CN103401617A - 光通信多载波接收机的光学前端结构及多载波的接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光通信多载波接收机的光学前端结构及多载波的接收方法，涉及光通信多载波接收机领域，多载波信号含有n个不同波长的子载波，n为正整数，且10≤n≤100，该光学前端结构包括与多载波信号含有的n个不同波长的子载波数目相互匹配的本地激光器阵列、一个偏振分集光混频器和八个n通道的阵列波导光栅，偏振分集光混频器包括偏振分束器、3dB分束器、第一单偏振90度光混频器和第二单偏振90度光混频器。本发明只需要一个偏振分集光混频器和八个相应通道数的阵列波导光栅，不需要随着子载波数目来增加光混频器，能够减少光混频器的数量，提高结构通用性，降低成本，降低各个子载波的时间校准要求。
Description
技术领域
本发明涉及光通信多载波接收机领域，特别是涉及一种光通信多载波接收机的光学前端结构及多载波的接收方法。
背景技术
WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）是当前最常见的光层组网技术，通过把不同波长复用在一根光纤中传输，很容易实现Gbit/s甚至Tbit/s的传输容量。目前随着数据量的爆发式增长，传统的密集波分复用系统和强度调制直接检测方案已经无法满足日益增长的带宽需求。因此很多新技术应用而生，其中尤为突出的是相干检测和多载波技术，将这两个技术结合可以提高通信系统的容量和灵敏度。目前较为通用的多载波接收机光学前端方案是：对于通常的20路不同波长的子载波，首先通过1个阵列波导光栅来将20路不同波长的子载波进行分离，然后利用20个偏振分集光混频器将每一路子载波与本地光源经光学混频的各个I（In-phase，同相）路信号和Q（Quadrature，正交）路信号，最后进行平衡接收并在电域上做相应的处理。I路信号和Q路信号是信号发送和接收过程中的实部和虚部两个信号的名称，Q路信号与I路信号相位差90度。
上述方案存在一个问题：需要根据实际子载波的路数来增加偏振分集光混频器，改变多载波接收机光学前端结构：有多少路子载波，就要有多少个偏振分集光混频器，来完成与本地光的混频过程。此外，阵列波导光栅与偏振分集光混频器的价格差不多，甚至更低，阵列波导光栅和偏振分集光混频器的总体数量直接影响产品的成本。若有100路不同波长的子载波，则需要1个阵列波导光栅和100个偏振分集光混频器，不仅结构复杂，而且成本较高。此外，为了使各路信号基本处于同步状态，还要满足严格的时间校准，对器件性能要求较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种光通信多载波接收机的光学前端结构及多载波的接收方法，只需要一个偏振分集光混频器和八个相应通道数的阵列波导光栅，不需要随着子载波数目来增加偏振分集光混频器，能够减少偏振分集光混频器的数量，降低成本，简化光通信多载波接收机的光学前端结构，提高结构通用性，降低各个子载波的时间校准要求。
本发明提供一种光通信多载波接收机的光学前端结构，多载波信号含有n个不同波长的子载波，n为正整数，且10≤n≤100，所述光学前端结构包括与多载波信号含有的n个不同波长的子载波数目相互匹配的本地激光器阵列、一个偏振分集光混频器和八个n通道的阵列波导光栅，偏振分集光混频器包括偏振分束器、3dB分束器、第一单偏振90度光混频器和第二单偏振90度光混频器，包含n个不同波长子载波的多载波信号经过偏振分束器，分为相互正交的X偏振光和Y偏振光，本地激光器阵列产生的对应n个不同波长的本地光源经过3dB分束器，分为第一路本地光和第二路本地光；偏振分束器分出的X偏振光和3dB分束器分出的第一路本地光进入第一单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到X偏振光的I路输出信号XI和Q路输出信号XQ，偏振分束器分出的Y偏振光和3dB分束器分出的第二路本地光进入第二单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到Y偏振光的I路输出信号YI和Q路输出信号YQ，此时多载波信号中包含的n路不同波长的子载波在I路和Q路输出中混在一起，没有分离；
对于X偏振光的I路输出信号XI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XI路分离的差分输出信号；
对于X偏振光的Q路输出信号XQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XQ路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的I路输出信号YI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YI路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的Q路输出信号YQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YQ路分离的差分输出信号。
在上述技术方案的基础上，n为10、20、40、60、80或100。
本发明还提供一种基于上述光学前端结构的多载波的接收方法，包括以下步骤：
