CN113746561B - 一种基于ook调制激光产生qpsk信号的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于OOK(开关键控)调制激光产生太赫兹QPSK(正交相移键控)信号的装置及方法，首先通过光波发射单元和调制单元完成了八倍频边带光波的产生，然后通过信号调节单元将两路OOK基带信号分别加载到被分束成两路的两路光波上，最后将两路光波拍频合束，并通过光电转换单元产生了QPSK信号；上述方案，不需要预编码、任意波形发生器以及光滤波器，发射端也不需要进行复杂的数字信号处理，因此可以实现较高的调制速率。同时，对连续光波进行调制时使用的是双平行‑马赫曾德尔调制器，只需要改变驱动调制器的射频信号的频率，就可以产生多个频段的矢量QPSK信号。

Description

一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置及方法
技术领域
本发明涉及信号调制技术领域，特别是涉及一种基于OOK(开关键控)调制激光产生QPSK(正交相移键控)信号的装置及方法。
背景技术
通常高频矢量信号的产生依赖于光子辅助法，如外差拍频，通过耦合器将两束波长不同的光源耦合，然后进行拍频，产生高频段的信号，但这种方案中相互拍频的两束光波属于非相干光源，因此相互拍频后产生的信号往往频率不稳定，具有相对较大的相位噪声；有的方法在发射端的基带信号需要进行预编码来抵消拍频后产生的相位倍增效应，然而预编码之后的星座图会被压缩(欧氏距离减小)，因此编码后信号的抗噪声性能会减弱(带来一定的光信噪比损伤)；还有的方法需要在发射端进行复杂的数字信号处理，较为复杂，结构上需要多个调制器，且调制速率受到模数转换器(DAC)带宽的限制，不能实现高速率的调制。
针对高速调制，目前有利用低阶信号合成高阶信号方案，如利用两路OOK信号合成QPSK与PAM4信号的方案，但其适用于多天线的架构或多光源配置的情形。另外一种高速调制方案中，为了避免电子器件带宽的限制，常常利用光学的方法来实现高速率的调制，如利用集成的光波导完成PDM-16QAM的调制，但该方案往往需要多个驱动信号同时驱动调制器。高速率调制下，对多个驱动信号之间的同步要求很严格，实现方案具有一定难度。
因此，如何降低QPSK信号调制装置及方法的复杂度是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置及方法，解决传统调制合成QPSK信号装置及方法信号处理复杂度高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置，包括：
光波发射单元，用于产生连续光波；
边带光产生单元，设置在所述连续光波的传播方向上，用于将所述连续光波调制成八倍频边带光波；
分束单元，设置在所述八倍频边带光波的传播方向上，用于对所述八倍频边带光波进行分束，得到第一光波和第二光波；
信号调节单元，设置在所述第一光波和所述第二光波的传播方向上，用于对所述第一光波和所述第二光波进行OOK信号的加载以及功率的调节，得到第一调节光波和第二调节光波；
合束单元，设置在所述第一基带光波和所述第二基带光波的传播方向上，用于将所述第一基带光波和第二基带光波合成一束，得到偏振正交光波；
光电转换单元，设置在所述偏振正交光波的传播方向上，用于对所述偏振正交光波进行光电转换，得到QPSK信号。
进一步的，所述边带光产生单元为双平行-马赫曾德尔调制器；
双平行-马赫曾德尔调制器用于根据双平行-马赫曾德尔调制器上下臂的射频驱动信号对所述连续光波进行调制，得到八倍频边带光波。
进一步的，所述分束单元为偏振分束器，所述合束单元为偏振合束器。
可选的，所述信号调节单元中包括：
