CN102064890B - 一种基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法 - Google Patents

Abstract

一种基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，将发送端光源通过一偏振分束器分解为偏振正交的两路，将所述两路偏振光输入两个相同的马赫曾德尔调制器，使用数据和其反码进行非归零码调制，发送至光纤；接收端接收光纤上的光信号，将其偏振态稳定后，将两偏振复用的光信号分离，分别通过光电探测器进行接收并转为两路电信号，两路电信号通过平衡接收机，获得信噪比增益，该传输方法，使发送端抑制非线性效应，提高发送功率，接收端提高系统的接收信噪比，从而在整体上提高系统性能。

Description

一种基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法

技术领域

本发明涉及超长单跨光传输系统，具体说是一种基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输系统调制编码和接收的新方法。

背景技术

在一些特殊场合，如沿海、岛屿、沙漠、森林等地建网，由于没有电力系统可供利用，站点之间必须建立端到端的直达通路，而没有任何中继设备，因此在传输过程中光信号会受到极大衰减，而接收端需要进行高增益的放大才能够使光电探测器检测出信号，这样就会引入大量的噪声，劣化了信号的信噪比，从而降低了系统性能。为了使信噪比提高可以通过提升发送端的功率来弥补，而采用差分相移键控(DPSK)调制光强时，由于现有系统多采用马赫曾德尔(MZ)调制器进行调制，在使用该方式调制时，MZ调制器必需要经过幅度零点来切换相位，所以尽管该调制方式下信号的包络是恒定的(这一点同OOK调制方式相比较确实降低了非线性的影响，普通的OOK调制信号由于没有办法将光分解为相位相反的两路，从而无法使用平衡接收机)，但是其功率却不是恒定不变的，当相位切换时会有功率的变化，从而不可避免的引入非线性的影响，由于受非线性效应的制约发送功率不能无限提高，系统性能受到了限制。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，使发送端抑制非线性效应，提高发送功率，接收端提高系统的接收信噪比，从而在整体上提高系统性能。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，将发送端光源通过一偏振分束器分解为偏振正交的两路，将所述两路偏振光输入两个相同的马赫曾德尔调制器，使用数据和其反码进行非归零码调制，发送至光纤；接收端接收光纤上的光信号，将其偏振态稳定后，将两偏振复用的光信号分离，分别通过光电探测器进行接收并转为两路电信号，两路电信号通过平衡接收机，获得信噪比增益，将马赫曾德尔调制器偏置电压设置在线性点，两正交的偏振光偏振方向的幅度调制为推挽特性。

在上述技术方案的基础上，所述两路偏振光调制后通过偏振合束器(PBC)进行合路，再经过发送端的放大器提升光功率，将其发送到光纤中进行传输。

在上述技术方案的基础上，所述接收端从光纤接收光信号，经过一个收端放大器，提升光功率后，送入偏振控制器。

在上述技术方案的基础上，所述接收端接收的光信号通过偏振控制器稳定器偏振态后，得出两偏振复用光信号，再通过偏振分束器将两偏振复用光信号分离。

本发明的有益效果在于，本发明的方法基于偏振复用的推挽编码技术，使得输出光的光强保持恒定，从而使得自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)效应得到极大的抑制，在该情况下相应的发送功率得到极大的提升，同时在接收端可以采用平衡接收的方式进一步提高信噪比，最终提升了系统的性能。

附图说明

图1为本发明一实施方式基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实方式作进一步详细说明。

如图1所示，本发明采用的偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，光源101产生偏振光，将所述偏振光输入到偏振分束器(PBS)102中。当使用保偏输入时，输入光源101的线偏振方向刚好同PBS102的光轴成45°，光源101被分成大小相等且相互正交的两路，然后将两路正交的偏振光X、偏振光Y分别输入MZ调制器103和MZ调制器104。将MZ调制器103、MZ调制器104分别使用数据和其反码进行非归零码(NRZ)调制，由MZ调制器相应光电场调制特性如下：

$E_{\mathrm{out}}={\mathrm{jE}}_{\mathrm{in}}\exp \left(\mathrm{j\βL}\right)\exp \left(j\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{V_1+V_2}{V_{\mathrm{\π}}}\right)\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{V_1-V_2}{V_{\mathrm{\π}}}\right)---\left(1\right)$

光场强度调制特性如下：

${{|E}_{\mathrm{out}}|}^2=I_{\mathrm{in}}{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{V_1-V_2}{V_{\mathrm{\π}}}\right)---\left(2\right)$

将MZ调制器103、MZ调制器104偏置电压设置在线性点，两正交的偏振光X和偏振光Y偏振方向的幅度调制特性分别为：

${{|E}_X|}^2=I_X{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{0.5V_{\mathrm{\π}}+V_X}{V_{\mathrm{\π}}}\right)---\left(3\right)$

${\left|E_Y\right|}^2=I_Y{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{{0.5V}_{\mathrm{\π}}+V_Y}{V_{\mathrm{\π}}}\right)---\left(4\right)$

