CN108768527A - 一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统 - Google Patents

一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种类色散渐减光纤Front‑haul传输系统；该系统可避免相应的标准单模光纤光传输系统数字信号处理时色散补偿带来的时延；较低输入光功率时，该系统20GBaud、PM‑16QAM信号有拉曼泵浦27dBm情况的84.64km传输特性明显优于无拉曼放大情况的特性。

Description

一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统
技术领域
本发明涉及一种光纤通信系统，具体涉及一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统，可应用于通信网络、光学信息处理、新一代信息技术等领域。
背景技术
随着数据通信与多媒体业务需求的不断增加，现有的移动通信网络前端传输接口在数据速率、带宽、时延方面存在较大的局限性；中国移动通信研究院等单位提出了下一代前传接口NGFI(Next Generation Front-haul Interface)[1 China mobile researchinstitute，et al.White Paper of Next Generation Fronthaul Interface，v1.0(2015)]以满足第五代移动通信(5G)发展的需求；NGFI是指下一代无线网络主设备中无线云中心(RCC，radio cloud center)与远端射频系统(RRS，radio remote system)之间的前传接口，提供了五种接口划分方案，既可以采用模拟传输，又可采用数字传输技术以降低对系统参量要求，可灵活取舍。NGFI中的RCC集中点与RRS的单跨距传输距离一般限于20km，考虑到我国幅员辽阔、海岸线绵长、岛屿众多、荒原沙漠和高山广袤等地理环境的复杂性以及现代通信需求的迅猛增长，实现长跨距Front-haul光纤传输变得日益迫切。
Front-haul长跨距光纤传输中，色散是影响系统性能的一个重要因素。光纤色散增加，可导致脉冲展宽，从而引起的系统性能劣化；光纤色散减小，可以相应提高系统性能。色散平坦光纤(DFF)在通信波长范围内色散很小并且色散平坦，既可以消除色散引起的窄谱信号畸变，又可以避免宽谱信号的色散失真，在光纤通信中有着重要的应用；DFF色散小、非线性效应就显得相对突出，而且长跨距传输通常会增加信号输入光功率、信号光功率随传输距离增加而逐渐减小；为了均衡长跨距光纤中色散与非线性效应；我们提出了一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；目前尚未见在类色散渐减光纤中开展Front-haul长跨距传输的实验报道。
发明内容
在国家自然科学基金(编号61671227和61431009)、山东省自然科学基金(ZR2011FM015)、“泰山学者”建设工程专项经费支持下，本发明提出了一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；该系统色散、信号光功率都随传输距离增加而减小，以均衡较长跨距Front-haul光纤传输系统中色散与非线性效应，提高系统性能；本发明提出的系统是Front-haul长跨距传输的优选方案之一，为特殊应用场景下移动通信Front-haul长跨距传输提供新思路和实验保障。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
针对特殊应用场景下移动通信Front-haul长跨距传输迫切需求，本发明提出了一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；该类色散渐减光纤84.64km包括12.75km标准单模光纤、21.10km非零色散位移光纤和50.79km色散平坦光纤，其色散分别为14.03、4.28和-0.86ps/(km.nm)依次离散渐减。该系统分为3个功能模块：1是16QAM信号发射端，2是光纤传输链路，3是16QAM接收检测端；其中，16QAM信号发射端包括比特模式发生器(1)、数模转换器模块(2)(3)、电放大器模块(4)(5)、I/Q调制器模块(6)、激光器(7)、偏振分束器(8)、偏振合束器(9)、以及数模转换器模块、电放大器模块和I/Q调制器模块的直流偏置模块(10)(11)(12)(13)(14)；光传输链路包括掺铒光纤放大器模块(15)、类色散渐减光纤传输链路(16)、拉曼放大器模块(17)；16QAM接收检测端包括低功率前置放大器(18)、本振激光器(19)、光正交混合器(20)、平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)、模数转换器(25)(26)(27)(28)、数