專利名稱：功率可管理的光ofdm收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及用于以功率優(yōu)化方式調(diào)整光 OFDM傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在近期和中期的未來，預計40(ib/S、100(ib/S乃至高達lTb/s的收發(fā)器將基于相干檢測并且與數(shù)字信號處理(DSP)相結(jié)合。該技術(shù)就其觸及范圍來說展現(xiàn)了非常高的性能， 即高失真容忍度和高靈敏度，但是該優(yōu)點伴隨著高的功率消耗和功率耗散。通常，對于傳輸信道條件和比特率要求，針對最壞情況設(shè)計網(wǎng)絡(luò)資源，因此，使用 “高端”收發(fā)器。在用于相干傳輸系統(tǒng)的那些收發(fā)器的普通電子布局中，功率集中的系統(tǒng)元件例如DSP (數(shù)字信號處理器)、ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)和用于調(diào)制器的驅(qū)動放大器被設(shè)計為針對最大可達帶寬。然而，該最大帶寬確定傳輸系統(tǒng)的功耗水平。在典型的光OFDM收發(fā)器中，在使用需求較低(即，“低端”)的情況下，不可能改變到降低的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提出的光OFDM收發(fā)器和對應(yīng)的OFDM接收器使得能夠控制功耗和觸及范圍/比特率之間的折衷。因此，能夠基于可用的和需要的網(wǎng)絡(luò)資源，以能夠優(yōu)化功率的方式，調(diào)整并且自動重新配置網(wǎng)絡(luò)。通過減少OFDM收發(fā)器和接收器的功耗，減少了網(wǎng)絡(luò)的與能量相關(guān)的操作成本。此外，提高了網(wǎng)絡(luò)元件的可靠性，并且放松了對中央局中的機柜、支架和隔板的平均冷卻要求。根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供了以總比特率進行操作的光OFDM發(fā)射器或收發(fā)器。 該OFDM發(fā)射器包括與N個OFDM子載波中的一個OFDM子載波相關(guān)聯(lián)的映射單元，該映射單元用于將數(shù)字輸入信號的M比特映射到一個星座點，從而產(chǎn)生對應(yīng)的OFDM子載波的子載波信號。作為實例，OFDM發(fā)射器還可以包括用于將M個比特的塊從數(shù)字輸入信號中分離的串并單元。然后，該映射單元利用星座將該M個比特的塊映射到子載波信號的符號。星座是由調(diào)制方案，例如PSK(相移鍵控)或QAM(正交幅度調(diào)制)，來定義的。在典型的OFDM發(fā)射器中，數(shù)字輸入信號的連續(xù)塊被映射到符號。以順序并且循環(huán)的方式將這些符號分配給N 個OFDM子載波，S卩，將第一塊、第(N+1)塊、第QN+1)塊等等分配給第一 OFDM子載波。將第二塊、第(N+幻塊、第QN+幻塊等等分配給第二 OFDM子載波，依次類推。通過這種方式獲得了包括符號的子載波信號，其中每個符號表示數(shù)字輸入信號的M個比特。OFDM發(fā)射器還包括可調(diào)變換單元，用于變換N個OFDM子載波中的一個OFDM子載波的子載波信號以產(chǎn)生電輸出信號。該變換單元典型地執(zhí)行快速傅立葉逆變換，以將OFDM 子載波信號從頻域變換到時域。該變換單元是可調(diào)的，即，可以將變換的階數(shù)，即快速傅立葉逆變換的階數(shù)，調(diào)整為任意N值。該變換單元還可以包括并串單元，其將N個時域信號合并成電輸出信號。應(yīng)該注意到，典型地，該電輸出信號是復信號，其包括兩個信號分量，即實部信號分量和虛部信號分量。
此外，該OFDM發(fā)射器可以包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將該電輸出信號的數(shù)字版本轉(zhuǎn)換成該電輸出信號的模擬版本。通常對該電輸出信號的實部分量和虛部分量獨立地執(zhí)行該數(shù)模轉(zhuǎn)換。該電輸出信號的模擬版本然后可以通過功率放大器，該功率放大器用于放大該電輸出信號。光OFDM發(fā)射器還包括電光轉(zhuǎn)換器，其用于將該電輸出信號(例如該放大的電輸出信號的模擬版本)轉(zhuǎn)換成光輸出信號。典型地，通過在光調(diào)制器中用該電輸出信號調(diào)制光信號來執(zhí)行到光域的轉(zhuǎn)換。此外，該OFDM發(fā)射器包括控制單元，其用于設(shè)置OFDM子載波的數(shù)量N和比特數(shù)量 M，以使得相對于總比特率該OFDM發(fā)射器的電功耗最小化。該控制單元還用于根據(jù)所選擇的數(shù)量M和N來調(diào)整該可調(diào)映射單元和該可調(diào)變換單元。換句話說，該控制單元可以考慮 OFDM信號的總比特率并且可以選擇滿足該總比特率要求并且將OFDM發(fā)射器的功耗最小化的一對參數(shù)N和M。