CN105553560B - 基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统及方法，涉及光纤通信领域。该方法包括以下步骤：发送端将光信号分为两束相互垂直的偏振状态的信号，通过强度调制的方式对两个偏振态的信号分别进行调制，经过偏振耦合器后，形成偏振复用信号；将偏振方向互相垂直的两束激光，作为两个导频信号，用于在接收端与偏振复用信号进行拍频，用来实现偏振无关的光信号接收；接收端将收到的信号分为两束相互垂直的偏振状态的信号，分别经过重采样变成双倍采样，然后用传统的恒模算法进行处理，对恢复出的信号直接进行判决。本发明在不显著增加系统成本的情况下，将系统的传输容量提高到原来的两倍。

Description

基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统及方法
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，具体是涉及一种基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统及方法。
背景技术
目前的低成本光纤通信系统通常采用强度调制和直接检测的方式，主要应用于光互联、接入网和城域网等领域。现有的光纤通信系统大多都限制于单偏振传输，因此，现有的光纤通信系统的传输容量受到限制，无法满足市场的应用需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统及方法，在不显著增加系统成本的情况下，将系统的传输容量提高到原来的两倍。
本发明提供一种基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统，该系统包括发送端和接收端，所述发送端包括第一激光器、第一偏振分束器、第一强度调制器、第二强度调制器、偏振耦合器、第二激光器、第三激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、耦合器，第一激光器的输出端与第一偏振分束器的输入端相连，第一偏振分束器有两个输出端，一个输出端连接第一强度调制器，另一个输出端连接第二强度调制器，第一强度调制器的输出端、第二强度调制器的输出端均与偏振耦合器的输入端相连，第二激光器的输出端与第一偏振控制器的输入端相连，第三激光器的输出端与第二偏振控制器的输入端相连，偏振耦合器的输出端、第一偏振控制器的输出端、第二偏振控制器的输出端均与耦合器的输入端相连，耦合器的输出端与单模光纤相连；
所述接收端包括第二偏振分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器、数字信号处理芯片，第二偏振分束器有两个输出端，一个输出端连接第一光电探测器，另一个输出端连接第二光电探测器，第一光电探测器通过第一模数转换器与数字信号处理芯片相连，第二光电探测器通过第二模数转换器与数字信号处理芯片相连。
在上述技术方案的基础上，所述两个导频信号与偏振复用信号中心频率的频率差分别为f1、f2，第一光电探测器与第一模数转换器之间设置有第一低通滤波器，第二光电探测器与第二模数转换器之间设置有第二低通滤波器，用于滤除f1与f2之间的拍频分量，减小直流分量，增加第一模数转换器、第二模数转换器的响应，以提高偏振无关直接检测的精度。
在上述技术方案的基础上，所述第一强度调制器、第二强度调制器采用内调制或者外调制的方式。
在上述技术方案的基础上，所述第一强度调制器、第二强度调制器均采用马赫-曾德调制器MZM或者直接调制激光器DML。
在上述技术方案的基础上，所述数字信号处理芯片为2×2MIMO数字信号处理器。
本发明还提供一种应用于上述系统的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测方法，包括以下步骤：
在发送端，第一激光器发出的光信号经过第一偏振分束器，分为两束相互垂直的偏振状态的信号，一束进入第一强度调制器，另一束进入第二强度调制器，一路电信号加载到第一强度调制器，另一路电信号加载到第二强度调制器，第一强度调制器、第二强度调制器对两个偏振态的信号分别进行调制，生成两个偏振调制信号，两个偏振调制信号经过偏振耦合器后，形成偏振复用信号；第二激光器产生的一束激光通过第一偏振控制器，第三激光器产生的一束激光通过第二偏振控制器，生成偏振方向互相垂直的两束激光，作为两个导频信号，用于在接收端与偏振复用信号进行拍频，用来实现偏振无关的光信号接收；两个导频信号与偏振复用信号一起进入耦合器，形成发射信号，进入单模光纤传输；
