CN104009807A - 利用通道切换实现相干光通信的解调装置和解调方法 - Google Patents

Abstract

一种利用通道切换实现相干光通信的解调装置和解调方法，装置包括：2×490°光混频器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第一限幅放大器、第二限幅放大器、电混频器和微处理器，将二进制相移键控调制的信号光与本振光混频再经过平衡探测得到同相通道和正交通道的电信号分别经过限幅放大器，后经过通道切换来恢复出调制信号。通道切换过程在微处理器中实现，由微处理器实现通道切换算法，最后得到原始调制信号。本发明实现简单且硬件要求低。

Description

利用通道切换实现相干光通信的解调装置和解调方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，更具体地说，涉及一种利用通道切换实现相干光通信的解调装置和解调方法。

背景技术

在光通信中，由于频谱效率和灵敏度的优势，相干探测解调越来越引起人们的重视。相干探测就是在探测接收过程使信号光和本振光经过混频器再经过探测器解调出信号。因此信号调制格式相比直接探测有更多方式，如PSK、QAM调制，这些调制格式可以显著提高频谱效率，但同时附加了相位信息的调制和解调，因此对本振光和信号光的相位信息提出了更高的要求。

相干探测特别是零差相干探测可以显著提高接收机的灵敏度，达到量子极限。但对于信号激光和本振激光的相位误差要严格锁定，否则会引起接收的误码甚至不能通信。相干激光通信系统中的锁相电子学的实现难度较高，成本也很高。

针对零差相干激光通信面临的问题，提出了无锁相环系统光通信的概念。在无锁相环方案中通过利用高速处理电路等手段国际上相继实现了800M/1.6G/2.8G/4.4G Bit/s速率（QPSK调制）,甚至有了10G以上的实时验证试验出现。无锁相环相干激光通信系统不需要对信号光和本振光之间的相位进行锁定，而是通过相位估计和频偏估计的方法来消除信号光和本振光之间由于频率不同造成的相位误差。但这种方法要求有快速的模数转换器（AD）芯片来采集I、Q通道的数据以及快速的数字信号处理芯片（FPGA/DSP等）来对I、Q通道数据进行快速复杂的算法运算，实现的成本也相当的高。

发明内容

本发明解决的技术问题就是提供一种利用通道切换实现相干光通信的解调装置和解调方法，该方案不同于传统的进行本振光锁相或者相位估计等实现的数据解调方案，该方案硬件要求更低实现更简易。

本发明的技术解决方案如下：

一种相干光通信解调装置，其特点在于其构成包括：2×490°光混频器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第一限幅放大器、第二限幅放大器、电混频器和微处理器，所述的2×490°光混频器的两个输入端分别为信号光和本地光的输入端，所述的2×490°光混频器的0°混频光和180°混频光的输出端分别与第一平衡光电探测器的第一输入端和第二输入端相连，90°混频光和270°混频光的输出端分别与第二平衡光电探测器第一输入端和第二输入端相连，所述的第一平衡光电探测器的输出端与第一限幅放大器的输入端和所述的电混频器的第一输入端相连，所述的第二平衡光电探测器的输出端与所述的第二限幅放大器的输入端和所述的电混频器的第二输入端相连，所述的第一限幅放大器的输出端、第二限幅放大器的输出端和电混频器的输出端分别与所述的微处理器的第一输入端、第二输入端、第三输入端相连，所述的微处理器的输出端为恢复的原始调制信号输出端。

所述的第一平衡光电探测器的输出端与第一限幅放大器的输入端之间为同相通道，即I通道，所述的第二平衡光电探测器输出端与第二限幅放大器的输入端之间为正交通道，即Q通道。

利用上述相干光通信解调装置进行数据解调的方法，该方法的步骤如下：

①当I/Q通道经所述的电混频器的混频信号到所述的微处理器的第三输入端信号达到峰谷值时所述的微处理器进行通道切换，即混频信号达到峰值时切换到Q通道，即微处理器的第二输入端信号作为待输出信号，谷值时切换到I通道，即微处理器的第一输入端信号作为待输出信号；

②通过一段待输出信号的头序列与微处理器内部存储的已知数据头序列比较，若不反相，待输出信号即作为微处理器的输出信号，若反相，则待输出信号取反后作为微处理器的输出信号。

该方法将二进制相移键控（简称为BPSK）调制的信号光与本振光混频再经过平衡探测得到同相通道（简称I通道）和正交通道（简称Q通道）的电信号，I、Q通道信号分别经过限幅放大器，后经过通道切换来恢复出调制信号。通道切换的目的就是为了防止由于信号光载频和本振光频率的频率差造成的单一通道信号振幅包络成余弦变化过程中出现的信号过弱而造成的错误解调，I、Q通道的互补性可以通过切换来选择较强信号解调得到的信号作为数据输出。而通道切换由I通道、Q通道经过电混频器的混频信号来控制完成。通道切换过程在微处理器中实现，最后得到原始调制信号。详细过程描述如下：

设信号光为：

m(t)＝0或1为BPSK调制信号

夲振光为：

经过混频器，信号光和本振光功率等分进入I/Q通道，进入平衡探测后，

I通道电流信号为：

Q通道电流信号为：

I、Q电混频信号为：

如图1原理示意图所示，I通道信号、Q通道信号为信号光和本振光的频差包络形式，混频信号则消除了调制信号m(t)*π的影响为连续的频率为2倍频差的正弦信号。

要通过通道切换来恢复数据，为达到更小的误码率，则应在I、Q通道信号较强时进行切换，如图1示意图所示则可以利用在混频信号峰谷值来判断I通道、Q通道的切换，如在峰值时切换到Q通道，谷值时切换到I通道。

