CN111800197B - 一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统 - Google Patents

一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统，包括波分解复用器、双偏振IQ调制器、波分复用器、90o双偏振光混频器、平衡探测器、联合信号处理模块。本发明的有益效果是:本发明是一种应用在波分复用系统中的低DSP复杂度的双偏振QAM调制相干光通信方案。本发明的主要创新之处是，提出用于基于频率梳妆光源的波分复用光信号的相干接收装置，基于相干接收装置，将允许在后续信号处理模块里采取主从方式实现双偏振信号的解复用功能。基于这一创新之处，构建的基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统，将在接收端处理可以实现偏振和载波相位的主从式恢复，极大降低DSP复杂度。

Description

一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统。
背景技术
在传统的波分复用(WDM)系统中，每一路波长需要单独使用一激光器作为光载波，将额外增加成本及封装尺寸。此外，由于每个激光器的工作波长受温度等外界环境的影响，会发生漂移，因此，为保证各信道间不发生串扰，需消耗额外频谱资源来设置保护带宽。频率梳状光源可以同时生成多个频率间隔相等的波长，将其作为光信号载波，替代WDM中的多个激光器，可以降低实现成本及封装尺寸。同时，频率梳状光源生成的各波长间的频率间隔及其稳定，因此无需设置额外保护带宽来避免频率飘移的影响，进一步提升频谱效率。基于上述两点优势，频率梳状光源逐渐成为一种有吸引力的相干光通信光源。
除上述两点之外，频率梳状光源还有一个很重要的特点：频率梳状光源生成的各波长的偏振及其相位是锁定的。这意味着若使用频率梳状光源作为WDM的载波和本振光，则各信道所经受的偏振串扰及相位噪声基本一致。在相干光通信系统中，可以通过电域数字信号处理(DSP)技术对偏振串扰及相位噪声进行估计和补偿，但DSP处理也是接收机主要功耗的源头。在传统WDM系统中，由于各信道的偏振及相位噪声是相互独立的，因此需要分别对每一个信道分别进行DSP处理。然而，若各信道的偏振串扰及相位噪声相互关联，这种处理方式是冗余的。此时，可以只对其中一个信道的损伤进行估计，再以该信道的损伤估计用于其他信道损伤的补偿，相对与传统的WDM系统，可以极大的降低DSP复杂度。文献[1]基于上述原理，提出一种联合相位噪声补偿方案，该方案的实现流程框图如图1所示。但在该方案中，在接收端信号光与本振光经解复用器后，不同信道所经过的路径不同，仍需要对每一个信道分别进行解偏，这种解偏方案也是冗余的。文献[1]：LUNDBERG,Lars,et al.Phase-coherent lightwave communications with frequency combs.Nature Communications,2020,11。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统，在文献[1]的基础上，进一步降低DSP复杂度。
本发明提供了一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统，包括基于频率梳妆光源的波分复用光信号的相干接收装置，所述相干接收装置包括90°双偏振光混频器、平衡探测器、联合信号处理模块；
所述第二波分解复用器为多个，所述90°双偏振光混频器将处理后的光分为多路，多个第二波分解复用器分别接收所述90°双偏振光混频器输出的多路光；
所述平衡探测器为多个，每个所述第二波分解复用器输出端分别与多个所述平衡探测器输入端相连，多个所述平衡探测器输出端与所述联合信号处理模块相连。
