CN102882606A - 基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统，包括光源输入单元、光信号调制单元、空间复用及解复用单元、光信号转换单元及电信号处理单元。所述光源输入单元通过所述光信号调制单元与所述空间复用及解复用单元连接。所述光源输入单元还与所述空间复用及解复用单元连接。所述空间复用及解复用单元依次通过所述光信号转换单元与所述电信号处理单元连接。本申请提供的基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统在接收端省去了昂贵的窄线宽可调本振光源，降低了接收端频率估计和相位恢复算法的复杂度。

Description

基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统。

背景技术

20世纪70年代，随着低损耗光纤以及室温下运行的半导体激光器的研究成功，全世界范围内掀起了光纤通信发展的浪潮。几十年间，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长（850nm）发展到长波长（1310nm和1550nm）。EDFA（即掺铒光纤放大器）的发明避免了光电光中继再生，延长了全光无中继传输距离，DWDM（即密集波分复用）技术提高了基于单模光纤的通信系统传输容量。技术进步推动着光纤通信系统容量在不到20年的时间里增加了几个数量级。随着光纤通信系统速率从10G升级到40G，乃至100G，光纤链路中的色散、偏振模色散、非线性效应、相位噪声等因素极大限制了全光无中继传输距离和实际网络应用。为了进一步提高传输容量和传输距离，传统的直接检测接收方式逐步被具有强大数字信号处理功能的光数字相干检测技术取代。由于光数字相干接收方式，可以支持高级调制格式，充分利用光的相位、偏振等信息，从而可以继续提高光纤的传输容量，提高频谱利用率。同时，数字相干接收方式通过将信号光和本振光混合，可以提高系统接收机灵敏度。而且可以利用成熟的数字信号处理（DSP）算法，在电域补偿光信号传输后的损伤。值得注意的是，由于激光的相位噪声与激光线宽有关，为了满足系统误码率的要求，传统相干接收方式在接收端要求具有一个昂贵的窄线宽可调激光器作为本振光源，同时在DSP芯片中用各种复杂的算法来进行频率估计和相位恢复的计算。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种能够在接收端省去昂贵的窄线宽可调本振光源，降低接收端频率估计和相位恢复算法的复杂度的基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统，包括：光源输入单元、光信号调制单元、空间复用及解复用单元、光信号转换单元及电信号处理单元。所述光源输入单元通过所述光信号调制单元与所述空间复用及解复用单元连接。所述光源输入单元还与所述空间复用及解复用单元连接。所述空间复用及解复用单元通过所述光信号转换单元与所述电信号处理单元连接。

进一步地，所述空间复用及解复用单元包括：空间复用器、空间解复用器及多芯光纤。所述光信号调制单元与所述空间复用器连接。所述空间复用器通过所述多芯光纤与所述空间解复用器连接。所述空间解复用器与所述光信号转换单元连接。

进一步地，所述电信号处理单元为DSP芯片。

进一步地，所述光信号调制单元包括：PBS、第一MZM调制模块、第二MZM调制模块、PBC及EDFA。所述PBS与所述光源输入单元连接。所述PBS分别通过所述第一MZM调制模块和所述第二MZM调制模块与所述PBC连接。所述PBC通过所述EDFA与所述空间复用器连接。

进一步地，所述多芯光纤中的不同纤芯具有不同的折射率。

进一步地，所述多芯光纤为七芯光纤。

进一步地，所述光源输入单元包括：多波长激光器阵列、第一阵列波导光栅及耦合器。所述多波长激光器阵列通过所述第一阵列波导光栅与所述耦合器连接。所述耦合器分别与所述PBS和所述空间复用器连接。

进一步地，所述光信号转换单元包括：第二阵列波导光栅、光混频器、平衡探测器及模数转换器。所述空间解复用器通过所述第二阵列波导光栅与所述光混频器连接。所述光混频器依次通过所述平衡探测器、模数转换器与所述电信号处理单元连接。

进一步地，所述光源输出单元为单波长激光器。所述单波长激光器分别与所述PBS和所述空间复用器连接。

进一步地，所述光信号转换单元包括：光混频器、平衡探测器及模数转换器。所述空间解复用器与所述光混频器连接。所述光混频器依次通过所述平衡探测器、模数转换器与所述电信号处理单元连接。

本申请提供的基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统在接收端省去了昂贵的窄线宽可调本振光源，降低了接收端频率估计和相位恢复算法的复杂度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的多波长传输的基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统结构示意图。

