[发明专利]光学数据传输系统及方法

说明书

光学数据传输系统和方法采用仅正数据调制，在针对发光组件生成调制驱动电流信号之前，将偏移应用于正调制值。该偏移使得最小驱动电流落入其中发光组件的电子至光子效率基本恒定的范围内。因此，驱动电流落入其电流与强度特性曲线的更线性部分中。这样可以减少失真，并因此可以提高数据速率。

技术领域

本发明涉及光学数据传输系统和方法。

背景技术

非相干无线通信方法被用于光学无线通信。发射机使用诸如频率、幅度或强度之类的属性来发送信息。

无线通信系统中对更高数据速率的需求以及可用免许可带宽的匮乏，推动了对使用RF频段之外的频谱进行无线通信的研究。诸如UV、可见光和红外线之类的光学无线通信可以提供非常大的免许可带宽的潜力，这将满足当前和未来无线通信应用的带宽需求。

通常，第一代光学无线通信系统可能需要是非相干的。这是由于能够修改光学辐射相位的相干光学调制器的复杂性和成本，以及由于存在空气分子和气溶胶时光学辐射表现出的大量散射和反射，导致难以在接收机处恢复相位信息。

在光学通信中，光输出是非负变量。然而，通常使用的通信系统依赖于正值和负值两者的传输，原因在于在任何无线电系统中，正电流和负电流以及经由切换矢量方向的电场都可以发射正值和负值。

正交频分复用OFDM是一种被广泛使用的、非常流行的调制方法，并且正在光通信中被采用。OFDM是一种在多个载波频率上对数字数据进行编码的方法。具有重叠频谱的许多紧密间隔的正交子载波信号被发出以携带数据。解调基于快速傅立叶变换算法。每个子载波通过常规调制方案（诸如正交幅度调制或相移键控）以低符号率进行调制。这在相同的带宽内保持类似于传统单载波调制方案的总数据速率。

OFDM相对于单载波方案的主要优势在于其无需复杂的均衡滤波器即可应对恶劣信道条件的能力。低符号率使得使用符号之间的保护间隔是负担得起的，从而可以消除符号间干扰（ISI）。

当发射信号的强度被用于传送调制数据时，该系统可以被称为强度调制直接检测系统（IM/DD）。当在IM/DD光学系统中使用OFDM时，发送的OFDM波形通常是实数和正数，使得它可以被用来调制波形的强度。

这已经导致了至少两种非相干无线OFDM的实现：不对称削峰的光学OFDM（ACO-OFDM）和DC偏置的光学OFDM（DCO-OFDM）。两种方法都使用频域数据的埃尔米特对称性来确保实值时域信号，但它们在如何保持波形为正的方面可以有所不同。在DCO-OFDM中，添加了强DC偏置，足够强使得在添加AC调制之后，极不可能出现负值。在ACO-OFDM中，进行了一种修改，使得仅正采样从OFDM调制器中出来，同时它通过避免大的偏置来保持信号功率特性的诱人属性。

在ACO-OFDM中，波形可以被在零处削峰，而在DCO-OFDM中，可以添加DC偏移以确保波形的大多数具有正值。使用快速傅立叶变换（FFT）的属性，ACO-OFDM发射机可以调整分配给每个子载波的数据，从而在零处将信号削峰不会引入任何失真。该特征可以以将能够承载信息的子载波的有效数量减半作为代价。尽管与DCO-OFDM相比使用了一半的子载波，但已证明ACO-OFDM在降低峰均功率比（PAR）方面是最节能的，也是最好的。

ACO-OFDM可以是使用IM/DD的无线光学通信系统选择的传输技术，原因在于在信道容量方面它可以比开关键控（OOK）和脉冲位置调制（PPM）更有效。

另一个示例是如由N.Fernando等人在信息理论研讨会（ITW），IEEE，帕拉蒂，巴西：IEEE，2011年10月16日至20日，第5-9页的“Flip-OFDM for Optical WirelessCommunications”和在WO 2007/064165（及其等价的US 2009/0175365）中所描述的所谓Flip-OFDM。其利用翻转操作来使信号的负部分呈现为正。US 2016/0099823公开了使用削峰过程的另一示例。