和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC )120。使用離散傅立葉逆變換(IDFT) 實現(xiàn)頻率-時間變換116,其可如本領(lǐng)域眾所周知的那樣使用數(shù)字電子硬 件或軟件裝置或者硬件和軟件的組合而容易地提供。
在示例性實施例100中，IDFT 116產(chǎn)生并行數(shù)據(jù)輸出，其被并-串轉(zhuǎn) 換器118轉(zhuǎn)換成所需的時變電信號波形的數(shù)字化樣本序列。然后使用DAC 120來生成連續(xù)時變的電信號。
通過電光(E/O)轉(zhuǎn)換器122將時變電信號轉(zhuǎn)換成光形式。E/O轉(zhuǎn)換 器122是iUL送機，用于生成包M調(diào)制到光載波上的不對稱限幅的傳輸 信號的光信號。特別地，從光發(fā)送機122輸出的光信號是光發(fā)送機122對從DAC 120輸出的時變電信號適當(dāng)調(diào)制后產(chǎn)生的強度調(diào)制的信號。
應(yīng)理解IDFT 116的輸出一般是復(fù)數(shù)值，而需要實數(shù)值的波形來調(diào)制 M送機122。在本領(lǐng)域中已知各種用于提供所需的實數(shù)值信號的方法， 且在示例性實施例100中使用向上轉(zhuǎn)換(upconversion)方法，其中復(fù)數(shù) 值的實部和虛部在電學(xué)域中被正交調(diào)制到RT副載波上。所需^Nt可例如 或者數(shù)字地(即在DAC 120之前)進行，或者使用兩個DAC 120來對實 部和虛部分別進行，1^是適當(dāng)?shù)哪M電子裝置。由于所需的組件和操作 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的，所以在圖1的示意圖中將其省略。
通過圖2和3所示的波形示出了將時變電信號應(yīng)用到a送機122以 生成包括被調(diào)制到光載波上的不對稱限幅的傳輸信號的光信號。圖2示出 在DAC 120的輸出處生成的示例性O(shè)FDM波形200。顯然OFDM波形200 是雙極波形，包括正幅度偏移(例如202 )和負幅度偏移(例如204 )。之 前一般認為如波形200的雙極信號對使用具有直接檢測的強度調(diào)制 (intensity modulation with direct detection, IM/DD )的光傳輸系統(tǒng)提出 了特定的困難。特別地，由于ife^送機的輸出功率或強度必須總是為零或 為正，所以不可能在IM/DD光通道上直接傳輸具有零平均值的雙極波形， 如波形200。因此常見的方法是對M送機應(yīng)用偏置水平以偏移平均輸出 功率，從而容納負信號偏移，例如204。然而該方法浪費光功率分配，且 可能需要相對高的光輸出功率水平，從而產(chǎn)生潛在的安全問題，尤其是在 自由空間光銜咯上。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在U送機122內(nèi)應(yīng)用非常低或甚至為零的偏置 水平，以產(chǎn)生光輸出信號，該光輸出信號由于在零輸出功率水平的負偏移 (例如204)的削波(clipping)而不對稱限幅。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明生 成的示例性光輸出功率波形300，其中在發(fā)送機122中不應(yīng)用光偏置。波 形300包括正功率偏移(例如302 )，然而負偏移基本上被抑制在零輸出功 率水平304。
在itil送機122內(nèi)可采用多種不同的布置;M^如由OFDM波形200 表示的雙極時變電信號生成輸出光波形300。例如，LED或半導(dǎo)體激光器 可直接在零偏置水平調(diào)制或者使用小于電信號200的峰—峰幅度的50%的 減小的偏置水平來調(diào)制。實際上，在一些實施例中，甚至可應(yīng)用有效的負 偏置。對傳輸信號的所需的偏置和/或P艮制可通過光源和相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動電路 進行，或可在如LED或半導(dǎo)體激光器的光源的調(diào)制之前在數(shù)字或模擬(電 學(xué))域中應(yīng)用。例如如果由于波形中大的負偏移(例如204)，雙極波形(例如200)直接應(yīng)用到光源可導(dǎo)致毀壞和/或如開啟延遲的不期望的效果，那 么該數(shù)字或模擬限制是合適的。實際上，為了避免在直接調(diào)制的光源中所 謂的"存儲效應(yīng)"，例如打開延遲，結(jié)合足以避免光源的關(guān)閉和/或飽和的 正偏置來提供負信號偏移的預(yù)調(diào)制限制是合乎期望的，也落在本發(fā)明的范 圍內(nèi)。