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)、均衡器(32)；在16QAM信号发射端，比特模式发生器(1)的四个输出端经四条电缆分别连接两个数模转换器模块(2)(3)的输入端，数模转换器模块(2)(3)的输出端经电放大器模块(4)(5)分别连接到I/Q调制器模块(6)的电输入端；激光器(7)的光输出端经偏振分束器(8)连接到I/Q调制器(6)的光输入端；I/Q调制器(6)光输出端连接偏振合束器(9)；其中数模转换器(2)(3)、电放大模块(4)(5)、I/Q调制器(6)分别连接着各自的直流偏置(10)(11)(12)(13)(14)；偏振合束器(9)输出端连接到光纤传输链路中掺铒光纤放大器模块(15)的输入端；掺铒光纤放大器模块(15)输出端连接类色散渐减光纤传输链路(16)输入端；类色散渐减光纤传输链路(16)输出端连接拉曼放大器模块(17)的输入端；在16QAM接收检测端，低功率前置放大器(18)的输入端连接拉曼放大器模块(17)的输出端；低功率前置放大器(18)的输出端和本振激光器(19)输出端分别连接到光正交混合器(20)输入端，光正交混合器(20)输出端再经平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)分别连接到模数转换器(25)(26)(27)(28)的输入端，模数转换器输出端再分别连接到数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)和均衡器(32)。
在16QAM信号发射端，比特模式发生器(1)产生四路20Gbps数字伪随机码信号，该信号分别进入两个数模转换器模块(2)(3)，进行延迟和电平分阶处理，得到I路、Q路电信号；I路、Q路电信号经电放大器模块(4)(5)放大后分别进入I/Q调制器模块(6)；激光器(7)发出连续激光经偏振分束器(8)形成X、Y偏振激光分别进入I/Q调制器模块(6)；在I/Q调制器模块(6)中，放大后的I路、Q路电信号分别调制X、Y偏振激光，经偏振合束器(9)得到20GBaud(160Gbps)、PM-16QAM调制光信号；其中数模转换器模块(2)(3)、电放大器模块(4)(5)、I/Q调制器模块(6)都需要调整相应直流偏置模块(10)(11)(12)(13)(14)到合适状态，特别是需要仔细、反复调节I/Q调制器模块(6)的直流偏置(14)；接下来，调制光信号进入光纤传输链路；调制光信号先进入光功率可调的掺铒光纤放大器模块(15)进行光放大，确保传输所需的合适光功率，然后再经过类色散渐减光纤传输链路(16)单跨距传输，后进入拉曼放大器模块(17)；最后，传输后的调制光信号进入16QAM接收检测端；在16QAM接收检测端，传输后的调制光信号经低功率前置放大器(18)放大，和本振激光器(19)产生的本振信号共同进入光正交混合器(20)，接着经平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)相干接收，然后经模数转换器(25)(26)(27)(28)进行与发射端相反的变换，再经数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)和均衡器(32)恢复出信源二进制数据，分析16QAM星座图、误差矢量幅度(EVM)、Q-Factor、眼图、误码率(BER)变化情况。
本发明的有益效果如下：
本发明提出了一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；该系统色散、信号光功率都随传输距离增加而减小，以均衡较长跨距From-haul光纤传输系统中色散与非线性效应，提高系统性能；该系统可避免相应的标准单模光纤光传输系统数字信号处理时色散补偿带来的时延；该系统27dBm拉曼放大能有效补偿信号传输过程中的衰减损伤；本发明所提出的系统是Front-haul长跨距传输的优选方案之一，为特殊应用场景下移动通信Front-haul长跨距传输提供了新思路和实验保障。
附图说明
图1是本发明一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统示意图。本发明提出了一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；该类色散渐减光纤84.64km包括12.75km标准单模光纤、21.10km非零色散位移光纤和50.79km色散平坦光纤，其色散分别为14.03、4.28和-0.86ps/(km.nm)依次离散渐减。