CN102811096A - 一种非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，该方法是在发射端对待调制数字信号进行以下预处理：首先将待调制数字信号分成强度相等的两路信号，然后对两路信号进行滤波，并计算得到滤波后两路信号的相位谱Φ₁(Δf)和Φ₂(Δf)，然后再进行类似90°混频耦合器的耦合，输出两路耦合后的信号；将信号进行数模转换后发送到双臂马赫曾德调制器，经调制后通过光纤发送，由非相干探测系统接收。本发明能够有效地实现对光纤传输色散的补偿，实现简单，有很好的补偿效果，能大幅提高接收端信号质量，为长距离、高带宽的光接入网提供可能性。

Description

一种非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，特别涉及一种非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法。

背景技术

损耗是由于光纤铺设过程中的弯曲、光纤对光的散射和吸收引起，目前商用光纤的损耗小于0.2dB/Km，已十分接近其理论极限。目前接入网中对损耗的补偿，主要通过局端对光信号的放大。

色散是由于在光纤中传输时，不同波长光波对应不同群速度，从而传输产生不同的群时延的一种物理效应。目前商用光纤色散系数约为16ps/nm/Km。由于传输的光信号不可能只包含一个波长（否则不携带任何信息），而不同波长分量的信号在传输过程中将经历不同的群时延，从而在接收端表现为信号时域展宽。

在非相干探测光纤通信系统中，光纤的色散还会对信号引入另一种影响。在光纤传输时，由于色散的存在，不同波长成分的光信号将经历不同的相位延迟（该相位延迟对应时域上的时延，与波长、光纤长度和光纤色散系数有关）。若接收端采用平方律探测器，不同波长光波之间进行干涉相加。当两个光波经历的相位延迟差为圆周率的奇数倍时，这两个光波干涉相消，光强度零。因此，光纤色散还会对非相干探测系统中的信号引入频率选择性衰落，从而限制接入网的接入距离和接入带宽。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，该方法可以方便、有效、迅速地补偿光纤色散对传输光信号的影响，从而大幅提高接入网覆盖区域和接入带宽。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，在发射端对待调制数字信号进行以下预处理：

（1）将待调制数字信号分成强度相等的两路信号；

（2）对两路信号进行滤波，滤波后两路信号的相位谱Φ₁(Δf)和Φ₂(Δf)由以下公式决定：

${\mathrm{\Φ}}_1\left(\mathrm{\Δf}\right)=\frac{1}{4}\mathrm{\π}+\mathrm{m\π}+{\tan }^{-1}\left(\frac{1+{\mathrm{\δ}}^2}{{\mathrm{\δ}}^2-1+2{\mathrm{\δ}\tan }^{-1}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right);$

${\mathrm{\Φ}}_2\left(\mathrm{\Δf}\right)=\frac{1}{4}\mathrm{\π}+\mathrm{m\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{1+{\mathrm{\δ}}^2}{{\mathrm{\δ}}^2-1+2{\mathrm{\δ}\tan }^{-1}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right);$

其中，θ=πλ²DLΔf²/c，λ为光载波波长，D为从发射端向接收端传输信号的光纤的色散系数，L为上述光纤的长度，Δf为信号频率，c为光速；

er为马赫曾德调制器（MachZehnder Interfernmeter，MZI）的消光比；m为相位变化系数，有0和1两个值，由θ的取值范围决定。

（3）对上述步骤（2）输出的两路信号进行类似90°混频耦合器的耦合，输出两路耦合后的信号；

（4）将步骤（3）得到的信号进行数模转换后发送到双臂马赫曾德调制器，经调制后通过光纤发送，由非相干探测系统接收。

优选的，所述滤波和类似90°混频耦合是通过DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理芯片)来实现的。

优选的，所述步骤（3）中，类似90°混频耦合器的耦合具体是指：将第一路输入信号相位偏移90°与第二路输入信号相加，得到第一路输出信号；第二路输入信号相位偏移90°与第一路输入信号相加，得到第二路输出信号。