若从混频信号峰值开始切换，则I、Q通道序列经过限幅放大器和切换得到的信号序列为两种情况，设单通道选择时间为

第一种：

0‐T_h：Q通道m(t)序列

T_h-2T_h：I通道m(t)取反序列

2T_h-3T_h：Q通道m(t)取反序列

3T_h-4T_h:I通道m(t)序列

后续即为以上的循环。所以要对上述的T_h-2T_h、2T_h-3T_h期间序列取反即可恢复m(t)序列。

第二种正好为上述第一种的序列的取反序列。

因此最后切换得到的数据存在两种序列相反的情况，在发送数据中必须有一段数据头判别序列，接收到的数据与微处理器内部存储的已知数据头序列比较，来判断数据的正反与否。若相反则所有数据取反即可恢复出数据序列m(t)。

综上所述的切换过程通过微处理器的通道切换算法来实现，通道切换算法如图3流程图所示，最后微处理器输出原始调制数据。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的方法及装置可以实现二进制相移键控的相干光通信解调，而在实现上同锁相环及相位估计方案等相比，无需采用复杂的模数转换芯片（ADC）及复杂的数字信号处理芯片（DSP），因而实现更简单成本更低。

附图说明

图1为本发明利用通道切换实现相干光通信解调方法的原理示意图。

图2为本发明相干光通信解调装置的结构示意图。

图3为本发明微处理器内部通道切换算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先参阅图2，图2为本发明相干光通信解调装置的结构示意图。由图可见，本发明相干光通信解调装置，其构成包括：2×490°光混频器1、第一平衡光电探测器2、第二平衡光电探测器3、第一限幅放大器4、第二限幅放大器5、电混频器6和微处理器7，所述的2×490°光混频器1的两个输入端分别为信号光和本地光的输入端，所述的2×490°光混频器1的0°混频光和180°混频光的输出端分别与第一平衡光电探测器2的第一输入端和第二输入端相连，90°混频光和270°混频光的输出端分别与第二平衡光电探测器3第一输入端和第二输入端相连，所述的第一平衡光电探测器2的输出端与第一限幅放大器4的输入端和所述的电混频器6的第一输入端相连，所述的第二平衡光电探测器3的输出端与所述的第二限幅放大器5的输入端和所述的电混频器6的第二输入端相连，所述的第一限幅放大器4的输出端、第二限幅放大器5的输出端和电混频器6的输出端分别与所述的微处理器7的第一输入端、第二输入端、第三输入端相连，所述的微处理器7的输出端为恢复的原始调制信号输出端。

参见图3，实现调制数据解调，微处理器内部要完成通道切换算法，算法如下：当I/Q通道混频信号即微处理器7的第三输入端信号达到峰谷值时进行通道切换，即峰值时切换到Q通道即微处理器7的第二输入端信号作为待输出信号，谷值时切换到I通道即微处理器的第一输入端信号作为待输出信号。待输出信号和原始的调制数据信号存在反相的可能，所以通过一段待输出信号的头序列与微处理器内部存储的已知数据头序列比较，若不反相，待输出信号即作为微处理器7的输出信号，若反相，则待输出信号取反后作为微处理器7的输出信号。通道切换算法详细流程图如附图3所示，最后微处理器的输出端即为原始调制数据信号。

Claims (3)

1.一种利用通道切换实现相干光通信的解调装置，其特征在于其构成包括：2×490°光混频器（1）、第一平衡光电探测器（2）、第二平衡光电探测器（3）、第一限幅放大器（4）、第二限幅放大器（5）、电混频器（6）和微处理器（7），所述的2×490°光混频器（1）的两个输入端分别为信号光和本地光的输入端，所述的2×490°光混频器（1）的0°混频光和180°混频光的输出端分别与第一平衡光电探测器（2）的第一输入端和第二输入端相连，90°混频光和270°混频光的输出端分别与第二平衡光电探测器（3）第一输入端和第二输入端相连，所述的第一平衡光电探测器（2）的输出端与第一限幅放大器（4）的输入端和所述的电混频器（6）的第一输入端相连，所述的第二平衡光电探测器（3）的输出端与所述的第二限幅放大器（5）的输入端和所述的电混频器（6）的第二输入端相连，所述的第一限幅放大器（4）的输出端、第二限幅放大器（5）的输出端和电混频器（6）的输出端分别与所述的微处理器（7）的第一输入端、第二输入端、第三输入端相连，所述的微处理器（7）的输出端为恢复的原始调制信号输出端。

2.根据权利要求1所述的相干光通信的解调装置，其特征在于所述的第一平衡光电探测器（2）的输出端与第一限幅放大器（4）的输入端之间为同相通道，即I通道，所述的第二平衡光电探测器（3）输出端与第二限幅放大器（5）的输入端之间为正交通道，即Q通道。

3.利用权利要求1所述的相干光通信的解调装置进行数据解调的方法，其特征在于该方法的步骤如下：

①当I/Q通道经所述的电混频器（6）的混频信号到所述的微处理器（7）的第三输入端信号达到峰谷值时所述的微处理器（7）进行通道切换，即混频信号达到峰值时切换到Q通道，即微处理器（7）的第二输入端信号作为待输出信号，谷值时切换到I通道，即微处理器（7）的第一输入端信号作为待输出信号；

②通过一段待输出信号的头序列与微处理器内部存储的已知数据头序列比较，若不反相，待输出信号即作为微处理器（7）的输出信号，若反相，则待输出信号取反后作为微处理器（7）的输出信号。