CN110098873A - 一种利用偏振调制器实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用偏振调制器(PolM)实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿的装置及方法。涉及光通信和微波技术领域，主要应用于模拟光链路中的信号传输。所述装置如附图所示，包括激光器、PolM、偏振分束器、偏振合束器、掺铒光纤放大器、光分路器、单模光纤、偏振控制器、起偏器和光电检测器。信号通过PolM调制到光载波上，由偏振控制器和偏振分束器分离已调信号的奇偶阶边带并利用偏振合束器偏振复用，放大后功分多路，利用各支路偏振控制器对奇偶阶边带引入的相差，可抵消光纤色散引入的相移，补偿功率周期性衰落，同时还能抑制三阶交调，实现线性优化。本发明调谐灵活，结构简单，工作带宽大，系统可重构性强。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，主要涉及多通道模拟光链路的线性优化和功率周期性衰落补偿。
背景技术
多媒体时代的到来使得信息量的传输增长到了前所未有的时代，高频段、大带宽的传输系统成为了未来通信发展的主要方向；并且，随着移动终端的飞速普及，为了确保通信质量，基站数量也与日剧增。传统电子通信系统带宽小、天线基站复杂等缺点逐渐成为了通信发展的主要瓶颈。光载射频(radio-over-fiber，ROF)系统不仅具有光通信大带宽，高频段，抗电磁干扰等优势，还具备无线通信接入灵活、移动性强的特点。因此成为了未来宽带无线通信的主要发展方向之一。
光载射频通信系统中，射频信号的电光转换是及其重要的一个环节。通过电光调制器的材质特性，输入电信号的幅度、相位等信息可以准确的加载到光载波信号上。随后经过调制的光信号通过光纤的传输，到达各个天线站。然而电光调制器的正弦传输曲线使得电光调制的过程引入了非线性效应。在亚倍频程通信系统中，非线性所产生的三阶交调信号严重影响到了信号的传输质量。因此，如何设计高质量的系统以便有效的抑制非线性效应是模拟光链路需要解决的一个主要问题。
虽然光纤传输有特有的大带宽、高频段、抗电磁干扰等优势，但由于光纤的色散，不同频率的信号随着传输距离的不同会获得不同程度的相移，对于传统双边带调制器信号而言，这种相移将引起信号功率的周期性衰落，导致接收端无法提取有用信号，对通信质量影响非常大。因此，如何抑制光纤色散引入的功率衰落也是模拟光链路所面临的一大难题。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种利用偏振调制器实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿的装置及方法。该方案有三大优点：第一该方案可以同时抑制非线性导致产生的三阶交调杂散信号以及色散导致的信号功率周期性衰落问题；第二该方案可针对不同的传输路径和不同的传输频率消除上述问题，系统可重构性强；第三该方案所使用的所有器件均为频率无关的，因此工作带宽非常大。
本发明所采用的技术方案是：所述装置包括激光器(LD)、PolM、偏振分束器(PBS)、偏振合束器(PBC)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光分路器(1：N Splitter)、单模光纤(SMF)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)以及光电检测器(PD)。其特征在于：所述激光器输出端通过一个PC连接PolM，所述PolM输出端通过第二个PC连接PBS，所述PBS输出端连接PBC，其输出端连接EDFA输入端，所述EDFA输出端连接光分路器，每条支路依次分别连接SMF、PC、Pol和PD。
所述PolM是一种特殊的相位调制器，同时支持横电波(TE)和横磁波(TM)两个模式的相位调制，且两个模式的相位调制指数相反。其输入端集成了一个PBS，用来分离光波的两个模式；输出端集成了一个PBC，用来偏振复用两个调制后的光信号。
本发明在工作时包括以下步骤：
(1)从激光器发出波长为λ的连续光载波通过第一个PC调节光载波偏振态与PolM主轴相差45度后通入PolM，双音射频信号通过电接口注入PolM来调制光载波；
(2)调制后的信号通过第二个PC调节其偏振态与PBS主轴相差45度后通过PBC将PBS 输出的信号偏振复用。
(3)偏振复用光信号进入EDFA进行功率放大。
(4)放大后的光信号进入1：N Splitter，功分多路后送给N个长度不同的光纤链路。
(5)进入各支路的光信号通过SMF后进入该路的PC，然后经过Pol，经过PD拍频得到电信号，输入到频谱仪中观察基带信号和由非线性引起的三阶交调分量。
(6)通过观察接收端频谱分析仪中基带信号和三阶交调信号的幅度，调节各个支路的PC，在优化基带信号功率的同时抑制三阶交调分量的大小。
本发明提出了一种利用偏振调制器实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿的方法，该方案利用PolM对光载波的TE和TM模式进行相反的相位调制，并将这两个模式下调制的信号偏振复用，经过PC调节偏振态，再通入一个PBS中，可以将已调信号的奇偶阶边带分离到正交的偏振态上并通过PBC重新偏振复用，最后功分多路，通过调节每路的偏振控制器和起偏器，对奇偶阶边带引入不同的相位差，以此来补偿色散引入的功率周期性衰落并抑制非线性引入的三阶交调分量。本发明结构简单，具有很强的可操作性。
本方案可以在保证系统简单的前提下，针对不同的传输频率和传输路径，同时补偿色散引入的功率周期性衰落并抑制非线性引入的三阶交调分量，可重构性强。
由于该方案中使用的所有器件均为频率无关的，因此系统的工作带宽非常大。
附图说明