优选的，所述双臂马赫曾德调制器由连续光输入，输出光信号与光纤耦合。

优选的，所述非相干探测系统采用平方律探测器进行光电转换。在基于上述方法对信号进行预补偿处理后，在接收端采用这种方法电域信号将不受光纤色散的影响。

优选的，所述步骤（2）中，对两路信号进行滤波所采用的滤波器幅度谱为常数1。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、在目前的光接入网中，光信号主要受到光纤色散影响，无法获得大范围、高带宽的接入。本发明利用数字信号处理技术，有效地实现对光纤传输色散的补偿，实现简单，有很好的补偿效果，能大幅提高接收端信号质量，为长距离、高带宽的光接入网提供可能性。

2、本发明可以应用在光纤通信接入网最常见的系统中，信号由中心局端通过光纤向各个用户端传输的。中心局端在与每个用户通信之前，根据协议层算法进行与每个用户端的测距，以确定时隙的分配，因此中心局端与用户端之间光纤长度是已知的。故在中心局可以对发射到每个用户的信号分别应用本发明进行预处理，将处理后的信号发送到各个用户端。而用户端无需对设置进行任何改变即可大大减弱色散对信号质量的影响。

附图说明

图1为信号在传输过程中发生群时延的示意图；

图2为光纤色散对非相干探测系统光信号影响到频域表现的示意图；

图3为本发明的系统原理框图；

图4为本发明实施例1工作时的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，不同波长光波λ₁、λ₂、λ₃对应不同群速度，在光纤中传输时，产生不同的群时延，即色散。目前商用光纤色散系数约为16ps/nm/Km。由于传输的光信号不可能只包含一个波长（否则不携带任何信息），而不同波长分量的信号在传输过程中将经历不同的群时延，从而在接收端表现为信号时域展宽。

如图2所示，在非相干探测光纤通信系统中，光纤的色散还会对信号引入另一种影响。在光纤传输时，由于色散的存在，不同波长成分的光信号将经历不同的相位延迟（该相位延迟对应时域上的时延，与波长、光纤长度和光纤色散系数有关），如图2(b)所示。若接收端采用平方律探测器，不同波长之间将进行干涉相加。当两个光波经历的相位延迟差为圆周率的奇数倍时，这两个光波干涉相消，光强度为零，如图2(c)所示。因此，光纤色散还会对非相干探测系统中的信号引入频率选择性衰落，从而限制接入网的接入距离和接入带宽。因此有必要对因光纤色散引入的相位差异进行补偿。

如图3所示，为非相干探测光纤通信接入网的基本结构图，信号首先进入DSP芯片中进行预处理，此预处理所采用的方法即为本发明所述的方法，然后将预处理后的信号经过DAC（数模转换器）转换后发送到MZI（马赫曾德调制器），经调制后信号经光纤传送到输出端的非相干探测系统，该系统采用平方律探测器进行光电转换。

其中，在DSP芯片中采用如下的预处理方法：在发射端对待调制数字信号进行以下预处理：

（1）将待调制数字信号分成强度相等的两路信号；

（2）对两路信号进行滤波，滤波后两路信号的相位谱Φ₁(Δf)和Φ₂(Δf)由以下公式决定：

${\mathrm{\Φ}}_1\left(\mathrm{\Δf}\right)=\frac{1}{4}\mathrm{\π}+\mathrm{m\π}+{\tan }^{-1}\left(\frac{1+{\mathrm{\δ}}^2}{{\mathrm{\δ}}^2-1+2{\mathrm{\δ}\tan }^{-1}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right);$

${\mathrm{\Φ}}_2\left(\mathrm{\Δf}\right)=\frac{1}{4}\mathrm{\π}+\mathrm{m\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{1+{\mathrm{\δ}}^2}{{\mathrm{\δ}}^2-1+2{\mathrm{\δ}\tan }^{-1}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right);$