包含n个不同波长的子载波的多载波信号经过偏振分束器，分为相互正交的X偏振光和Y偏振光，本地激光器阵列产生的对应n个不同波长的本地光源经过3dB分束器，分为第一路本地光和第二路本地光；偏振分束器分出的X偏振光和3dB分束器分出的第一路本地光进入第一单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到X偏振光的I路输出信号XI和Q路输出信号XQ，偏振分束器分出的Y偏振光和3dB分束器分出的第二路本地光进入第二单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到Y偏振光的I路输出信号YI和Q路输出信号YQ，此时多载波信号中包含的n路不同波长的子载波在I路和Q路输出中混在一起，没有分离；
对于X偏振光的I路输出信号XI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XI路分离的差分输出信号；
对于X偏振光的Q路输出信号XQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XQ路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的I路输出信号YI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YI路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的Q路输出信号YQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YQ路分离的差分输出信号。
在上述技术方案的基础上，n为10、20、40、60、80或100。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
（1）本发明将传统接收机光学前端结构中的偏振分集光混频器和阵列波导光栅的位置进行位置调整，包含所有波长的输入信号首先通过一个偏振分集光混频器来完成信号和本地光源的混频过程，偏振分集光混频器输出的两个偏振的I路和Q路信号分别接入八个阵列波导光栅，八个阵列波导光栅将输入光波的不同波长的光信号进行分离，分离后对每个波长的信号进行差分输出即可。不论子载波的数目有多少，本发明只需要一个偏振分集光混频器和八个相应通道数的阵列波导光栅即可完成接收过程，不需要随着子载波数目的增加来增加偏振分集光混频器，能够减少偏振分集光混频器的数量，降低成本，简化光通信多载波接收机的光学前端结构，提高结构通用性。
（2）本发明中不同波长的子载波在同一个偏振分集光混频器中完成混频，并没有进行波长分离，不同的波长的子载波经过了相同的传输路径，完成混频后再进行不同波长的子载波分离，能够缩小各路子载波信号的分离传输距离，明显减少不同子载波的不同步情况，降低对不同子载波时间校准的要求。
附图说明
图1是本发明实施例中光通信多载波接收机的光学前端结构的示意图。
图2是图1中虚线框内结构的放大图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种光通信多载波接收机的光学前端结构，多载波信号含有n个不同波长的子载波，n为正整数，且10≤n≤100，例如：n为10、20、40、60、80、100等，光学前端结构包括与多载波信号含有的n个不同波长的子载波数目相互匹配的本地激光器阵列、一个偏振分集光混频器和八个n通道的阵列波导光栅，偏振分集光混频器包括偏振分束器、3dB分束器、第一单偏振90度光混频器和第二单偏振90度光混频器。
基于上述光通信多载波接收机的光学前端结构，本发明实施例提供一种多载波的接收方法，包括以下步骤：
包含n个不同波长的子载波的多载波信号经过偏振分束器，分为相互正交的X偏振光和Y偏振光，本地激光器阵列产生的对应n个不同波长的本地光源经过3dB分束器，分为第一路本地光和第二路本地光；偏振分束器分出的X偏振光和3dB分束器分出的第一路本地光进入第一单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到X偏振光的I路输出信号XI和Q路输出信号XQ，偏振分束器分出的Y偏振光和3dB分束器分出的第二路本地光进入第二单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到Y偏振光的I路输出信号YI和Q路输出信号YQ，此时多载波信号中包含的n路不同波长的子载波在I路和Q路输出中混在一起，没有分离。
X偏振光、Y偏振光经过混频器后得到各自的I、Q路输出信号，需要对不同波长的子载波进行分离，这里需要分别对X偏振光、Y偏振光的四路I或者Q信号进行不同波长的子载波分离，同时每一路I或者Q信号都需要对两个输出端不同波长的子载波进行分离，所以完成这一过程需要使用八个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅。
参见图2所示，对于X偏振光的I路输出信号XI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XI路分离的差分输出信号。
对于X偏振光的Q路输出信号XQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XQ路分离的差分输出信号。
对于Y偏振光的I路输出信号YI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YI路分离的差分输出信号。
对于Y偏振光的Q路输出信号YQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YQ路分离的差分输出信号。
