CN106603160A - 基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK‑QPSK高阶信号调制系统及其调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK‑QPSK高阶信号调制系统及其调制方法。其对传统的6PolSK‑QPSK调制方法进行改进，利用双驱动马赫曾德尔调制器(DD‑MZM)取代IQ调制器，采用合适的预编码方式，完成6PolSK‑QPSK信号调制，由于DD‑MZM价格与IQ调制器相比较低，因此可以有效降低光发射系统的成本。

Description

基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制 系统及其调制方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体来说属于一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统及其调制方法。

背景技术

高速长途光通信中需要利用具有高频谱效率的高阶调制信号，使每个信号码元携带更多的比特信息，从而获得较高的信号传输容量。从实际应用角度出发，需要兼顾高频谱效率和高功率效率两个方面。普通的高阶调制格式，如64QAM等，虽然频谱效率较高，但是相邻码元之间欧式距离较小，为保证信号传输的误码率满足要求，需要提高信号的发送功率。然而，随着信号发送功率的提高，会使得光信号在光纤中传输时，受到较大的光纤非线性效应的影响，从而造成信号的质量下降，误码率提高。

6PolSK-QPSK作为一种新型的高阶信号调制技术，通过充分利用信号的偏振态，在保证相邻码元欧式距离不变的前提下，提高了信号的频谱效率。从而使得该调制格式在频谱效率和功率效率两方面均具有较高的优势。

首先阐述一下6PolSK-QPSK信号的产生原理。

光信号有两个正交的偏振态，分别为x偏振态和y偏振态，通过充分利用光信号的偏振态空间，可以有效提高光信号的频谱效率和功率效率。如图1所示，通过充分利用光信号偏振态空间里邦加球上的六个点(赤道4点及南北极2点)，可以在不减小信号欧式距离的前提下，有效提高信号的频谱效率。

与目前商用的PDM-QPSK调制格式相比，6PolSK-QPSK具有较高的频谱效率(6PolSK-QPSK为4.5bit/symbol，PDM-QPSK为4bit/symbol)，除此之外，由于充分利用了信号空间，6PolSK-QPSK的功率效率比PDM-QPSK要高0.5dB，即6PolSK-QPSK会有更好的接收灵敏度。因此，6PolSK-QPSK在频谱效率和功率效率两方面都具有优势。

参见附图2，在传统的6PolSK-QPSK调制方法中，利用两支IQ调制器完成信号的调制，使用任意波形发生器(AWG)产生预先编码的4路信号，分别送入两支IQ调制器，信号调制后送入光纤中进行传输，在接收端利用相干接收的方式完成信号的接收和解调。

这种调制方式中，利用两支IQ调制器完成信号调制，但是，由于IQ调制器的集成度较高，相当于在1支调制器上集成了2支马赫曾德尔调制器(MZM)，因此，调制器价格相对昂贵，使得发射机成本较高。

图3为双驱动马赫曾德尔调制器(DD-MZM)的结构示意图，对于DD-MZM，其上下两臂分别相当于一个相位调制器，两路独立的射频驱动信号分别对上下两臂的光信号进行相位调制，然后两路信号在输出端进行光场叠加发生相长干涉或相消干涉，产生需要的调制信号。

DD-MZM输出函数为：

由于其上下臂信号驱动电压可以独立设置，因此调制器的自由度更高，通过合理设置，可以使用DD-MZM来进行各种高阶调制。基于此，本发明提出利用DD-MZM进行6PolSK-QPSK信号调制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统及其调制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统，包括波长1550nm的发送激光器、两支双驱动马赫曾德尔调制器(DD-MZM)、偏振分束器(PBS)、偏振耦合器(PBC)、一台可进行预编码的任意波形发生器(AWG)、四通道信号驱动放大器、以及一台可进行Matlab编程的电脑；其连接结构为：电脑连接任意波形发生器，任意波形发生器连接四通道信号驱动放大器的输入端，四通道信号驱动放大器的输出端连接到两支双驱动马赫曾德尔调制器的4个射频信号电极端，所述发送激光器连接偏振分束器的输入端，偏振分束器的输出端连接两支双驱动马赫曾德尔调制器的输入端，两支双驱动马赫曾德尔调制器输出端连接偏振耦合器的输入端。

