CN110739997A - 基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法，该发明涉及光通信及微波技术领域，所述方法如附图所示，包括激光源、矢量信号源、偏振控制器、偏振分束器、偏振复用马赫曾德尔调制器、单模光纤、掺铒光纤放大器、90度光耦合器、平衡光电探测器，本方法利用两路不同的射频电信号对偏振复用马赫曾德尔调制器中两个偏振态正交的光载波分别进行强度调制和相位调制，通过90度光耦合器进行混频，然后对平衡光电探测器输出的电信号进行信号处理恢复出原始电信号，本发明使用偏振复用方式提高了光谱、光源功率的利用率，在接收端使用自相干检测避免了使用本振光源和复杂的相位噪声消除算法，降低了系统成本和对激光器线宽的要求。

Description

基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，尤其涉及基于相干检测的光载射频链路结构设计。
背景技术
随着终端用户对接入网速率进一步提升的需求，使得光载射频成为下一代接入网中最有应用前景的技术。使用光载射频链路作为基站与中心站之间的通信链路拥有大幅度提升用户接入速率、使网络结构更加灵活、提供更高的可接入用户数量等一系列优点。
传统的光载射频链路采用强度调制-直接检测结构，这也是当前接入网中使用较多的链路结构。但是强度调制-直接检测方式受限于强度调制过程的非线性，这类微波光链路线性度较差，另外也无法满足上行链路对灵敏度的要求。
使用相干检测方式与合适的链路结构是提升接入网速率和解决上行链路对灵敏度需求的一种可行方法。该类方法可支持高阶调制格式从而提高传输速率，另外可提供更高的链路灵敏度。在链路结构方面，该类方法可使用偏振复用、波分复用和载波复用等方式提高链路容量和光谱利用率等。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法。该发明通过矢量信号源来产生两路射频电信号对偏振复用马赫曾德尔调制器中两路偏振正交的光载波分别进行相位调制和强度调制，调制后的光信号经光纤传输后通过90度光耦合器进行混频，并通过两个BPD进行光电转换，最后通过示波器中的可编程插件编写数字信号处理程序对BPD输出的信号进行处理恢复出原始射频电信号并显示其频谱、星座图，通过测试解调信号的EVM与BER随可接收信号光功率的变化曲线，评估该方法的传输性能，该方法发射端采用偏振复用技术，接收端采用自相干检测方式，具有高谱效率、高光功率利用效率、低成本等优点。
本发明解决其技术问题所采用的方法是：包括激光器（LD）、180度电耦合器、电功分器、偏振复用马赫曾德尔调制器（PDM-MZM）、单模光纤（SMF）、偏振分束器（PBS）、偏振控制器（PC）、90度光耦合器（QOH）、掺铒光纤放大器（EDFA）以及平衡探测器（BPD），其特征在于，由激光器发出的光波进入PDM-MZM，使用两路射频电信号对PDM-MZM中的两路光信号分别进行强度调制和相位调制，调制器输出的光信号先进入EDFA放大再进入SMF进行传输，SMF输出光信号经PC1调节后后进入PBS，从PBS出来后的两束光分别经过PC2和PC3调节后再接入QOH和BPD进行混频与平衡探测，BPD输出的电信号进入示波器进行信号处理并显示其频谱、时域波形、EVM、BER等信息，然后调节QOH输入口的光功率，测试解调信号EVM、BER与光功率变化的关系。
所述PDM-MZM是由一个Y型分路器、上下两个并行的X-MZM和Y-MZM以及偏振复用器(PBC)集成，X-MZM的两个RF端口为port1和port2，直流偏置端口为
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
，Y-MZM的两个RF端口为port3和port4，直流偏置端口为
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
。
所述PDM-MZM的上路子调制器X-MZM实现对光载波的强度调制，设置
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE005
的大小使X-MZM偏置在正交点，一个矢量信号源输出经过180度移相器将两路相位相差180度的信号接入端口port1和port2。
所述PDM-MZM的下路子调制器Y-MZM实现对光载波的相位调制，设置
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE006
的大小使Y-MZM偏置在最大点，另一矢量信号源输出经一电功分器将两路相位相同的信号接入端口port3和port4。
