СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ДИСКРЕТНОЙ МНОГОТОНАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ С НЕСКОЛЬКИМИ МОДУЛЯЦИЯМИ
METHOD AND SYSTEM FOR DISCRETE MULTITONAL TRANSMISSION WITH MULTIPLE MODULATIONS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
По данной заявке испрашивается приоритет Патентной Заявки США 14/596.875, поданной 14 января 2015г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данная заявка относится к оптическим системам передачи, и в частности к системам дискретной многотональной передачи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Оптические системы связи широко используются в настоящее время для связи для передачи данных. Оптические системы связи могут использовать оптические волокна в качестве среды передачи для обеспечения высоких скоростей передачи данных в передачах на большое расстояние (например, оптических системах дальней связи). Существует растущая потребность в сверхвысокой скорости передачи данных и полосе пропускания в оптических сетях связи, обеспечивая проблемы при проектировании сетей. Вследствие этого желательно предоставить гибкие и адаптивные сетевые элементы, которые обеспечивают увеличенную скорость передачи данных с эффективностью полосы пропускания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с аспектом настоящего раскрытия, предоставляется устройство для оптической дискретной многотональной (DMT) передачи. Устройство, содержащее демультиплексор, выполненный с возможностью преобразования последовательных данных в группы из битов и загрузки каждой из множества параллельных ветвей обработки ассоциированной группой из битов данных, на основании скоростей передачи битов множества параллельных ветвей обработки. Каждая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью кодирования ассоциированной группы из битов данных в ассоциированном тоне, причем первая скорость передачи битов и модуляция первой ветви из множества параллельных ветвей обработки отличаются от второй скорости передачи битов и модуляции второй ветви из множества параллельных ветвей обработки.
В соответствии с другим аспектом настоящего раскрытия, предоставляется способ для оптической дискретной многтональной (DMT) передачи. Способ, содержащий этапы, на которых: принимают поток из последовательных данных и преобразуют последовательные данные в группы из битов и загружают каждую ветвь из множества параллельных ветвей обработки ассоциированной группой из битов данных, на основании скоростей передачи битов множества параллельных ветвей обработки. Каждая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью кодирования ассоциированной группы из битов данных в ассоциированном тоне, причем первая скорость передачи битов и модуляция первой ветви из множества параллельных ветвей обработки отличаются от второй скорости передачи битов и модуляции второй ветви из множества параллельных ветвей обработки.
В соответствии с другим аспектом настоящего раскрытия, предоставляется устройство для обработки оптической дискретной многотональной (DMT) передачи. Устройство, содержащее множество параллельных ветвей обработки, выполненных с возможностью обработки цифрового электрического сигнала DMT передачи со множеством закодированных тонов, причем каждая ветвь выполнена с возможностью обработки закодированного тона DMT передачи со множеством закодированных тонов в ней, чтобы предоставлять биты данных, при этом первая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью обработки первого тона первого формата демодуляции отличного от второго формата демодуляции для второй ветви из множества параллельных ветвей обработки для второго тона. Устройство дополнительно содержащее мультиплексор, выполненный с возможностью приема битов данных от каждой из множества параллельных ветвей обработки и преобразования в поток последовательных данных.
В соответствии с другим аспектом настоящего раскрытия предоставляется способ для оптической дискретной многотональной (DMT) передачи. Способ включает в себя этапы, на которых: используют множество параллельных ветвей обработки, выполненных с возможностью создания битов данных из цифрового электрического сигнала DMT передачи, причем каждая ветвь выполнена с возможностью обработки закодированного тона DMT передачи со множеством закодированных тонов в ней, чтобы предоставлять биты данных, при этом первая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью обработки первого тона первого формата демодуляции отличного от второго формата демодуляции для второй ветви из множества параллельных ветвей обработки для второго тона. Биты данных принимаются от каждой из множества параллельных ветвей обработки и мультиплексируют биты данных в поток последовательных данных.
В соответствии с еще одним другим аспектом настоящего раскрытия предоставляется машиночитаемая не временная память, хранящая одну или более программ, причем одна или более программ, содержащие инструкции, которые, когда исполняются посредством компьютерного устройства, предписывают компьютерному устройству выполнять оптическую дискретную многотональную (DMT) передачу. Используется множество параллельных ветвей обработки, выполненных с возможностью создания битов данных из цифрового электрического сигнала DMT передачи. Каждая ветвь выполнена с возможностью обработки закодированного тона DMT передачи со множеством закодированных тонов в ней, чтобы предоставлять биты данных, при этом первая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью обработки первого тона первого формата демодуляции отличного от второго формата демодуляции для второй ветви из множества параллельных ветвей обработки для второго тона. Биты данных принимаются от каждой из множества параллельных ветвей обработки и мультиплексируют биты данных в поток последовательных данных.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более полного понимания данного раскрытия, теперь делается ссылка на следующее краткое описание, которое рассматривается совместно с сопроводительными чертежами и подробным описанием.
Фиг. 1 является принципиальной схемой когерентной оптической системы;
Фиг. 2 является спектром частотной области примера дискретного многотонального (DMT) сигнала с несколькими тонами;
Фиг. 3 является структурной схемой передатчика мультимодуляционной DMT системы;
Фиг. 4 является структурной схемой приемника мультимодуляционной DMT системы;
Фиг. 5 является структурной схемой блока DSP передатчика;
Фиг. 6 иллюстрирует пример многотональных схем, которые применяются в блоке DSP с Фиг. 5;
Фиг. 7 иллюстрирует пример вида спектра выходов из блока DSP с Фиг. 5 до DAC;
Фиг. 8 является структурной схемой блока DSP приемника;
Фиг. 9 иллюстрирует мультимодулированную схему тона, которая применяется в блоке DSP с Фиг. 8;
Фиг. 10A иллюстрирует пример спектра одной несущей модулированного сигнала с одной несущей, который принимается на приемнике с одной несущей;
Фиг. 10B иллюстрирует пример 8QAM-DMT спектра у сигнала, который принимается на DMT приемнике;
Фиг. 10C иллюстрирует пример мультимодуляционного DMT спектра сигнала, который принимается на мультимодуляционном DMT приемнике, с QPSK в качестве боковых тонов и 16QAM в качестве среднего тона;
Фиг. 11 иллюстрирует результаты моделирования, показывающие максимальную достижимую скорость передачи в бодах по отношению к RF видам полосы пропускания;
Фиг. 12 является принципиальной схемой примерной поисковой таблицы для распределения энергии на Фиг. 10C.
