[发明专利]基于雪崩二极管的高灵敏度光正交频分复用系统接收机

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于雪崩二极管的高灵敏度光正交频分复用系统接收机，尤其是针对长距离高速光传输。

背景技术

正交频分复用(OFDM)技术近年来被广泛的应用于光通信系统中。相比较传统的单载波通信，如DPSK、DQPSK调制格式，OFDM将高速的数据流通过串并变换，分配到传输速度相对较低的若干个子信道中进行传输，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而极大的提高了信号对光纤中的色散以及偏振模色散的容忍度；同时各个子载波之间相互正交，允许子信道的频谱相互重叠，加上灵活的星座映射，可以最大限度地利用频谱资源。正是由于光OFDM的这些优点，所以它被广泛的应用与长距离通信中。但因其子载波之间的高相关度，当入纤功率较大时，子载波间的四波混频效应引起系统性能的显著恶化。若入纤功率过小，对接收端系统的灵敏度有极高要求，采用常规的光电探测管(PIN)是不能满足这种灵敏度要求的。虽然澳大利亚William Shieh提出采用相干探测加后置补偿算法的方法，但这种方法无论是器件成本，还是算法复杂度，都要付出较大的代价。

发明内容

对于传统的光电探测接收，光纤的色散引起传输信号的畸变，而损耗则引起光能的衰减，因此色散和损耗在很大程度上影响了光传输系统的通信容量和中继距离。为了克服色散以及偏振膜色散带来的干扰，用于普通光电二极管探测接收效果并不理想的问题，本发明提供了一种基于雪崩二极管的高灵敏度光正交频分复用系统接收机，该接收机利用雪崩二极管进行直接探测，极大的提高了灵敏度，同时采用交织，循环前缀，信道估计技术，很好的克服了色散以及偏振膜色散带来的干扰。

本发明解决其技术问题所应用的技术方案是：将高速串行数据经过串并变换，形成多路并行信号。通过DSP编码，实现4QAM星座映射。而后，采用逆傅里叶变换(IFFT)实现多路载波之间的正交。为防止光纤色散引起的码间干扰，各个子载波之间要加入保护间隔。这里有两种方式，第一为添零保护，第二为循环前缀保护。为最大限度的抑制子载波间互扰，此处采用循环前缀保护。同时采用交织技术，把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。在输入数据中时域插入导频信息，在接收端做信道估计，消除干扰。最后，通过高速数模变换，实现高速OFDM信号。为保证在接收端正确解调出OFDM符号，这里的数模转换器的分辨率通常在6-8比特。

本发明的有益效果是，极大的提高了接收灵敏度，提高了对于抗色散以及偏振膜色散干扰的能力，能够实现长距离高速光传输。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明系统框图以及实验原理图。

图2是本发明的采用传统光电二极管接收解调之后的星座图。

图3是本发明的采用雪崩二极管接收解调之后的星座图。。

图4是本发明的长距离高速光传输的误码曲线图

具体实施方式

如图1所示，由绕码周期为2⁷-1的伪随机序列经过4QAM星座映射后，经过IFFT实现了射频OFDM信号。其中循环前缀为有用信息的1/8，OFDM的子载波数为64个，64个中有48个传递有用信息，16个作信道估计。共发送500个OFDM符号。之后OFDM信息载入到任意波形发生器中，AWG的抽样速率为10Gs/s。系统的光源为JDSU生产的窄线宽激光器(200kHz)，采用直接强度调制的方法，将电OFDM信号加载到光上。在没有光色散补偿的情况下，在标准单模光纤中以10Gb/s的速度无色散传输光OFDM 50公里。在接收端，通过一个APD实现光OFDM信号的直接探测，而后通过20Gs/s的TDS采样，进而实现下线处理。探测得到的OFDM信号的性能优于PIN探测得到的OFDM符号。

如图1所示，数据是绕码周期为27-1的伪随机序列。星座映射是调制方法，此方案中采用的是4QAM调制。IFFT是傅里叶反变换。加循环前缀是将每个周期数据的后1/8复制到该数据前端。数模变换是将数字信号转变为模拟信号。MZM干涉仪将电信号调制到光上，从而进行光纤传输。模数变换是将模拟信号转变为数字信号。去循环前缀是消除在加循环前缀中复制到前端的信号。FFT是傅里叶变换。星座解调与星座映射相对应，将4QAM信号解调。

如图2所示，采用传统光电二极管进行直接探测的接收机，星座图离散度较大。

如图3所示，采用雪崩二极管进行光电探测的接收机，星座图离散度较小。

如图4所示，采用我们改进后的基于雪崩二极管的高灵敏度光正交频分复用系统接收机，接收灵敏度更高，误码率更低，可以应用于长距离高速光传输。