该系统分为3个功能模块：1是16QAM信号发射端，2是光纤传输链路，3是16QAM接收检测端；其中，16QAM信号发射端包括比特模式发生器(1)、数模转换器模块(2)(3)、电放大器模块(4)(5)、I/Q调制器模块(6)、激光器(7)、偏振分束器(8)、偏振合束器(9)、以及数模转换器模块、电放大器模块和I/Q调制器模块的直流偏置模块(10)(11)(12)(13)(14)；光传输链路包括掺铒光纤放大器模块(15)、类色散渐减光纤传输链路(16)、拉曼放大器模块(17)；16QAM接收检测端包括低功率前置放大器(18)、本振激光器(19)、光正交混合器(20)、平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)、模数转换器(25)(26)(27)(28)、数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)、均衡器(32)；在16QAM信号发射端，比特模式发生器(1)的四个输出端经四条电缆分别连接两个数模转换器模块(2)(3)的输入端，数模转换器模块(2)(3)的输出端经电放大器模块(4)(5)分别连接到I/Q调制器模块(6)的电输入端；激光器(7)的光输出端经偏振分束器(8)连接到I/Q调制器(6)的光输入端；I/Q调制器(6)光输出端连接偏振合束器(9)；其中数模转换器(2)(3)、电放大模块(4)(5)、I/Q调制器(6)分别连接着各自的直流偏置(10)(11)(12)(13)(14)；偏振合束器(9)输出端连接到光纤传输链路中掺铒光纤放大器模块(15)的输入端；掺铒光纤放大器模块(15)输出端连接类色散渐减光纤传输链路(16)输入端；类色散渐减光纤传输链路(16)输出端连接拉曼放大器模块(17)的输入端；在16QAM接收检测端，低功率前置放大器(18)的输入端连接拉曼放大器模块(17)的输出端；低功率前置放大器(18)的输出端和本振激光器(19)输出端分别连接到光正交混合器(20)输入端，光正交混合器(20)输出端再经平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)分别连接到模数转换器(25)(26)(27)(28)的输入端，模数转换器输出端再分别连接到数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)和均衡器(32)。
图2是20Gbaud、PM-16QAM信号经类色散渐减光纤传输84.64km后X偏振EVM随输入功率的变化情况；图中带圆形的曲线是无拉曼放大情况，带正方形的曲线是拉曼泵浦功率27dBm情况。
图3是20Gbaud、PM-16QAM信号经类色散渐减光纤传输84.64km后X偏振BER随输入功率的变化情况；图中带圆形的曲线是无拉曼放大情况，带正方形的曲线是拉曼泵浦功率27dBm情况。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
实施例1图1是本发明一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统示意图。本发明提出了一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；该类色散渐减光纤84.64km包括12.75km标准单模光纤、21.10km非零色散位移光纤和50.79km色散平坦光纤，其色散分别为14.03、4.28和-0.86ps/(km.nm)依次离散渐减。该系统分为3个功能模块：1是16QAM信号发射端，2是光纤传输链路，3是16QAM接收检测端；其中，16QAM信号发射端包括比特模式发生器(1)、数模转换器模块(2)(3)、电放大器模块(4)(5)、I/Q调制器模块(6)、激光器(7)、偏振分束器(8)、偏振合束器(9)、以及数模转换器模块、电放大器模块和I/Q调制器模块的直流偏置模块(10)(11)(12)(13)(14)；光传输链路包括掺铒光纤放大器模块(15)、类色散渐减光纤传输链路(16)、拉曼放大器模块(17)；16QAM接收检测端包括低功率前置放大器(18)、本振激光器(19)、光正交混合器(20)、平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)、模数转换器(25)(26)(27)(28)、数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)、均衡器(32)；在16QAM信号发射端，比特模式发生器(1)的四个输出端经四条电缆分别连接两个数模转换器模块(2)(3)的输入端，数模转换器模块(2)(3)的输出端经电放大器模块(4)(5)分别连接到I/Q调制器模块(6)的电输入端；激光器(7)的光输出端经偏振分束器(8)连接到I/Q调制器(6)的光输入端；I/Q调制器(6)光输出端连接偏振合束器(9)；其中数模转换器(2)(3)、电放大模块(4)(5)、I/Q调制器(6)分别连接着各自的直流偏置(10)(11)(12)(13)(14)；偏振合束器(9)输出端连接到光纤传输链路中掺铒光纤放大器模块(15)的输入端；掺铒光纤放大器模块(15)输出端连接类色散渐减光纤传输链路(16)输入端；类色散渐减光纤传输链路(16)输出端连接拉曼放大器模块(17)的输入端；在16QAM接收检测端，低功率前置放大器(18)的输入端连接拉曼放大器模块(17)的输出端；低功率前置放大器(18)的输出端和本振激光器(19)输出端分别连接到光正交混合器(20)输入端，光正交混合器(20)输出端再经平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)分别连接到模数转换器(25)(26)(27)(28)的输入端，模数转换器输出端再分别连接到数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)和均衡器(32)。