該控制單元然后使得該可調(diào)映射單元使用用于將M個比特映射到一個符號的星座，并且該控制單元使得該可調(diào)變換單元應(yīng)用N階變換，例如傅立葉逆變換。應(yīng)該注意到，該控制單元還可以從外部單元，例如從控制或管理平面或從對應(yīng)的 OFDM接收器，接收與最佳參數(shù)對N和M相關(guān)的信息。為了交換(即發(fā)送和接收)與參數(shù)N 和M相關(guān)的信息，OFDM發(fā)射器還可以包括參數(shù)傳輸單元或參數(shù)交換單元，參數(shù)傳輸單元或參數(shù)交換單元以類似于下文針對對應(yīng)的OFDM接收器所述的參數(shù)傳輸單元的方式工作。可以與對應(yīng)的OFDM接收器和/或控制或管理平面交換與參數(shù)N和M相關(guān)的信息。 當選擇參數(shù)N和M時，除了總比特率之外，還可以考慮其他約束條件特別是光傳輸信道的傳輸條件。這些傳輸條件影響發(fā)射的OFDM信號的誤比特率。傳輸條件典型地取決于該光傳輸信道的長度和由該光傳輸信道引起的失真(如色度色散、偏振模色散等等)。通常需要選擇參數(shù)N和M以使得發(fā)射的OFDM信號的誤比特率(BER)低于某個預定閾值(例如10_3)。該BER結(jié)合前向糾錯(FEC)解碼器然后可能產(chǎn)生可接受的低的FEC后BER，例如 10_15。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，光OFDM發(fā)射器包括可調(diào)功率放大器，其可被調(diào)整為適應(yīng)該電輸出信號的帶寬。選擇OFDM子載波的數(shù)量N和比特數(shù)量M以使得該可調(diào)功率放大器的電功耗最小化。該功率放大器通常是OFDM發(fā)射器中最突出的功耗源。其功耗極大地取決于要被放大的信號的帶寬。因此，選擇將該電輸出信號的帶寬最小化的參數(shù)對N和M 同時仍然滿足關(guān)于總比特率并且可能滿足目標誤比特率的要求可能是有益的。典型地，功率放大器的帶寬由其截止頻率或其轉(zhuǎn)換頻率來定義，其中截止頻率是放大器增益相對于工作增益下降_3dB的頻率，轉(zhuǎn)換頻率是放大器增益下降到Odb的頻率。 截止頻率和轉(zhuǎn)換頻率兩者都取決于功率放大器的偏置電流，并且可以通過增加該偏置電流來增加截止頻率和轉(zhuǎn)換頻率。然而，增加偏置電流導致功率放大器的功耗增加。作為實例， 在可調(diào)功率放大器中，偏置電流可以是可調(diào)整的，以便將該功率放大器的截止頻率調(diào)整為適應(yīng)該電輸出信號的帶寬。由于該可調(diào)功率放大器的功耗隨著該電輸出信號的帶寬而增加，所以還可以選擇 OFDM子載波的數(shù)量N和比特數(shù)量M以使得該電輸出信號的帶寬最小化。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，將電功耗最小化以使得對于N個OFDM子載波中的一個 OFDM子載波的確定的子載波傳輸條件并且對于目標誤比特率，選擇最大可能比特數(shù)量M。換句話說，當考慮到光傳輸信道的傳輸條件并且特別是給定OFDM子載波的傳輸條件時，則選擇能夠使得將最大可能比特數(shù)量M個比特映射到一個OFDM子載波符號同時仍然滿足目標誤比特率的星座或調(diào)制方案。作為實例，可以通過使用經(jīng)過該光傳輸信道發(fā)射的訓練序列和/或?qū)ьl子載波來確定OFDM子載波或完整的光傳輸信道的傳輸條件。在該OFDM接收器處，針對多個星座測量發(fā)射的訓練序列的誤比特率。然后選擇允許最大可能M值并且仍然滿足目標誤比特率的星座?？梢匀缦聦⒃撾姽淖钚』槍υ揙FDM發(fā)射器所操作的總比特率并且針對目標誤比特率，將OFDM子載波的數(shù)量N最小化。應(yīng)該注意到，通常OFDM子載波之間的子載波間隔是恒定的，即兩個相鄰的OFDM子載波之間的帶寬間隔是恒定的。如果OFDM子載波的數(shù)量N減少并且子載波間隔保持不變，那么N個OFDM子載波的總帶寬相應(yīng)地降低。換句話說，由于OFDM子載波的數(shù)量最小化，所以O(shè)FDM信號的帶寬可以降低。如上所述，該降低的帶寬可以減少OFDM發(fā)射器的組件(特別是功率放大器)的功耗。應(yīng)該注意到，典型地，OFDM 子載波的數(shù)量N的最小化伴隨著比特數(shù)量M的最大化。該OFDM發(fā)射器還可以包括可調(diào)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。對于該可調(diào)數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器，處理或轉(zhuǎn)換速率可被調(diào)整為適應(yīng)電輸出信號的帶寬。對于帶寬降低的信號，D/A轉(zhuǎn)換器的處理 (即采樣)速率可以降低，從而也降低了 D/A轉(zhuǎn)換器的功耗。OFDM發(fā)射器還可以包括循環(huán)擴展單元。