CN103475417A - 一种基于自偏振分集的高速直检光ofdm系统及方法 - Google Patents

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刘武
杨奇
张旭
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Abstract

一种基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统及方法，涉及光通信领域，包括通过光纤链路连接的光发送端和光接收端，所述光接收端包括光分路器，光分路器的一个支路依次连接第一光探测器和第一A/D转换器，光分路器的另一个支路连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口依次连接第一光纤布拉格光栅、法拉第旋转片、第二光纤布拉格光栅，第二光纤布拉格光栅连接光环形器的第三端口，光环形器的第四端口依次连接第二光探测器、第二A/D转换器，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器共同连接DSP处理器。本法发明不需要偏振控制器来动态控制偏振状态，能够接收和处理双偏振信息，并能消除传输中引入的PMD的影响。

Description

一种基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统及方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体来讲是一种基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统及方法。
背景技术
近年来光OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交频分复用)技术在光通信领域被广泛研究，由于其具有高谱效率、抗色散、处理灵活等一系列优点，在下一代高速光传输和光接入领域具有广阔的应用前景。按照调制方式和接收端的不同，光OFDM可分为两种类型：使用IQ调制和相干检测的相干光OFDM、主要使用光强度调制(DM)和直接检测(DD)的直检光OFDM。相干光OFDM具有高接收灵敏度，具有频率选择接收特性，可实现偏振复用等优点，作为一种新型高效的信号传输和处理手段，在大容量长距离传输中倍受重视，但复杂的收发器件如偏振复用/解复用器件、双IQ调制器、相干接收机仍相对昂贵，限制了相干光技术目前只能被用于长距传输系统中。在成本敏感的短距离传输系统中，人们仍倾向使用强度调制和直接探测等技术，因此，直检光OFDM在诸如城域网、接入网中仍有重要的应用价值。
由于带宽需求的指数倍增长，40Gb/s及以上速率的光网络在核心网、城域网、接入网中有着越来越大的需求。若基于直检光OFDM能够在80km级别传输中以较低成本实现高速光传输系统，将具有巨大市场前景。直检光OFDM的主要问题在于：PMD（Polarization ModeDispersion，偏振模色散）会引起子载波SOP(state of polarization，偏振态)随频率偏转，这种子载波和载波的偏差将导致信号衰落，也导致信号的偏振态不能被利用，因此直检光OFDM系统需要跟踪PMD状态以消除其影响，并尽可能接收和处理双偏振信息，而目前消除PMD最直接的办法是使用偏振控制器，但是偏振控制器的价格成本较高。
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自偏振分集的高速直检光OFDM系统及方法，不需要偏振控制器来动态控制偏振状态，能够接收和处理双偏振信息，并能消除传输中引入的PMD的影响。
为达到以上目的，本发明提供一种基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统，包括通过光纤链路连接的光发送端和光接收端，所述光接收端包括光分路器，光分路器的一个支路依次连接第一光探测器和第一A/D转换器，光分路器的另一个支路连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口依次连接第一光纤布拉格光栅、法拉第旋转片、第二光纤布拉格光栅，第二光纤布拉格光栅连接光环形器的第三端口，光环形器的第四端口依次连接第二光探测器、第二A/D转换器，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器共同连接DSP处理器。
在上述技术方案的基础上，所述光发送端包括依次连接的激光器、光分路器、光合路器和光放大器，光分路器和光合路器之间的其中一路还连接有IQ数据调制器。
在上述技术方案的基础上，所述光纤链路包括多组光纤和光放大器。