Фиг. 13 является блок-схемой последовательности операций, показывающей способ оптической связи на передатчике;
Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций, показывающей другой способ оптической связи на приемнике;
Фиг. 15 является структурной схемой блока приемопередатчика.
Для простоты и четкости иллюстрации, элементы на чертежах не обязательно представлены в масштабе, являются лишь схематичными и не ограничивающими, и одинаковые цифровые обозначения на разных фигурах обозначают одинаковые элементы, если не указано обратное.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Элементы и устройства оптической сети связи такие как, передатчик, приемник, приемопередатчик и их способы, описываются ниже, только в качестве примера, со ссылкой на Фиг. 1-15. В настоящем раскрытии, передатчик и приемник являются конфигурируемыми, чтобы использовать дискретную многотональную (DMT) схему модуляции для связи. В DMT модуляции, множество тонов (или подканалов, поднесущих, ветвей) кодируются битами информации, которые должны быть переданы. В описании, понятия «тоны», «подканалы», «поднесущие», «каналы» и «ветви» могут быть использованы взаимозаменяемо. В отличие от существующих приемопередатчиков, которые используют одинаковый формат модуляции для нескольких тонов, раскрываемый метод может увеличивать скорость передачи данных, используя разные форматы модуляции. С помощью разных форматов модуляции, несколько тонов могут быть закодированы, используя гибкую загрузку битов (скорость передачи битов), где группа из битов данных, загружаемая в каждый тон, может быть оптимизирована. Кроме того, распределение энергии для каждого тона может быть оптимизировано таким образом, что разные модуляции с разными энергиями используются в нескольких тонах. Эти схемы гибкой загрузки битов и распределения энергии могут быть использованы в цифровой реализации сигнала одиночной волны с мультимодулированными тонами. Передатчик и приемник включают в себя программируемые элементы программного обеспечения, которые могут обеспечивать конфигурирование разнообразных схем передачи или форматов модуляции, скоростей передачи данных, скоростей передачи битов, распределений энергии, разнообразных схем компенсации и количество тонов.
Устройство для оптической дискретной многотональной (DMT) передачи может включать в себя: демультиплексор, выполненный с возможностью преобразования последовательных данных в группы из битов и загрузки каждой из множества параллельных ветвей обработки ассоциированной группой из битов данных, на основании скоростей передачи битов множества параллельных ветвей обработки, и каждая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью кодирования ассоциированной группы из битов данных в ассоциированном тоне, причем первая скорость передачи битов и модуляция первой ветви из множества параллельных ветвей обработки отличаются от второй скорости передачи битов и модуляции второй ветви из множества параллельных ветвей обработки.
Способ для оптической дискретной многтональной (DMT) передачи может включать в себя этапы, на которых: принимают поток из последовательных данных; и преобразуют последовательные данные в группы из битов и загружают каждую ветвь из множества параллельных ветвей обработки ассоциированной группой из битов данных, на основании скоростей передачи битов множества параллельных ветвей обработки, причем каждая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью кодирования ассоциированной группы из битов данных в ассоциированном тоне, причем первая скорость передачи битов и модуляция первой ветви из множества параллельных ветвей обработки отличаются от второй скорости передачи битов и модуляции второй ветви из множества параллельных ветвей обработки.
Устройство для обработки оптической дискретной многотональной (DMT) передачи может включать в себя: множество параллельных ветвей обработки, выполненных с возможностью обработки цифрового электрического сигнала DMT передачи со множеством закодированных тонов, причем каждая ветвь выполнена с возможностью обработки закодированного тона DMT передачи со множеством закодированных тонов в ней, чтобы предоставлять биты данных, при этом первая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью обработки первого тона первого формата демодуляции отличного от второго формата демодуляции для второй ветви из множества параллельных ветвей обработки для второго тона, и мультиплексор, выполненный с возможностью приема битов данных от каждой из множества параллельных ветвей обработки и преобразования в поток последовательных данных.
Способ для оптической дискретной многотональной (DMT) передачи может включать в себя этапы, на которых: используют множество параллельных ветвей обработки, выполненных с возможностью создания битов данных из цифрового электрического сигнала DMT передачи, причем каждая ветвь выполнена с возможностью обработки закодированного тона DMT передачи со множеством закодированных тонов в ней, чтобы предоставлять биты данных, при этом первая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью обработки первого тона первого формата демодуляции отличного от второго формата демодуляции для второй ветви из множества параллельных ветвей обработки для второго тона, и принимают биты данных от каждой из множества параллельных ветвей обработки и мультиплексируют биты данных в поток последовательных данных.
Может быть предоставлена машиночитаемая не временная память, хранящая одну или более программы, причем одна или более программ, содержащие инструкции, которые, когда исполняются посредством компьютерного устройства, предписывают компьютерному устройству выполнять способ для оптической дискретной многотональной (DMT) передачи.
Оптическая DMT передача может включать в себя: прием последовательных данных; и преобразование последовательных данных в группы из битов и загрузку каждой из множества параллельных ветвей обработки ассоциированной группой из битов данных, на основании скоростей передачи битов множества параллельных ветвей обработки, причем каждая ветвь выполнена с возможностью кодирования ассоциированной группы из битов данных в ассоциированном тоне, причем первая скорость передачи битов и модуляция первой ветви из множества параллельных ветвей обработки отличаются от второй скорости передачи битов и модуляции второй ветви из множества параллельных ветвей обработки.