第一强度调制器，设置在所述第一光波的传播方向上，用于将第一OOK信号加载到所述第一光波上，得到第一基带光波；
可调光延迟线，设置在所述第一基带光波的传播方向上，用于在所述第一基带光波上引入适当的相移，得到第一调节光波；
第二强度调制器，设置在所述第二光波的传播方向上，用于将第二OOK信号加载到所述第二光波上，得到第二基带光波；
光衰减器，设置在所述第二基带光波的传播方向上，用于对所述第二基带光波的功率进行调节，得到第二调节光波。
可选的，所述光电转换单元中包括：
掺铒光纤放大器，设置在所述偏振正交光波的传播方向上，用于补偿双平行-马赫曾德尔调制器输出的偏振正交光波的损耗，得到补偿光波；
光电探测器，设置在所述补偿光波的传播方向上，用于对所述补偿光波进行光电转换，得到QPSK信号；
所述掺饵光纤放大器和所述光电探测器之间通过色散位移光纤连接。
对应于前述的基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置，本发明还提供了一种利用前述装置产生QPSK信号的方法，所述方法包括以下步骤：
利用边带光产生单元对光波发射单元发射的连续光波进行调制，得到八倍频边带光波；
利用分束单元将所述八倍频边带光波分束为第一光波和第二光波；
利用信号调节单元对所述第一光波和所述第二光波进行OOK信号的加载以及功率的调节，得到第一调节光波和第二调节光波；
利用合束单元将所述第一调节光波和所述第二调节光波合成为一束偏振正交光波；
利用光电转换单元对所述偏振正交光波进行光电转换，得到QPSK信号。
可选的，所述利用边带光产生单元对所述连续光波进行调制具体包括：
通过调节驱动所述双平行-马赫曾德尔调制器的上下臂的射频信号的幅度，控制所述双平行-马赫曾德尔调制器对连续光波的调制深度，得到八倍频边带光波。
可选的，利用偏振分束器作为分束单元将所述八倍频边带光波分成第一光波和第二光波。
可选的，所述利用信号调节单元对所述第一光波和所述第二光波进行OOK信号的加载以及功率的调节，得到第一调节光波和第二调节光波具体包括：
利用第一强度调制器将第一OOK信号加载到所述第一光波上，得到第一基带光波；
利用可调光延迟线在所述第一基带光波上引入适当的相移，得到第一调节光波；
利用第二强度调制器将第二OOK信号加载到所述第二光波上，得到第二基带光波；
利用光衰减器对所述第二基带光波的功率进行调节，得到第二调节光波。
可选的，利用偏振合束器作为合束单元将所述第一调节光波和所述第二调节光波合成一束，得到偏振正交光波。
进一步的，利用光电转换单元对所述偏振正交光波进行光电转换具体包括：
利用掺饵光纤放大器对所述偏振正交光波的损耗进行补偿；
利用色散位移光纤将经过补偿的偏振正交光波输入光电探测器；
利用光电探测器将经过补偿的偏振正交光波转换为QPSK信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置及方法，首先完成了八倍频边带光波的产生，然后将两路OOK基带信号分别加载到被分束成两路的两路光波上，最后将两路光波拍频合束，并通过光电转换产生了QPSK信号；上述方案，不需要预编码、任意波形发生器以及光滤波器，发射端也不需要进行复杂的数字信号处理，因此可以实现较高的调制速率。同时，对连续光波进行调制时使用的是双平行-马赫曾德尔调制器，只需要改变驱动调制器的射频信号的频率，就可以产生多个频段的矢量QPSK信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置的结构框图；
图2为本发明实施例1提供的装置中信号调节单元4的结构框图；
图3为本发明实施例1提供的装置中光电转换单元6的结构框图；
图4为本发明实施例2提供的一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的方法流程图；