本发明通过上述光通信多载波接收机的光学前端结构即可完成多载波的光学前端接收过程，由于结构的优化，无论多载波信号的数量有多少，上述光学前端结构都不需要增加偏振分集光混频器，只需改变八个阵列波导光栅的通道数目即可。由于不同波长的子载波在前端的处理过程中是在一起传输，并未分离，最后通过阵列波导光栅来分离，所以各个子载波的时间校准的要求显著降低。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型属在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (4)
1.一种光通信多载波接收机的光学前端结构，多载波信号含有n个不同波长的子载波，n为正整数，且10≤n≤100，其特征在于：所述光学前端结构包括与多载波信号含有的n个不同波长的子载波数目相互匹配的本地激光器阵列、一个偏振分集光混频器和八个n通道的阵列波导光栅，偏振分集光混频器包括偏振分束器、3dB分束器、第一单偏振90度光混频器和第二单偏振90度光混频器，包含n个不同波长子载波的多载波信号经过偏振分束器，分为相互正交的X偏振光和Y偏振光，本地激光器阵列产生的对应n个不同波长的本地光源经过3dB分束器，分为第一路本地光和第二路本地光；偏振分束器分出的X偏振光和3dB分束器分出的第一路本地光进入第一单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到X偏振光的I路输出信号XI和Q路输出信号XQ，偏振分束器分出的Y偏振光和3dB分束器分出的第二路本地光进入第二单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到Y偏振光的I路输出信号YI和Q路输出信号YQ，此时多载波信号中包含的n路不同波长的子载波在I路和Q路输出中混在一起，没有分离；
对于X偏振光的I路输出信号XI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XI路分离的差分输出信号；
对于X偏振光的Q路输出信号XQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XQ路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的I路输出信号YI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YI路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的Q路输出信号YQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YQ路分离的差分输出信号。
2.如权利要求1所述的光通信多载波接收机的光学前端结构，其特征在于：所述n为10、20、40、60、80或100。
3.基于权利要求1或2所述光学前端结构的多载波的接收方法，其特征在于：包括以下步骤：
包含n个不同波长的子载波的多载波信号经过偏振分束器，分为相互正交的X偏振光和Y偏振光，本地激光器阵列产生的对应n个不同波长的本地光源经过3dB分束器，分为第一路本地光和第二路本地光；偏振分束器分出的X偏振光和3dB分束器分出的第一路本地光进入第一单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到X偏振光的I路输出信号XI和Q路输出信号XQ，偏振分束器分出的Y偏振光和3dB分束器分出的第二路本地光进入第二单偏振90度光混频器进行混频，完成混频后得到Y偏振光的I路输出信号YI和Q路输出信号YQ，此时多载波信号中包含的n路不同波长的子载波在I路和Q路输出中混在一起，没有分离；
对于X偏振光的I路输出信号XI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XI路分离的差分输出信号；
对于X偏振光的Q路输出信号XQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成XQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的XQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的XQ路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的I路输出信号YI，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YI路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YI的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YI路分离的差分输出信号；
对于Y偏振光的Q路输出信号YQ，在其两个输出端各接入一个通道数与子载波数目n相同的阵列波导光栅，将不同波长的信号进行分离，得到各个子载波的单独信号，完成YQ路两个输出端不同波长的子载波分离，得到每一路子载波的YQ的两路输出信号，然后对每一个波长的两路信号做差分输出，即得到各个波长的YQ路分离的差分输出信号。
4.如权利要求3所述的多载波的接收方法，其特征在于：所述n为10、20、40、60、80或100。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131120 |