Оптическая DMT передача может включать в себя: использование множества параллельных ветвей обработки, выполненных с возможностью создания битов данных из цифрового электрического сигнала DMT передачи, причем каждая ветвь выполнена с возможностью обработки закодированного тона DMT передачи со множеством закодированных тонов в ней, чтобы предоставлять биты данных, при этом первая ветвь из множества параллельных ветвей обработки выполнена с возможностью обработки первого тона первого формата демодуляции отличного от второго формата демодуляции для второй ветви из множества параллельных ветвей обработки для второго тона, и прием битов данных от каждой из множества параллельных ветвей обработки и мультиплексирование битов данных в поток последовательных данных.
Фиг. 1 иллюстрирует когерентную оптическую систему 100, которая формирует часть оптической сети связи. Когерентная оптическая система 100 включает в себя передатчик 110 и приемник 130. Передатчик 110 располагается на передающей стороне оптической сети связи и может быть выполнен с возможностью отправки оптических сигналов через оптическую линию 120 к одному или более приемнику 130, расположенному на принимающей стороне оптической сети связи. На Фиг. 1, передатчик 110 и приемник 130 показаны раздельно только в целях иллюстрации. Передатчик 110 и приемник 130 могут быть интегрированы, чтобы формировать единое устройство приемопередатчика для двунаправленной связи для передачи данных.
Передатчик 110 и приемник 130 включают в себя систему с несколькими тонами, которая может использовать DMT модуляцию для связи. Промежуток между соседними тонами может быть оптимизирован на основании, например, ограничений полосы пропускания (соответственно точностью восстановления синхронизации) для высоких (соответственно низких) значений промежутка. Модуляция нескольких тонов (N тонов, N>1) оптимизируется, используя разные форматы модуляции, где формат модуляции для одного тона может отличаться от того, что у другого тона. Форматы модуляции могут включать в себя, например, M Квадратурно-амплитудную модуляцию (QAM) (например, M=8, 16, 32, 64, 256, …), модуляцию с Квадратурно-Фазовой Манипуляцией (QPSK), модуляцию с Двоичной Фазовой Манипуляцией (BPSK), или любой вариант с двойной поляризацией этих форм модуляции. Примерным передаваемым сигналом от передатчика 110 является одиночная волна с модулированными N тонами, которые могут включать в себя ортогональные линейные компоненты поляризации (X и Y), при этом каждый компонент поляризации включает в себя два ортогональных компонента фазы (синфазный и квадратурный). Распределение разных форматов тонам может быть определено на основании характеристик тона (например, полосы пропускания, SNR).
Передатчик 110 включает в себя основанный на цифровой сигнальной обработке (DSP) блок 112 передатчика (обозначенный как «TX DSP»), который реализуется в качестве компонентов программного обеспечения DSP или сочетания программного и аппаратного обеспечения. В TX DSP 112, входящие биты информации обрабатываются в ветвях параллельно каждая ассоциированная с тоном. TX DSP 112 выполнен с возможностью кодирования или отображения потоков битов информации в символах, используя множество форматов модуляции. TX DSP 112 может включать в себя кодер поляризации для кодирования (или преобразования) символов. В описании, понятие «кодирование», «отображение» и «модуляция» могут быть использованы взаимозаменяемо. TX DSP 112 выполнен с возможностью оптимизации загрузки битов в N ветви для N тонов с помощью гибкой схемы загрузки битов, где скорости передачи битов для, по меньшей мере, двух тонов могут быть разными. Загрузка битов среди N тонов может быть определена на основании конфигурации модуляции и/или характеристик тона (например, доступной полосы пропускания канала, SNR). TX DSP 112 выполнен с возможностью оптимизации распределения энергии для одного или более символов с помощью гибкой схемы распределения энергии. Передатчик 110 может включать в себя компоненты для формирования импульса, и/или компоненты для компенсации искажения сигналов. Передатчик 110 может включать в себя интерфейсную часть 114 для передачи оптических сигналов одному или более приемнику 130 через оптическую линию 120.
Приемник 130 включает в себя основанный на цифровой сигнальной обработке (DSP) блок 132 приемника (обозначенный как «RX DSP»), который реализуется в качестве компонентов программного обеспечения DSP или сочетания программного и аппаратного обеспечения. В RX DSP 132 входящий сигнал демультиплексируется на сигналы с N тонами, которые обрабатываются параллельно. RX DSP 132 выполнен с возможностью декодирования модулированных N тонов, принятых от одного или более передатчика 110, используя несколько форматов демодуляции, где один формат демодуляции одного из тонов может отличаться от другого формата демодуляции у другого одного из тонов. Приемник 130 может включать в себя другие компоненты, такие как компоненты для компенсации искажения сигналов, включая компенсацию хроматической дисперсии (CDC). Приемник 130 может включать в себя интерфейсную часть 134 для приема оптических сигналов от одного или более передатчика 110 через оптическую линию 120.
Восстановление сигнала может быть применено к аналоговой области и/или цифровой области, чтобы улучшать качество сигнала. Передискретизация и/или восстановление тактирования может быть применено к цифровым сигналам, чтобы выравнивать и обеспечивать такие же тактирование символа и продолжительности, как в передатчике 110.
Оптическая линия может включать в себя оптические фильтры, такие как каскадные селективные переключатели по длинам волн (WSS), оптическое волокно, усилители, и другие компоненты. Оптическая линия 120 может включать в себя источники хроматической дисперсии (CD), нелинейного фазового шума, поляризационной модовой дисперсии (PMD), потерь, зависящих от поляризации (PDL), усилений, зависящих от поляризации, поляризационного поворота и оптического белого гауссовского шума. Когерентная оптическая система 100 выполнена с возможностью компенсации искажения сигналов из-за ухудшения оптической линии 120 и/или WSS.
Фиг. 2 иллюстрирует пример спектра DMT сигнала 200 одиночной волны с несколькими тонами 210, 220 и 230. На Фиг. 2, три тона со средним тоном 210 и боковыми тонами 220 и 230 показаны только в целях иллюстрации. Ось x представляет собой радиочастотный диапазон, а ось y представляет собой амплитуду. Сигнал DMT может быть получен в TX DSP 112 на Фиг. 1, где формат модуляции более высокого порядка может быть использован по среднему тону (210), тогда как формат модуляции более низкого порядка может быть использован по боковым тонам (220, 230).