图5为本发明实施例2提供的方法步骤S1的具体流程图；
图6为本发明实施例2提供的方法步骤S3的具体流程图；
图7为本发明实施例2提供的方法步骤S5的具体流程图；
图8为本发明实施例3提供的仿真系统的组成示意图；
图9为本发明实施例3提供的仿真系统在各阶段的输出光谱图；
图10为本发明实施例3提供的仿真系统不同频段信号恢复的星座图；
图11为本发明实施例3提供的仿真系统不同频段信号误码率与光信噪比的关系图；
图12为本发明实施例3提供的仿真系统不同频段信号误码率与传输光纤长度的关系图；
图13为本发明实施例3提供的仿真系统不同频段信号误码率与接收光功率的关系图；
图14为本发明实施例3提供的仿真系统不同频段信号误码率与波特率的关系图。
符号解释：
1-光波发射单元；2-边带光产生单元；3-分束单元；4-信号调节单元；41-第一强度调制器；42-可调光延迟线；43-第二强度调制器；44-光衰减器；5-合束单元；6-光电转换单元；61-掺铒光纤放大器；62-色散位移光纤；63-光电探测器；ECL-外腔激光器；DP-MZM-双平行-马赫曾德尔调制器；RF1-射频信号1；RF2-射频信号2；PS-相移器；IM1-强度调制器1；IM2-强度调制器2；PBS-偏振分束器；PBC-偏振合束器；ATT-衰减器；ODL-可调光延迟线；EDFA-掺铒光纤放大器；DSF-色散位移光线；PD-光电检测器；OSC-示波器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置及方法，解决传统调制合成QPSK信号装置及方法信号处理复杂度高的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
对应的，如图1所示，本实施例提供了一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置，包括：
光波发射单元1，用于产生连续光波；
边带光产生单元2，设置在连续光波的传播方向上，用于将连续光波调制成八倍频边带光波；
分束单元3，设置在八倍频边带光波的传播方向上，用于对八倍频边带光波进行分束，得到第一光波和第二光波；
信号调节单元4，设置在第一光波和第二光波的传播方向上，用于对第一光波和第二光波进行OOK信号的加载以及功率的调节，得到第一调节光波和第二调节光波；
合束单元5，设置在第一基带光波和第二基带光波的传播方向上，用于将第一基带光波和第二基带光波合成一束，得到偏振正交光波；
光电转换单元6，设置在偏振正交光波的传播方向上，用于对偏振正交光波进行光电转换，得到QPSK信号。
为了便于产生八倍频边带光波，边带光产生单元2采用双平行-马赫曾德尔调制器；
所述双平行-马赫曾德尔调制器包括两个并联的马赫曾德尔调制器；
当所述两个马赫曾德尔调制器工作在最大偏置点时，在射频信号的驱动下，控制双平行-马赫曾德尔调制器的上下臂对光波发射单元1产生的连续光波进行电光调制，得到八倍频边带光波；
仅通过控制加载在双平行-马赫曾德尔调制器上下臂的射频驱动信号的电压大小以及相位差，就可以方便的对光波发射单元1产生的连续光波进行电光调制，较为灵活，还能够实现不同的频率范围信号的产生。
具体实施时，分束单元3为偏振分束器，将边带光产生单元2输出的八倍频边带光波分成两种垂直偏振状态的第一光波和第二光波，便于分别对第一光波和第二光波进行信号加载以及功率调节。
在本实施例中，如图2所示，信号调节单元4中包括：
第一强度调制器41，设置在第一光波的传播方向上，用于将第一OOK信号加载到第一光波上，得到第一基带光波；
可调光延迟线42，设置在第一基带光波的传播方向上，用于在第一基带光波上引入适当的相移，得到第一调节光波；