所述调节PC1是调节偏振复用光信号的偏振态对准PBS主轴；调节PC2和PC3是调节经偏振分束器解复用后的两路信号的偏振态，使其偏振态一致从而可以在90度光耦合器中实现干涉，最终完成相干检测。
本发明在工作时包括以下步骤：
1）LD发出的光波输入到PDM-MZM中；
2）由一个矢量信号源产生的电信号经过180度电耦合器后加到PDM-MZM上路子调制器(X-MZM)的射频口，并将该子调制器偏置在正交点；由另外一个矢量信号源生成的电信号经过电功分器后加到下路子调制器(Y-MZM)的射频口，该子调制器偏置在最小点；
3）PDM-MZM输出的信号经过EDFA和单模光纤后先进入PC1再进入PBS；调节PC1对准PBS主轴;
4）由PBS出来的两束光分别经过PC1和PC2，调节PC1和PC2使两束光偏振方向一致然后接入到QOH的两个输入口；
5）QOH四路输出接到两个BPD中，两个BPD输出的信号接入示波器进行处理与显示；
6）分别调节QOH的两个输入端口的光功率，观察解调后信号EVM、BER与光功率变化的关系。
本发明提出了一种基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法，该方法在发射端使用了偏振复用方式同时对信号光和本振光都进行了调制，提高了光谱利用率、避免了传输单独的光载波造成的功率浪费。
该方法在接收端使用了自相干检测方式，避免了使用额外的本振光源和使用复杂的相位噪声消除算法，降低了系统成本和对激光器线宽的要求。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2是经过接收到信号的频谱图与解调后的星座图；
（a）强度调制信号的频谱图与星座图；
（b）相位调制信号的频谱图与星座图；
图3是不同接受光功率下的接收信号EVM曲线图；
（a）强度调制信号在不同接受光功率下的接收信号EVM曲线图；
（b）相位调制信号在不同接受光功率下的接收信号EVM曲线图；
图4是不同接受光功率下的接收信号误比特率曲线图；
（a）强度调制信号在不同接受光功率下的接收信号BER曲线图；
（b）相位调制信号在不同接受光功率下的接收信号BER曲线图；
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：
如图1所示，本实施例中包括：一个LD、一个PDM-MZM、两个矢量信号源、直流源、三个PC、SMF、一个PBS，一个QOH，一个EDFA和两个BPD。由激光器发出的光信号进入PDM-MZM，使用两路电信号对PDM-MZM中的两路光信号分别进行强度调制和相位调制，调制器输出的光信号进入EDFA进行放大后进入到单模光纤传输，然后进入一个PC再进入PBS，从PBS出来后的两束光分别接一个CP然后接到QOH的两个输入口，QOH输出口进入两个BPD进行平衡探测，探测出来的电信号进入示波器进行特定的数字信号处理然后显示其频谱、时域波形、EVM和BER等信息。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：按照原理图连接各器件，激光器输出光功率约15dBm（1550nm），此时激光器输出的光信号可表示为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE008
步骤二：矢量信号源1输出载频为2.5GHz，符号速率为50Mbps的16QAM宽带信号，矢量信号源2输出载频为2GHz，符号速率为50Mbps的16QAM宽带信号，矢量信号源1输出的信号经过180度电耦合器接入上路子调制器的射频口，该子调制器偏置在正交点。矢量信号源2输出的信号经过电功分器接入下路子调制器的射频口，该子调制器偏置在最大点，两个射频信号可以表示为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE010
则调制器输出可以表示为下式：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE012
步骤三：调制器输出的信号经过EDFA、25千米SMF、PBS与PC接入到QOH的两个输入口，QOH的传输函数为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE018
为QOH的输入信号，其表达式为：
将其带入QOH传输函数，QOH的输出信号可表示为：
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE022
步骤四：QOH输出信号进入两个BPD进行光电转换，则两个BPD输出电流可以表示为：
式中，