可能特別有利的是，在數(shù)模轉(zhuǎn)換之前在數(shù)字域進行一些或所有這樣的 信號處理，以最有效地使用DAC 120的轉(zhuǎn)換范圍和分辨率。
輸出光波形300可替換地可通過結(jié)合例如使用Mach-Zehnder或電吸 收型調(diào)制器的光源的外部調(diào)制，使用合適的數(shù)字和/或模擬限制、偏置或其 它幅度調(diào)節(jié)來生成。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然應(yīng)理解用于生成光輸出 波形300的所有這種方法都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在返回圖1，不對稱限幅的光信號通過光通道106傳輸，并使用光 電(叩tical to electrical, O/E)轉(zhuǎn)換器124在接收機104處被接收。O/E 轉(zhuǎn)換器124是一般包括適當(dāng)?shù)墓怆姸O管或等同器件、以及如放大器、濾 波器等的相關(guān)聯(lián)的電子電路的光檢測器，且用于生成具有適當(dāng)特性的所接 收的電信號以在接收機104內(nèi)進一步處理。
根據(jù)接收機104的示例性實施例，使用 轉(zhuǎn)換器(ADC ) 128將與 不對稱限幅的傳輸?shù)墓庑盘栂鄬?yīng)的、得到的接收的電信號轉(zhuǎn)換成相對應(yīng) 的數(shù)字化樣本的序列。數(shù)字化樣本的串行序列在串—并轉(zhuǎn)換器130中被轉(zhuǎn) 換成并行形式，且樣本的并行塊通過離散傅立葉變換器(DFT) 132被轉(zhuǎn) 換成沿著并行信號路徑134輸出的相對應(yīng)的頻域值集。應(yīng)注意在系統(tǒng)100 的示例性實施例中，優(yōu)選地使用FFT算法實現(xiàn)的DFT 132是與在發(fā)送機 102內(nèi)進行的IFFT 116相對應(yīng)的逆變換。
從DFT 132輸出的頻域值包括與輸入到發(fā)送機102中的IFFT 116的 傳輸?shù)姆栔迪鄬?yīng)的一組調(diào)制后的符號值。然而所接收的符號值已被通 過色散的光通道106的傳輸所影響，因而在恢復(fù)原始的傳輸?shù)臄?shù)字信息中 可出現(xiàn)誤差。為了補償光通道106對調(diào)制后的符號值的影響，使用均衡器 庫136應(yīng)用均衡。在接收機104的示例性實施例中，均衡器庫包括多個濾 波器。在最簡單的情況中，每個濾波器是復(fù)數(shù)乘法器(complex multiplier )， 該復(fù)數(shù)乘法器調(diào)節(jié)從DFT 132輸出的相對應(yīng)的所接收的符號值的幅度和/ 或相位以基本上均衡色散的光通道106對所傳輸?shù)男盘柕挠绊?。?yīng)理解該 均衡可另外地補償發(fā)送機102和接g 104的各種電子和光電組件的頻率 相關(guān)的非理想特性。得到的均衡的符號值沿著并行信號線138輸出到與映射單元110相對 應(yīng)的解映射單元140。解映射單元140接收均衡的符號值，并生成相對應(yīng) 的數(shù)字信息位。得到的解碼的信息沿著并行信號線142輸出，且如果系統(tǒng) 100內(nèi)的噪聲和/或失真的水平不是過高，那么信號線142上的輸出的數(shù)字 信息位一般與在信號線108輸入的原始數(shù)字信息位匹配。當(dāng)然本領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)理解，由于通信系統(tǒng)中的噪聲和/或失真可能會引入誤差，因此所 傳輸?shù)男畔⑽恢械牧阏`差率可能無法實現(xiàn)。但是，還應(yīng)理解可采用另外的 裝置，包括插入在數(shù)字信息內(nèi)的誤差檢測和誤差校正碼，以檢測和/或校正 該位誤差。