第二强度调制器43，设置在第二光波的传播方向上，用于将第二OOK信号加载到第二光波上，得到第二基带光波；
光衰减器44，设置在第二基带光波的传播方向上，用于根据第一调节光波的功率对第二基带光波的功率进行调节，得到与第一调节光波功率相等的第二调节光波；
通过信号调节单元4在第一光波和第二光波上加载的是强度调制的OOK信号，其不携带相位调制信息，因此发射端不需要进行预编码，不需要额外的数字信号处理技术，不需要数模转换(DAC)等设备，避免了电子器件带宽的限制，可以实现较高的调制速率。
本实施例中，合束单元5采用偏振合束器，将信号调节单元4输出的第一调节光波和第二调节光波合束成一束偏振正交光波，便于后续对其进行补偿以及光电转换。
为了保证将偏振正交光波转化为QPSK信号的效率，如图3所示，光电转换单元6中包括：
掺铒光纤放大器61，设置在偏振正交光波的传播方向上，用于补偿双平行-马赫曾德尔调制器输出的偏振正交光波的损耗，得到补偿光波；
光电探测器63，设置在补偿光波的传播方向上，用于对补偿光波进行光电转换，得到QPSK信号；
掺饵光纤放大器61和光电探测器63之间通过色散位移光纤62连接。
在本实施例中通过光波发射单元产生连续光波，通过双平行-马赫曾德尔调制器接收光波发射单元产生的连续光波，通过调节射频信号的幅度，控制双平行-马赫曾德尔调制器对连续光波的调制深度，得到八倍频边带光波；通过偏振分束器将八倍频边带光波分成两路光波，由第一强度调制器和第二强度调制器将两路OOK信号分别加载到两路光波上，将两路光波合束后经过补偿，并进行光电转换，得到QPSK信号；整体过程不需要预编码、任意波形发生器以及光滤波器，发射端也不需要进行复杂的数字信号处理，只需要改变驱动调制器的射频信号的频率，就可以产生多个频段的矢量QPSK信号，可以实现较高的调制速率。
实施例2：
如图4所示，本实施例提供了利用如实施例1的装置产生QPSK信号的方法，包括以下步骤：
S1、利用边带光产生单元2对光波发射单元1发射的连续光波进行调制，得到八倍频边带光波；
在具体实施时，为了便于产生八倍频边带光波，如图5所示，步骤S1具体包括：
S11、采用双平行-马赫曾德尔调制器作为边带光产生单元2；
S12、将双平行-马赫曾德尔调制器包括的两个并联的马赫曾德尔调制器作为双平行-马赫曾德尔调制器的上下臂；
S13、当两个并联的马赫曾德尔调制器工作在最大偏置点时，在射频信号的驱动下，控制双平行-马赫曾德尔调制器的上下臂对光波发射单元1产生的连续光波进行电光调制，得到八倍频边带光波。
S2、利用分束单元3将八倍频边带光波分束为第一光波和第二光波；
在一些实施方式中，使用偏振分束器作为分束单元3将八倍频边带光波分成第一光波和第二光波，便于分别对第一光波和第二光波进行信号加载以及功率调节。
S3、利用信号调节单元4对第一光波和第二光波进行OOK信号的加载以及功率的调节，得到第一调节光波和第二调节光波；
为了实现较高的调制速率，在第一光波和第二光波上加载的是不携带相位调制信息的OOK信号，因此发射端不需要进行预编码或额外的数字信号处理技术，也不需要数模转换(DAC)等设备，避免了电子器件带宽的限制，如图6所示，步骤S3具体包括：
S31、利用第一强度调制器41将第一OOK信号加载到第一光波上，得到第一基带光波；
S32、利用可调光延迟线42在第一基带光波上引入适当的相移，得到第一调节光波；
S33、利用第二强度调制器43将第二OOK信号加载到第二光波上，得到第二基带光波；
S34、利用光衰减器44对第二基带光波的功率进行调节，得到第二调节光波。
S4、利用合束单元5将第一调节光波和第二调节光波合成为一束偏振正交光波；
在一些实施方式中，使用偏振合束器作为合束单元5将第一调节光波和第二调节合成一束偏振正交光波，便于后续对其进行补偿以及光电转换。
S5、利用光电转换单元6对偏振正交光波进行光电转换，得到QPSK信号；
