[发明专利]抑制O-OFDM系统中四波混频效应的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及属于光通信领域，特别涉及一种抑制光正交频分复用(O-OFDM)系统中四波混频效应的方法及系统。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种特殊的多载波调制格式，它的工作原理是将高速的数据流分割并加载在若干个子载波上，各个子载波的频谱相互交叠并正交，这样就获得非常高的频谱效率，在接收端利用频谱正交特点凭借复利叶变换将各个子载波解调出来。OFDM可以对抗移动通信环境中的频率选择性衰落，这个特点已经被移动通信领域的学者进行了广泛的研究并进行了充分的应用。目前，OFDM已经被应用到了局域网协议，视频和音频广播标准中。光正交频分复用(O-OFDM)是OFDM调制格式在光通信系统中的最新应用，图1是O-OFDM的频谱示意图。

由于频谱效率很高，O-OFDM系统中各个子载波之间频率相差很小，这使得子载波之间的走离效应很弱，很容易满足四波混频效应产生的条件，由此而诱发的相位噪声叠加在各个子载波上对系统性能产生严重影响，而且数量众多的子载波往往使得合成后的信号产生很大的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)，从而加剧O-OFDM(Optical-OFDM)信道非线性效应对系统性能的影响。在一般的O-OFDM传输系统中，每个光放大器的位置及每跨段的功率增益/衰减等光纤链路配置参数均固定不变，在这样的系统中四波混频效应发生的几率也是固定不变的。

目前关于O-OFDM系统中四波混频效应的抑制方法主要包括如下几类：

(1)数据预处理方法

通过采用部分载波填充、选择性映射方法来降低四波混频效应发生的几率。部分载波填充是指O-OFDM系统中只有部分子载波承载有效数据，其它子载波不填充数据，发生四波混频效应时产生的干扰频率分量与未填充数据的子载波频谱相重叠，这样就会抑制四波混频效应对系统性能的影响，从而提升系统的非线性容限。选择性映射方法采用PAPR作为标准，在发射端选择一组相位序列矢量加载到每个子载波上，通过不断地变换旋转相位，最终选择PAPR最小的一组样本进行传输，从而抑制非线性效应的影响。

这种方法尽管能够有效地降低系统的非线性效应，但是会降低频谱利用率。部分载波填充使得数据只能加载于部分子载波上，未填充数据的子载波对应的频谱资源被牺牲；如果采用选择性映射方法，接收端必须要知道发送端是选择哪一路信号进行传输的，才能正确地进行信息恢复，所以要传送表示支路信息序号的附加信息。这样也会牺牲掉系统的部分带宽。

(2)相位补偿方法

澳大利亚学者A.J.Lowery提出可采用相位补偿法来抑制非线性噪声。非线性相位预补偿的出发点是简化的非线性薛定谔方程。通过在非线性薛定谔方程中忽略色散的影响，可以看到光纤对信号的影响是在时域信号上叠加了非线性相位调制，而这个相位叠加值可以被解析地求得。根据这个基本原理，可以考虑在O-OFDM系统的发射端加入信号预处理，在这个预处理中，信号被模拟通过一个负非线性系数光纤，让光信号预先拥有一个逆向的附加相位。当信号被送入光纤中进行实际传输时，真正的非线性相位就会被附加相位所抵消，进而实现了非线性损伤的抑制。

相位补偿的办法基本原理是假设系统中只存在非线性效应，计算出O-OFDM系统中时域的非线性相位，然后进行前补偿或后补偿。这种方法严格依赖光纤链路的具体长度和功率配置等具体信息，灵活度不够，在工程设计中需要付出额外的测量劳动，同时对光网络中的功率抖动也比较敏感。而目前光网络发展趋势来看，动态可重构性网络的出现，灵活的传输距离，将导致该算法在实际运用中大为受限。

(3)基于电域数字信号处理的方法

该方法在发送端对数据不做任何处理，光纤链路中也不做任何补偿，依据光信道的特点，在接收端与相干检测技术相结合，设计非线性处理算法，将其嵌入电域后处理模块中，从而达到消除非线性效应的目的。

这种方法利用数字信号处理算法在电域对非线性损伤进行补偿，为了达到理想的补偿效果算法复杂度通常较高，要求硬件具有很高的处理速度，因此在实际系统中使用起来较困难。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种能够改善光纤通信系统的传输质量、最大程度地利用O-OFDM系统的带宽资源，且在硬件上易实现的抑制O-OFDM系统中四波混频效应的方案。

(二)技术方案