在16QAM信号发射端，比特模式发生器(1)产生四路20Gbps数字伪随机码信号，该信号分别进入两个数模转换器模块(2)(3)，进行延迟和电平分阶处理，得到I路、Q路电信号；I路、Q路电信号经电放大器模块(4)(5)放大后分别进入I/Q调制器模块(6)；激光器(7)发出连续激光经偏振分束器(8)形成X、Y偏振激光分别进入I/Q调制器模块(6)；在I/Q调制器模块(6)中，放大后的I路、Q路电信号分别调制X、Y偏振激光，经偏振合束器(9)得到20GBaud(160Gbps)、PM-16QAM调制光信号；其中数模转换器模块(2)(3)、电放大器模块(4)(5)、I/Q调制器模块(6)都需要调整相应直流偏置模块(10)(11)(12)(13)(14)到合适状态，特别是需要仔细、反复调节I/Q调制器模块(6)的直流偏置(14)；接下来，调制光信号进入光纤传输链路；调制光信号先进入光功率可调的掺铒光纤放大器模块(15)进行光放大，确保传输所需的合适光功率，然后再经过类色散渐减光纤传输链路(16)单跨距传输，后进入拉曼放大器模块(17)；最后，传输后的调制光信号进入16QAM接收检测端；在16QAM接收检测端，传输后的调制光信号经低功率前置放大器(18)放大，和本振激光器(19)产生的本振信号共同进入光正交混合器(20)，接着经平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)相干接收，然后经模数转换器(25)(26)(27)(28)进行与发射端相反的变换，再经数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)和均衡器(32)恢复出信源二进制数据，分析16QAM星座图、误差矢量幅度(EVM)、Q-Factor、眼图、误码率(BER)变化情况。在16QAM接收检测端，调节本振信号，使其频率、相位与输入信号一致，光功率较大(实验中系统取C波段、15 dBm)。
图2是20Gbaud、PM-16QAM信号经类色散渐减光纤传输84.64km后X偏振EVM随输入功率的变化情况；图中带圆形的曲线是无拉曼放大情况，带正方形的曲线是拉曼泵浦功率27dBm情况。由图2可见，无拉曼放大情况下，在输入光功率1-5dBm时，系统EVM达到较好的状态。输入光功率大于5dBm，系统EVM随输入光功率增加迅速劣化；输入光功率小于1dBm后，系统EVM随输入光功率减小迅速劣化；拉曼泵浦功率27dBm情况下，输入光功率大于5dBm，系统EVM随输入光功率增加进一步劣化，是拉曼放大加剧了光纤的非线性效应所致；输入光功率小于5dBm，拉曼放大有效补偿了光纤衰减，系统EVM比无拉曼放大情况时明显改善。
图3是20Gbaud、PM-16QAM信号经类色散渐减光纤传输84.64km后X偏振BER随输入功率的变化情况；图中带圆形的曲线是无拉曼放大情况，带正方形的曲线是拉曼泵浦功率27dBm情况。由图3可见，无拉曼放大情况下，在输入光功率1-5dBm时，系统BER达到较好的状态；输入光功率大于5dBm，系统BER随输入光功率增加迅速劣化；输入光功率小于1dBm，系统BER随输入光功率减小迅速劣化。拉曼泵浦功率27dBm情况下，输入光功率大于5dBm，系统BER随输入光功率增加进一步劣化，是拉曼放大加剧了光纤的非线性效应所致；输入光功率小于5dBm，拉曼放大有效补偿了光纤衰减，系统BER比无拉曼放大情况时明显改善。在较低输入光功率时，系统BER有拉曼放大情况比无拉曼放大情况的要好约2个数量级。相同情况下，20Gbaud、PM-16QAM信号经标准单模光纤传输系统传输后难以解调出信号。
总之，本发明提出了一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；该系统色散、信号光功率都随传输距离增加而减小，以均衡较长跨距Front-haul光纤传输系统中色散与非线性效应，提高系统性能；该系统可避免相应的标准单模光纤光传输系统数字信号处理时色散补偿算法带来的时延；该系统27dBm拉曼放大能有效补偿信号传输过程中的衰减损伤。本发明所提出的系统是Front-haul长跨距传输的优选方案之一，为特殊应用场景下移动通信Front-haul长跨距传输提供了新思路和实验保障。
应当指出的是，具体实施方式只是本发明比较有代表性的例子，显然本发明的技术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议地得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。

