半周期正交頻分復(fù)用發(fā)射和接收的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】半周期正交頻分復(fù)用發(fā)射和接收
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 該專(zhuān)利文獻(xiàn)要求于2013年5月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/824, 324的 優(yōu)先權(quán)的利益。將上述專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。
[0003] 背景
[0004] 本專(zhuān)利文獻(xiàn)涉及數(shù)字通信，并且在一方面，涉及在光通信中的正交頻分復(fù)用。
[0005] 在諸如無(wú)線(xiàn)通信、光纖通信等的應(yīng)用領(lǐng)域中具有對(duì)數(shù)據(jù)通信的日益增長(zhǎng)的需求。 對(duì)于核心網(wǎng)絡(luò)的需求尤其更高，不僅是因?yàn)橛捎诙嗝襟w應(yīng)用而使用越來(lái)越多的帶寬的諸如 智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)的用戶(hù)設(shè)備，還因?yàn)橥ㄟ^(guò)核心網(wǎng)絡(luò)為其傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備總數(shù)正在增加。
[0006] 概述
[0007] 在一些公開(kāi)的實(shí)施例中，首次成功展示了半周期的DDO-OFDM發(fā)射和接收以抵抗 SSMI而不降低頻譜效率。接收機(jī)靈敏度在使用40-km SSMF-28傳輸?shù)腛PSK和16QAM OFDM 中分別提高2dB和1.5dB。
[0008] 在一個(gè)公開(kāi)的方面，用于光傳輸?shù)姆椒ā⒀b置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括在持續(xù)時(shí)間 T/2的時(shí)間周期期間傳輸OFDM符號(hào)的半周期，其中，T表示OFDM符號(hào)的符號(hào)周期，并且其 中，OFDM符號(hào)包括多個(gè)子載波，通過(guò)禁止使用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制來(lái)抑制多個(gè)子載波的交替子載 波。
[0009] 在另一方面，公開(kāi)了方法、裝置和用于儲(chǔ)存代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其用于在持續(xù) 時(shí)間T/2的時(shí)間周期期間接收OFDM符號(hào)的半周期，并且從接收的半周期OFDM符號(hào)中恢復(fù) 數(shù)據(jù)，其中，T表示OFDM符號(hào)的符號(hào)周期，并且其中，OFDM符號(hào)包括多個(gè)子載波，通過(guò)禁止使 用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制來(lái)抑制多個(gè)子載波的交替子載波。
[0010] 在另一方面，公開(kāi)了光通信系統(tǒng)，其包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，發(fā)射機(jī)被配置成發(fā)射調(diào) 制的OFDM符號(hào)的半切型式，接收機(jī)被配置成接收該半切型式，再生OFDM符號(hào)的完整型式， 并且恢復(fù)在OFDM符號(hào)中調(diào)制的數(shù)據(jù)。
[0011] 附圖簡(jiǎn)述
[0012] 圖IA描繪直接檢測(cè)的光正交頻分復(fù)用（DDO-OFDM)信號(hào)的三種不同變體。
[0013] 圖IB描繪半周期DDO-OFDM的實(shí)施的方框圖。
[0014] 圖IC表示在其中使用數(shù)據(jù)調(diào)制OFDM符號(hào)的奇數(shù)子載波的實(shí)施例。
[0015] 圖ID表示在其中使用數(shù)據(jù)調(diào)制OFDM符號(hào)的偶數(shù)子載波的實(shí)施例。
[0016] 圖IE表示奇數(shù)子載波調(diào)制的OFDM信號(hào)的頻譜。
[0017] 圖IF描繪在IFFT之后的奇數(shù)子載波調(diào)制的OFDM信號(hào)的實(shí)數(shù)部分。
[0018] 圖IG描繪在IFFT之后的奇數(shù)子載波調(diào)制的OFDM信號(hào)的虛數(shù)部分。
[0019] 圖IH表示偶數(shù)子載波調(diào)制的OFDM信號(hào)的頻譜。