該循環(huán)擴展單元典型地被放置在該變換單元的下游和該數(shù)模轉(zhuǎn)換器的上游。其可用于將循環(huán)前綴樣本插入到數(shù)字輸出信號，以避免符號間干擾。通常，使用數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)該循環(huán)擴展單元，對于該數(shù)字信號處理器而言功耗取決于處理速率。因此，處理速率降低可以使得該數(shù)字信號處理器中的功耗降低。如上所述，參數(shù)對M和N的選擇可以取決于光傳輸信道的傳輸條件。應(yīng)該注意到， 光傳輸信道可以對于不同的OFDM子載波具有不同的傳輸條件。在該情況中，選擇最適合每個OFDM子載波的傳輸條件的星座或調(diào)制方案是有益的。因此，取決于各個OFDM子載波的信道條件，將特定數(shù)量的比特M映射到每個OFDM子載波是有益的。換句話說，將M1個比特映射到第一 OFDM子載波，將M2個比特映射到第二 OFDM子載波，等等，將Mn個比特映射到第N OFDM子載波。因此，該OFDM發(fā)射器可以包括多個映射單元，其中每個映射單元與N個OFDM 子載波中的一個OFDM子載波相關(guān)聯(lián)。此外，對于每個映射單元而言，數(shù)字輸入信號的比特數(shù)量M(其被映射成星座點)是可選擇的。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供了光OFDM接收器。該OFDM接收器包括相干檢測單元，用于接收光輸入信號并且將該光輸入信號轉(zhuǎn)換成電輸入信號。該OFDM接收器還可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將該電輸入信號的模擬版本轉(zhuǎn)換成該電輸入信號的數(shù)字版本。該OFDM接收器還包括參數(shù)傳輸單元，用于交換(即發(fā)射和/或接收)與OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M相關(guān)的信息?？梢耘c對應(yīng)的OFDM發(fā)射器和/或控制或管理平面交換與參數(shù)N和M相關(guān)的信息。在經(jīng)過光傳輸介質(zhì)的傳輸之前，在對應(yīng)的OFDM發(fā)射器處使用參數(shù)對M和N來產(chǎn)生光輸入信號的發(fā)送版本(即典型地，該光輸入信號的未失真版本)。 應(yīng)該注意到，如果在對應(yīng)的OFDM發(fā)射器處為不同的OFDM子載波選擇了各個比特數(shù)量Mi，其中i = 1........N，那么在OFDM接收器處還接收與這些參數(shù)值相關(guān)聯(lián)的信息。應(yīng)該注意到，確定調(diào)制和帶寬，并且從而確定OFDM發(fā)射器的功耗的參數(shù)(即M和 N)可以通過控制平面或管理平面來外部設(shè)置。該OFDM接收器然后通過它的參數(shù)傳輸單元從這樣的控制或管理平面接收與OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M相關(guān)的信息。另一種可能性是該外部控制或管理平面提供一組可選擇的參數(shù)，例如要在該OFDM 接收器處實現(xiàn)的光信噪比(OSNR)和比特率。該發(fā)射和接收OFDM收發(fā)器將把它們自己調(diào)整到具有最小帶寬和/或功耗的OFDM相關(guān)參數(shù)M和N。在這種情況中，該參數(shù)傳輸單元將從該控制或管理平面接收該組可選擇的信息，其與OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M相關(guān)。其然后將與該OFDM發(fā)射器交換與OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M相關(guān)的信息，以便最終確定將要用于OFDM傳輸?shù)膮?shù)N和M。另一個選擇將是初始“協(xié)商”操作，其中OFDM接收器和發(fā)射器交換關(guān)于信道質(zhì)量的信息并且隨后它們自己確定適用于實際信道條件并且將總功耗最小化的OFDM參數(shù)M和 N。同樣，參數(shù)傳輸單元將與OFDM發(fā)射器交換與OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M相關(guān)的信息，以便最終確定參數(shù)N和M。該OFDM接收器還包括可調(diào)變換單元，用于將電輸入信號變換成對應(yīng)于N個OFDM 子載波的N個子載波信號。與N個OFDM子載波中的一個OFDM子載波相關(guān)聯(lián)的自適應(yīng)判決單元用于將對應(yīng)的子載波信號中的一部分映射到由M個比特所表示的星座點，從而產(chǎn)生輸出子載波信號。典型地，從該子載波信號提取符號并且該判決單元從基本星座選擇與該符號最接近的星座點。