從上面的討"^應(yīng)理解，ADC 128、串-并轉(zhuǎn)換器130、 DFT 132和均 衡器庫136組合在一起提供用于進行接收信號的頻域均衡以減輕光通道 106的色散對于所傳輸?shù)墓庑盘柕挠绊懙难b置。而且，解映射單元140的
數(shù)字信息。雖然采用OFDM技術(shù)，包括使用離散傅立葉變換來提供本發(fā) 明示例性實施例100內(nèi)的這些功能，但是應(yīng)理解在可替換的實施例中可提 供用于提供頻域均衡和用于解碼均衡的信號的其它方式。
圖4A示出圖400，圖400示出了作為在;^送機122中應(yīng)用的光偏置 水平的函數(shù)的系統(tǒng)傳輸性能的量度(measure)。在圖4中示出的性能的特 定量度是平均信號水平的平方與信號變化的比(即識別出具體的所傳輸?shù)?信號值的容易度的量度)除以平均光功率。根據(jù)傳統(tǒng)方法，將應(yīng)用范圍402 內(nèi)的相對高的光偏置水平，以M所傳輸?shù)男盘柕呢撈频南鞑ɑ蛳拗啤?由于該傳統(tǒng)方法需要更高水平的光功率的傳輸而沒有任何信息傳輸上相 對應(yīng)的增加，所以根據(jù)圖400中所示的量度其對應(yīng)于相對低的性能。作為 對比，當(dāng)在發(fā)送機122中應(yīng)用零偏置404時，平均的傳輸光功率被顯著減 小，從而盡管不對稱幅度限制對傳輸信號有影響，也提供了在根據(jù)該量度 的性能上的總的提高。
等同地，對于給定的發(fā)送光功率和總的光M損耗，與偏置水平404 相對應(yīng)的接收信號質(zhì)量優(yōu)于與在范圍402中的傳統(tǒng)偏置水平相對應(yīng)的信號 質(zhì)量。這在圖4B和4C中得以示出，圖4B和4C示出了在具有30dB的損 耗的光銜洛上使用相同的平均源功率傳輸之后根據(jù)4-QAM方案映射的所 接收的符號的示例性星座圖。星座406對應(yīng)于零偏置水平404，而星座408 對應(yīng)于范圍402內(nèi)的偏置水平。顯然，由于接收機噪聲對星座408所表示 的所接收符號的相對大的影響，由星座406表示的所接收符號的質(zhì)量優(yōu)于由星座408表示的所接收符號的質(zhì)量。
圖5示出了相對應(yīng)的曲線圖500,曲線圖500示出了作為光通道106 的總損耗的函數(shù)的接收信號的質(zhì)量。在曲線圖500中示出兩個跡線，第一 跡線502對應(yīng)于應(yīng)用范圍402內(nèi)的光偏置水平的傳統(tǒng)系統(tǒng)，而第二跡線504 對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的在;5tiC送機122中應(yīng)用零偏置水平404的系統(tǒng)。根據(jù) 曲線圖500，顯然對于低M3^耗值，幅度限制對所傳輸?shù)男盘柕挠绊懯?一種形式的失真，該失真對本發(fā)明的系統(tǒng)比對等同的傳統(tǒng)系統(tǒng)導(dǎo)致更低的 接收信號質(zhì)量。然而，在更高的鏈i^員耗值，例如比示例性曲線圖500中 的20dB大的^^員耗值，包括在與圖4B和4C中所示的星座圖406、 408 相對應(yīng)的點508、 510的30dB損耗，實現(xiàn)了更有效地使用可用的itil送機 功率的益處。因此，在高水平的鏈路損耗，使用本發(fā)明可實現(xiàn)在功率分配 上7dB的改進506。因此，本發(fā)明的實施例使得能夠?qū)崿F(xiàn)提供如在自由空 間系統(tǒng)中可經(jīng)歷的更大的傳輸范圍和/或更高的可靠性以及對鏈路損耗的 變化的容限的光傳輸系統(tǒng)。