在接收端，第二偏振分束器将收到的发射信号分为两束相互垂直的偏振状态的信号，一束进入第一光电探测器，另一束进入第二光电探测器，第一光电探测器输出的信号经过第一模数转换器后，进入2×2MIMO数字信号处理器；第二光电探测器输出的信号经过第二模数转换器后，进入2×2MIMO数字信号处理器；接收端采用直接检测与数字信号处理技术相结合的方式，进行信号恢复，过程如下：对两束相互垂直的偏振状态的信号分别经过重采样变成双倍采样，然后用传统的恒模算法进行处理，对恢复出的信号直接进行判决。
在上述技术方案的基础上，所述两个导频信号的波长与偏振复用信号的波长有一定的偏移，偏移量小于接收端的带宽。
在上述技术方案的基础上，所述两个导频信号与偏振复用信号中心频率的频率差分别为f1、f2，f1与f2相等。
在上述技术方案的基础上，所述两个导频信号与偏振复用信号中心频率的频率差分别为f1、f2，f1与f2不相等。
在上述技术方案的基础上，所述第一光电探测器与第一模数转换器之间设置有第一低通滤波器，第二光电探测器与第二模数转换器之间设置有第二低通滤波器，用于滤除f1与f2之间的拍频分量，减小直流分量，增加第一模数转换器、第二模数转换器的响应，以提高偏振无关直接检测的精度。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明首次提出在基于光强度调制信号的直接检测系统中采用偏振复用的方法，在接收端用低复杂度的数字信号处理方法进行恢复，该数字信号处理方法主要是针对偏振复用的强度调制和直接检测系统的，具体采用2×2MIMO(Multiple Input MultipleOutput，多进多出)的方法，对收到的双偏振信号进行数字信号处理，在不显著增加系统成本的情况下，将系统的传输容量提高到原来的两倍。
(2)相比于现有的光纤通信系统传输OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)信号，本发明传输的是强度调制的单载波信号，恢复信号时，只需要用恒模算法，并且不用考虑频率偏移和激光器的相位噪声影响，因此，本发明能够有效简化接收端的数字信号处理的复杂度。
附图说明
图1是本发明中基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统的基础实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例中的光谱图。
图3是本发明实施例中接收端进行偏振无关直接检测的流程图。
图4是本发明中基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统的优选实施例的结构示意图。
图5是本发明实施例中2×2MIMO数字信号处理器恢复出的信号的星座图。
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基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统，该系统包括发送端和接收端，发送端包括第一激光器、第一偏振分束器、第一强度调制器、第二强度调制器、偏振耦合器、第二激光器、第三激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、耦合器，第一激光器的输出端与第一偏振分束器的输入端相连，第一偏振分束器有两个输出端，一个输出端连接第一强度调制器，另一个输出端连接第二强度调制器，第一强度调制器的输出端、第二强度调制器的输出端均与偏振耦合器的输入端相连，第二激光器的输出端与第一偏振控制器的输入端相连，第三激光器的输出端与第二偏振控制器的输入端相连，偏振耦合器的输出端、第一偏振控制器的输出端、第二偏振控制器的输出端均与耦合器的输入端相连，耦合器的输出端与单模光纤相连。
第一强度调制器、第二强度调制器可以采用内调制或者外调制的方式，例如采用MZM(Mach-Zhender Modulator，马赫-曾德调制器)或者DML(Direct modulated laser，直接调制激光器)。
参见图1所示，接收端包括第二偏振分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器、数字信号处理芯片，第二偏振分束器有两个输出端，一个输出端连接第一光电探测器，另一个输出端连接第二光电探测器，第一光电探测器通过第一模数转换器与数字信号处理芯片相连，第二光电探测器通过第二模数转换器与数字信号处理芯片相连，数字信号处理芯片为2×2MIMO(Multiple Input Multiple Output，多进多出)数字信号处理器。