[0020] 圖II描繪在IFFT之后的偶數(shù)子載波調(diào)制的OFDM信號(hào)的實(shí)數(shù)部分。
[0021] 圖IJ描繪在IFFT之后的偶數(shù)子載波調(diào)制的OFDM信號(hào)的虛數(shù)部分。
[0022] 圖2描繪半周期DDO-OFDM的實(shí)驗(yàn)布置。
[0023] 圖3A-3B描繪接收到的OFDM信號(hào)的電子頻譜，其中（A)在半周期傳輸 (half-cycled)之前，（B)在半周期傳輸之后。
[0024] 圖4A-4B描繪4-QAM OFDM的比特誤碼率（BER)相對(duì)于用于⑷OBTB，（B)在40-km SSMF-28之后的接收到的光功率。
[0025] 圖 5A-5B 描繪 16-QAM OFDM 的 BER 相對(duì)于⑷ OBTB，（B)在 40-km SSMF-28 之后接 收到的光功率。
[0026] 圖6A-6B描繪在16QAM-0FDM傳輸中相對(duì)于負(fù)荷索引的誤碼率，其中（A)為傳統(tǒng)傳 輸，（B)為半周期傳輸。
[0027] 圖7描繪光通信系統(tǒng)。
[0028] 圖8描繪數(shù)字通信處理的實(shí)例。
[0029] 圖9為用于數(shù)字通信的傳輸裝置實(shí)例的方框圖表示。
[0030] 圖10描繪數(shù)字通信處理的實(shí)例。
[0031] 圖11為用于數(shù)字通信的傳輸裝置的實(shí)例的方框圖表示。
[0032] 詳細(xì)說(shuō)明
[0033] 圖7描繪光通信系統(tǒng)100,在其中可實(shí)踐目前公開(kāi)的技術(shù)?？蓪⒁粋€(gè)或多個(gè)光發(fā)射 機(jī)102與一個(gè)或多個(gè)光接收機(jī)106經(jīng)由光網(wǎng)絡(luò)104通信地耦合。光發(fā)射機(jī)102和光接收機(jī) 106可以例如是光網(wǎng)絡(luò)的光鏈路終端（OLT)和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU)或無(wú)源光轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)備等。 光網(wǎng)絡(luò)104可包括光纖，光纖在長(zhǎng)度上從幾百英尺（例如，最后一公里傳輸線(xiàn)）延伸到幾千 米（遠(yuǎn)程輸送網(wǎng)絡(luò)）。傳輸?shù)墓庑盘?hào)可通過(guò)諸如放大器、轉(zhuǎn)發(fā)器、交換機(jī)等的中間的光設(shè)備， 為清楚起見(jiàn)，未將其在圖7中示出。
[0034] 增加容量以增大通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)104傳送的數(shù)據(jù)量通常需要鋪設(shè)新的光纖。但由于鋪 設(shè)光纖和在光纖的發(fā)射端與接收端增加新設(shè)備兩者所需的資本支出，該選項(xiàng)是昂貴的?？?選地，光網(wǎng)絡(luò)操作者和供應(yīng)商正在不斷地尋求新的技術(shù)，以能夠更密集地（例如，每個(gè)波長(zhǎng) 效率或頻譜效率更大的比特）傳送數(shù)據(jù)。
[0035] 為此，由于其通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理（DSP)實(shí)現(xiàn)的高頻譜效率（SE)和對(duì)于傳輸損傷的 穩(wěn)健性，光正交頻分復(fù)用（OFDM)已經(jīng)引起關(guān)注?；诠饨邮諜C(jī)的配置，光OFDM系統(tǒng)的實(shí)施 具有兩類(lèi)：直接檢測(cè)的光OFDM(DDO-OFDM)和相干光OFDM(CO-OFDM)。在CO-OFDM系統(tǒng)中， 由于復(fù)雜的接收機(jī)結(jié)構(gòu)和在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)中的復(fù)雜的信號(hào)處理，實(shí)施的成本通常高。這 大大限制了其在低成本接入網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。利用簡(jiǎn)單并且有成本效益的配置，DD0-0FDM系 統(tǒng)適合用于短距離接入網(wǎng)絡(luò)。