作为本发明的进一步改进，所述第二波分解复用器为8个，所述90°双偏振光混频器将处理后的光分为8路，8个第二波分解复用器分别接收所述90°双偏振光混频器输出的8路光。
作为本发明的进一步改进，在所述联合信号处理模块中，相干光接收机的输出各路信号先经模数转换、时钟恢复和色散补偿，取一路信号进行偏振解复用，经偏振解复用后一路信号再用于载波相位恢复。
作为本发明的进一步改进，在所述联合信号处理模块中，解偏算法使用恒模算法对一路信号进行解偏，由恒模算法估计的琼斯矩阵直接用于其他信道的解偏。
作为本发明的进一步改进，在所述联合信号处理模块中，使用盲相位搜索算法估计相位噪声，将所得估计矩阵用于消除其他信道的相位噪声。
作为本发明的进一步改进，该简化波分复用相干光通信系统还包括发射装置，所述发射装置包括第一波分解复用器、双偏振IQ调制器、波分复用器，所述第一波分解复用器用于接收频率梳状光源1发出的多波长复合光，所述双偏振IQ调制器为多个，多个双偏振IQ调制器输入端与所述第一波分解复用器相连，多个双偏振IQ调制器输出端与所述波分复用器输入端相连，所述波分复用器输出端通过光纤与所述90°双偏振光混频器输入端相连，所述90°双偏振光混频器同时接收波分复用器输出的光与频率梳状光源2输出的光。
本发明的有益效果是：本发明是一种应用在波分复用系统中的低DSP复杂度的双偏振QAM调制相干光通信方案。本发明的主要创新之处是，提出用于基于频率梳妆光源的波分复用光信号的相干接收装置，基于相干接收装置，将允许在后续信号处理模块里采取主从方式实现双偏振信号的解复用功能。基于这一创新之处，构建的基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统，将在接收端处理可以实现偏振和载波相位的主从式恢复，极大降低DSP复杂度。
附图说明
图1是背景技术的原理框图；
图2是本发明的原理框图；
图3是本发明的联合信号处理模块原理框图。
具体实施方式
如图2所示，本发明公开了一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统，包括基于频率梳妆光源的波分复用光信号的相干接收装置，所述相干接收装置包括90°双偏振光混频器、第二波分解复用器(DMUX)、平衡探测器(BDP)、联合信号处理模块。
所述第二波分解复用器为8个，所述90°双偏振光混频器将处理后的光分为8路，多个第二波分解复用器分别接收所述90°双偏振光混频器输出的8路光。
所述平衡探测器(BDP)为多个，每个所述第二波分解复用器输出端分别与多个所述平衡探测器(BDP)输入端相连，多个所述平衡探测器(BDP)输出端与所述联合信号处理模块相连。
本发明的简化波分复用相干光通信系统还包括发射装置，所述发射装置包括第一波分解复用器(DMUX)、双偏振IQ调制器、波分复用器(MUX)，所述第一波分解复用器用于接收频率梳状光源1发出的多波长复合光，所述双偏振IQ调制器为多个，多个双偏振IQ调制器输入端与所述第一波分解复用器相连，多个双偏振IQ调制器输出端与所述波分复用器(MUX)输入端相连，所述波分复用器(MUX)输出端通过光纤与所述90°双偏振光混频器输入端相连，所述90°双偏振光混频器同时接收波分复用器(MUX)输出的光与频率梳状光源2输出的光。
双偏振IQ调制器包括DP-IQM1、DP-IQM2……DP-IQMN。
工作时，频率梳状光源1发出的多波长复合光经第一波分解复用器后分为N路，每路信号均由双偏振IQ调制器调制。经调制后的信号再由波分复用器(MUX)合为一路，经光纤传输后到达接收端。信号到达接收端后与频率梳状光源2输出的复合光一起入射至90°双偏振光混频器。经光混频器后的得到8路光输出，所得8路信号按图中虚线框可划分为Ix、Qx、Iy及Qy。所得8路输出再分别由第二波分解复用器分为N路。各虚线框中两个解复用的N路输出对应序号分别入射至平衡探测器(BPD)探测，在图2中仅画出第1路，其余信道的信号按相似机制探测。经平衡探测可得Ix1…IxN、Qx1…QxN、Iy1…IyN及Qy1…QyN。经平衡探测后的输出信号由联合信号处理模块进行处理。