本发明实施例还提供一种应用于上述系统的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测方法，包括以下步骤：
参见图1所示，在发送端，第一激光器发出的光信号经过第一偏振分束器，分为两束相互垂直的偏振状态的信号，一束进入第一强度调制器，另一束进入第二强度调制器，一路电信号加载到第一强度调制器，另一路电信号加载到第二强度调制器，第一强度调制器、第二强度调制器对两个偏振态的信号分别进行调制，生成两个偏振调制信号，两个偏振调制信号经过偏振耦合器后，形成偏振复用信号；第二激光器产生的一束激光通过第一偏振控制器，第三激光器产生的一束激光通过第二偏振控制器，生成偏振方向互相垂直的两束激光，作为两个导频信号，用于在接收端与偏振复用信号进行拍频，用来实现偏振无关的光信号接收；两个导频信号的波长与偏振复用信号的波长有一定的偏移，偏移量小于接收端的带宽；两个导频信号与偏振复用信号一起进入耦合器，形成发射信号，进入单模光纤传输。
参见图2所示，两个导频信号与偏振复用信号中心频率的频率差分别为f1、f2，需要指出的是，与从前OFDM信号的不同处在于，f1与f2可以不相等，但是，f1、f2与偏振复用信号中心频率之间的频率差应该小于接收端的带宽。
参见图1所示，在接收端，第二偏振分束器将收到的发射信号分为两束相互垂直的偏振状态的信号：X偏振信号、Y偏振信号，一束进入第一光电探测器，另一束进入第二光电探测器，第一光电探测器输出的信号经过第一模数转换器后，进入2×2MIMO数字信号处理器；第二光电探测器输出的信号经过第二模数转换器后，进入2×2MIMO数字信号处理器。
参见图3所示，接收端采用直接检测与数字信号处理技术相结合的方式，进行信号恢复，具体过程如下：
对两束相互垂直的偏振状态的信号：X偏振信号、Y偏振信号，分别经过重采样变成双倍采样，然后用传统的恒模算法进行处理，对恢复出的信号直接进行判决。
由于发送的信号是强度调制格式，因此频率偏移和激光器带来的相位噪声的影响可以忽略，所以，恢复出的信号可以直接进行判决。
参见图4所示，接收端还可以在第一光电探测器与第一模数转换器之间设置第一低通滤波器，在第二光电探测器与第二模数转换器之间设置第二低通滤波器，用于滤除f1与f2之间的拍频分量，减小直流分量，增加第一模数转换器、第二模数转换器的响应，以提高偏振无关直接检测的精度。这里以两级幅度调制信号为例，期望恢复出的信号的星座图参见图5所示。
由于发送端采用的是强度调制方式，因此系统中的相位噪声对信号判决不会产生影响。因此，相对于传统的2×2-MIMO信号处理而言，这里的信号处理技术不需要补偿频率偏移和激光器带来的相位噪声。因此对于数字信号处理而言，只需要重采样、恒模恢复和判决三个步骤，就可以恢复出原来的比特流。与以前的OFDM传输方案相比，本发明实施例能够有效简化接收端的数字信号处理的复杂度。
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 (10)

1.一种基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统，该系统包括发送端和接收端，其特征在于：所述发送端包括第一激光器、第一偏振分束器、第一强度调制器、第二强度调制器、偏振耦合器、第二激光器、第三激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、耦合器，第一激光器的输出端与第一偏振分束器的输入端相连，第一偏振分束器有两个输出端，一个输出端连接第一强度调制器，另一个输出端连接第二强度调制器，第一强度调制器的输出端、第二强度调制器的输出端均与偏振耦合器的输入端相连，第二激光器的输出端与第一偏振控制器的输入端相连，第三激光器的输出端与第二偏振控制器的输入端相连，偏振耦合器的输出端、第一偏振控制器的输出端、第二偏振控制器的输出端均与耦合器的输入端相连，耦合器的输出端与单模光纤相连；
所述接收端包括第二偏振分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器、数字信号处理芯片，第二偏振分束器有两个输出端，一个输出端连接第一光电探测器，另一个输出端连接第二光电探测器，第一光电探测器通过第一模数转换器与数字信号处理芯片相连，第二光电探测器通过第二模数转换器与数字信号处理芯片相连。