Claims (2)

1.一种类色散渐减光纤Front-haul传输系统；其特征在于：该类色散渐减光纤84.64km包括12.75km标准单模光纤、21.10km非零色散位移光纤和50.79km色散平坦光纤，其色散分别为14.03、4.28和-0.86ps/(km.nm)依次离散渐减；该系统分为3个功能模块：1是16QAM信号发射端，2是光纤传输链路，3是16QAM接收检测端；其中，16QAM信号发射端包括比特模式发生器(1)、数模转换器模块(2)(3)、电放大器模块(4)(5)、I/Q调制器模块(6)、激光器(7)、偏振分束器(8)、偏振合束器(9)、以及数模转换器模块、电放大器模块和I/Q调制器模块的直流偏置模块(10)(11)(12)(13)(14)；光传输链路包括掺铒光纤放大器模块(15)、类色散渐减光纤传输链路(16)、拉曼放大器模块(17)；16QAM接收检测端包括低功率前置放大器(18)、本振激光器(19)、光正交混合器(20)、平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)、模数转换器(25)(26)(27)(28)、数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)、均衡器(32)；在16QAM信号发射端，比特模式发生器(1)的四个输出端经四条电缆分别连接两个数模转换器模块(2)(3)的输入端，数模转换器模块(2)(3)的输出端经电放大器模块(4)(5)分别连接到I/Q调制器模块(6)的电输入端；激光器(7)的光输出端经偏振分束器(8)连接到I/Q调制器(6)的光输入端；I/Q调制器(6)光输出端连接偏振合束器(9)；其中数模转换器(2)(3)、电放大模块(4)(5)、I/Q调制器(6)分别连接着各自的直流偏置(10)(11)(12)(13)(14)；偏振合束器(9)输出端连接到光纤传输链路中掺铒光纤放大器模块(15)的输入端；掺铒光纤放大器模块(15)输出端连接类色散渐减光纤传输链路(16)输入端；类色散渐减光纤传输链路(16)输出端连接拉曼放大器模块(17)的输入端；在16QAM接收检测端，低功率前置放大器(18)的输入端连接拉曼放大器模块(17)的输出端；低功率前置放大器(18)的输出端和本振激光器(19)输出端分别连接到光正交混合器(20)输入端，光正交混合器(20)输出端再经平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)分别连接到模数转换器(25)(26)(27)(28)的输入端，模数转换器输出端再分别连接到数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)和均衡器(32)；在16QAM信号发射端，比特模式发生器(1)产生四路20Gbps数字伪随机码信号，该信号分别进入两个数模转换器模块(2)(3)，进行延迟和电平分阶处理，得到I路、Q路电信号；I路、Q路电信号经电放大器模块(4)(5)放大后分别进入I/Q调制器模块(6)；激光器(7)发出连续激光经偏振分束器(8)形成X、Y偏振激光分别进入I/Q调制器模块(6)；在I/Q调制器模块(6)中，放大后的I路、Q路电信号分别调制X、Y偏振激光，经偏振合束器(9)得到20GBaud(160Gbps)、PM-16QAM调制光信号；其中数模转换器模块(2)(3)、电放大器模块(4)(5)、I/Q调制器模块(6)都需要调整相应直流偏置模块(10)(11)(12)(13)(14)到合适状态，特别是需要仔细、反复调节I/Q调制器模块(6)的直流偏置(14)；接下来，调制光信号进入光纤传输链路；调制光信号先进入光功率可调的掺铒光纤放大器模块(15)进行光放大，确保传输所需的合适光功率，然后再经过类色散渐减光纤传输链路(16)单跨距传输，后进入拉曼放大器模块(17)；最后，传输后的调制光信号进入16QAM接收检测端；在16QAM接收检测端，传输后的调制光信号经低功率前置放大器(18)放大，和本振激光器(19)产生的本振信号共同进入光正交混合器(20)，接着经平衡接收光电二极管(21)(22)(23)(24)相干接收，然后经模数转换器(25)(26)(27)(28)进行与发射端相反的变换，再经数字信号处理器DSP的数据预处理器(29)、载波恢复处理器(30)、滤波器(31)和均衡器(32)恢复出信源二进制数据，分析16QAM星座图、误差矢量幅度(EVM)、Q-Factor、眼图、误码率(BER)变化情况。
2.根据权利要求1所述系统，其性能特征在于该系统可避免相应的标准单模光纤光传输系统数字信号处理时色散补偿带来的时延；较低输入光功率时，该系统20GBaud、PM-16QAM信号有拉曼泵浦27dBm情况的84.64km传输特性明显优于无拉曼放大情况的特性。
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