CN110224758B - 一种光信号调制系统及其传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光信号调制系统，包括单偏振IQ调制器、相移器、信号预处理装置、偏压调节装置、周期性方波信号发生器，单偏振IQ调制器包括第一马赫‑曾德尔调制器和第二马赫‑曾德尔调制器；信号预处理装置连接第一马赫‑曾德尔调制器，偏压调节装置连接第二马赫‑曾德尔调制器，周期性方波信号发生器连接相移器，第一马赫‑曾德尔调制器和相移器与光纤连接，第一马赫‑曾德尔调制器输出的双边带脉冲幅度调制光信号和相移器输出的第二路激光汇合形成含有数据信号的最终调制光信号；还公开了一种光信号传输系统。本发明的有益效果是：利用单偏振IQ调制器和单个光电探测器，实现对双边带的幅度调制光信号的接收，其性能不受光纤色散的影响。

Description

一种光信号调制系统及其传输系统
技术领域
本发明涉及低成本城域网和数据中心光纤传输领域，特别是一种光信号调制系统。
背景技术
随着相干光通信技术在骨干网络中的普及，骨干网中的网络流量已经可以达到40Tb/s以上的容量。当前的流量瓶颈主要转移到了城域网中，其技术难点在于需要低成本的光纤传输技术实现单波长100Gb/s的光信号成功在100公里的单模光纤上进行传输。其中，低成本的要求在于该技术需要与相干光传输技术不同，目前的方案主要是采用直接调制直接检测的方式，相比于相干光传输技术而言，激光器、调制器和接收机的数量都有大幅度的降低。然而，这种直接检测的方式会受到光纤色散带来的严重功率衰减的影响，因此一般采用直接检测架构的光纤通信系统，其传输距离都低于40公里。为了解决这个问题，需要有新的光信号产生和直接检测方法来支持光信号在光纤中传输的距离超过100公里。
发明内容
本发明针对直接接收的光纤通信系统受到光纤色散影响的问题，提供一种光信号调制系统及其传输系统，可以利用单偏振IQ调制器和单个光电探测器，实现对双边带的幅度调制光信号的接收，其性能不受光纤色散的影响。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种光信号调制系统，包括单偏振IQ调制器、相移器、信号预处理装置、偏压调节装置、周期性方波信号发生器，单偏振IQ调制器包括第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器；
第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器分别接收作为载波的激光所分成的第一路激光和第二路激光；
信号预处理装置连接第一马赫-曾德尔调制器，用于接收原始数据信号，并对原始数据信号进行预处理，得到预处理后的信号，并将预处理后的信号以电信号形式加载到第一马赫-曾德尔调制器上，以对第一路激光进行幅度调制，得到含有数据信号的双边带脉冲幅度调制光信号；
偏压调节装置连接第二马赫-曾德尔调制器，用于调节第二马赫-曾德尔调制器的偏置电压，使第二路激光经第二马赫-曾德尔调制器调制输出后的光强最大；
周期性方波信号发生器连接相移器，用于产生周期性方波，并将周期性方波加载到相移器上，以通过相移器调节第二路激光经第二马赫-曾德尔调制器输出后的相位，使第二路激光经相移器输出后的相位周期性的位于0度和90度；
第一马赫-曾德尔调制器和相移器与光纤连接，第一马赫-曾德尔调制器输出的双边带脉冲幅度调制光信号和相移器输出的第二路激光汇合形成含有数据信号的最终调制光信号。
优选的，信号预处理装置将原始数据信号分为N组信号，每组信号包括M个符号，然后再对N组信号进行复制，并按顺序将N组信号以电信号形式加载到第一马赫-曾德尔调制器上，周期性方波的周期为M个符号的时间长度。
优选的，还包括激光器，激光器用于产生作为载波的激光。
优选的，作为载波的激光以1:1的分光比分成第一路激光和第二路激光。
优选的，第一路激光以1:1的分光比分成两路并分别耦合进入第一马赫-曾德尔调制器的两个支路；第二路激光以1:1的分光比分成两路并分别耦合进入第二马赫-曾德尔调制器的两个支路。
一种光信号传输系统，包括光信号调制系统，还包括接收部分，接收部分包括光纤、光电探测器和模数转换器；
光纤连接光电探测器，用于将最终调制光信号传输到光电探测器；
光电探测器连接模数转换器，用于将检测到的最终调制光信号转换为模拟电信号后发送给模数转换器；
模数转换器连接信号解码装置，用于将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号发送给信号解码装置；
信号解码装置，用于对数字信号进行解码，以还原出原始数据信号。