Фиг. 3 иллюстрирует передатчик 300 мультимодуляционной DMT системы. Передатчик 300 включает в себя основанный на DSP блок 310 передатчика (обозначенный как «TX DSP»). TX DSP 310 может соответствовать TX DSP 112 на Фиг. 1. На Фиг. 3, присутствует несколько параллельных ветвей обработки (суммарное количество «i») каждая для одного тона. TX DSP 310 кодирует или отображает входящие потоки битов, используя блоки 314 кодирования (Mod1, Mod2, …, Modi, i>1). В мультиплексированной структуре с поляризационным разделением, блок кодирования (например, Mod1) по ветви имеет две ветви для двух компонентов поляризации, и блок кодирования выполняет модуляцию символа в каждой из двух ветвей. TX DSP 310 включает в себя модуль 312 для преобразования входящего потока битов в N потоков битов (N групп из битов) для N ветвей и загрузки в каждую из N ветвей ассоциированной группы битов данных. Каждая группа из битов данных имеет один или более биты входящего потока битов, которые загружаются в ассоциированную ветвь для кодирования группы из битов данных в тон, чтобы генерировать символ. Группа из битов данных, чтобы генерировать символ, гибко распределяется для ветви для кодирования на основании ассоциированного формата модуляции. TX DSP 310 включает в себя множество средств распределения энергии (Pow1, Pow2,…, Powi), каждое из которых выполнено с возможностью регулирования энергии каждого символа в ветви, чтобы делить общую энергию на символы. Гибкое распределение энергии может быть реализовано, используя поисковую таблицу 330 (LUT). LUT 330 может быть внутренней или внешней по отношению к TX DSP 310. LUT 330 или значения LUT 330 могут быть предоставлены через сеть связи.
TX DSP 310 может включать в себя FEC кодер 318 для обработки входящих битов информации. TX DSP 310 может включать в себя модуль 320, чтобы мультиплексировать модулированные тоны. Модуль 320 может включать в себя компоненты для компенсации искажения и формирования импульса. Компенсация и формирование импульса могут быть реализованы по каждой ветви параллельно. Компенсация и формирование импульса могут быть реализованы во временной области или частотной области. Передатчик 300 может включать в себя интерфейсная часть 350 для передачи модулированных сигналов от TX DSP 310 к оптической линии (например, 120 на Фиг. 1). Интерфейсная часть 350 может соответствовать интерфейсной части 114 на Фиг. 1. Интерфейсная часть 350 может быть коммуникативно связана с TX DSP 310 через цифро-аналоговый преобразователь 340 (DAC). Интерфейсная часть 350 может включать в себя модулятор 352, например, электрический в оптический (E/O) преобразователь, возбудитель, усилитель, фильтр, лазер, синфазный и квадратурный модулятор с мультиплексированием с поляризационным разделением (PM) (PM-I&O), и другие электрические и/или оптические компоненты.
В одной реализации TX DSP 310, модуляции более низкого порядка используются по боковым тонам из N тонов, а модуляции более высокого порядка используются по средним тонам. Посредством распределения разных форматов модуляции нескольким тонам при фиксированной спектральной эффективности, допуск полосы пропускания, и таким образом, максимальная достижимая скорость передачи в бодах (и соответственно скорость передачи данных) увеличивается. В одной реализации TX DSP 310, гибкое распределение энергии среди N тонов реализуется на основании доступной полосы пропускания и/или требуемой разности SNR между разными форматами модуляции. Гибкое распределение энергии может быть сконфигурировано, чтобы удерживать общую интенсивность ошибочных битов (BER) на ее самом низком значении.
Фиг. 4 иллюстрирует приемник 400 мультимодуляционной DMT системы. Приемник 400 включает в себя DSP блок 410 приемника (обозначенный как «RX DSP»). RX DSP 410 может соответствовать RX DSP 132 с Фиг. 1. Приемник 400 выполнен с возможностью декодирования данных, передаваемых от одного или более передатчиков (например, 300 на Фиг. 3), используя несколько форматов демодуляции. RX DSP 410 включает в себя модуль 414, чтобы демультиплексировать спектр сигнала входящего сигнала на N тонов. Присутствует несколько параллельных ветвей обработки (суммарное количество «i»), каждая для одного тона. RX DSP 410 декодирует модулированные тоны, используя множество блоков 412 декодирования (DeMod1, DeMod2, …, DeModi, i>1). Блоки 412 декодирования используют несколько форматов демодуляции, ассоциированных с несколькими форматами демодуляции, которые используются на стороне передатчика (например, 300 на Фиг. 3), где один формат демодуляции (например, Demod1) может отличаться от другого формата (например, Demod2).
RX DSP 410 может включать в себя преобразователь 416 параллельного в последовательное для преобразования в последовательную форму декодированных битов, чтобы восстанавливать их исходную очередность, тем самым восстанавливая последовательный сигнал данных информации. RX DSP 410 может включать в себя другие компоненты, такие как компоненты для компенсации искажения сигналов, например, CDC эквалайзеры. Компенсация может быть реализована по каждой ветви параллельно. RX DSP 410 может включать в себя FEC декодер 418. В RX DSP 410, квази-статичные ухудшения канала, а также ухудшения аппаратного обеспечения, такие как повороты состояния поляризации (SOP), поляризационная модовая дисперсия (PMD), потери, зависящие от поляризации (PDL), фазовый шум лазера, PPM, смещение частоты, задержка I-O и X-Y, дисбаланс I-Q, и т.д., могут быть компенсированы цифровым образом. RX DSP 410 может включать в себя блок восстановления несущей (CR) на каждой ветви.
