CN114142941A - 基于单端相干接收机的非线性频分复用系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于单端相干接收机的非线性频分复用系统及其实现方法，包括以下步骤：激光源发射单一频率的光信号在光信号调制模块和非线性频分复用信号模块作用下，经过光放大器得到光信号；该信号进入传输光纤，进行传输后，经过光放大器和光带通滤波器，进入单端相干光接收机进行信号检测，最后进行数据处理，恢复出传输的数据信息。本发明具有结构简单、成本低及传输性能好等特点。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及基于单端相干接收机的非线性频分复用系统及其实现方法。
背景技术
当今全球数据流量呈指数级增长，这给现有的通信网络带来了极大的压力，尤其是作为全球电信网络骨干的光纤通信系统，面临着严峻的挑战。目前，由于受到光纤非线性效应的影响，现有基于普通单模光纤的波分复用（WDM）网络系统容量存在瓶颈。为补偿光纤非线性效应带来的信号损伤，目前已有的非线性补偿方法，包括数字反向传播法、光相位共轭法及沃尔特拉级数法等，其补偿效果比较有限。最近，一种基于非线性傅里叶变换的非线性频分复用系统被提出，该系统通过将信号非线性损伤从非线性域转换至线性域进行处理，在理论上可以完全消除非线性效应的影响，从而实现光纤通信系统容量的提升。
随着光纤通信系统容量提升，高波特率光信号的传输是一大趋势。然而，高带宽的信号需要成本高昂的高带宽的探测器件和接收机。传统相干接收机采用平衡探测器来完成光信号的幅度和相位信息检测，无疑会增加未来大容量高速光纤通信系统的成本。为此，如何实现低成本的NFDM系统是需要解决的一个关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于单端相干接收机的非线性频分复用系统及其实现方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
基于单端相干接收机的非线性频分复用系统的实现方法：包括以下步骤：
S1.激光源发射单一频率的光信号，在非线性频分复用信号模块的作用下，经光信号调制模块后产生初始的光信号；
S2.光信号经过光放大器，进行功率放大，得到进入传输光纤前的信号；
S3.信号经过传输光纤和功率放大器，最后经过光带通滤波器，由单端相干接收机进行接收；
S4.信号和本振光经过单端相干接收机后得到数字信号，该数字信号经过DSP处理之后，恢复出传输的数据信息；
进一步的，步骤S1还包括以下步骤：非线性频分复用信号进入电光调制器之前需进行DSP并在其中插入导频，该导频可以在接收端同时处理相位噪声和频率偏移，提高频谱效率。
进一步的，步骤S4还包括以下步骤：光信号被单端相干接收机检测之后，得到不同相位的信号，经过光电探测器得到电信号，通过模数转换器后得到数字信号，在数字域进行光场重构、消除光电探测器信号拍频的影响，并且通过一种导频结构同时处理频偏和相位噪声。
基于单端相干接收机的非线性频分复用系统，包括激光源、非线性频分复用信号模块、光信号调制模块、光放大器、传输光纤、光带通滤波器、本地振荡激光器、单端相干接收机、模数转换器、接收端数字信号处理模块；
非线性频分复用信号模块，在信号中插入导频结构，以便在接收端同时进行频偏和相位噪声补偿；
光放大器用于放大进入传输光纤的光信号以及经过传输光纤衰减之后的光信号；
滤波器用于滤除带外噪声；
单端光电探测器主要将检测光信号并由此得到电信号；
接收端数字信号处理模块进行光场重构，并消除由于光电探测器导致的信号拍频，和对频偏以及相位噪声进行补偿。
本发明的有益效果是：具有结构简单、成本低、有效处理由于平方律检测过程造成的信号拍频干扰及传输性能好等特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：1-激光源；2-非线性频分复用信号模块；3-光信号调制模块；4-光放大器；5-传输光纤；6-光带通滤波器；7-本地振荡激光器；8-单端相干接收机；9-模数转换器；10-接收端数字信号处理模块。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
参阅图1：
基于单端相干接收机的非线性频分复用系统的实现方法，主要包括：
NFDM系统光信号的产生：非线性频分复用信号模块中，DSP时在数据符号中插入导频，经过DSP之后再产生的非线性频分复用信号信号和光载波经过电光调制器后得到光信号；