优选的，信号解码装置包括依次连接的重采样电路、同步电路、信号重建电路、信道补偿电路、判决电路、解码电路，通过对数字信号依次进行重采样、同步、信号重建、信道补偿、判决和解码，得到原始数据信号。
本发明具有以下优点：本发明经过信号预处理装置处理后，第一路四电平电信号直接加载到双偏振IQ调制器的第一马赫-曾德尔调制器，以对第一路激光进行幅度调制，得到含有数据信号的双边带脉冲幅度调制光信号；另一路马赫增德尔调制器不加载任何信号，只是通过调节该马赫增德尔调制器（4）的偏置，而第二马赫-曾德尔调制器不加载任何信号，第二路激光经第二马赫-曾德尔调制器调制输出后的光强最大；与此同时，周期性方波信号发生器发出周期性方波信号，该周期性方波信号加载到相移器上，使得相移器周期性的产生0度到和90度的两种相位，在这种情况下，产生的光信号被一个光电探测器（2）直接接收后，其单个符号的实部和虚部都可以被接收，因此就不会受到光纤色散所导致的接收信号功率衰减的问题，从而实现对双边带的幅度调制光信号的接收，其性能不受光纤色散的影响。
附图说明
图1为光信号产生和接收的结构框图；
图2为原始电信号预处理操作示意图；
图3为信号恢复的数字信号处理流程图；
图4为采用本发明使用方法的传输性能；
图中，1-激光器，2-信号预处理装置，3-第一马赫-曾德尔调制器，4-第二马赫-曾德尔调制器，5-偏压调节装置，6-相移器，7-周期性方波信号发生器，8-光纤，9-光电探测器，10-模数转换器，11-信号解码装置。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种光信号调制系统，包括单偏振IQ调制器、相移器6、信号预处理装置2、偏压调节装置5、周期性方波信号发生器7，单偏振IQ调制器包括第一马赫-曾德尔调制器3和第二马赫-曾德尔调制器4；
在本实施例中，第一马赫-曾德尔调制器3和第二马赫-曾德尔调制器4分别接收作为载波的激光所分成的第一路激光和第二路激光；
在本实施例中，信号预处理装置2连接第一马赫-曾德尔调制器3，用于接收原始数据信号，并对原始数据信号进行预处理，得到预处理后的信号，并将预处理后的信号以电信号形式加载到第一马赫-曾德尔调制器3上，以对第一路激光进行幅度调制，得到含有数据信号的双边带脉冲幅度调制光信号；
在本实施例中，偏压调节装置5连接第二马赫-曾德尔调制器4，用于调节第二马赫-曾德尔调制器4的偏置电压，使第二路激光经第二马赫-曾德尔调制器4调制输出后的光强最大；
在本实施例中，周期性方波信号发生器7连接相移器6，用于产生周期性方波，并将周期性方波加载到相移器6上，以通过相移器6调节第二路激光经第二马赫-曾德尔调制器4输出后的相位，使第二路激光经相移器6输出后的相位周期性的位于0度和90度；
在本实施例中，第一马赫-曾德尔调制器3和相移器6与光纤8连接，第一马赫-曾德尔调制器3输出的双边带脉冲幅度调制光信号和相移器6输出的第二路激光汇合形成含有数据信号的最终调制光信号。
对于单偏振IQ调制器而言，经过信号预处理装置2处理后，第一路四电平电信号直接加载到双偏振IQ调制器的第一马赫-曾德尔调制器3，以对第一路激光进行幅度调制，得到含有数据信号的双边带脉冲幅度调制光信号，而第二马赫-曾德尔调制器4不加载任何信号，第二路激光经第二马赫-曾德尔调制器4调制输出后的光强最大，与此同时，周期性方波信号发生器7发出周期性方波信号，该周期性方波信号加载到相移器6上，使得相移器6周期性的产生0度到90度的相移，而第二路激光经第二马赫-曾德尔调制器4输出后再通过相移器6相位，从而使得第二路激光经相移器6输出后的相位周期性的位于0度和90度，第一马赫-曾德尔调制器3输出的双边带脉冲幅度调制光信号和相移器6输出的第二路激光汇合形成含有数据信号的最终调制光信号；
在本实施例中，一种光信号传输系统，包括光信号调制系统，还包括接收部分，接收部分包括光纤8、光电探测器9和模数转换器10，进一步的，光纤8连接光电探测器9，用于将最终调制光信号传输到光电探测器9；光电探测器9连接模数转换器10，用于将检测到的最终调制光信号转换为模拟电信号后发送给模数转换器10；模数转换器10连接信号解码装置11，用于将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号发送给信号解码装置11；信号解码装置11，用于对数字信号进行解码，以还原出原始数据信号；