Приемник 400 может включать в себя когерентный блок 440 приемника для приема оптических сигналов от оптической линии (например, 120 на Фиг. 1). Когерентный блок 440 приемника может соответствовать интерфейсной части 134 на Фиг. 1. Когерентный блок 440 приемника может разделять принятый оптический сигнал на ортогональные компоненты поляризации (например, X-компонент поляризации и Y-компонент поляризации) и ортогональные компоненты фазы (например, синфазный (I) компонент и квадратурный (Q) компонент). Когерентный блок 440 приемника может преобразовывать отдельные компоненты оптического сигнала в несколько аналоговых электрических сигналов или компонентов, где каждый I или Q компонент из компонентов поляризации. Когерентный блок 440 приемника может быть коммуникативно связан с TX DSP 410 через аналого-цифровой преобразователь 430 (ADC). Когерентный блок 440 приемника может включать в себя гетеродин (LO), смеситель и фотодетектор (например, p-тип/собственный/n-тип (PIN) диод).
Фиг. 5 иллюстрирует DSP блок 500 передатчика. DSP блок 500 (обозначенный как «TX DSP») может соответствовать TX DSP 112 на Фиг. 1 или TX DSP 310 на Фиг. 3. TX DSP 500 может быть связан с интерфейсной частью (например, 114 на Фиг. 1, 350 на Фиг. 3) через DAC (например, 340 на Фиг. 3). TX DSP 500 является компонентом когерентного оптического передатчика или приемопередатчика. Присутствует четыре ветви (B1, B2, B3, и B4) для четырех тонов. В данном примере, предполагается, что суммарное количество тонов (ветвей) составляет четыре. Количество тонов (ветвей) не ограничивается четырьмя и компоненты могут быть подвергнуты масштабированию в зависимости от тонов. В TX DSP 500, данные обрабатываются в параллельной структуре и затем мультиплексируются, чтобы передавать модулированный DMT сигнал одиночной волны с четырьмя тонами стороне приемника. TX DSP 500 включает в себя блоки 530 кодирования (например, Mod1, Mod2, Mod3, Mod4), которые выполнены с возможностью использования разных форматов модуляции. TX DSP 500 может включать в себя FEC кодер 510 для обработки входящих битов. Входящие биты информации могут быть обработаны в FEC кодере 510 и биты информации после FEC кодера 510 могут быть распараллелены в мультиплексоре 520 (MUX), используя преобразователь последовательного-в-параллельное. Блок кодирования в ветви выполнен с возможностью кодирования или отображения ассоциированного потока битов информации (группы из битов данных) в ветви в тоне с уникальной скоростью передачи битов. Блок кодирования отображает каждый из X компонента поляризации и Y компонента поляризации в соответствующем символе.
В одной реализации TX DSP 500, соотношение распределения битов каждой ветви зависит непосредственно от количества битов на символы ее соответствующего формата модуляции. Например, если форматы модуляции для боковых ветвей оба являются QPSK, а форматы модуляции для средних ветвей оба являются 16QAM, распределение скорости передачи битов первой и четвертой ветвям составляет половину тех, что для второй и третьей ветвей. Таким образом, применительно к каждым 6-битам в качестве ввода у модуля последовательного-в-параллельное (т.е., MUX 520), каждый из блоков кодирования боковых ветвей (например, Mod1 и Mod4) принимает 1 бит, а каждый из блоков кодирования средних ветвей (например, Mod2 и Mod3) принимает 2 бита. В данном примере, входные скорости передачи битов средних ветвей являются удвоенными скоростями боковых ветвей. Позже, входные биты каждой ветви отображаются в их соответствующих символах DMT модуляции. С этого момента, скорости передачи символов всех ветвей одинаковые. В поляризационной мультиплексированной структуре, данный процесс применяется к каждой поляризации.
TX DSP 500 выполняет гибкое распределение энергии каждой ветви, чтобы выделять один или более из DMT символов. В Поляризационной мультиплексированной структуре, данный процесс применяется к каждой поляризации. Распределение энергии может быть реализовано посредством смесителей 540. Распределение энергии может быть реализовано после нормализации RMS у символов в каждой ветви. В одной реализации, распределение энергии каждому тону оптимизируется, чтобы достигать самой низкой общей BER. Например, символы в средних ветвях (например, B2, B3) умножаются на коэффициент энергии равный 2 (например, PA2, PA3=2; PA1, PA4=1), что компенсирует требуемую разность SNR между QPSK и 16QAM, тем самым передавая средние тоны с SNR на 6дБ выше.
В одной реализации, алгоритм загрузки многотонального приемопередатчика, такой, как например, алгоритм Чоу (Chow), который раскрывается в документе «A Practical Discrete Multitone Transceiver Loading Algorithm for Data Transmission over Spectrally Shaped Channels» (IEEE Trans. Communications, том 4, no. 2/3/4, стр. 773-775, 1995»), может быть использован, чтобы оптимизировать распределение энергии и загрузку битов.
TX DSP 500 может включать в себя модуль для преобразования символов после распределения энергии в сигналы подканала в частотной области. TX DSP 500 может включать в себя модули 560 формирования импульса (PS) для формирования импульса, каждый распределенный ветви. Модули 560 PS могут реализовывать формирование импульса независимо по тонам, используя дискретные небольшие FFT 550. Формирование импульса может быть реализовано во временной области. TX DSP 500 может включать в себя один или более другие компоненты для предварительной компенсации искажения сигналов в каждой ветви. Сигнал после предварительных компенсаций может проходить через DAC (например, 340 на Фиг. 3) и модулятор (например, 352 на Фиг. 2), для передачи. TX DSP 500 может включать в себя IFFT 570, чтобы выводить выборки модулированных и мультиплексированных сигналов в дискретной временной области. IFFT 570 может обладать достаточным количеством ответвлений, чтобы выводить сигнал с четырьмя модулированными тонами.
Фиг. 6 иллюстрирует мультимодулированную схему тона, которая применяется в TX DSP 500 с Фиг. 5. На Фиг. 6, схематично иллюстрируется четыре модулированных частотных тона 610, 620, 630, 640 в частотной области. На выходе IFFT 570, спектр выходного сигнала из IFFT 570 имеет четыре модулированных тона 650 (в общем N модулированных тонов).