如前所述，在本發(fā)明的范圍內(nèi)有可能作出許多變形，因此在圖6中示 出了一種可能的可替代布置600。可替代的傳輸系統(tǒng)600以與示例性系統(tǒng) 100相似的方式采用OFDM技術(shù)，然而僅使用奇數(shù)編號的OFDM通道來 傳輸信息。在這點上，應(yīng)注意與此處說明和描述的具體實施例相關(guān)地采用 的規(guī)定將通道號零分配給最低頻率的OFDM通道，從而奇數(shù)編號的通道 包括相對應(yīng)的相鄰的更高頻率通道(即通道1 )，及之后的每個間隔的更高 頻率通道(即通道3、 5、 7等)。為了避免與一般情^U目關(guān)的疑惑，該規(guī)定 可以如下以更精確的數(shù)學(xué)術(shù)語來表示。N點逆DFT將N個( 一般為復(fù)數(shù) 的)頻域樣本(X(O)...X(N-l))變換成N個(一般為復(fù)數(shù)的)時域樣本 (x(0)…x(N-l)),其中，第k個時域樣本的值由下式給出
根據(jù)該公式，奇數(shù)編號的通道是逆DFT的輸入X(m)，其中m是奇數(shù)。
為了簡化這里的討論，在圖6中僅示出了兩個并行信息輸入608，分 別對應(yīng)于奇數(shù)編號的通道1和3,然而應(yīng)理解如之前參照圖1所述，在每 個數(shù)據(jù)塊中可包括更多的信息位。
在實施例600中，通過映射單元610根據(jù)QAM方案對輸入信息位進 行編碼，以產(chǎn)生相對應(yīng)的符號值612a、 612b。這些符號的復(fù)共輒值由共軛器613生成，這確保了 IFFT616被提供適當(dāng)?shù)妮斎胍陨蓪崝?shù)值的時變輸 出信號。符號值612a、 612b及其相對應(yīng)的復(fù)共輒被提供給IFFT616的奇 數(shù)編號的輸入，而對該例中的偶數(shù)編號的輸入以及其它未使用的輸入提供 零值650。輸入的符號由組件614以與之前關(guān)于圖1中的組件114所i^目 同的方式處理。得到的時變信號被應(yīng)用于iUL送機622, W目對應(yīng)的不對 稱限幅的信號通過光通道106被傳輸?shù)焦怆U測器624。
接收信號以與之前參照圖1所^t目同的方式由頻域均衡器組件626處 理。與所傳輸?shù)姆栔?12a、 612b相對應(yīng)的值634a、 634b被輸入到均衡 器庫636，以產(chǎn)生均衡的符號值638a、 638b。然后由解調(diào)器庫640對均衡 的值進行解碼，以恢復(fù)所傳輸?shù)男畔⑽?42。
在實施例600中，丟棄與到IFFT 616的零輸入值相對應(yīng)的FFT 632 的輸出值，例如652。然而在可替代的實施例中有可能使用與零輸入值相 對應(yīng)的所接收的符號值，例如作為用于監(jiān)控和/或優(yōu)化失真水平或改進接收 信號的解調(diào)和解碼的可靠性的^Jt機制。
可替換實施例600與實施例100相比具有減小的帶寬效率，因為僅利 用多載波OFDM信號的每隔一個的副載波。然而可看到作為所傳輸?shù)墓?信號的幅度限制的結(jié)果而生成的失真產(chǎn)物僅在與偶數(shù)編號的副載波相對 應(yīng)的頻率處產(chǎn)生干擾分量。因此，可替換實施例600能夠提供比實施例100 產(chǎn)生的信號具有更高質(zhì)量的接收信號。
還可以看到可通過利用不使用可用的帶寬的低頻部分的OFDM傳輸 來實現(xiàn)由于不對稱幅度限制所導(dǎo)致的失真產(chǎn)物的影響的相似減小。例如， 通過將電學(xué)OFDM信號調(diào)制到具有適當(dāng)選擇的頻率的RF載波上，可提供 與OFDM信號的RF帶寬相對應(yīng)的低頻"防護頻帶"，使得例如一階差頻 失真產(chǎn)物(first-order difference-frequency distortion product)基本上在 接收信號帶寬外生成?；谑д娴娜菰S水平，可接受更窄的防護頻帶，例 如具有OFDM信號的RF帶寬的50%，同時仍較大地減少了失真產(chǎn)物對 所傳輸?shù)姆柕挠绊憽Ｔ摬贾糜痔峁┝丝商娲膶嵤├?，其中接收信號?質(zhì)量可以以減小的帶寬效率為代價而得到改善。使用低頻防護頻帶的另一 個優(yōu)勢-尤其是在采用自由空間光傳輸時-是來自如包括白熾燈和熒光 燈的周圍照明的低頻光源的干擾在接收機中可基本上被抑制。