最后，OFDM接收器包括控制單元，該控制單元設(shè)置并且控制該OFDM接收器的組件，以使得這些組件以各個參數(shù)來進行操作，即根據(jù)參數(shù)N和M來調(diào)整該變換單元和該判決單元該OFDM接收器還可以包括可調(diào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將電輸入信號的模擬版本轉(zhuǎn)換成電輸入信號的數(shù)字版本。優(yōu)選地將該可調(diào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率調(diào)整為適應(yīng)該電輸入信號的帶寬。這可以是特別有益的，因為在典型的相干OFDM接收器中有大量功率集中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。這種相干OFDM接收器包括四個ADC，即用于發(fā)射信號的X和正交Y極化的復信號分量I和Q的ADC。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供了用于以總比特率發(fā)射光OFDM信號的方法。該方法包括將數(shù)字輸入信號的M個比特映射到星座點從而產(chǎn)生N個OFDM子載波中的一個OFDM 子載波的子載波信號的步驟。該方法還包括對該子載波信號進行變換以產(chǎn)生電輸出信號并且將該電輸出信號轉(zhuǎn)換成光輸出信號。最后，選擇OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M，以使得用于發(fā)射OFDM信號的電功率最小化。該選擇步驟可以包括以下步驟確定N個OFDM子載波中的一個OFDM子載波的傳輸條件，確定對于目標誤比特率能夠被映射到一個星座點的最大可能比特數(shù)量M,并且給定最大可能比特數(shù)量M，確定實現(xiàn)該總比特率的最小OFDM子載波數(shù)量N。為了確定OFDM子載波的傳輸條件，可以測量所發(fā)射的訓練序列的誤比特率。如果該誤比特率是針對不同調(diào)制方案或星座測量的，那么可以選擇能夠?qū)⒆畲罂赡鼙忍財?shù)量M個比特映射到一個OFDM符號的調(diào)制方案。根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供了從光OFDM發(fā)射器向光OFDM接收器發(fā)送的光OFDM 控制信號。其包括與OFDM子載波數(shù)量N以及用于在對應(yīng)的光OFDM發(fā)射器生成光OFDM信號的調(diào)制方案相關(guān)的信息。根據(jù)調(diào)制方案，將特定數(shù)量的比特M映射到OFDM子載波信號的符號。


應(yīng)該注意到，本發(fā)明的上述方案可以任意地彼此組合或者彼此抽取。本發(fā)明的目標和特征將從對優(yōu)選實施方式的以下描述中變得顯而易見。下文通過參考附圖中示意性地示出的示例性實施方式來描述本發(fā)明，其中圖Ia和Ib示出了使用不同星座的OFDM信號；圖2a、2b和2c示出了在不同星座中相鄰的狀態(tài)之間的歐氏距離；以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的OFDM傳輸系統(tǒng)。
具體實施例方式圖Ia和Ib示出了包括不同數(shù)量OFDM子載波104、124并且使用不同星座103、123 的兩個OFDM信號100和120。OFDM子載波104、IM描繪在幅度101、頻率102的圖上。圖 Ia顯示了包括4個子載波104并且使用QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制(即每個子載波使用 2比特星座)的OFDM信號100。另一方面，圖Ib顯示了包括2個子載波124并且使用QAM 16 (正交幅度調(diào)制)調(diào)制(即每個子載波使用4比特星座)的OFDM信號120。如圖Ia和圖Ib中所示，子載波間隔即兩個相鄰的OFDM子載波之間的頻率間隔保持恒定?？梢哉J識到，兩個OFDM信號100和120都攜帶相同數(shù)量的信息，即它們具有相同的比特率。然而，OFDM信號100具有比OFDM信號120更高的帶寬。在所示的實例中，OFDM 信號100的帶寬是OFDM信號120的帶寬的兩倍。另一方面，OFDM信號120的靈敏度低于 OFDM信號100的靈敏度。換句話說，OFDM信號120比OFDM信號100對于經(jīng)過光傳輸信道進行傳輸期間所產(chǎn)生的失真的容忍度更低。在圖2￡1、沘和2(中顯示了其原因。圖加示出了 QPSK星座200，即，將2個比特映射到一個子載波符號的星座。圖2b示出了 QAM 16星座210，S卩，將4個比特映射到一個子載波符號的星座。圖2c示出了 QAM 64星座220，即，將6個比特映射到一個子載波符號的星座。可以認識到，對于每個這樣的星座，星座點之間的最小距離不同。QPSK星座的星座點 201彼此具有最小距離202，QAM 16星座的星座點211彼此具有最小距離212，QAM 64星座的星座點221彼此具有最小距離222?？梢钥闯?，最小距離隨著所使用的星座的大小，即隨著被映射到一個子載波符號的比特的數(shù)量而降低。由于傳輸期間產(chǎn)生的失真，在光OFDM接收器處接收到的OFDM信號的子載波符號與理想星座點或多或少偏離。