为了保证偏振正交光波转化为QPSK信号的效果，如图7所示，步骤S6具体包括：
S51、利用掺饵光纤放大器61对偏振正交光波的损耗进行补偿；
S52、利用色散位移光纤62将经过补偿的偏振正交光波输入光电探测器63；
S53、利用光电探测器63将经过补偿的偏振正交光波转换为QPSK信号。
在本实施例中先是产生了八倍频边带光波，然后将两路OOK基带信号分别加载到被分束成两路的两路光波上，再利用可调光延迟线在其中一路光波方向上引入适当的相移，同时利用光衰减器调节另一路光波的功率；最后将两路光波拍频合束，并通过光电转换产生了QPSK信号；不需要预编码、任意波形发生器以及光滤波器，发射端也不需要进行复杂的数字信号处理，因此可以实现较高的调制速率。
下面通过一个具体的实施例来模拟仿真本发明提供的基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置及方法。
实施例3：
使用外腔激光器(ECL)发射出一个频率为fc的连续光波，然后送入双平行-马赫曾德尔调制器DP-MZM，通过控制DP-MZM射频驱动信号电压的大小以及DP-MZM上下臂射频驱动信号的相位差，可以实现光八倍频边带的产生。ECL发射的连续光波的电域表达式如式(1)所示：
ECW(t)＝E0exp(j2πfct) (1)
其中，E0代表的光波的幅度，fc为外腔激光器ECL发射出光波频率，t代表时间，j是虚数单位i，π是常数。
ECL发射的连续光波送入DP-MZM中，射频驱动信号VRF(t)的表达式如式(2)所示：
Figure BDA0003252512260000101
其中，VRF代表射频信号的幅度，fs表示频率，
Figure BDA0003252512260000102
为射频信号的初始相位。
已知当单个马赫曾德尔调制器工作在最大工作点时，在射频信号VRF(t)的驱动下，输出如式(3)所示：
Figure BDA0003252512260000103
其中，m是公式推导中的一个参数，代表取值范围，无具体含义；J是第一类贝塞尔函数，Jn为第一类贝塞尔函数的n阶，如J1、J2分别表示第一类贝塞尔函数的一阶、二阶；fs为射频信号的频率，
Figure BDA0003252512260000104
为调制深度，Vπ是调制器的的半波电压。
当DP-MZM的三个偏置点都在最大传输点，并且上下臂的VRF(t)保持90°的相位差时，DP-MZM的输出可表示为式(4)：
Figure BDA0003252512260000105
其中，Eout_up和Eout_lower分别表示DP-MZM上下臂的输出。
通过调节射频驱动信号VRF(t)的幅值VRF，让其调制深度β＝2.405，因为从一阶贝塞尔曲线图可以得知J0(2.405)≈0，通过控制β尽可能地抑制0阶分量，除了±4阶分量以外，其余分量的大小可以忽略不计；因此式(4)可等价于式(5)：
Eout≈E0J4(β)[exp(j2πfct+j2π·4fst)+exp(j2πfct-j2π·4fst)] (5)
然后，利用偏振分束器将DPMZM的输出光波分为两束，并利用两个强度调制器分别将两路OOK信号a1(t)与a2(t)加载到光波上。利用可调光延迟线在下路偏振方向上引入适当的相移θ，另一路的光衰减器用于调节下路光波的功率，从而保证上下分路的功率相等，再通过偏振合束器将两束光波合为一束，输出表达式如式(6)所示：
Figure BDA0003252512260000111
其中，EX和EY分别表示光波在两个正交偏振态X方向和Y方向的光场场强。
因为a1(t)与a2(t)分别加载在正交偏振态上，因此在其通过光电探测器时，不会发生串扰，并且由于加载的信号是OOK信号，不携带相位信息，在边带相互拍频之后，不会影响其所携带的信息。通过光可调延迟线，让两个正交偏振态拍频后的输出保持90°的相差，因此两路OOK信号就耦合成了一个在复平面偏移的QPSK信号。通过光电转换之后，输出如式(7)所示：