圖7示出了兩個波形702和704，這兩個波形702和704示出了用于 生成用在本發(fā)明實施例中的不對稱時變電信號的又一可能的技術(shù)。波形 702、 704通過組合頻率副載波對而生成，以產(chǎn)生可以以合適的偏置水平應(yīng)用于ife^送機的相對應(yīng)的不對稱波形。通過構(gòu)造如圖7所示的不對稱波形， 有可能提供本發(fā)明的如下實施例在光發(fā)送機中可應(yīng)用低偏置水平，以生 成包括不對稱限幅的傳輸信號的光信號，而不產(chǎn)生信號的相對應(yīng)的削波和 相關(guān)聯(lián)的失真。同樣由于需JH吏用多個副載波以生成波形，例如702、 704， 所以以帶寬效率為代價實現(xiàn)了接收信號質(zhì)量的改進。
在本發(fā)明的一些實施例中，代替OFDM，還有可能利用如脈沖位置調(diào) 制(pulse-position modulation, PPM)的可替換的調(diào)制技術(shù)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)理解，實施例100和600示例了本領(lǐng)域中爿i^P 的用于將復(fù)數(shù)值的符號映射到由強度調(diào)制的光源提供的連續(xù)的實數(shù)值的 通道上的兩個一般的方法。 一個該方法包括在電學(xué)域?qū)?fù)數(shù)值的實部和虛 部正交調(diào)制到RF副載波上，然后以得到的實數(shù)值信號調(diào)制光源。第二個 方法包括對發(fā)送機的IDFT例如616提供適當(dāng)?shù)墓曹棇ΨQ輸入，或者可替 代地實現(xiàn)等同的實數(shù)值變換，以生成可用來調(diào)制光源的實數(shù)值基帶信號。 應(yīng)理解這些方法及其等同方法都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此外，盡管說明了提供單個M送機和單個光接收機的本發(fā)明的實施 例，但是應(yīng)理解本發(fā)明適于應(yīng)用在采用多個發(fā)送機和/或接收機的系統(tǒng)中， 如MIMO (多輸入多輸出)光無線系統(tǒng)。實際上，本發(fā)明可在該系統(tǒng)中提 供特別的優(yōu)勢，因為傳統(tǒng)的強度調(diào)制的光學(xué)系統(tǒng)不能從已知在RF無線系 統(tǒng)中可實現(xiàn)的多個源和/或接收機的使用獲得益處。
例如，在一個可能的布置中多個源(例如多個激光器或LED)可用來 發(fā)^目同的信號。得到的多個光信號然后可在一個或多個光檢測器處被接 收、均衡和重組合以在從任何單個源接收的信號的強JLA可變的或由于遮 蔽(shadowing)而受損的環(huán)境中提供改進的可靠性。類似地，當(dāng)在任何 一個檢測器處接收的信號的強JLA可變的或者受損時，使用多個檢測器以 及一個或多個源使得能夠提高可靠性。
在又一 MIMO布置中，多個光源可用來將不同的信息流發(fā)送到包括 多個光檢測器的接收機。已經(jīng)研發(fā)了多種方法來在這種系統(tǒng)中進行空間復(fù) 用，包括BLAST編碼、Alamouti編碼等。該方案一般在富散射(rich scattering)環(huán)境中最有效，且無線光系統(tǒng)在這點上特別有優(yōu)勢，因為不像 典型的無線電系統(tǒng)，自由空間光路可包括典型的建筑內(nèi)應(yīng)用中的大量反 射。
包括多個發(fā)送機和接收機的進一步的布置包括如下布置其中多個器件通過共享光介質(zhì)，如自由空間環(huán)境，使用本領(lǐng)域已知的許多適當(dāng)?shù)亩嘀?方法中的任何一個來進行通信。例如，不同的通信器件對可通過共同的光
介質(zhì)，使用根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備，結(jié)合如頻分多址(FDMA)、時分多 址(TDMA)、正交頻分多址(OFDMA)、碼分多址(CDMA)、多載波 CDMA (MC-CDMA)等的多址方法^M目互通信。
本發(fā)明范圍內(nèi)的其它有利的變形包括使得能夠?qū)崿F(xiàn)在傳輸距離、可靠 性、效率和/或容量上的進一步改進的變形。例如，本發(fā)明的一些實施例可 被配置成避免在經(jīng)受或?qū)е略黾拥母蓴_、噪聲或其它形式的劣化的頻率的 傳輸。在本領(lǐng)域已知用于實現(xiàn)如下通道的改進的利用的技術(shù)，所述通道呈 現(xiàn)頻率相關(guān)的干擾、噪聲、衰減或衰退，特別是與OFDM —起使用。例 如，可完全避免經(jīng)受高水平干擾或減小的信噪比的副載波，或者^^用該副 載波來傳輸具有減小的信息內(nèi)容(即更少的信息位數(shù)量)的符號。