最终调制光信号直接进入到光纤8，经过光纤8传输后被光电探测器9直接接收，然后再经过模数转换器10将模拟电信号转转成数字信号，并将数字信号发送给信号解码装置11，信号解码装置11则对数字信号进行解码，从而还原出原始数据信号，在本实施例中，如图3所示，信号解码装置11包括依次连接的重采样电路、同步电路、信号重建电路、信道补偿电路、判决电路、解码电路，通过对数字信号依次进行重采样、同步、信号重建、信道补偿、判决和解码，得到原始数据信号，经过实验后，25GBaud的PAM-4信号经过100公里传输后，得到如图4所示的光信噪比与误码率的关系，从图4中可以发现，在信噪比大于25dB的情况下，误码率低于5.2×10-5，满足KR4 FEC的要求。
在本实施例中，如图2所示，信号预处理装置2将原始数据信号分为N组信号，每组信号包括M个符号，然后再对N组信号进行复制，即每组信号在时间上重复的发射两次，并按顺序将N组信号以电信号形式加载到第一马赫-曾德尔调制器3上，周期性方波的周期为M个符号的时间长度，已25GBaud为例，即为M×40ps。
在本实施例中，光信号调制系统还包括激光器1，激光器1用于产生作为载波的激光，进一步的，作为载波的激光以1:1的分光比分成第一路激光和第二路激光，第一路激光以1:1的分光比分成两路并分别耦合进入第一马赫-曾德尔调制器3的两个支路；第二路激光以1:1的分光比分成两路并分别耦合进入第二马赫-曾德尔调制器4的两个支路。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光信号调制系统，其特征在于，包括单偏振IQ调制器、相移器、信号预处理装置、偏压调节装置、周期性方波信号发生器，所述单偏振IQ调制器包括第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器；
第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器分别接收作为载波的激光所分成的第一路激光和第二路激光；
信号预处理装置连接第一马赫-曾德尔调制器，用于接收原始数据信号，并对所述原始数据信号进行预处理，得到预处理后的信号，并将预处理后的信号以电信号形式加载到所述第一马赫-曾德尔调制器上，以对所述第一路激光进行幅度调制，得到含有所述数据信号的双边带脉冲幅度调制光信号；
偏压调节装置连接第二马赫-曾德尔调制器，用于调节所述第二马赫-曾德尔调制器的偏置电压，使所述第二路激光经所述第二马赫-曾德尔调制器调制输出后的光强最大；
周期性方波信号发生器连接相移器，用于产生周期性方波，并将所述周期性方波加载到所述相移器上，以通过所述相移器调节所述第二路激光经所述第二马赫-曾德尔调制器输出后的相位，使所述第二路激光经所述相移器输出后的相位周期性的位于0度和90度；
第一马赫-曾德尔调制器和相移器与光纤连接，所述第一马赫-曾德尔调制器输出的双边带脉冲幅度调制光信号和所述相移器输出的第二路激光汇合形成含有所述数据信号的最终调制光信号。
2.根据权利要求1所述的一种光信号调制系统，其特征在于：所述信号预处理装置将所述原始数据信号分为N组信号，每组信号包括M个符号，然后再对所述N组信号进行复制，并按顺序将所述N组信号以电信号形式加载到所述第一马赫-曾德尔调制器上，所述周期性方波的周期为所述M个符号的时间长度。
3.根据权利要求1所述的一种光信号调制系统，其特征在于：还包括激光器，所述激光器用于产生所述作为载波的激光。
4.根据权利要求1所述的一种光信号调制系统，其特征在于：所述作为载波的激光以1:1的分光比分成所述第一路激光和第二路激光。
5.根据权利要求1所述的一种光信号调制系统，其特征在于：所述第一路激光以1:1的分光比分成两路并分别耦合进入所述第一马赫-曾德尔调制器的两个支路；所述第二路激光以1:1的分光比分成两路并分别耦合进入所述第二马赫-曾德尔调制器的两个支路。
6.一种光信号传输系统，其特征在于：包括根据权利要求1-5中任一所述的光信号调制系统，还包括接收部分，所述接收部分包括光纤、光电探测器和模数转换器；
光纤连接光电探测器，用于将所述最终调制光信号传输到光电探测器；
光电探测器连接模数转换器，用于将检测到的最终调制光信号转换为模拟电信号后发送给所述模数转换器；
模数转换器连接信号解码装置，用于将所述模拟电信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给所述信号解码装置；
所述信号解码装置，用于对所述数字信号进行解码，以还原出所述原始数据信号。
7.根据权利要求6所述的一种光信号传输系统，其特征在于：所述信号解码装置包括依次连接的重采样电路、同步电路、信号重建电路、信道补偿电路、判决电路、解码电路，通过对数字信号依次进行重采样、同步、信号重建、信道补偿、判决和解码，得到所述原始数据信号。
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