Figure BDA0003252512260000112
其中，R为光电探测器响应度，G为掺铒光纤放大器的增益，其中
Figure BDA0003252512260000113
Iout表示光电转换后的输出，IX表示X偏振方向光电转换后的输出，IY表示Y偏振方向光电转换后的输出；因为是偏振态正交，所以拍频后的XY方向的分量是叠加的，Iout＝IX+IY；E是光场场强，也就是E0。
具体的，按照图8所示方案，利用VPI软件搭建仿真系统，频率193.1THz、功率为10dBm的连续光波从线宽为100kHz的外腔激光器发射，输出光谱如图9(a)所示，将连续光波送入DP-MZM进行调制，这里的DP-MZM的半波电压为4V，插入损耗为6dB，消光比为35dB，其中三个直流偏置输入均为0，使得三个调制器均保持在最大传输点。
利用频率为50GHz的射频信号驱动DP-MZM的上下臂，同时让上下臂射频驱动信号保持90°的相位差，通过调节射频驱动信号的幅度，控制调制深度，让DP-MZM的输出中的0阶分量尽可能小，DP-MZM的输出如图9(b)所示。
从图9(b)中可以看到，得到了±4阶的边带分量，并且其它边带分量的功率相对较小。利用偏振分束器将DP-MZM的输出分为两束，再利用两个强度调制器分别将两路OOK信号加载到这两束光波上，并利用光延迟线在其中一束引入适当的相移，同时利用偏振旋转器让其偏振态旋转90°。最后将携带着OOK信号、偏振态保持正交的两束光利用偏振合束器合为一束光波，输出如图9(c)所示，其间隔是输入DP-MZM射频驱动信号频率的八倍。
利用一个增益为20dB的掺铒光纤放大器补偿调制器的损耗之后，将其输入到40km的色散位移光纤进行传输，光纤的衰减系数为0.2e-3dB/km，非线性效应系数为2.6e-20m2/W。在经过光纤传输后，利用光电探测器完成光电转换。为了尽可能模拟实际传输情况，光电探测器的响应度为0.65A/W，输出电谱如图9(d)所示，±4阶边带相互拍频产生了八倍频的矢量QPSK信号。
下面分别进行驱动信号频率为50GHz、30GHz和10GHz的仿真，对应产生了400GHz、240GHz和80GHz频段的矢量QPSK信号。接收端直接利用示波器窗口对数据进行接收，但实际中由于示波器带宽的限制，对于八倍频后产生的高频段信号无法直接接收，因此利用本地提供的时钟信号进行模拟下变频，然后再利用示波器采样接收。将接收到的数据送入MATLAB中进行离线的数字信号处理，恢复的星座图如图3所示，其中图10(a)为80GHz频段的QPSK星座图，图10(b)为240GHz频段的QPSK星座图，图10(c)为400GHz频段的QPSK星座图。从图10中的原始数据可以发现，两路OOK信号合成了一路偏移的QPSK信号，位于复平面的某一象限，在通过正交归一化后恢复成正常的QPSK信号，进而执行均衡与载波恢复等算法。从最终恢复的星座图可以看出，在通过40kmDSF光纤传输后，拍频产生的八倍频矢量QPSK信号依旧具有较好的质量。从图10中星座图可以发现，80GHz频段QPSK信号的星座图相比于240GHz与400GHz的星座图，其两路OOK信号的正交性保持的非常好，而240GHz与400GHz频段两路OOK信号的正交性受到了一定的损伤，表现为星座图出现一定的扭曲，且频段越高，扭曲程度越厉害。