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE026
表示BPD的响应度。
步骤五：对BPD输出的光电流采样，并在数字域构造复数
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE028
，对取模的平方可得到：
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE032
式中使用了小信号近似，通过该种运算便可得到进行强度调制的宽带信号。
对
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE034
取相角可得到：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE036
即可得到进行相位调制的宽带信号。
综上，本发明基于偏振复用和自相干检测实现了大容量、高谱利用率且结构简单的光载射频链路，并利用示波器进行数字信号处理得到原始宽带信号的电谱、时域波形和EVM、BER信息。该发明在链路的发射端使用偏振复用方式同时对信号光和本振光都进行了调制，提高了光谱利用率和避免了传输单独的光载波造成的功率浪费。在接收端，该方案使用了自相干解调方式，避免了使用额外的本振光源和使用复杂的相位噪声算法，降低了系统成本和对激光器线宽的要求。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的一个实施例而已，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，光波长、光功率大小、射频电信号的功率大小、载频大小、信号带宽、调制格式等参数的改变调整也应视为本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法，包括激光器LD、矢量信号源、偏振复用马赫曾德尔调制器PDM-MZM、单模光纤SMF、偏振分束器PBS、偏振控制器PC、90度光耦合器QOH、掺铒光纤放大器EDFA以及平衡探测器BPD，其特征在于，使用一路射频电信号对PDM-MZM的上路子调制器中的光载波进行强度调制，使用另外一路射频电信号对PDM-MZM的下路子调制器中的光载波进行相位调制，调制器内部正交偏振复用后，PDM-MZM输出一个偏振复用光信号，在接收端使用PBS将该偏振复用信号解复用然后经过PC调节再接入QOH和BPD对两路信号进行相干检测，最后对平衡探测器输出的电信号进行简单的数字信号处理即可分别恢复出两路原始电信号，
所述PDM-MZM是由一个Y型分路器、上下两个并行的X-MZM和Y-MZM以及偏振复用器 (PBC)集成，X-MZM的两个RF端口为port1和port2，直流偏置端口为
Figure 258369DEST_PATH_IMAGE001
，Y-MZM的两个RF端口 为port3和port4，直流偏置端口为
Figure 611990DEST_PATH_IMAGE002
，
所述PDM-MZM的上路子调制器X-MZM实现对光载波的强度调制，设置
Figure 879023DEST_PATH_IMAGE003
的大小使X-MZM 偏置在正交点，一个矢量信号源输出经过180度移相器将两路相位相差180度的信号接入端 口port1和port2，
所述PDM-MZM的下路子调制器Y-MZM实现对光载波的相位调制，设置
Figure 281186DEST_PATH_IMAGE004
的大小使Y-MZM 偏置在最大点，另一矢量信号源输出经一电功分器将两路相位相同的信号接入端口port3 和port4，
所述PC调节是调节QOH与PBS之间的两个PC，使经PBS解复用后的两路光信号偏振态一致从而可以在90度光耦合器中实现干涉，最终完成相干检测。
2.根据权利要求1所述的基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法，其特征在于，其发射端使用了偏振复用方式同时对信号光和本振光都进行了调制，提高了光谱利用率、避免了传输单独的光载波造成的功率浪费。
3.根据权利要求1所述的基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法，其特征在于，其接收端使用了自相干检测方式，避免了使用额外的本振光源和使用复杂的相位噪声消除算法，降低了系统成本和对激光器线宽的要求。
4.根据权利要求1所述的基于偏振复用的自相干检测光载射频链路的方法，其特征在于，该方法在改变信号调制阶数、带宽、载波频率的情况下该方法依然可以使用。
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