這在星座圖200、210和220中也示出了，其中在星座圖200、 210和220中顯示了接收符號圍繞星座點201、211、221的分布。隨著兩個相鄰的星座點之間的最小距離202、212、222降低，接收符號被映射到錯誤的星座點201、222、221的風險增加。因此，傳輸系統(tǒng)的誤比特率增加，或者換句話說，OFDM傳輸系統(tǒng)的靈敏度降低。應(yīng)該注意到，在典型的光傳輸系統(tǒng)中，選擇調(diào)制方案或星座以使得誤比特率保持低于預定目標值， 例如如果結(jié)合FEC時為10_15或10_3。在典型的OFDM系統(tǒng)中，可以觀察到，當從QPSK轉(zhuǎn)到QAM 16時通過使用更高比特率的調(diào)制方案所產(chǎn)生的SNR(信噪比)降低是-6. 9dB,從QPSK轉(zhuǎn)到QAM 64時是-13. IdB0 同時，典型的光OFDM系統(tǒng)的比特率可以從使用QPSK時的10(ib/S增加到使用QAM 16時的 20Gb/s、再到使用 QAM 64 時的 30Gb/s。
總而言之，可以聲稱，光OFDM傳輸系統(tǒng)的總比特率可以受到兩個參數(shù)的影響，使用的子載波的數(shù)量N和被映射到一個子載波符號的比特的數(shù)量M。子載波數(shù)量N直接影響 OFDM系統(tǒng)的帶寬，比特數(shù)量M影響OFDM系統(tǒng)的靈敏度。圖3顯示了典型的光OFDM傳輸系統(tǒng)300，其包括OFDM發(fā)射器310和OFDM接收器 330以及光傳輸信道350。在OFDM發(fā)射器310處，接收數(shù)字輸入信號360并且將其傳遞到串并單元313。該串并單元313聚合數(shù)字輸入信號360的M比特的塊并且將這些M比特的塊順序地傳遞到映射單元314，映射單元314將每個M比特的塊映射到符號。使用基本調(diào)制方案(如，QPSK、QAM 16或QAM 64)的星座來執(zhí)行該映射。以順序并且循環(huán)的方式將符號分配給N個子載波中的一個，即第一符號分配給第一子載波，第二符號分配給第二子載波， 依次類推。在將第N個符號分配給第N個子載波之后，將第(N+1)個符號再次分配給第一子載波，依此類推。應(yīng)該注意到，除了數(shù)字輸入信號360之外，導頻符號361和零362也可以被分配給N個子載波。典型地，使用快速傅立葉逆變換315來變換該N個子載波并且在接下來的并串單元316中將其進行合并，從而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，或電輸出信號的數(shù)字版本。在傳輸之前， 可以在多個數(shù)字信號處理步驟中進一步處理該數(shù)字輸出信號。作為實例，在循環(huán)擴展單元 317中，可以向該數(shù)字輸出信號插入循環(huán)前綴樣本，以避免符號間干擾(ISI)。在TS插入單元318中，可以插入用于確定光傳輸信道350的條件的訓練序列。此外，在縮放和量化單元 319中，可以將數(shù)字輸出信號調(diào)整為適應(yīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器320的特性，特別是分辨率。在數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器320中，將該數(shù)字輸出信號的實部和虛部轉(zhuǎn)換成兩個模擬輸出信號或者電輸出信號的模擬版本。在功率放大器321中放大這兩個模擬輸出信號。接下來，在電光轉(zhuǎn)換器324、325中將該放大的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換成光信號的實部和虛部。電光轉(zhuǎn)換器324、325可以包括發(fā)光二極管324，其中在調(diào)制單元325中用放大的模擬輸出信號來調(diào)制該發(fā)光二極管324。OFDM發(fā)射器或收發(fā)器310還可以包括光放大器326。在經(jīng)過光傳輸信道350的傳輸之后，在光OFDM接收器330處接收OFDM信號。在在相干檢測器(其包括光電二極管33 中將光輸入信號轉(zhuǎn)換成電輸入信號之前，可以對該光輸入信號進行預放大332。使用模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器336，將到OFDM接收器330的復電輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸入信號。在使用快速傅立葉變換340將該數(shù)字輸入信號分割成N個子載波之前，可以在多個數(shù)字信號處理步驟中處理該數(shù)字輸入信號。這些處理可以包括同步 337、下變頻到基帶338和循環(huán)前綴樣本去除339。在通過快速傅里葉變換340之后，接收到的OFDM信號被分割成包括子載波符號的N個子載波。這些符號需要映射到基本調(diào)制方案 (如QPSK、QAM 16或QAM 64)的星座點。這在判決單元342中進行。