为了验证不同频段信号的抗噪声性能，利用VPI软件，对八倍频后对应的80GHz、240GHz与400GHz频段的QPSK信号进行了传输仿真。图11展示了不同频段信号误码率与光信噪比的关系。从图11可以看出，当光信噪比超过17dB时，携带着10GBaudQPSK的80GHz、240GHz与400GHz信号，其误码率均小于硬判决前向纠错码的阈值3.8×10-3。当光信噪比低于17dB时，对应不同频段的QPSK信号的误码率表现出了较大的差异。由于QPSK信号是通过两路正交OOK信号的矢量叠加产生的，而OSNR模块带来的噪声破坏了两路OOK信号所保持的正交性，并且子载波间隔越大，所受到的影响就越大，因此在低信噪比区间，高频段的信号表现出了较大的误码率。在高信噪比区间，附加的噪声在信号的噪声容忍度内，因此对应产生的三个频段的信号在高信噪比区间的误码率无较大差别。
图12展示了传输光纤长度与误码率的关系。因为方案中的两路OOK信号之间需要保持90°的相位差，而光纤线路带来的相位噪声会对其造成影响。虽然采用了DSF光纤，但其中非线性效应带来的相位改变也会影响最终生成信号的质量。从图12可以发现，产生的400GHz、240GHz以及80GHz频段的信号分别在52km、55km以及60km的传输距离内，误码率均小3.810-3。高频段信号因为其相互拍频的两束子载波间隔较远，受到非线性效应带来的相位噪声的影响更大。从图12中传输了55km的DSF光纤产生的240GHz频段信号的星座图可以发现，其两路OOK信号的正交性处于临界位置，一旦正交性遭到破坏，其误码率将急剧恶化。
图13展示了在10GBaud调制速率下，OSNR设置为25dB，光电探测器的转换效率为0.65A/W时，传输了40kmDSF光纤后，不同接收光功率与误码率的对比曲线。当接收光功率超过-16dBm时，其产生的400GHz、240GHz与80GHz频段信号误码率均小于前向纠错码的阈值3.810-3。当接收光功率继续增加时，其产生的三个频段的误码率基本没有差异，而当接受光功率小于-16dBm时，400GHz与240GHz频段的信号的误码率急剧增大。当接收功率较低时，相当于低信噪比区间，两路OOK信号的正交性更加容易遭到破坏。因此在低信噪比区间，400GHz与240GHz的抗噪声性能相对于80GHz较弱，在高信噪比区间，三者的抗噪声性能没有较大差异。
对此，进行进一步仿真验证。让接收光功率保持在-11dBm，光信噪比设置为19dB，进行不同波特率下BTB的传输仿真，结果如图14所示。当波特率超过22GBaud时，产生的400GHz、240GHz与80GHz频段的信号的误码率均大于前向纠错码的阈值3.810-3。当波特率低于22GBaud时，三者的误码率没有较大差别。这与我们的分析相吻合，低信噪比情况下，产生高频段信号的两路OOK信号的正交性更容易遭到破坏，而在高信噪比情况下，三者的性能的不会存在较大差异。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；本领域的技术人员应该理解，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于OOK调制激光产生QPSK信号的装置，其特征在于，所述装置包括：
光波发射单元，用于产生连续光波；
边带光产生单元，设置在所述连续光波的传播方向上，用于将所述连续光波调制成八倍频边带光波；
分束单元，设置在所述八倍频边带光波的传播方向上，用于对所述八倍频边带光波进行分束，得到第一光波和第二光波；
信号调节单元，设置在所述第一光波和所述第二光波的传播方向上，用于对所述第一光波和所述第二光波进行OOK信号的加载、对加载OOK信号后的第一光波进行相移，得到第一调节光波，以及对加载OOK信号后的第二光波的功率进行调节，得到第二调节光波；
合束单元，设置在所述第一调节光波和所述第二调节光波的传播方向上，用于将所述第一调节光波和第二调节光波合成一束，得到偏振正交光波；
光电转换单元，设置在所述偏振正交光波的传播方向上，用于对所述偏振正交光波进行光电转换，得到QPSK信号。