在上述技术方案的基础上，所述第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅的参数相同，能反射光信号中的载波或子载波，让子载波或载波透射。
本发明还提供一种基于自偏振分集的高速直检光OFDM方法，包括步骤：S1.光发送端发出光信号，通过光纤链路传至光接收端；S2.所述光接收端的光分路器对输入光进行功率分光，第一路光信号依次经过第一光探测器、第一A/D转换器后，进入DSP处理器；第二路光信号进入光环形器，首先经过第一布拉格光栅反射子载波或载波，实现子载波和载波分离，其中被反射的子载波或载波进入光环形器；由第一布拉格光栅透射的载波或子载波经过法拉第旋转片后，其偏振方向旋转90度，再经由第二布拉格光栅透射继续进入光环形器，与被反射的子载波或载波合并后从光环形器送出，依次经过第二光探测器、第二A/D转换器后，进入DSP处理器。
在上述技术方案的基础上，所述第二路光信号由第一端口进入光环形器，由第二端口送出，经过第一布拉格光栅反射的子载波或载波，继续进入第二端口，由第三端口送出，经过第一布拉格光栅反射的子载波或载波继续进入第三端口，与偏振方向旋转90度的载波或子载波合并后，由第四端口送出。
在上述技术方案的基础上，所述第二路光信号由第一端口进入光环形器，由第二端口送出，经由第一布拉格光栅透射的载波或子载波，经过法拉第旋转片使其偏振方向旋转90度，再经由第二布拉格光栅透射后，由继续进入第三端口，与被反射的子载波或载波合并后，从光环形器的第四端口送出。
在上述技术方案的基础上，所述第一路光信号和第二路光信号分别经过探测后进入DSP处理器，并在DSP处理器中处理以消除PMD。
在上述技术方案的基础上，所述光发送端中，激光器发出光信号分为两路，其中一路I/Q调制后，与另一路未调制的光合路后放大传入光纤链路中，经光纤链路进入光接收端。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过在光接收端分路后，旋转其中一路光信号的子载波或载波的偏振态，两分路光信号经光探测器接收后，经DSP处理可相加消除PMD的干扰，不需要偏振控制器或相干接收机即能实现双偏振传输，降低应用成本。
2、本发明基于直接检测，采用光环行器、布拉格光栅、法拉第旋转片等无源器件以及光电探测器构建了自偏振分集接收装置，相对于相干光接收技术，简单紧凑，硬件成本较低。
附图说明
图1为本发明基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统图。
附图标记：
1-第一端口，2-第二端口，3-第三端口，4-第四端口。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统，通过光纤链路连接的光发送端和光接收端。所述光发送端包括激光器，激光器依次与光分路器、光合路器和光放大器相连，光分路器和光合路器之间的其中一路还连接有IQ数据调制器。所述光纤链路包括多组光纤和光放大器，光纤链路中的光放大器用来补偿光纤中的信号损失。所述光接收端也包括光分路器，光分路器的一个支路依次连接第一光探测器和第一A/D转换器。所述光分路器的另一个支路连接光环形器的第一端口1，光环形器的第二端口2依次连接第一光纤布拉格光栅（FBG）、法拉第旋转片、第二光纤布拉格光栅，第二光纤布拉格光栅连接光环形器的第三端口3，光环形器的第四端口4依次连接第二光探测器、第二A/D转换器，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器共同连接DSP处理器。其中，第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅的参数相同，可反射光信号中的载波或子载波，而让子载波或载波透射。
本发明基于自偏振分集的高速直检光OFDM方法，包括步骤：
S1.光发送端中，激光器发出光信号经由光分路器分成两路，其中一路光信号经过I/Q调制后，与另一路光信号通过光合路器合并成一路后，再经过光放大器放大，传入光纤链路中，最后进入光接收端。
S2.所述光接收端的光分路器接收光纤链路传来的光信号，并将输入的光信号进行功率分光，分成第一路光信号和第二路光信号。第一路光信号经过第一光探测器的探测后，再经由第一A/D转换器转换为数字信号后，进入DSP处理器。第二路光信号进入光环形器，由第一端口1进入，然后由第二端口2送出，首先经过第一布拉格光栅反射子载波或载波，实现子载波和载波分离。其中，被反射的子载波或载波继续进入第二端口2，并由第三端口3送出，再次被第二布拉格光栅反射，由第三端口3进入光环形器。而经由第一布拉格光栅透射的载波或子载波，经过法拉第旋转片使其偏振方向旋转90度，再经由第二布拉格光栅透射后，由第三端口3进入光环形器。经过第一布拉格光栅反射的子载波或载波，以及偏振方向旋转90度的载波或子载波二者合并后，由第四端口4送出。然后经过第二光探测器的探测后，再经由第二A/D转换器转换为数字信号后，同样进入DSP处理器。两路信号进入DSP处理器。由于其中一路光信号的子载波或载波的偏振态旋转了90度，因此两路光信号通过光探测后，DSP处理器内简单相加，就可以相互抵消PMD的干扰。