这样当一路偏振光信号处于有光输出时，另一路偏振光信号处于无光输出；并且一路光强度由小变大时，另一路光强度由大变小，反之亦然。同时两路光信号一起输出时总的功率和保持不变，使得两路光信号的的输出具有推挽的特性。又由于两路光强相同，且电压互为推挽对称，这样偏振Y方向的光强可写为：

${\left|E_Y\right|}^2=I_X{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{{0.5V}_{\mathrm{\π}}-V_X}{V_{\mathrm{\π}}}\right)=I_X{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{{0.5V}_{\mathrm{\π}}+V_X}{V_{\mathrm{\π}}}\right)---\left(5\right)$

整个系统输出的光强为：

${\left|E_{\mathrm{out}}\right|}^2={\left|E_X\right|}^2+{\left|E_Y\right|}^2=I_X{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{{0.5V}_{\mathrm{\π}}+V_X}{V_{\mathrm{\π}}}\right)+I_X{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{0.5V_{\mathrm{\π}}+V_X}{V_{\mathrm{\π}}}\right)=I_X=I_Y---\left(6\right)$

整个系统的光强是两个偏振方向的光强的叠加，在这样的工作方式下使得输出光强恒定。

调制完成后将两个偏振方向的光信号通过偏振分束器(PBC)105进行合路，然后经过发送端的放大器(简称发端OA)106将光功率进行提升，然后将其发送到光纤107中进行传输。

光纤中非线性效应主要包括：自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)、受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)；由于在超长单跨光传输中，波长个数较少且间隔较远，FWM效应几乎没有，而SBS和SRS受其门限效应的限制，在一定条件下也可近似忽略不计，因此传输过程中受到的主要非线性效应为SPM和XPM，SPM和XPM效应是由于高输入功率会改变光纤的折射率从而引入附加相位(克尔效应)，而功率的变化引起折射率的变化，导致信号附加相位的变化，产生一定的附加频率，使得波形受到畸变。即由于非线性的作用，介质的折射率会与输入光信号的光强有关，关系如下：

$n=n_0+n_2\frac{P}{A_{\mathrm{eff}}}=n_0+n_2{\left|E\right|}^2---\left(7\right)$

表明光强会使介质的折射率发生改变，同时会使光场传输时产生附加相位：

φ＝nk₀L＝(n₀+n₂|E|²)k₀L＝φ_L+φ_NL   (8)

当光强变化时，导致光纤的折射率也同时发生变化，使得非线性附加相移变化，从而产生非线性附加频移，在时域上体现为波形发生畸变。

如果保持输入光信号的光强恒定不变，这时非线性效益仅能产生一个附加相移，且对光信号的相移是恒定的，不会使光信号发生畸变，非线性效应得到了极大的抑制，从而使发送端的功率得到极大的提升。理论上，只要偏振正交的两路光信号保持式(6)的特性在整个传输过程中几乎不会受到SPM和XPM效应的影响。由于色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)效应的作用，光信号在传输过程中无法一直保持这样的对称性，但是由于非线性效应主要产生于其功率较大的时刻，基本可以认为是传输前若干公里距离内，因此在该范围内对称性基本得到保持，非线性得到很好的抑制作用。另外由于光纤的PMD较小，这时如果采用零色散光纤进行传输，可以认为对称性几乎保持不变，非线性效应作用也几乎没有，发送功率能够提升到SRS的上限。

最后，当光信号达到接收端的时候，先要经过一个收端放大器(简称收端OA)，将光功率进行提升，再经过偏振控制器(PC)109，通过控制策略将接收到的信号偏振解复用，其两偏振态的方向分别于PBS110对准，然后两复用光信号分别通过PBS110的两端口输出，输出后将两光信号分别通过光电探测器111和光电探测器112将光信号转换为电信号。最后将两电信号同时输入到平衡接收机113中，从而能够使输出获得3dB的增益，最后将输出信号进行抽样判决，完成整个系统的传输。

Claims (4)

1.一种基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，其特征在于：将发送端光源通过一偏振分束器分解为偏振正交的两路，将所述两路偏振光输入两个相同的马赫曾德尔调制器，使用数据和其反码进行非归零码调制，发送至光纤；接收端接收光纤上的光信号，将其偏振态稳定后，将两偏振复用的光信号分离，分别通过光电探测器进行接收并转为两路电信号，两路电信号通过平衡接收机，获得信噪比增益；将马赫曾德尔调制器偏置电压设置在线性点，两正交的偏振光偏振方向的幅度调制为推挽特性。

2.如权利要求1所述的基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，其特征在于：所述两路偏振光调制后通过偏振合束器进行合路，再经过发送端的放大器提升光功率，将其发送到光纤中进行传输。

3.如权利要求1所述的基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，其特征在于：所述接收端从光纤接收光信号，经过一个收端放大器，提升光功率后，送入偏振控制器。

4.如权利要求1所述的基于偏振复用推挽调制编码的超长单跨光传输方法，其特征在于：所述接收端接收的光信号通过偏振控制器稳定器偏振态后，得出两偏振复用光信号，再通过偏振分束器将两偏振复用光信号分离。