Фиг. 7 иллюстрирует пример вида 700 спектра выхода из TX DSP 500 на Фиг. 5 до DAC (например, 340 на Фиг. 3). Ось x представляет собой частоту, а ось y представляет собой амплитуду. Спектр 700 выхода включает в себя компоненты 710 и 740 для 2 боковых тонов из 4 тонов в боковых ветвях и компоненты 720 и 730 для 2 средних тонов из 4 тонов в средних ветвях. Компоненты 710 и 740 получаются, например, в B1 и B4 на Фиг. 5, а компоненты 720 и 730 получаются, например, в B2 и B3 на Фиг. 5.
Фиг. 8 иллюстрирует DSP блок 800 приемника. DSP блок 800 (обозначенный как «RX DSP») является компонентом когерентного оптического приемопередатчика. RX DSP 800 может соответствовать RX DSP 132 на Фиг. 1 или RX DSP 410 на Фиг. 4. RX DSP 800 может быть связан с интерфейсной частью (например, 134 на Фиг. 1) или когерентным блоком приемника (например, 440 на Фиг. 4), через ADC (например, 430 на Фиг. 4). В RX DSP 800, входящий сигнал с модулированными четырьмя тонами обрабатывается в параллельной структуре в соответствии со схемой передатчика (например, 500 на Фиг. 5). В данном примере, предполагается, что частотный спектр входящего сигнала демультиплексируется на четыре тона, тем не менее, количество тонов не ограничивается четырьмя. RX DSP 800 включает в себя блоки 860 декодирования (например, DeMod1, DeMod2, DeMod3, DeMod4), которые выполнены с возможностью использования разных форматов демодуляции. Форматы демодуляции соответствуют форматам модуляции, которые используются в передатчике. RX DSP 800 декодирует или демодулирует символы на основании форматов демодуляции, где один из форматов демодуляции (например, DeMod1) может отличаться от другого формата демодуляции (например, DeMod2).
RX DSP 800 может использовать FFT 810, чтобы демультиплексировать или нарезать частотный спектр принятого сигнала одиночной волны на четыре частотных тона, что может быть реализовано после компенсации фильтра. RX DSP 800 может включать в себя фильтр соответствия, компонент для компонентов компенсации, таких как средства 820 компенсации CD (CDC) и эквалайзеры 840 MIMO. Выходы CDC 820 могут быть соединены с небольшими IFFT 830. Эквалайзеры 840 MIMO могут быть использованы для мультиплексированного поляризационного когерентного оптического канала. RX DSP 800 может включать в себя блоки 850 восстановления несущей (CR), чтобы отслеживать и компенсировать любые несоответствия по частоте и/или фазе между осциллятором в передатчике и гетеродином на стороне приемника.
Сигнал каждой поляризации, после пост-компенсации, может быть демультиплексирован на четыре тона DMT в соответствии с соответствующим передатчиком (например, 500 на Фиг. 5). После обработки тонов и декодирования их в параллельной структуре, декодированные биты каждой ветви (с разными скоростями передачи битов в соответствии с их соответствующими форматами модуляции) могут быть преобразованы в последовательную форму, используя преобразователь параллельного в последовательное (например, мультиплексор 870), тем самым восстанавливая последовательный сигнал данных информации.
Фиг. 9 иллюстрирует мультимодулированную схему тона, которая применяется в блоке RX DSP 800 на Фиг. 8. На Фиг. 9, FFT 810 выводит четыре модулированных тона 900 в частотной области, которые обрабатываются в CDC 820 и преобразуются в IFFT 830. На выходе IFFT 830, спектр модулированного сигнала во временной области имеет четыре модулированных тона 910.
2
2
2
2
0
0
0
0
0
В DMT, из-за пустых указателей в спектре сигнала, Низкочастотная Осцилляция (LOFO) может быть точно оценена в частотной области. В DMT CD может быть компенсирована независимо для каждого тона. Поскольку CD следует параболической функции частоты, уменьшение полосы пропускания тона на M приводит к уменьшению FFT разрешения на M. Это приводит к уменьшению ресурсов аппаратного обеспечения в эквалайзере частотной области (FDEQ). Следовательно, в одной реализации CDC, только параболическая часть CD компенсируется в каждом тоне, т.е., вместо компенсации exp(jD(f-f)), где f является центральной частотой того тона, RX DSP 800 компенсирует exp(jDf) и оставляет exp(-j2Dff)+exp(jDf) для компенсации в модулях выравнивателя строк и восстановления фазы несущей. Из-за линейной остаточной фазы CD в exp(-j2Dff), кадрирование может быть оптимизировано способом перекрытия с сохранением.
Реализация комплексных способов оценки (например, Оценщик Последовательностей по Критерию Максимального Правдоподобия (MLSE) может быть опциональной. В случае фильтрации узкой полосы пропускания (например, большое число WSS, низкая RF полоса пропускания, и т.д.), затрагиваются только боковые тоны. Следовательно, комплексные способы оценки могут быть опционально реализованы только над боковыми тонами, что приводит к более эффективному и менее сложному исполнению аппаратного обеспечения. В присутствии очень близкого соседнего канала (например, DWDM, суперканала, и т.д.), только боковые тоны подвергаются воздействию межканальных помех (ICI). Следовательно, эквалайзеры ICI могут быть выполнены только по боковым подканалам, что приводит к снижению комплексности эквалайзера ICI. Таким образом снижается комплексность реализации алгоритмов DSP (например, MLSE, эквалайзера ICI).
Фиг. 10A-10C иллюстрируют примеры частотных видов 1010, 1020 и 1030 спектра. Ось x представляет собой частоту, а ось y представляет собой амплитуду. Спектр 1010, показанный на Фиг. 10A, является спектром одной несущей модулированного сигнала с одной несущей, который принимается на приемнике с одной несущей. Спектр 1020, показанный на Фиг. 10B, является 8QAM-DMT спектром у сигнала, который принимается на DMT приемнике. Спектр 1030, показанный на Фиг. 10C, является мультимодуляционным DMT спектром сигнала, который передается от передатчика (например, TX DSP 500 на Фиг. 5) и принимается на приемнике (например, RX DSP 800 на Фиг. 8).