图2为本申请实施例提供的单波长传输的基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

参见图1，本实施例提供的一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统，包括：光源输入单元（包括多波长激光器阵列、第一阵列波导光栅及耦合器）、光信号调制单元（包括PBS、第一MZM调制模块、第二MZM调制模块、PBC及EDFA）、空间复用及解复用单元（包括空间复用器、空间解复用器及多芯光纤1）、光信号转换单元（包括第二阵列波导光栅、光混频器、平衡探测器及模数转换器）及电信号处理单元（采用DSP芯片）。多芯光纤中的不同纤芯具有不同的折射率。本实施例中的多芯光纤1采用七芯光纤。多波长激光器阵列通过第一阵列波导光栅与耦合器连接（通过单模光纤连接）。耦合器依次通过PBS、第一MZM调制模块、PBC、EDFA与空间复用器连接（利用光纤连接）。PBS还通过第二MZM模块与PBC连接（利用单模光纤连接）。耦合器还直接通过单模光纤与空间复用器连接。空间复用器通过七芯光纤与空间解复用器连接。空间解复用器利用两路单模光纤与第二阵列波导光栅连接。第二阵列波导光栅利用两路单模光纤分别与光混频器连接。光混频器通过单模光纤与平衡探测器连接。平衡探测器通过模数转换器与DSP芯片连接（通过导线连接）。

本实施例提供的一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统的工作原理如下：参见图1，多波长激光器阵列产生的多个波长经过阵列波导光栅波分复用后，利用耦合器将光分成两部分分别传送至PBS和空间复用器中。从PBS分出的两路光分别经过第一MZM调制模块和第二MZM调制模块进行信号调制（即QPSK调制）。经过调制的两路光信号汇合到PBC实现偏振复用，然后经EDFA放大后注入到单模光纤中并将光信号传送至空间复用器。另一部分光作为连续光注入到另一根单模光纤并传送至空间复用器。在空间复用器中，由于将单模光纤与七芯光纤的每个芯耦合到一起是不可能的，因此通过复用器内部的透镜将单模光纤中的光束耦合到七芯光纤中的每个芯中。单模光纤中的光经过透镜准直后，经过另一个透镜后被汇聚到七芯光纤的2个纤芯处，从而完成复用过程。经过七芯光纤传输后通过空间解复用器内部的透镜完成解复用过程，再经过第二阵列波导光栅以及滤波器滤除出某一个波长的信号光和连续光。在七芯光纤中，通过对不同的纤芯处引入折射率失配，进而导致传播常数失配，引起不同纤芯中的相速度不同，从而破坏了模场耦合条件。使得不同纤芯中传输的光场之间的串扰很小，创造了一个有利于不同纤芯中传输不同光的良好的环境，减小串扰及非线性效应。在七芯光纤进行共纤传输后，经过空间解复用器解复用，第二阵列波导光栅以及滤波器滤除出某一个波长的信号光和连续光，由于连续光作为本振光在发送端就进行了传输，因此不需要昂贵的可调窄线宽激光器，另外，由于每一对信号光和连续光是同一波长，因此可以省去接收端数字信号处理中频率估计和相位恢复的算法。经过第二阵列波导光栅以及滤波器滤除出某一个波长的信号光和连续光传送至光混频器进行混频，经过混频的光信号传送至衡探测器，平衡探测器将光信号转换为电信号，电信号经由模数转换器转换为数字信号进入DSP芯片进行信号损伤的补偿以及判决（包括时钟恢复和提取、色度色散补偿、偏振模色散补偿、判决和误码检测）。

实施例二：

参见图2，本申请实施例提供的一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统，包括：光源输入单元（采用单波长激光器）、光信号调制单元（包括PBS、第一MZM调制器、第二MZM调制器、PBC及EDFA）、空间复用及解复用单元（包括空间复用器、空间解复用器及多芯光纤1）、光信号转换单元（包括光混频器、平衡探测器及模数转换器）及电信号处理单元（采用DSP芯片）。多芯光纤中的不同纤芯具有不同的折射率，本实施例中的多芯光纤1采用七芯光纤。单波长激光器依次通过PBS、第一MZM调制器、PBC、EDFA与空间复用器连接（利用光纤连接）。单波长激光器还直接通过单模光纤与空间复用器连接。空间复用器通过七芯光纤与空间解复用器连接。空间解复用器利用两路单模光纤分别与光混频器连接。光混频器通过单模光纤与平衡探测器连接。平衡探测器通过模数转换器与DSP芯片连接（通过导线连接）。