由于接收的子載波符號通常在經(jīng)過光傳輸信道350傳輸期間產(chǎn)生顯著的失真，所以在判決單元342中作出判決之前執(zhí)行信道補償341是有益的。該信道補償單元341通常包括信道均衡器，該信道均衡器已使用插入到OFDM信號中的訓練序列進行過訓練。然后，判決單元342將接收到的子載波符號映射到M個比特的塊?？梢酝ㄟ^以順序并且循環(huán)的方式連接該M個比特的塊，即通過以順序并且循環(huán)的方式連接N個子載波的M個比特的塊，來獲得OFDM接收器的數(shù)字輸出信號。典型的光OFDM系統(tǒng)300被設(shè)計為用于最大性能，即光收發(fā)器被設(shè)計為針對給定信道條件實現(xiàn)最大傳輸速率。該給定信道條件通常是最壞情況信道條件。因此，光OFDM系統(tǒng)典型地使用具有相當高靈敏度的調(diào)制方案，以便對該最壞情況信道條件實現(xiàn)低的誤比特率。這種調(diào)制方案(如QPSK)對每個子載波符號僅具有相對低的比特數(shù)量M。因此，光收發(fā)器需要使用高的子載波數(shù)量N，以滿足總的傳輸比特率要求。由于子載波數(shù)量N很高，導致光OFDM信號具有高的帶寬。如圖3所示，OFDM信號在經(jīng)過光傳輸信道350進行傳輸之前，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A) 320和功率放大器321。此外， 在D/A轉(zhuǎn)換之前，通常在多個數(shù)字信號處理單元，特別是循環(huán)擴展單元317、TS插入單元318 以及縮放和均衡單元319中處理該數(shù)字OFDM信號。通常由DSP(數(shù)字信號處理器)來執(zhí)行這些數(shù)字信號處理任務(wù)。OFDM信號的高帶寬導致OFDM發(fā)射器310以及OFDM接收器320組件的高功耗。具體而言，功率放大器321的功耗隨著需要放大的信號的帶寬而顯著增加。并且，當處理更高帶寬的OFDM信號時，單元317、318、319和A/D轉(zhuǎn)換器320中使用的DSP也需要增加功率水平。這同樣適用于OFDM接收器330的單元337、338、339和D/A轉(zhuǎn)換器336中使用的DSP。在如今的電信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)組件的功耗是日益嚴重的問題。除了對于網(wǎng)絡(luò)運營者而言是非常大的成本組成之外，其還對電與光電設(shè)備的進一步集成構(gòu)成了限制。事實上，高的功耗導致電氣、電子和/或光電設(shè)備需要避免的熱量耗散。因此，能夠調(diào)整電信設(shè)備的功耗以適應(yīng)當前網(wǎng)絡(luò)和傳輸要求是有益的。具體而言，能夠調(diào)整光OFDM系統(tǒng)300以適應(yīng)與所要求的總比特率和所測量的光信道條件相關(guān)的當前條件是有益的。在圖3中示出了這種功率自適應(yīng)OFDM系統(tǒng)300?？刂茊卧?11和312被設(shè)計為將OFDM發(fā)射器310的參數(shù)設(shè)置為當前的傳輸要求和條件。當前傳輸要求可以是在給定的時間點要實現(xiàn)的總比特率。當前傳輸條件取決于光傳輸信道350的總長度和光信道條件， 例如PMD (偏振模色散)、CD (色度色散)和其他線性的或非線性的光效應(yīng)。該傳輸要求和條件可能隨時間變化，因此相應(yīng)地改變OFDM發(fā)射器310的參數(shù)是有益的。可以由控制單元311和312修改的OFDM發(fā)射器310的參數(shù)是例如所采用的調(diào)制方案和OFDM信號帶寬。換句話說，控制單元311和312可以修改被映射到一個子載波符號的輸入信號360的比特數(shù)量M,并且它們可以修改OFDM子載波數(shù)量N。參數(shù)M與所選擇的調(diào)制方案相關(guān)，其中，參數(shù)N影響OFDM信號的帶寬。為了減少OFDM發(fā)射器310的功耗，OFDM信號的帶寬應(yīng)該最小化，即子載波數(shù)量N 應(yīng)該最小化。因此，對于給定的傳輸比特率和確定的傳輸條件，應(yīng)該選擇使M最大化并且從而使N最小化的參數(shù)對M和N。作為實例，如果OFDM系統(tǒng)300使用QPSK調(diào)制工作在10( / s，并且確定當前信道條件將允許使用QAM 16調(diào)制而仍然保持可接受的目標誤比特率，那么控制單元311和312將指示OFDM發(fā)射器310，特別是S/P單元313、映射單元314和IFFT 單元315，切換到QAM 16調(diào)制并且將子載波數(shù)量減少一半。通過這么做，可以維持10(ib/S 的總傳輸比特率但是將OFDM信號的帶寬減少一半(由于假設(shè)子載波間隔保持不變)。結(jié)果，控制單元312可以將功率放大器321切換到降低的帶寬。此外，控制單元311可以根據(jù)該降低的帶寬，降低DSP和D/A轉(zhuǎn)換器的處理速率(采樣率)。因此，降低了 OFDM發(fā)射器的功耗。