在本發(fā)明范圍內(nèi)使得能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸性能的改進的又一種技術(shù)是以高 功率、高數(shù)據(jù)速率脈沖傳輸數(shù)據(jù)塊，而不是在較低的功率和數(shù)據(jù)速率的連 續(xù)傳輸。該技術(shù)可導(dǎo)致在光檢測器處信噪比的整體改善，這可用來實現(xiàn)容 量和/或傳輸多巨離的B提高。
因此，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很明顯有可能作出本發(fā)明的許多變 形，且本發(fā)明不限于在此所述的特定實施例。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要 求限定。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于操作光發(fā)送機以通過色散的光通道傳輸數(shù)字信息，所述方法包括如下步驟將數(shù)字信息編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多信息位；生成與所述數(shù)據(jù)塊的每個相對應(yīng)的時變電信號；以及將所述時變電信號應(yīng)用到光發(fā)送機，以生成包括被調(diào)制到光載波上的不對稱限幅的傳輸信號的光信號，從而所傳輸?shù)男畔⒖稍谕ㄟ^色散的光通道傳輸之后通過使用包括接收信號的頻域均衡的方法被恢復(fù)。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述編碼的步驟包括生成與所述信息位 相對應(yīng)的多個符號值。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中生成多個符號值包括根據(jù)預(yù)定的調(diào)制格 式將所述信息位映射到相對應(yīng)的符號值。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中預(yù)定的調(diào)制格式選自包括以下的組開 關(guān)鍵控(OOK)、幅移鍵控(ASK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、相移鍵控(PSK)和頻移鍵控(FSK )。
5. 前述權(quán)利要求中任何一個的方法，其中在頻域中根據(jù)多載波方法 進行編碼和生成的步驟。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中所述多栽波方法是正交頻分復(fù)用 (OFDM)方法。
7. 前a利要求的任何一個的方法，其中生成時變電信號的步驟包 括插入防護時間和/或循環(huán)前綴。
8. 前a利要求的任何一個的方法，其中應(yīng)用所述時變電信號的步 驟包括使用選擇的偏置水平調(diào)制光源以導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘栐诹愎廨敵龉?率水平的削波。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中所述偏置水平小于所述時變電信號的峰 -峰幅度的50%。
10. 權(quán)利要求8或9的方法，其中所述偏置水平基本上是零偏置水平。2
11. 權(quán)利要求8-10中任一項的方法，其中所述光源是選自包括發(fā) 光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光器二極管的組的直接調(diào)制的光源。
12. 權(quán)利要求8-10中任一項的方法，其中所述光源包括結(jié)合單獨 或集成的外部調(diào)制器的連續(xù)波光源。