[0036] 在典型的DD0-0FDM系統(tǒng)中，在經(jīng)由接收機(jī)中的光電二極管（PD)的平方律檢測(cè)之 后，由子載波-子載波混合干涉（SSMI)將OFDM信號(hào)劣化。在一些實(shí)施例中，提出了頻率保 護(hù)帶以避免來(lái)自O(shè)FDM信號(hào)的SSMI。在DD0-0FDM中應(yīng)用被稱(chēng)為交織OFDM的另一種方案，從 而通過(guò)僅在偶數(shù)子載波中插入數(shù)據(jù)來(lái)消除SSMI的影響。這兩種方案均可有效緩解由SSMI 引起的失真，但系統(tǒng)SE將降低2倍。為保持高SE，可使用比特交織器和渦輪碼技術(shù)來(lái)遏制 在使用l〇〇-km傳輸?shù)?4元正交調(diào)幅（64QAM)DD-OFDM系統(tǒng)中的SSMI。這些技術(shù)可有效地 緩解SSMI，但由于利用渦輪碼，SE仍被劣化。此外，由于前向糾錯(cuò)（FEC)解碼造成的復(fù)雜性 可限制其應(yīng)用。本文公開(kāi)了半周期DD0-0FDM發(fā)射和接收技術(shù)，在一方面，該技術(shù)可用于抵 抗SSMI而無(wú) SE降低。在一些實(shí)施例中，接收機(jī)靈敏度在使用40-km SSMF-28傳輸?shù)腝PSK 和16QAM OFDM中分別提高了 2dB和I. 5dB。
[0037] 圖IA示出可在DDO-OFDM中使用的三種不同類(lèi)型的OFDM信號(hào)。第一種（110)為 傳統(tǒng)的OFDM信號(hào)，在之后，SSMI將在整個(gè)OFDM信號(hào)帶擴(kuò)散（112)，并且信號(hào)的比特誤碼 率（BER)性能將嚴(yán)重惡化。第二種（114)為保護(hù)帶使能OFDM信號(hào)，其中SSMI僅位于保護(hù) 帶中，并且BER性能可使用劣化的SE得到改善（116)。第三種（118)為交織的OFDM信號(hào)， 其中數(shù)據(jù)僅被調(diào)制到偶數(shù)子載波上。在這種情況下，無(wú)數(shù)據(jù)被調(diào)制在交替的（奇數(shù)）子載 波（即，當(dāng)在符號(hào)內(nèi)列舉時(shí)具有奇數(shù)索引的子載波）上。在之后，SSMI將僅分布在奇數(shù) 子載波中（120)，并且僅在偶數(shù)子載波上調(diào)制的數(shù)據(jù)不受SSMI的影響。在使用交織OFDM信 號(hào)的SSMI消除方案中，當(dāng)數(shù)據(jù)僅調(diào)制到偶數(shù)/奇數(shù)子載波上時(shí)，OFDM符號(hào)將展示時(shí)域?qū)ΨQ(chēng) 性。
[0038] 基于這些發(fā)現(xiàn)，在本文中公開(kāi)了半周期DDO-OFDM技術(shù)。由N(整數(shù)）表示在OFDM 調(diào)制期間的IFFT大小，而由時(shí)間T表示一個(gè)OFDM符號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度，在IFFT之后，OFDM信 號(hào)可表不成：
[0040] 其中，k表示子載波索引，fk表示第k個(gè)子載波的頻率且可由下式給出：
[0041] fk= kAf = k/T (2)
[0042] 在時(shí)域中，一個(gè)OFDM符號(hào)的第一半和第二半可表示成：
[0047] 為進(jìn)一步簡(jiǎn)化該公式，子載波的索引為從0到N-1，偶數(shù)子載波和奇數(shù)子載波的索 引可分別表示成m和η。一個(gè)OFDM符號(hào)的第一半和第二半可表示成：
[0050] 在交織OFDM方案中，具有偶數(shù)索引的子載波以無(wú)數(shù)據(jù)映射應(yīng)地保存以抵抗SSMI， 這意為Cni被設(shè)定為"0"，一個(gè)OFDM符號(hào)的第一半和第二半可簡(jiǎn)化成：
[0053] 從方程式（8)和（9)可以看出，一個(gè)OFDM符號(hào)中的第一半和第二半在時(shí)域中展示 具有180°相移的相同幅度。為使用這個(gè)冗余，在一些實(shí)施例中，在傳輸期間簡(jiǎn)單消除傳輸 的第二半。通過(guò)這個(gè)方式，在該處理之后，用于傳達(dá)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間長(zhǎng)度可縮短到T/2,而 SE可保持與傳統(tǒng)OFDM信號(hào)相同。
[0054] 圖IB示出半周期DDO-OFDM實(shí)施例的端對(duì)端發(fā)射和接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。首先，與在 交織OFDM信號(hào)中相同，在頻域中僅將數(shù)據(jù)調(diào)制到偶數(shù)子載波上（曲線(xiàn)圖122)。接下來(lái)，應(yīng) 用快速傅立葉逆變換（IFFT)以實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制。在IFFT之后，一個(gè)OFDM符號(hào)的周期為T(mén)， 同時(shí)第一半（124)和第二半（126)在時(shí)域中展示具有180度相移的相同幅度（表示為"A" 和"-A"）。在傳輸期間，將第二半126(第二半周期）截除。換言之，僅傳輸被表示為信號(hào) 128的第一半124的型式。理想地，該型式與第一半1