非线性频分复用系统相干接收过程：由发射端产生的光信号经过传输光纤、光放大器和带通滤波器之后到接收端，该光信号和本振信号进入相干接收机，信号光转化为电信号，通过模数转换器得到数字信号；
接收端对信号的DSP过程：单端相干接收机将光信号转换成电信号，然后先进行信号的重构，并将平方律过程带来的信号拍频的干扰消除，之后再根据导频结构补偿相位噪声和载波偏移对信号的影响，最终得到传输的数据信息。
在本发明中，基于单端相干接收机的非线性频分复用系统的实现方法，包括以下步骤：
S1. 非线性频分复用信号进入电光调制器之前需进行DSP并在其中插入导频，该导频可以在接收端同时处理相位噪声和频率偏移，提高频谱效率。；
S2.光信号经过光放大器，进行功率放大，得到进入传输光纤前的信号；
S3.信号经过传输光纤和功率放大器，最后经过光带通滤波器，由单端相干接收机进行接收；
S4.信号和本振光经过单端相干接收机后得到数字信号，该数字信号经过DSP处理之后，恢复出传输的数据信息；
上述S1的具体步骤为：非线性频分复用信号进入电光调制器之前需进行DSP并在其中插入导频，该导频可以在接收端同时处理相位噪声和频率偏移，提高频谱效率，经过DSP之后产生的非线性频分复用信号和激光器发出的光载波经过电光调制器得到光信号。
激光源中心波长工作在C波段（1530-1565nm）或L波段（1570-1620nm）；
非线性频分复用信号模块2包括非线性频分复用信号源、电信号放大模块和直流偏置模块，非线性频分复用信号源用于产生非线性频分复用信号；电信号放大模块用于放大非线性频分复用信号；直流偏置信号用于提供电光调制器所需直流偏置电压。
光信号调制模块3包括光强度调制器和光相位调制器，光强度调制器对激光进行强度调制，在时域上产生一个光脉冲信号，光相位调制器对经过光强度调制器后的光信号进行相位调制，两者结合起来得到强度和相位都被调制了的光信号；
上述S3的具体步骤为：为了模拟长距离的通信，经过放大器的光信号进入传输光纤，根据具体传输距离来决定循环的次数，每次经过一段环路都需要经过光放大器来补偿信号光在光纤中的损耗，之后经过光带通滤波器进入单端相干接收机。
传输光纤5是传输光的媒介；
光带通滤波器6是为了滤除带宽外的噪声；
上述S4的具体步骤为：信号光从光纤中出来后，和本振信号进入单端相干接收机8，进行相干混频得到相干信号，该信号通过单端平衡探测器，得到电信号，电信号通过ADC和滤波器，最后在DSP中进行场重构，并去除信号拍频的干扰，再通过导频补偿载波偏移和相位噪声对信号的影响。
单端相干接收机8主要用于将光信号转换为电信号。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.基于单端相干接收机的非线性频分复用系统的实现方法：包括以下步骤：
S1.激光源发射单一频率的光信号，在非线性频分复用信号模块的作用下，经光信号调制模块后产生初始的光信号；
S2.光信号经过光放大器，进行功率放大，得到进入传输光纤前的信号；
S3.信号经过传输光纤和功率放大器，最后经过光带通滤波器，由单端相干接收机进行接收；
S4.信号和本振光经过单端相干接收机后得到数字信号，该数字信号经过DSP处理之后，恢复出传输的数据信息。
2.根据权利要求1的基于单端相干接收机的非线性频分复用系统的实现方法，其特征在于：步骤S1还包括以下步骤：非线性频分复用信号模块需要插入导频结构，该导频可以在接收端同时处理相位噪声和频率偏移。
3.根据权利要求1的基于单端相干接收机的非线性频分复用系统的实现方法，其特征在于：步骤S4还包括以下步骤：光信号被单端相干接收机检测之后，得到不同相位的信号，经过光电探测器得到电信号，通过模数转换器后得到数字信号，在数字域进行光场重构、消除光电探测器信号拍频的影响，并且通过一种导频结构同时处理频偏和相位噪声。
4.基于单端相干接收机的非线性频分复用系统，其特征在于：包括激光源（1）、非线性频分复用信号模块（2）、光信号调制模块（3）、光放大器（4）、传输光纤（5）、光带通滤波器（6）、本地振荡激光器（7）、单端相干接收机（8）、模数转换器（9）、接收端数字信号处理模块（10）；
非线性频分复用信号模块（3），在信号中插入导频结构，以便在接收端同时进行频偏和相位噪声补偿；
光放大器（4）用于放大进入传输光纤的光信号以及经过传输光纤衰减之后的光信号；
滤波器（6）用于滤除带外噪声；
单端光电探测器（8）主要将检测光信号并由此得到电信号；
接收端数字信号处理模块（10）进行光场重构，并消除由于光电探测器导致的信号拍频，和对频偏以及相位噪声进行补偿。
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