13. —種方法，用于接收通過色散的光通道傳輸?shù)臄?shù)字信息，其中 所述數(shù)字信息被編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多信息位，且其中與的傳輸信號的光信號，所述接收方法包括檢測所述光信號，以產(chǎn)生與不對稱限幅的傳輸信號相對應(yīng)的電信號；進行所述電信號的頻域均衡，以減輕所述光通道的所述色散對所傳輸 的光信號的影響；以及解碼均衡的信號，以恢復(fù)被編碼的數(shù)據(jù)塊和相對應(yīng)的所傳輸?shù)臄?shù)字信
14. 權(quán)利要求13的方法，其中進行頻域均衡的步驟包括應(yīng)用從時域 到頻域的變換以生成與所述電信號相對應(yīng)的多個所接收的符號值。
15. 權(quán)利要求14的方法，其中進行頻域均衡的步驟還包括對每個接 收的符號值進行幅度和/或相位調(diào)節(jié)，以基本上均衡所述光通道的所述色 散對所傳輸?shù)墓庑盘柕挠绊懀沟镁獾姆栔蹈咏鶄鬏數(shù)姆栔怠?br> 16. 權(quán)利要求15的方法，其中解碼均衡的信號的步驟包括從均衡的 符號值恢復(fù)所述原始信息位。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中恢復(fù)所述原始信息位包括根據(jù)預(yù)定的 調(diào)制格式對均衡的符號值應(yīng)用解映射方法。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中預(yù)定的調(diào)制格式選自包括OOK、ASK、 QAM、 PSK和FSK的組。
19. 一種方法，用于通過色散的光通道傳送數(shù)字信息，該方法包括 如下步驟將所述數(shù)字信息編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多信息位；產(chǎn)生與所述數(shù)據(jù)塊的每個相對應(yīng)的時變電信號；將所述時變電信號應(yīng)用到M送機，以生成包^L調(diào)制到光載波上的 不對稱限幅的傳輸信號的光信號；通過所述色散的光通道傳輸所述光信號；檢測所述光信號，以產(chǎn)生與不對稱限幅的傳輸信號相對應(yīng)的電信號；進行所述電信號的頻域均衡，以減輕所述光通道的色散對所傳輸?shù)墓?信號的影響；以及解碼均衡的信號，以恢復(fù)被編碼的數(shù)據(jù)塊和相對應(yīng)的所傳輸?shù)臄?shù)字信息。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中傳輸所述光信號的步驟包括通過自由 空間、多模光纖和單模光纖中的一個或多個傳輸所述光信號。
21. —種設(shè)備，用于通過色散的光通道傳輸數(shù)字信息的裝置，所述 設(shè)備包括編碼器，用于將所述數(shù)字信息編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多 信息位；信號發(fā)生器，用于生成與所述數(shù)據(jù)塊的每個相對應(yīng)的時變電信號；以及光發(fā)送機，包括用于以所述時變電信號調(diào)制光載波，以生成包M調(diào) 制到所述光載波上的不對稱限幅的傳輸信號的光信號的裝置，由此所傳輸?shù)男畔⒖稍谕ㄟ^色散的光通道傳輸之后通it^目對應(yīng)的接 收機故恢復(fù)，所W目對應(yīng)的接收機包括用于進行接收信號的頻域均衡的裝 置。
22. 權(quán)利要求21的設(shè)備，其中所述編碼器包括具有用于接收信息位 并生成相對應(yīng)的多個符號值的多個映射單元的映射器。
23. 權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述映射單元被配置成根據(jù)預(yù)定的調(diào) 制格式進行映射。
24. 權(quán)利要求22或權(quán)利要求23的設(shè)備，其中所述信號發(fā)生器包括 被配置成接收所述符號值作為輸入以及輸出相對應(yīng)的數(shù)字時域信號的頻 率/時間變換器。