其中，θ=πλ²DLΔf²/c，λ为光载波波长，D为从发射端向接收端传输信号的光纤的色散系数，L为上述光纤的长度，Δf为信号频率，c为光速；

er为马赫曾德调制器的消光比；m为相位变化系数，有0和1两个值，由θ的取值范围决定。

（3）对上述步骤（2）输出的两路信号进行类似90°混频耦合器的耦合，输出两路耦合后的信号；

（4）将步骤（3）得到的信号进行数模转换后发送到双臂马赫曾德调制器，经调制后通过光纤发送，由非相干探测系统接收。

本实施例中，所述的滤波和类似90°混频耦合是通过DSP来实现的。

所述步骤（3）中，类似90°混频耦合器的耦合具体是指：将第一路输入信号相位偏移90°与第二路输入信号相加，得到第一路输出信号；第二路输入信号相位偏移90°与第一路输入信号相加，得到第二路输出信号。

所述双臂马赫曾德调制器由连续光输入，输出光信号与光纤耦合。

所述步骤（2）中，对两路信号进行滤波所采用的滤波器幅度谱为常数1。

如图4所示，本实例是应用在光纤通信接入网中最常见的系统中，信号是由中心局端通过光纤向各个用户端传输的。中心局端在与每个用户通信之前，根据协议层算法进行与每个用户端的测距，以确定时隙的分配，因此中心局端与用户端之间光纤长度是已知的，例如L1、L2、L3。故在中心局可以对发射到每个用户的信号分别应用本发明进行预处理，将处理后的信号发送到各个用户端。而用户端无需对设置进行任何改变即可大大减弱色散对信号质量的影响。本发明利用数字信号处理技术，有效地实现对光纤传输色散的补偿，实现简单，有很好的补偿效果，能大幅提高接收端信号质量，为长距离、高带宽的光接入网提供可能性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，其特征在于，在发射端对待调制数字信号进行以下预处理：

（1）将待调制数字信号分成强度相等的两路信号；

（2）对两路信号进行滤波，滤波后两路信号的相位谱Φ₁(Δf)和Φ₂(Δf)由以下公式决定：

${\mathrm{\Φ}}_1\left(\mathrm{\Δf}\right)=\frac{1}{4}\mathrm{\π}+\mathrm{m\π}+{\tan }^{-1}\left(\frac{1+{\mathrm{\δ}}^2}{{\mathrm{\δ}}^2-1+2{\mathrm{\δ}\tan }^{-1}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right);$

${\mathrm{\Φ}}_2\left(\mathrm{\Δf}\right)=\frac{1}{4}\mathrm{\π}+\mathrm{m\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{1+{\mathrm{\δ}}^2}{{\mathrm{\δ}}^2-1+2{\mathrm{\δ}\tan }^{-1}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right);$

其中，θ＝πλ²DLΔf²/c，λ为光载波波长，D为从发射端向接收端传输信号的光纤的色散系数，L为上述光纤的长度，Δf为信号频率，c为光速；

er为马赫曾德调制器的消光比；m为相位变化系数，有0和1两个值，由θ的取值范围决定；

（3）对上述步骤（2）输出的两路信号进行类似90°混频耦合器的耦合，输出两路耦合后的信号；

（4）将步骤（3）得到的信号进行数模转换后发送到双臂马赫曾德调制器，经调制后通过光纤发送，由非相干探测系统接收。

2.根据权利要求1所述的非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，其特征在于，所述步骤（2）中的滤波和步骤（3）中的类似90°混频耦合是通过DSP来实现的。

3.根据权利要求2所述的非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，其特征在于，所述步骤（3）中，类似90°混频耦合器的耦合具体是指：将第一路输入信号相位偏移90°与第二路输入信号相加，得到第一路输出信号；第二路输入信号相位偏移90°与第一路输入信号相加，得到第二路输出信号。

4.根据权利要求1所述的非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，其特征在于，所述双臂马赫曾德调制器由连续光输入，输出光信号与光纤耦合。

5.根据权利要求1所述的非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，其特征在于，所述非相干探测系统采用平方律探测器进行光电转换。

6.根据权利要求1所述的非相干探测光纤通信接入网中的电域色散预补偿方法，其特征在于，所述步骤（2）中，对两路信号进行滤波所采用的滤波器幅度谱为常数1。

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