如图3所示，在联合信号处理模块中，相干光接收机的输出各路信号先经模数转换、时钟恢复和色散补偿。由于再偏振解复用之前，各信号所经路径完全相同，因此相应的偏振旋转矩阵也一致。此外，由于频率梳状光源的偏振相关特性，可得知各路信号的偏振变化完全一致。因此，取信道1的信号用于偏振解复用，解偏算法使用传统的恒模算法(CMA)，由CMA估计的琼斯矩阵直接用于其他信道的解偏。经偏振解复用后信道1的信号再用于载波相位恢复，使用盲相位搜索算法(BPS)估计相位噪声，将所得估计矩阵用于消除其他信道的相位噪声。经联合信号处理后的信号可直接用于判决及误码计算。
本发明使用频率梳状光源作为信号载波及本振光，替代WDM系统中多激光器的使用，可以降低系统复杂度及实现成本。同时利用频率梳状光源偏振及相位的相关性，可以极大的降低DSP复杂度。
为了减小激光器的个数，本发明所对应的WDM系统使用频率梳状光源作为信号载波及本振光。同时，由于频率梳状光源生成的各波长间的频率间隔及其稳定，无需设置额外保护带宽来避免频率飘移的影响，因此可以进一步提升频谱效率。
本发明采用双偏振调制格式，在传输过程中，由于随机双折射效应，不可避免的会引入偏振混叠，本发明提出如图3所示的联合DSP处理方案，如图3所示，相干光接收机的输出各路信号经模数转换、时钟恢复和色散补偿后，取其中一个信道用于偏振解复用，解偏算法可以使用传统的恒模算法(CMA)，由算法估计的琼斯矩阵可直接用于其他信道的解偏。经偏振解复用后的信号再用于载波相位恢复，将所得估计矩阵用于消除其他信道的相位噪声。按这样的联合DSP处理方案，由于多个信道共用一个DSP模块，所以可以极大的降低DSP复杂度。
本发明的有益效果如下：本发明是一种应用在波分复用系统中的低DSP复杂度的双偏振QAM调制相干光通信方案。一方面，使用频率梳状光源作为信号载波及本振光，替代WDM系统中多激光器的使用，可以降低系统复杂度及实现成本。另一方面，利用频率梳状光源偏振及相位的相关性，可以极大的降低DSP复杂度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于频率梳状光源的简化波分复用相干光通信系统，其特征在于：包括基于频率梳妆光源的波分复用光信号的相干接收装置，所述相干接收装置包括90o双偏振光混频器、第二波分解复用器、平衡探测器、联合信号处理模块；
所述第二波分解复用器为多个，所述90o双偏振光混频器将处理后的光分为多路，多个第二波分解复用器分别接收所述90o双偏振光混频器输出的多路光；
所述平衡探测器为多个，每个所述第二波分解复用器输出端分别与多个所述平衡探测器输入端相连，多个所述平衡探测器输出端与所述联合信号处理模块相连；
所述第二波分解复用器为8个，所述90o双偏振光混频器将处理后的光分为8路，8个第二波分解复用器分别接收所述90o双偏振光混频器输出的8路光；
在所述联合信号处理模块中，相干光接收机的输出各路信号先经模数转换、时钟恢复和色散补偿，取一路信号进行偏振解复用，经偏振解复用后一路信号再用于载波相位恢复；
在所述联合信号处理模块中，解偏算法使用恒模算法对一路信号进行解偏，由恒模算法估计的琼斯矩阵直接用于其他信道的解偏；
在所述联合信号处理模块中，使用盲相位搜索算法估计相位噪声，将所得估计矩阵用于消除其他信道的相位噪声；
该简化波分复用相干光通信系统还包括发射装置，所述发射装置包括第一波分解复用器、双偏振IQ调制器、波分复用器，所述第一波分解复用器用于接收频率梳状光源1发出的多波长复合光，所述双偏振IQ调制器为多个，多个双偏振IQ调制器输入端与所述第一波分解复用器相连，多个双偏振IQ调制器输出端与所述波分复用器输入端相连，所述波分复用器输出端通过光纤与所述90o双偏振光混频器输入端相连，所述90o双偏振光混频器同时接收波分复用器输出的光与频率梳状光源2输出的光。
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