25. 權(quán)利要求24的設(shè)備，其中所述信號發(fā)生器還包括被配置成根據(jù) 頻率/時間變換器的輸出生成數(shù)字樣本的時間序列的并-串轉(zhuǎn)換器，以及用 于生成連續(xù)時變的電信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
26. 權(quán)利要求25的裝置，其中所述信號發(fā)生器還被配置成在所述數(shù)字樣本的時間序列內(nèi)插入防護時間和/或循環(huán)前綴。
27. 權(quán)利要求21 - 26中任一項的設(shè)備，其中所述M送機包括被配 置成接收所述時變信號作為輸入的光源，所述時變信號使用所選的偏置水 平^L調(diào)制，以導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘栐诹愎廨敵龉β仕降南鞑ā?br> 28. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述光源是選自包括發(fā)光二極管 (LED)和半導(dǎo)體激光器二極管的組的直接調(diào)制的光源。
29. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述光源包括結(jié)合單獨的或集成的外 部調(diào)制器的連續(xù)波光源。
30. —種設(shè)備，用于接收通過色散的光通道傳輸?shù)臄?shù)字信息，其中 所述數(shù)字信息被編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括許多信息位，且其中與的傳輸信號的光信號，所述接收設(shè)備包括光檢測器，用于檢測所述信號以生成與不對稱限幅的傳輸信號相對應(yīng) 的電信號；用于進行電信號的頻域均衡以減輕所述光通道的色散對所傳輸?shù)墓?信號的影響的裝置；以及解碼器，用于解碼均衡的信號，恢復(fù)被編碼的數(shù)據(jù)塊和相對應(yīng)的所傳 輸?shù)臄?shù)字信息。
31. 權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所述頻域均衡裝置包括 轉(zhuǎn)換器，被配置成采樣從所述光檢測器輸出的所述電信號并生成 表示所述信號的數(shù)字化時間序列；串 - 并轉(zhuǎn)換器，被布置成將所述數(shù)字化時間序列從串行格式轉(zhuǎn)換成并 行格式；以及時間/頻率變換器，被配置成將并行格式的數(shù)字化時間序列變換成所 接收的符號值在頻域中的相對應(yīng)的序列。
32. 權(quán)利要求31的設(shè)備，其中所述頻域均衡裝置還包括均衡器庫， 該均衡器庫具有用于調(diào)節(jié)每個接收的符號值的幅度和/或相位以基本上均 衡所述色散的光通道對所傳輸?shù)男盘柕挠绊懙亩鄠€濾波器。
全文摘要
一種通過色散的光通道傳送數(shù)字信息的方法，該方法包括將數(shù)字信息編碼成多個數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)塊包括多個信息位。生成與所述數(shù)據(jù)塊的每個相對應(yīng)的時變電信號。時變電信號被應(yīng)用于光發(fā)送機(122)，以生成包括被調(diào)制到光載波上的不對稱限幅的傳輸信號的光信號。然后通過色散的光通道(106)傳輸光信號。在接收設(shè)備(104)處，檢測光信號以產(chǎn)生與不對稱限幅的傳輸信號相對應(yīng)的電信號。電信號的頻域均衡減輕了光通道(106)的色散對所傳輸?shù)墓庑盘柕挠绊?，且均衡的信號被解碼以恢復(fù)編碼的數(shù)據(jù)塊和相對應(yīng)的所傳輸?shù)臄?shù)字信息。該方法使得雙極信號能夠通過色散的單極光通道傳輸，并減少或消除了在發(fā)送機處應(yīng)用高光偏置水平的需要，從而提高了光功率效率并使得輸出功率水平能夠被保持在可應(yīng)用的安全水平之下，同時使得能夠基本上減輕通道色散的影響。
文檔編號H04B10/06GK101300758SQ200680036640
公開日2008年11月5日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者吉恩·阿姆斯特朗, 阿瑟·洛厄里 申請人:莫納什大學(xué)