本实施例提供的一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统的工作原理如下：参见图1，在单波长激光器产生的某一个波长的光，一部分光经过PBS分成正交的两路，从PBS分出的两路光分别经过第一MZM调制器和第二MZM调制器进行信号调制（即QPSK调制）。经过调制的两路光信号汇合到PBC实现偏振复用，然后经EDFA放大后注入到单模光纤中并将光信号传送至空间复用器。另一部分光作为连续光注入到另一根单模光纤并传送至空间复用器。在空间复用器中，由于将单模光纤与七芯光纤的每个芯耦合到一起是不可能的，因此通过空间复用器内部的透镜将单模光纤中的光束耦合到七芯光纤中的每个芯中。单模光纤中的光经过透镜准直后，经过另一个透镜后被汇聚到七芯光纤的2个纤芯处，从而完成复用过程。经过七芯光纤传输后通过空间解复用器内部的透镜完成解复用过程，将经过七芯光纤传播的光解复用成信号光和连续光。在七芯光纤中，通过对不同的纤芯处引入折射率失配，进而导致传播常数失配，引起不同纤芯中的相速度不同，从而破坏了模场耦合条件。使得不同纤芯中传输的光场之间的串扰很小，创造了一个有利于不同纤芯中传输不同光的良好的环境，减小串扰及非线性效应。在七芯光纤进行共纤传输后，经过空间解复用器解复用，得到连续光和信号光，由于连续光作为本振光在发送端就进行了传输，因此不需要昂贵的可调窄线宽激光器，另外，由于每一对信号光和连续光是同一波长，因此可以省去接收端数字信号处理中频率估计和相位恢复的算法。经过解复用得到的信号光和连续光传送至光混频器进行混频，经过混频的光信号传送至衡探测器，平衡探测器将光信号转换为电信号，电信号经由模数转换器转换为数字信号进入DSP芯片进行信号损伤的补偿以及判决（包括时钟恢复和提取、色度色散补偿、偏振模色散补偿、判决和误码检测）。

本申请实施例具有以下有益效果：

1、接收端省去了昂贵的窄线宽可调本振光源，节约了工程成本。

2、降低了接收装置中的频率估计和相位恢复算法的复杂度，在不影响通信容量和质量的前提下，简化了通信系统。

3、完全兼容现有密集波分复用光纤传输系统及OTDM光纤传输系统，适用范围广。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照实例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于空间复用的非本振相干接收光纤通信系统，其特征在于，包括：光源输入单元、光信号调制单元、空间复用及解复用单元、光信号转换单元及电信号处理单元；

所述光源输入单元通过所述光信号调制单元与所述空间复用及解复用单元连接；

所述光源输入单元还与所述空间复用及解复用单元连接；

所述空间复用及解复用单元通过所述光信号转换单元与所述电信号处理单元连接。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述空间复用及解复用单元包括：空间复用器、空间解复用器及多芯光纤；

所述光信号调制单元与所述空间复用器连接；

所述空间复用器通过所述多芯光纤与所述空间解复用器连接；

所述空间解复用器与所述光信号转换单元连接。

3.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于，所述电信号处理单元为DSP芯片。

4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，所述光信号调制单元包括：PBS、第一MZM调制模块、第二MZM调制模块、PBC及EDFA；

所述PBS与所述光源输入单元连接；

所述PBS分别通过所述第一MZM调制模块和所述第二MZM调制模块与所述PBC连接；

所述PBC通过所述EDFA与所述空间复用器连接。

5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述多芯光纤中的不同纤芯具有不同的折射率。

6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，所述多芯光纤为七芯光纤。

7.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述光源输入单元包括：多波长激光器阵列、第一阵列波导光栅及耦合器；

所述多波长激光器阵列通过所述第一阵列波导光栅与所述耦合器连接；

所述耦合器分别与所述PBS和所述空间复用器连接。

8.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述光信号转换单元包括：第二阵列波导光栅、光混频器、平衡探测器及模数转换器；

所述空间解复用器通过所述第二阵列波导光栅与所述光混频器连接；

所述光混频器依次通过所述平衡探测器、模数转换器与所述电信号处理单元连接。

9.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述光源输出单元为单波长激光器；

所述单波长激光器分别与所述PBS和所述空间复用器连接。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述光信号转换单元包括：光混频器、平衡探测器及模数转换器；

所述空间解复用器与所述光混频器连接；

所述光混频器依次通过所述平衡探测器、模数转换器与所述电信号处理单元连接。

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