-2
В отношении спектра 1030 на Фиг. 10C, QPSK применяется к боковым тонам из четырех тонов и 16 QAM применяется к средним тонам из четырех тонов. Гибкое распределение энергии выполняется, чтобы минимизировать отношение оптического сигнала к шуму (OSNR) на пре-FEC, BER 2.6e. Рассматривается сценарий с когерентным мультиплексированием с поляризационным разделением (PDM). Формирование импульса соответствует «косинус квадрат на пьедестале» с коэффициентом сглаживания 0.1. Пространство между тонами устанавливается равным . Пропускная способность . Таким образом, применительно к фиксированным служебным данным и среднему биты/символ , где K является константой. Следовательно, вместо максимальной скорости передачи данных, наносится максимальная достижима скорость передачи в бодах по отношению к RF полосам пропускания, как показано на Фиг. 11. Предполагается, что приемлемым является не более 1дБ от лимита аддитивного белого гауссовского шума (AWGN) у 8QAM, где требуемое SNR для 8QAM на целевой BER составляет 9.7153дБ. Также можно предположить, что 8-битный ADDA, и квантователи также оптимизированы для каждого единичного случая. Tx RF полоса пропускания и Rx RF полоса пропускания считаются равными.
Фиг. 11 иллюстрирует максимальную достижимую скорость передачи в бодах по отношению к RF графикам 1110 и 1120 полос пропускания. График 1110 вычисляется используя 8QAM модель приемопередатчика с одной несущей (SC), где информация передается, используя одну несущую с несколькими тонами. График 1120 вычисляется используя мультимодуляционную DMT систему с передатчиком (например, 110 на Фиг. 1, 300 на Фиг. 3, 500 на Фиг. 5) и приемником (130 на Фиг. 1, 400 на Фиг. 4, 800 на Фиг. 8). Он показывает что DMT с распределенной энергией и загруженными битами увеличивает максимальную скорость передачи в бодах в пределах 30-40%.
Фиг. 12 иллюстрирует пример поисковой таблицы 1200 (LUT). LUT 1200 определяет взаимосвязь между форматами модуляции и границей распределения энергии для гибкого распределения энергии. В данном примере, LUT 1200 предназначена для приемопередатчика для четырехтоновой DMT с OPSK на двух боковых тонах и 16QAM на двух средних тонах. Например, LUT 1200 используется в TX DSP 500 на Фиг. 5. Верхняя строка 1210 у LUT 1200 является отношением Tx-Rf и RX-RF полос пропускания по скорости передачи в бодах. Предполагается, что TX-RF и RX-RF полосы пропускания являются одинаковыми. Нижняя строка 1220 у LUT 1200 является коэффициентом энергии, который распределяется средним тонам по отношению к боковым тонам (в дБ). Например, если RF полоса пропускания является 0.3×fбод, приемопередатчик распределяет на 6дБ более высокую энергию 16QAM каналам в сравнении с QPSK каналами. Разные LUT могут быть применены к символам для гибкого распределения энергии.
Фиг. 13 иллюстрирует способ 1300 оптической связи, который может быть реализован посредством стороны передатчика оптической сети связи (например, TX DSP 112 на Фиг. 1, TX DSP 310 на Фиг. 3, TX DSP 500 на Фиг. 5). Входящие потоки битов преобразуются (1310) в N групп из битов для N тонов, чтобы оптимизировать скорость передачи битов для каждого тона с помощью гибкой схемы загрузки битов. Каждый поток битов с уникальной скоростью передачи битов для тона отображается (1320) в символе с помощью формата модуляции. Энергия одного или более символов оптимизируется (1330) с помощью схемы гибкого распределения энергии, которая может быть реализована, используя LUT (например, 330 на Фиг. 3, 1200 на Фиг. 12). Модулированные N сигналы битов могут быть преобразованы (1340) из временной области в частотную область, например, посредством использования FFT, чтобы генерировать множество сигналов канала, и затем могут быть отфильтрованы, чтобы выполнить формирование импульса. Результирующие сигналы канала мультиплексируются (1350), например, посредством применения большого IFFT (например, 570 на Фиг. 5), чтобы выводить цифровой электрический сигнал. Цифровой электрический сигнал может быть преобразован (1360) в аналоговый сигнал, например, посредством использования DAC (например, 340 на Фиг. 3), и затем преобразован в оптический сигнал для передачи.
Фиг. 14 иллюстрирует способ 1400 оптической связи, который может быть реализован посредством стороны приемника оптической сети связи (например, RX DSP 132 на Фиг. 1, RX DSP 410 на Фиг. 4, RX DSP 800 на Фиг. 8). Способ 1400 может включать в себя функции, реализуемые посредством стороны передатчика оптической сети связи. Принимается (1410) оптический сигнал. Оптический сигнал преобразуется (1420) в цифровой электрический сигнал, например, посредством O/E преобразования и AD преобразования. Цифровой электрический сигнал может быть преобразован в частотную область, например, посредством применения FFT (например, 810 на Фиг. 8), чтобы генерировать множество сигналов канала. Цифровой электрический сигнал может быть обработан (1430) для компенсации искажения и для восстановления несущей в каждом тоне. Обработанные сигналы декодируются (1440) с помощью форматов демодуляции, которые соответствуют форматам модуляции, которые используются на стороне передатчика. Демодулированные сигналы бита преобразуются (1450) в последовательную форму, чтобы восстанавливать их исходную очередность.
Фиг. 15 иллюстрирует блок 1500 приемопередатчика, который может быть любым устройством, которое передает и/или принимает оптические сигналы с закодированными данными. Например, блок 1500 приемопередатчика может располагаться в оптической системе связи, которая может реализовывать передатчик 110 и приемник 130, показанные на Фиг. 1. Блок 1500 приемопередатчика может быть когерентным оптическим приемопередатчиком. Блок 1500 приемопередатчика может быть выполнен с возможностью реализации или обеспечения любой из схем, описанных в данном документе, таких как мультимодуляционная DMT схема, гибкая загрузка битов, гибкое распределение энергии и способы 1300 и 1400 оптической связи на Фиг. 13 и 14. Блок 1500 приемопередатчика также может выступать в роли другого узла(ов) в оптической транспортной сети (OTN), такого как терминал оптической линии (OLT), блок оптической сети (ONU), и/или другие элементы оптической сети. Понятие блок приемопередатчика охватывает широкий диапазон устройств из которых блок 1500 приемопередатчика является примером. Блок 1500 приемопередатчика включен только для ясности обсуждения, но никоим образом не означает ограничение заявки настоящего раскрытия конкретным блоком приемопередатчика или классом блока приемопередатчика.
