[发明专利]具有提高的效率的光正交频分复用传输

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光通信，并且更特别地，涉及对利用正交频分复用(OFDM)的光传输系统的效率的提高以及相关技术，以减轻在光信道内发生的诸如色度色散(chromatic dispersion)的传输损伤。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是用于利用大量间距小的正交副载波传输数字数据的方案。特别地，将数字信息有效地编码成若干个并行的数据流或信道，每一个均被分配给一个副载波。以相对于总数据传输率低的符号率、使用传统调制方案(诸如正交幅度调制(QAM)或相移键控(PSK))来将信息调制到副载波上。OFDM系统的总传输容量通常与利用相同带宽的传统单载波或基带调制方案相当。优先于单载波或基带传输而使用OFDM的主要动机是可容易地执行信道均衡。由于OFDM高效地采用许多相对缓慢调制的窄带信号而不是一个快速变化的宽带信号，因此简化了均衡。此外，通过在发送端利用反向快速傅立叶变换(FFT)以生成OFDM信号、并且在接收端利用正向FFT以恢复窄带副载波信道，可非常高效地实现OFDM系统。

OFDM已在无线通信系统中变得特别普遍，这是因为与无线电信道的相关时间特性(诸如，由多径传播引起的差分延迟)相比，每个符号的持续时间较长。结果，与等效的单载波信号相比，OFDM信号较少受到多径传播所引起的符号间干扰的影响。实际上，通过在连续的OFDM符号之间引入保护间隔，可完全消除符号间干扰。只要每个符号的持续时间与保护间隔相比较长，如在典型的无线传输系统的情况下一样，所导致的传输效率的降低就是可忽略的。

在采用FFT算法进行调制和解调的OFDM系统中，在保护间隔期间发送所谓的“循环前缀”是有利的。具体地，保护间隔在相应的OFDM符号之前，并且循环前缀包括OFDM符号的结束部分的副本。该方法确保在存在总时间扩展(time spread)小于保护间隔和循环前缀的持续时间的符号间干扰的情况下，维持输入到接收器中的FFT的信号的周期性。

近来，在光通信系统内利用OFDM和相关技术越来越受到关注。在国际公布第WO 2007/041799号中公开了一种还采用经由光纤的光单边带(OSSB)传输的这样的方法，该公布的全部内容通过引用而被合并于此。特别地，已认识到可采用OFDM均衡技术来在电领域内为在经由单模光纤的传输期间发生的色度色散的效果提供补偿。有利的是，电子色散补偿方法使得能够对光链路进行修改、重配置和/或升级，而无需替换或重新配置外线设备，诸如传统的光色散补偿器(例如，色散补偿光纤)。为了补偿改变的色散特性所需的修改仅发生在发送器和/或接收器电子装置内，并且在许多情况下，可在不需要替换硬件的情况下来进行该修改，并且可能甚至以完全自动化且自适应的方式来进行该修改而无需人为干预。后一特征在可动态重新配置的光网络中尤其有用。

然而，在光学系统内配置OFDM提出了新的挑战，这是因为典型的发送光信号的相关特性与无线电信号的特性大大不同，到目前为止，对于无线电信号最普遍地采用OFDM。在典型的无线系统中，OFDM信号可包括占大约几百兆赫兹带宽的大约几百到几千个副载波，其中，副载波间距为几千赫兹，以便实现大约每秒一兆比特到10兆比特的净比特率。在这样的系统中，符号长度为大约几十微秒到几百微秒。在大部分应用中，可使用持续时间小于符号长度的25％的保护间隔。另一方面，通常需要光传输系统以高达10Gbps或者更高的比特率工作。采用在大约10千兆兹带宽内的几百个副载波的光OFDM系统具有在几十兆赫兹到几百兆赫兹范围内的副载波间距。因而，典型的符号长度为大约几十纳秒到几百纳秒。因此，如果包括保护间隔不会过度影响传输效率，则必须将这种间隔的持续时间保持为大约几纳秒或者更少。然而，由于可能的符号间干扰的程度以及由此所需的保护间隔持续时间取决于光信道的特性，因此，保护间隔的所需长度可能不在系统设计者的控制之内。此外，单模光纤传输系统中的符号间干扰的主要来源是色度色散，发送信号谱上所经历的差分延迟通常根据色度色散而随着信号带宽增加而增加。同时，如果副载波的数量保持恒定，则每个副载波的带宽将成比例增加，并且符号长度将相应地减小。因此，所需的保护间隔将迅速变得与符号长度相当。