需要將OFDM發(fā)射器310的修改后的參數(shù)傳輸給OFDM接收器330。這可以在經(jīng)過光傳輸信道350的帶內(nèi)進行或者優(yōu)選地使用更高級別的控制平面協(xié)議(如GMPLQ在帶外進行。該修改后的參數(shù)在OFDM接收器330處的控制單元311接收和使用，以使處理速率、變換的階數(shù)以及映射/星座適應(yīng)OFDM發(fā)射器310處所使用的。應(yīng)該注意到，可以在OFDM接收器330處確定當前信道條件。具體而言，信道補償單元341的均衡參數(shù)可以是OFDM符號在光傳輸信道350中引起的失真程度的指示符。通過使用訓練序列，可以監(jiān)視所實現(xiàn)的誤比特率和光信道條件。另外或可選擇地，還可以在更高級別的控制平面中確定當前信道條件。可以使用標準光OFDM收發(fā)器通過增加和/或修改它的其中一些組件來實現(xiàn)本發(fā)明。具體而言，功率放大器321，即調(diào)制器325的驅(qū)動放大器，應(yīng)該是可變或可切換帶寬放大器。此外，DSP和D/A轉(zhuǎn)換器320的處理速率時鐘應(yīng)該是可變的。由控制單元311、312將這些構(gòu)成模塊調(diào)整為適應(yīng)光路徑350的要求。因此，當切換到更低的帶寬時，這將導致更低功率耗散和功耗。在本文中，已描述了可以如何根據(jù)當前網(wǎng)絡(luò)要求和條件來優(yōu)化OFDM系統(tǒng)的功耗。 通過降低光傳輸系統(tǒng)的總功耗，可以降低運營網(wǎng)絡(luò)的成本。另外，可以改進電信設(shè)備中的熱管理，從而使得系統(tǒng)能夠更高的集成?？偠灾?，在OFDM系統(tǒng)的功耗和靈敏度之間進行了折衷，該折衷大約對應(yīng)于3dB靈敏度容忍度的3dB的功率節(jié)省。
權(quán)利要求
1.一種以總比特率進行操作的光OFDM發(fā)射器(310)，包括與N個OFDM子載波中的一個OFDM子載波相關(guān)聯(lián)的可調(diào)映射單元(314)，用于將數(shù)字輸入信號(360)的M比特映射到星座點，從而產(chǎn)生對應(yīng)的OFDM子載波的子載波信號；可調(diào)變換單元(315、316)，用于對所述子載波信號進行變換以產(chǎn)生電輸出信號；電光轉(zhuǎn)換器(3對、325)，用于將所述電輸出信號轉(zhuǎn)換成光輸出信號；以及控制單元(311、31 ，用于設(shè)置OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M,以使得相對于所述總比特率所述OFDM發(fā)射器(310)的電功耗最小化，并且根據(jù)所選擇的數(shù)量M和N來調(diào)整所述可調(diào)映射單元(314)和所述可調(diào)變換單元(315、316)。
2.如權(quán)利要求1所述的光OFDM發(fā)射器(310)，還包括可調(diào)功率放大器(321)，其被調(diào)整為適應(yīng)所述電輸出信號的帶寬。
3.如權(quán)利要求2所述的光OFDM發(fā)射器(310)，其中所述OFDM子載波數(shù)量N和所述比特數(shù)量M選擇為使得所述可調(diào)功率放大器(321)的所述電功耗最小化。
4.如權(quán)利要求3所述的光OFDM發(fā)射器(310)，其中所述OFDM子載波數(shù)量N和所述比特數(shù)量M選擇為使得所述電輸出信號的帶寬最小化。
5.如權(quán)利要求4所述的光OFDM發(fā)射器(310)，其中，將所述電功耗如下最小化針對所述N個OFDM子載波中的所述一個OFDM子載波的確定的子載波傳輸條件并且針對目標誤比特率，選擇最大可能比特數(shù)量M。
6.如權(quán)利要求4所述的光OFDM發(fā)射器(310)，其中，將所述電功耗如下最小化針對所述OFDM發(fā)射器(310)所操作的總比特率并且針對目標誤比特率，將所述OFDM 子載波數(shù)量N最小化。
7.如權(quán)利要求1所述的光OFDM發(fā)射器(310)，還包括可調(diào)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(320)，用于將所述電輸出信號的數(shù)字版本轉(zhuǎn)換成所述電輸出信號的模擬版本；其中，所述可調(diào)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (320)被調(diào)整為適應(yīng)所述電輸出信號的帶寬。
8.如權(quán)利要求7所述的光OFDM發(fā)射器(310)，其中所述可調(diào)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(320)的轉(zhuǎn)換速率被調(diào)整為適應(yīng)所述數(shù)字輸出信號的帶寬。
9.如權(quán)利要求1所述的光OFDM發(fā)射器(310)，包括與所述N個OFDM子載波一一對應(yīng)的N個映射單元(314)；其中，對于每個映射單元(314)，能夠選擇所述數(shù)字輸入信號的、被映射到一個星座點的M個比特。