2.根据权利要求1所述的产生QPSK信号的装置，其特征在于，所述边带光产生单元为双平行-马赫曾德尔调制器；
双平行-马赫曾德尔调制器用于根据双平行-马赫曾德尔调制器上下臂的射频驱动信号对所述连续光波进行调制，得到八倍频边带光波。
3.根据权利要求1所述的产生QPSK信号的装置，其特征在于，所述分束单元为偏振分束器，所述合束单元为偏振合束器。
4.根据权利要求1所述的产生QPSK信号的装置，其特征在于，所述信号调节单元中包括：
第一强度调制器，设置在所述第一光波的传播方向上，用于将第一OOK信号加载到所述第一光波上，得到第一基带光波；
可调光延迟线，设置在所述第一基带光波的传播方向上，用于在所述第一基带光波上引入适当的相移，得到第一调节光波，以使将所述第一调节光波和所述第二调节光波合束后得到的所述偏振正交光波保持90度的相差；
第二强度调制器，设置在所述第二光波的传播方向上，用于将第二OOK信号加载到所述第二光波上，得到第二基带光波；
光衰减器，设置在所述第二基带光波的传播方向上，用于对所述第二基带光波的功率进行调节，得到第二调节光波。
5.根据权利要求1所述的产生QPSK信号的装置，其特征在于，所述光电转换单元中包括：
掺铒光纤放大器，设置在所述偏振正交光波的传播方向上，用于补偿双平行-马赫曾德尔调制器输出的偏振正交光波的损耗，得到补偿光波；
光电探测器，设置在所述补偿光波的传播方向上，用于对所述补偿光波进行光电转换，得到QPSK信号；
所述掺饵光纤放大器和所述光电探测器之间通过色散位移光纤连接。
6.一种利用权利要求1至5任一所述的装置产生QPSK信号的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用边带光产生单元对光波发射单元发射的连续光波进行调制，得到八倍频边带光波；
利用分束单元将所述八倍频边带光波分束为第一光波和第二光波；
利用信号调节单元对所述第一光波和所述第二光波进行OOK信号的加载，对加载OOK信号后的第一光波进行相移，得到第一调节光波，以及对加载OOK信号后的第二光波的功率进行调节，得到第二调节光波；
利用合束单元将所述第一调节光波和所述第二调节光波合成为一束偏振正交光波；
利用光电转换单元对所述偏振正交光波进行光电转换，得到QPSK信号。
7.根据权利要求6所述的产生QPSK信号的方法，其特征在于，所述利用边带光产生单元对所述连续光波进行调制具体包括：
将双平行-马赫曾德尔调制器作为边带光产生单元；
通过调节驱动所述双平行-马赫曾德尔调制器的上下臂的射频信号的幅度，控制所述双平行-马赫曾德尔调制器对连续光波的调制深度，得到八倍频边带光波。
8.根据权利要求6所述的产生QPSK信号的方法，其特征在于，所述利用信号调节单元对所述第一光波和所述第二光波进行OOK信号的加载以及功率的调节，得到第一调节光波和第二调节光波具体包括：
利用第一强度调制器将第一OOK信号加载到所述第一光波上，得到第一基带光波；
利用可调光延迟线在所述第一基带光波上引入适当的相移，得到第一调节光波，以使将所述第一调节光波和所述第二调节光波合束后得到的所述偏振正交光波保持90度的相差；
利用第二强度调制器将第二OOK信号加载到所述第二光波上，得到第二基带光波；
利用光衰减器对所述第二基带光波的功率进行调节，得到第二调节光波。
9.根据权利要求6所述的产生QPSK信号的方法，其特征在于，所述利用光电转换单元对所述偏振正交光波进行光电转换具体包括：
利用掺饵光纤放大器对所述偏振正交光波的损耗进行补偿；
利用色散位移光纤将经过补偿的偏振正交光波输入光电探测器；
利用光电探测器将经过补偿的偏振正交光波转换为QPSK信号。
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