所述基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统的信号调制方法包括如下步骤：

(1)在电脑上利用Matlab软件进行预编码，根据6PolSK-QPSK的信号特性生成4路信号数据；

(2)将预编码的Matlab代码送入任意波形发生器中，产生4路电信号，每一路输出电信号均有4个不同的电平值；

(3)任意波形发生器输出的4路信号送入四通道信号驱动放大器进行信号放大，放大后的信号峰峰值为3Vπ/2，其中Vπ为调制器的半波电压；

(4)四通道信号驱动放大器输出的4路信号分别送入两支双驱动马赫曾德尔调制器中进行调制；

(5)调节双驱动马赫曾德尔调制器的直流偏置电压，使其处于合适的偏置点，得到最佳的调制效果；

(6)两支双驱动马赫曾德尔调制器输出的信号，通过偏振耦合器耦合后送入光信道进行传输。

信号的预编码方法如下：

在Matlab中，预先编码4路数据信号，根据调制原理，4路信号相互之间具有关联性，得到24种不同的编码信号，以下为24种不同的状态编码结果：

a1＝[3,1,3,1]'；a2＝[3,1,1,-1]'；a3＝[3,1,-1,-3]'；a4＝[3,1,-3,3]'；a5＝[1,-1,3,1]'；a6＝[1,-1,1,-1]'；a7＝[1,-1,-1,-3]'；a8＝[1,-1,-3,3]'；a9＝[-1,-3,3,1]'；a10＝[-1,-3,1,-1]'；a11＝[-1,-3,-1,-3]'；a12＝[-1,-3,-3,3]'；a13＝[-3,3,3,1]'；a14＝[-3,3,1,-1]'；15＝[-3,3,-1,-3]'；a16＝[-3,3,-3,3]'；a17＝[1,1,1,-3]'；a18＝[3,3,1,-3]'；a19＝[-1,-1,1,-3]'；a20＝[-3,-3,1,-3]'；a21＝[1,-3,1,1]'；a22＝[1,-3,3,3]'；a23＝[1,-3,-1,-1]'；a24＝[1,-3,-3,-3]'。

本发明的优点和有益效果为：

采用本发明提出的6PolSK-QPSK信号调制方案，可以取得与传统6PolSK-QPSK调制方案性能相似的结果，但是，由于本发明中采用双驱动马赫曾德尔调制器作为调制器进行光信号调制，降低了调制器的费用，从而能够有效降低整个发射系统的费用。

附图说明

图1为6PolSK-QPSK信号偏振态星座图。这里描述的是光信号在偏振态空间的星座图。对于6PolSK-QPSK信号来说，通过充分利用光信号的x和y两个正交的偏振态，使星座点处在星座图中距离相对较远的6个点，从而在保证信号星座点欧式距离不变的前提下提高信号的频谱效率。

图2为传统方法6PolSK-QPSK调制与解调系统框图。这里描述的是传统的调制方法，采用的是两支IQ调制器完成信号调制。

图3为双驱动马赫曾德尔调制器结构示意图。这里描述的是双驱动马赫曾德尔调制器的结构示意图，在结构上有上下两个支路，而且均可单独加载射频信号进行调制，具有较高的自由度。

图4为本发明提出的基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统的系统框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

图4是本发明提出的基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统的系统框图。其对传统的6PolSK-QPSK调制方法进行改进，利用双驱动马赫曾德尔调制器(DD-MZM)取代IQ调制器，采用合适的预编码方式，完成6PolSK-QPSK信号调制，由于DD-MZM价格与IQ调制器相比较低，因此可以有效降低光发射系统的成本。

参见附图4，6PolSK-QPSK高阶信号调制系统包括：波长1550nm的发送激光器、两支双驱动马赫曾德尔调制器DD-MZM、偏振分束器PBS、偏振耦合器PBC、一台可进行预编码的任意波形发生器AWG、四通道信号驱动放大器、以及一台可进行Matlab编程的电脑。其连接结构为：电脑连接任意波形发生器AWG，任意波形发生器AWG连接四通道信号驱动放大器的输入端，四通道信号驱动放大器的输出端连接到两支双驱动马赫曾德尔调制器的4个射频信号电极端，所述发送激光器连接偏振分束器PBS的输入端，偏振分束器PBS的输出端连接两支双驱动马赫曾德尔调制器的输入端，两支双驱动马赫曾德尔调制器输出端连接偏振耦合器PBC的输入端。

信号调制方法为：首先在电脑上利用Matlab软件完成信号的预编码工作，系统工作时，发送激光器发出波长为1550nm的激光，送入偏振分束器，偏振分束器输出的两路信号分别送入两支双驱动马赫曾德尔调制器，任意波形发生器根据预编码结果产生4路电信号，通过四通道信号驱动放大器放大后分别送入两支双驱动马赫曾德尔调制器的4个射频信号电极对光信号进行调制，两支双驱动马赫曾德尔调制器输出的信号，通过偏振耦合器耦合后送入光信道进行传输。