10.如權(quán)利要求1所述的光OFDM發(fā)射器(310)，還包括參數(shù)傳輸單元(311、31 ，用于交換與所述OFDM子載波數(shù)量N和所述比特數(shù)量M相關(guān)聯(lián)的信息。
11.一種光OFDM接收器(330)，包括:相干檢測單元(335)，用于接收光輸入信號并且將所述光輸入信號轉(zhuǎn)換成電輸入信號；參數(shù)傳輸單元(331)，用于交換與OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M相關(guān)聯(lián)的信息；其中，所述數(shù)量N和M用于在對應(yīng)的OFDM發(fā)射器(310)處生成所述光輸入信號的發(fā)送版本；可調(diào)變換單元(340)，用于將所述電輸入信號變換成對應(yīng)于N個OFDM子載波的N個子載波信號；與所述N個OFDM子載波中的一個OFDM子載波相關(guān)聯(lián)的可調(diào)判決單元(342)，用于將對應(yīng)的子載波信號的符號映射到表示所述OFDM接收器(330)的數(shù)字輸出信號的M個比特的星座點；以及控制單元(331)，用于根據(jù)所述數(shù)量N和M來調(diào)整所述變換單元(340)和所述判決單元 (342)。
12.如權(quán)利要求11所述的光OFDM接收器(330)，還包括可調(diào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(336)，用于將所述電輸入信號的模擬版本轉(zhuǎn)換成所述電輸入信號的數(shù)字版本；其中，所述可調(diào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(336)的轉(zhuǎn)換速率被調(diào)整為適應(yīng)所述電輸入信號的帶寬。
13.一種用于以總比特率發(fā)射光OFDM信號的方法，所述方法包括以下步驟將數(shù)字輸入信號的M個比特映射到星座點，從而產(chǎn)生N個OFDM子載波中的一個OFDM 子載波的子載波信號；對所述子載波信號進行變換以產(chǎn)生電輸出信號；將所述電輸出信號轉(zhuǎn)換成所述光OFDM信號；并且選擇OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M，以使得相對于所述總比特率，用于發(fā)射所述光 OFDM信號的電功率最小化。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述選擇步驟包括確定所述N個OFDM子載波中的所述一個OFDM子載波的傳輸條件；確定對于目標誤比特率能夠被映射到一個星座點的最大可能比特數(shù)量M ；并且給定所述最大可能比特數(shù)量M,確定實現(xiàn)所述總比特率的最小OFDM子載波數(shù)量N。
15.一種從光OFDM發(fā)射器(310)向光OFDM接收器(330)發(fā)送的光OFDM控制信號，包括與OFDM子載波數(shù)量N和調(diào)制方案相關(guān)聯(lián)的信息，所述信息用于在對應(yīng)的光OFDM發(fā)射器 (310)生成光OFDM信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及光傳輸系統(tǒng)的領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及用于以功率優(yōu)化的方式調(diào)整光OFDM傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。提供了一種以總比特率進行操作的光OFDM發(fā)射器(310)。光OFDM發(fā)射器(310)包括與N個OFDM子載波中的一個OFDM子載波相關(guān)聯(lián)的可調(diào)映射單元(314)，用于將數(shù)字輸入信號(360)的M比特映射到一個星座點，從而產(chǎn)生對應(yīng)的OFDM子載波的子載波信號。此外，光OFDM發(fā)射器(310)包括可調(diào)變換單元(315、316)，用于對該子載波信號進行變換以產(chǎn)生電輸出信號。另外，OFDM發(fā)射器包括電光轉(zhuǎn)換器(324、325)，用于將該電輸出信號轉(zhuǎn)換成光輸出信號。最后，OFDM發(fā)射器包括控制單元(311、312)，用于選擇OFDM子載波數(shù)量N和比特數(shù)量M，以使得相對于該總比特率來說，該OFDM發(fā)射器(310)的電功耗最小化，并且用于根據(jù)所選擇的數(shù)量M和N來調(diào)整該可調(diào)映射單元(314)和該可調(diào)變換單元(315、316)。
文檔編號H04L1/00GK102334321SQ201080009437
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者H·比洛 申請人:阿爾卡特朗訊