Например, признаки/способы в раскрытии могут быть реализованы используя аппаратное обеспечение, встроенное программное обеспечение, и/или программное обеспечение, инсталлированное для работы на аппаратном обеспечении. Как показано на Фиг. 15, блок 1500 приемопередатчика может включать в себя электрическую в оптическую (E/O) интерфейсную часть 1510 и/или оптическую в электрическую (O/E) интерфейсную часть 1520, которая может преобразовывать электрический сигнал в оптический сигнал для передачи в OTN и/или приема оптического сигнала от OTN и преобразования оптического сигнала в электрический сигнал, соответственно. Процессор 1530 может быть связан с E/O интерфейсной частью 1510 и O/E интерфейсной частью 1520 через множество DAC 1540 и ADC 1550, соответственно, которые могут быть или могут не быть частью процессора 1530. DAC 1540 могут преобразовывать цифровые электрические сигналы, сгенерированные процессором 1530, в аналоговые электрические сигналы, которые могут быть поданы в E/O интерфейсную часть 1510. ADC 1550 может преобразовывать электрические сигналы, принимаемые от O/E  интерфейсной части 1520 в цифровые электрические сигналы, которые могут быть обработаны процессором 1530. Если блок приемопередатчика находится на стороне передатчика, процессор 1530 может включать в себя блок 1533 гибкой загрузки битов для загрузки битов в каждый тон и модуль 1534 гибкого распределения энергии для распределения энергии одному или более тонам. Процессор 1530 может быть связан с одним или более многоядерными процессорами и/или модулями 1532 памяти, которые могут функционировать в качестве хранилищ данных, буферов, и т.д. Модуль 1532 памяти может включать в себя поисковую таблицу для гибкого распределения энергии. Процессор 1530 может быть реализован в качестве общего процессора или может быть частью одной или более ASIC и/или DSP. Блок 1533 гибкой загрузки битов и модуль 1534 гибкого распределения энергии могут быть реализованы в качестве инструкций, хранящихся в модуле 1532 памяти, которые могут быть исполнены процессором 1530. Модуль 1532 памяти может включать в себя кэш для временного хранения контента, например, Память с Произвольным Доступом (RAM). Дополнительно, модуль 1532 памяти может включать в себя долгосрочное хранилище для хранения контента относительно более длительное время, например, Постоянную Память (ROM). Например, кэш и долгосрочное хранилище могут включать в себя динамические памяти с произвольным доступом (DRAM), твердотельные накопители (SSD), жесткие диски, или их сочетания. Процессор 1530 является программируемым процессором, и исполняемые инструкции могут быть загружены в блок 1500 приемопередатчика, по меньшей мере, одно из процессора 1530 и/или модуля 1532 памяти. Каждая из параллельных ветвей обработки на стороне передатчика (например, 112 на Фиг. 1, 300 на Фиг. 3, 500 на Фиг. 5) может быть сконфигурирована, используя исполняемые инструкции, которые могут включать в себя скорость передачи битов, формат модуляции каждой ветви, суммарное количество ветвей и схемы загрузки битов и распределения энергии ветвей. Каждая из параллельных ветвей обработки на стороне приемника (например, 132 на Фиг. 1, 410 на Фиг. 4, 800 на Фиг. 8) может быть сконфигурирована, используя исполняемые инструкции, которые могут включать в себя формат демодуляции модуляции каждой ветви и суммарное количество ветвей.
Любая обработка раскрытия может быть реализована посредством предписания процессору, цифровым сигнальным процессорам (DSP), проблемно-ориентированной микросхеме (ASIC), или компонентам процессора в системе (например, 110, 130 на Фиг. 1) исполнять компьютерную программу или обеспечивать функции. В данном случае, компьютерный программный продукт может быть предоставлен компьютеру или мобильному устройству, используя любой тип не временных машиночитаемых носителей информации. Компьютерный программный продукт может быть сохранен на не временном машиночитаемом носителе информации в компьютере или сетевом устройстве. Не временные машиночитаемые носители информации включают в себя любой тип вещественных запоминающих носителей информации. Примеры не временных машиночитаемых носителей информации включают в себя магнитные запоминающие носители информации (такие как магнитные ленты, накопители на жестком диске, флэш-память, и т.д.), оптические магнитные запоминающие носители информации (например, магнито-оптические диски), постоянную память на компакт-диске (CD-ROM), записываемый компакт-диск (CD-R), перезаписываемый компакт-диск (CD-R/W), цифровой универсальный диск (DVD), диск Blu-ray (зарегистрированный товарный знак) (BD), и полупроводниковые памяти (такие как маскированная ROM, программируемая ROM (PROM), стираемая PROM), флэш-ROM, и RAM). Компьютерный программный продукт также может быть предоставлен компьютеру или сетевому устройству, используя любой тип временных машиночитаемых носителей информации. Понятие «выполненный с возможностью (выполнения задачи)», используемое в данном документе, включает в себя программируемое, запрограммированное, соединяемое, смонтированное или иным образом сконструированное с наличием возможности выполнения задачи, когда организуется или инсталлируется, как описано в данном документе.
Несмотря на то что несколько вариантов осуществления было предоставлено в настоящем раскрытии, может быть понятно, что раскрываемые системы и способы могут быть реализованы во многих других конкретных формах, не отступая от объема настоящего раскрытия. Настоящие примеры следует рассматривать в качестве иллюстрирующих, а не ограничивающих, и замысел не должен ограничиваться приведенными в данном документе подробностями. Например, разнообразные элементы или компоненты могут быть объединены или интегрированы в другую систему или некоторые признаки могут быть опущены, или не реализовываться. Некоторое количество вариаций и модификаций может быть выполнено, не отступая от объема изобретения, как определяется формулой изобретения.