图1为本发明利用偏振调制器实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿的原理图。图2为PBS后对已调光信号奇偶阶边带的分离图。图3(a)、(b)为频率为17GHz、17.01GHz双音信号25km传输优化前后电谱。图4(a)、(b)为频率为17GHz、 17.01GHz双音信号25km传输优化前后无杂散动态范围。图5(a)、(b)为频率为17GHz、 17.01GHz双音信号4km、50km传输优化前后无杂散动态范围。图6(a)、(b)、(c)为 100Msym/s、载频为17GHz的正交相移键控(QPSK)信号4km、25km、50km传输优化前后电谱和星座图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例：
图1为利用偏振调制器实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿的原理图。其中PolM对光载波的TE、TM分量分别进行相反的相位调制并偏振复用。经过PC调节偏振态，再通入一个PBS中，可以将已调信号的奇偶阶边带分离到正交的偏振态上并通过PBC 重新偏振复用，最后功分多路，通过调节每路的偏振控制器和起偏器，对奇偶阶边带引入不同的相位差，以此来补偿色散引入的功率周期性衰落并抑制非线性引入的三阶交调分量。如图1所示，本施例中，装置包括：激光器(LD)、PolM、偏振分束器(PBS)、偏振合束器(PBC)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光分路器(1：N Splitter)、5个偏振控制器(PC)、 3个起偏器(Pol)以及3个光电检测器(PD)。激光器的输出口与PC相连，PC输出端与 PolM的光输入口相连，射频信号源输出口与调制器的射频输入口相连，调制器后接PC、 PBS和PBC，经过EDFA光放大后经过光分路器功分多路，然后每个光路分别依次连接SMF、 PC、Pol和PD。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：激光器产生工作波长为1550nm、功率为12.4dBm的连续光波，通过调节PC使得光载波的偏振角度与PolM的主轴相差45度并注入到PolM中。两个射频源分别产生17GHz、17.01GHz的信号，耦合后通过电接口注入到PolM中，对光载波的TE和TM分量进行相反的相位调制，偏振复用后输出。
步骤二：调制后的信号通入第二个PC，调节已调信号的偏振角度与PBS的主轴相差45度，随后利用一个PBC将从PBS输出的正交偏振态的信号重新偏振复用。
步骤三：EDFA输出光功率为12dBm，光信号被放大后通过1：3Splitter分别进入光纤长度为4km、25km和50km的链路。
步骤四：通过PD将光信号转换为电信号，通入频谱仪观察得到的基波信号和三阶交调分量。调节每一路的PC，对偏振复用信号的两个正交的偏振态引入不同的相位差，以此来补偿色散引入的功率周期性衰落并抑制非线性产生的三阶交调分量。
步骤五：改变输入射频信号的功率，测量优化前后基波信号和三阶交调分量功率，得到优化前后的无杂散动态范围。
步骤六：将双音信号改为100Msym/s的正交相移键控(QPSK)信号，维持系统优化点不变，测量优化前后矢量信号的电谱以及星座图。
综上，本发明利用偏振调制器实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿，结构简单易于实现，瞬时工作带宽大，不受电子瓶颈影响，不受电磁干扰。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，射频信号频率、矢量信号中心频率、符号速率、调制格式都可改变。这些等同变形和替换以及频率范围的调整也应视为本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种利用偏振调制器(PolM)实现多通道模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿的装置及方法，包括激光器(LD)、PolM、偏振分束器(PBS)、偏振合束器(PBC)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光分路器(1：N Splitter)、单模光纤(SMF)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)以及光电检测器(PD)。其特征在于：所述激光器输出端通过一个PC连接PolM，所述PolM输出端通过第二个PC连接PBS，所述PBS输出端连接PBC，其输出端连接EDFA输入端，所述EDFA输出端连接光分路器，每条支路依次分别连接SMF、PC、Pol和PD。
所述PolM是一种特殊的相位调制器，同时支持横电波(TE)和横磁波(TM)两个模式的相位调制，且两个模式的相位调制指数相反。其输入端集成了一个PBS，用来分离光波的两个模式；输出端集成了一个PBC，用来偏振复用两个调制后的光信号。
所述第一个PC用来调节输入光载波与PolM主轴的夹角；所述第二个PC用来调节PolM输出信号的偏振方向与PBS的夹角，结合PBS的使用，可以分离已调信号的奇数阶边带和偶数阶边带。所述各个支路的PC的使用，用来控制两个正交偏振态上的光信号分量的相位关系，从而抑制非线性、补偿功率周期性衰落。
2.所述的偏振调制器实现模拟光链路线性化并补偿功率周期性衰落的方案，其特征在于：PC级联PBS的结构可以分离PolM输出已调信号的奇偶阶边带到正交的偏振态上。
3.所述的偏振调制器实现模拟光链路线性化并补偿功率周期性衰落的方案，其特征在于：通过各个支路的PC对已调信号奇偶阶边带引入的相位差，可以实现模拟光链路线性优化和功率周期性衰落补偿。
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