本实施例中，假定第一布拉格光栅仅反射载波光，第二布拉格光栅由于与其相同，也仅反射载波光。
所述光接收端第二路光信号中的载波路径为：第二路光信号经过第一端口1进入，由第二端口2送出，经过第一布拉格光栅反射后，进入第二端口2；再由第三端口3送出，经由第二布拉格光栅反射后，进入第三端口3；再与偏振方向旋转90度的子载波合并后，由第四端口4送出；依次经由第二光探测器、第二A/D转换器后，进入DSP处理器。
所述接收端第二路光信号中的子载波路径为：第二路光信号经过第一端口1进入，由第二端口2送出，而经由第一布拉格光栅透射到法拉第旋转片，其偏振方向旋转90度后，再经由第二布拉格光栅透射，进入第三端口3；再与被反射的载波合并后，由第四端口4送出；依次经由第二光探测器、第二A/D转换器后，进入DSP处理器。
本发明还可选择在第二支路中让两个布拉格光栅仅反射子载波光，而透射载波光。这种实现造成第二支路中载波和子载波的路径与上述实施例相反，但同样实现了分离载波和子载波，以及有选择的旋转其中一个的偏振态的目的，实验效果不变。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统，包括通过光纤链路连接的光发送端和光接收端，其特征在于：所述光接收端包括光分路器，光分路器的一个支路依次连接第一光探测器和第一A/D转换器，光分路器的另一个支路连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口依次连接第一光纤布拉格光栅、法拉第旋转片、第二光纤布拉格光栅，第二光纤布拉格光栅连接光环形器的第三端口，光环形器的第四端口依次连接第二光探测器、第二A/D转换器，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器共同连接DSP处理器。
2.如权利要求1所述的基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统，其特征在于：所述光发送端包括依次连接的激光器、光分路器、光合路器和光放大器，光分路器和光合路器之间的其中一路还连接有IQ数据调制器。
3.如权利要求1所述的基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统，其特征在于：所述光纤链路包括多组光纤和光放大器。
4.如权利要求1所述的基于自偏振分集的高速直检光OFDM系统，其特征在于：所述第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅的参数相同，能反射光信号中的载波或子载波，让子载波或载波透射。
5.一种基于权利要求1所述系统的基于自偏振分集的高速直检光OFDM方法，其特征在于，包括步骤：
S1.光发送端发出光信号，通过光纤链路传至光接收端；
S2.所述光接收端的光分路器对输入光进行功率分光，第一路光信号依次经过第一光探测器、第一A/D转换器后，进入DSP处理器；第二路光信号进入光环形器，首先经过第一布拉格光栅反射子载波或载波，实现子载波和载波分离，其中被反射的子载波或载波进入光环形器；由第一布拉格光栅透射的载波或子载波经过法拉第旋转片后，其偏振方向旋转90度，再经由第二布拉格光栅透射继续进入光环形器，与被反射的子载波或载波合并后从光环形器送出，依次经过第二光探测器、第二A/D转换器后，进入DSP处理器。
6.如权利要求5所述的基于自偏振分集的高速直检光OFDM方法，其特征在于：所述第二路光信号由第一端口进入光环形器，由第二端口送出，经过第一布拉格光栅反射的子载波或载波，继续进入第二端口，由第三端口送出，经过第一布拉格光栅反射的子载波或载波继续进入第三端口，与偏振方向旋转90度的载波或子载波合并后，由第四端口送出。
7.如权利要求5所述的基于自偏振分集的高速直检光OFDM方法，其特征在于：所述第二路光信号由第一端口进入光环形器，由第二端口送出，经由第一布拉格光栅透射的载波或子载波，经过法拉第旋转片使其偏振方向旋转90度，再经由第二布拉格光栅透射后，由继续进入第三端口，与被反射的子载波或载波合并后，从光环形器的第四端口送出。
8.如权利要求5所述的基于自偏振分集的高速直检光OFDM方法，其特征在于：所述第一路光信号和第二路光信号分别经过探测后进入DSP处理器，并在DSP处理器中处理以消除PMD。
9.如权利要求5所述的基于自偏振分集的高速直检光OFDM方法，其特征在于：所述光发送端中，激光器发出光信号分为两路，其中一路I/Q调制后，与另一路未调制的光合路后放大传入光纤链路中，经光纤链路进入光接收端。
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