2.如权利要求1所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统，其特征在于：
所述第二激光器产生的一束激光通过第一偏振控制器，第三激光器产生的一束激光通过第二偏振控制器，生成偏振方向互相垂直的两束激光，作为两个导频信号；
第一激光器发出的光信号经过第一偏振分束器，分为两束相互垂直的偏振状态的信号，一束进入第一强度调制器，另一束进入第二强度调制器，一路电信号加载到第一强度调制器，另一路电信号加载到第二强度调制器，第一强度调制器、第二强度调制器对两个偏振态的信号分别进行调制，生成两个偏振调制信号，两个偏振调制信号经过偏振耦合器后，形成偏振复用信号；
所述两个导频信号与偏振复用信号中心频率的频率差分别为f1、f2，第一光电探测器与第一模数转换器之间设置有第一低通滤波器，第二光电探测器与第二模数转换器之间设置有第二低通滤波器，用于滤除f1与f2之间的拍频分量，减小直流分量，增加第一模数转换器、第二模数转换器的响应，以提高偏振无关直接检测的精度。
3.如权利要求1所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统，其特征在于：所述第一强度调制器、第二强度调制器采用内调制或者外调制的方式。
4.如权利要求1所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统，其特征在于：所述第一强度调制器、第二强度调制器均采用马赫-曾德调制器MZM或者直接调制激光器DML。
5.如权利要求1所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测系统，其特征在于：所述数字信号处理芯片为2×2MIMO数字信号处理器。
6.一种应用于权利要求1所述系统的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在发送端，第一激光器发出的光信号经过第一偏振分束器，分为两束相互垂直的偏振状态的信号，一束进入第一强度调制器，另一束进入第二强度调制器，一路电信号加载到第一强度调制器，另一路电信号加载到第二强度调制器，第一强度调制器、第二强度调制器对两个偏振态的信号分别进行调制，生成两个偏振调制信号，两个偏振调制信号经过偏振耦合器后，形成偏振复用信号；第二激光器产生的一束激光通过第一偏振控制器，第三激光器产生的一束激光通过第二偏振控制器，生成偏振方向互相垂直的两束激光，作为两个导频信号，用于在接收端与偏振复用信号进行拍频，用来实现偏振无关的光信号接收；两个导频信号与偏振复用信号一起进入耦合器，形成发射信号，进入单模光纤传输；
在接收端，第二偏振分束器将收到的发射信号分为两束相互垂直的偏振状态的信号，一束进入第一光电探测器，另一束进入第二光电探测器，第一光电探测器输出的信号经过第一模数转换器后，进入2×2MIMO数字信号处理器；第二光电探测器输出的信号经过第二模数转换器后，进入2×2MIMO数字信号处理器；接收端采用直接检测与数字信号处理技术相结合的方式，进行信号恢复，过程如下：对两束相互垂直的偏振状态的信号分别经过重采样变成双倍采样，然后用传统的恒模算法进行处理，对恢复出的信号直接进行判决。
7.如权利要求6所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测方法，其特征在于：所述两个导频信号的波长与偏振复用信号的波长有一定的偏移，偏移量小于接收端的带宽。
8.如权利要求6所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测方法，其特征在于：所述两个导频信号与偏振复用信号中心频率的频率差分别为f1、f2，f1与f2相等。
9.如权利要求6所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测方法，其特征在于：所述两个导频信号与偏振复用信号中心频率的频率差分别为f1、f2，f1与f2不相等。
10.如权利要求8或9所述的基于光强度调制信号的偏振无关直接检测方法，其特征在于：所述第一光电探测器与第一模数转换器之间设置有第一低通滤波器，第二光电探测器与第二模数转换器之间设置有第二低通滤波器，用于滤除f1与f2之间的拍频分量，减小直流分量，增加第一模数转换器、第二模数转换器的响应，以提高偏振无关直接检测的精度。
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