信号的预编码方法如下：

为实现6PolSK-QPSK高阶信号调制，预编码信号共有24种不同的状态。在Matlab中，预先编码4路数据信号，根据调制原理，4路信号相互之间具有关联性，如此，得到24种不同的编码信号，这里给出24种不同的状态编码结果：

a1＝[3,1,3,1]'；a2＝[3,1,1,-1]'；a3＝[3,1,-1,-3]'；a4＝[3,1,-3,3]'；a5＝[1,-1,3,1]'；a6＝[1,-1,1,-1]'；a7＝[1,-1,-1,-3]'；a8＝[1,-1,-3,3]'；a9＝[-1,-3,3,1]'；a10＝[-1,-3,1,-1]'；a11＝[-1,-3,-1,-3]'；a12＝[-1,-3,-3,3]'；a13＝[-3,3,3,1]'；a14＝[-3,3,1,-1]'；15＝[-3,3,-1,-3]'；a16＝[-3,3,-3,3]'；a17＝[1,1,1,-3]'；a18＝[3,3,1,-3]'；a19＝[-1,-1,1,-3]'；a20＝[-3,-3,1,-3]'；a21＝[1,-3,1,1]'；a22＝[1,-3,3,3]'；a23＝[1,-3,-1,-1]'；a24＝[1,-3,-3,-3]'。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统，其特征在于：包括波长1550nm的发送激光器、两支双驱动马赫曾德尔调制器、偏振分束器、偏振耦合器、一台可进行预编码的任意波形发生器、四通道信号驱动放大器、以及一台可进行Matlab编程的电脑；电脑连接任意波形发生器，任意波形发生器连接四通道信号驱动放大器的输入端，四通道信号驱动放大器的输出端连接到两支双驱动马赫曾德尔调制器的4个射频信号电极端，所述发送激光器连接偏振分束器的输入端，偏振分束器的输出端连接两支双驱动马赫曾德尔调制器的输入端，两支双驱动马赫曾德尔调制器输出端连接偏振耦合器的输入端。

2.如权利要求1所述的基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统的信号调制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在电脑上利用Matlab软件进行预编码，根据6PolSK-QPSK的信号特性生成4路信号数据；

(2)将预编码的Matlab代码送入任意波形发生器中，产生4路电信号，每一路输出电信号均有4个不同的电平值；

(3)任意波形发生器输出的4路信号送入四通道信号驱动放大器进行信号放大，放大后的信号峰峰值为3Vπ/2，其中Vπ为调制器的半波电压；

(4)四通道信号驱动放大器输出的4路信号分别送入两支双驱动马赫曾德尔调制器中进行调制；

(5)调节双驱动马赫曾德尔调制器的直流偏置电压，使其处于合适的偏置点，得到最佳的调制效果；

(6)两支双驱动马赫曾德尔调制器输出的信号，通过偏振耦合器耦合后送入光信道进行传输。

3.如权利要求2所述的基于双驱动马赫曾德尔调制器的6PolSK-QPSK高阶信号调制系统的信号调制方法，其特征在于，信号的预编码方法如下：

在Matlab中，预先编码4路数据信号，根据调制原理，4路信号相互之间具有关联性，得到24种不同的编码信号，以下为24种不同的状态编码结果：

a1＝[3,1,3,1]'；a2＝[3,1,1,-1]'；a3＝[3,1,-1,-3]'；a4＝[3,1,-3,3]'；a5＝[1,-1,3,1]'；a6＝[1,-1,1,-1]'；a7＝[1,-1,-1,-3]'；a8＝[1,-1,-3,3]'；a9＝[-1,-3,3,1]'；a10＝[-1,-3,1,-1]'；a11＝[-1,-3,-1,-3]'；a12＝[-1,-3,-3,3]'；a13＝[-3,3,3,1]'；a14＝[-3,3,1,-1]'；15＝[-3,3,-1,-3]'；a16＝[-3,3,-3,3]'；a17＝[1,1,1,-3]'；a18＝[3,3,1,-3]'；a19＝[-1,-1,1,-3]'；a20＝[-3,-3,1,-3]'；a21＝[1,-3,1,1]'；a22＝[1,-3,3,3]'；a23＝[1,-3,-1,-1]'；a24＝[1,-3,-3,-3]'。