CN115549790B - 一种光信号调制系统及其产生的调制光信号的传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型APol‑CRZ‑FSK光调制、解调技术及其产生的DWDM系统。该方法通过激光器CW发射光信号送入MZM1进行载波抑制获得两个频率信号，通过MZM2和MZM3依次进行调制和脉冲切割，接下来发送给MZDI处理后，通过相位调制器控制预啁啾量，最后发送给偏振交替装置产生APol‑CRZ‑FSK信号；N路（
）信号通过DWDM系统合波、放大、传输、色散补偿后，接收侧将信号分波，通过带通滤波器滤滤出两个频率中的一个，直接检测实现信号的解调。本发明与传统的FSK、APol‑FSK调制格式相比，具有明显的非线性抗性优势；可作为面向6G的传输网高速光调制技术的一种候选方案。
Description
技术领域
本发明涉及光信号调制领域，尤其涉及一种新型光信号调制、解调技术及其产生的DWDM传输系统。
背景技术
目前，主要有几种方法可以用于提升高速光传输系统的通信容量。第一种方法采用更多的光纤来传输信号，这种方法需要更多的光源、光接收机，敷设更多的光纤光缆，导致系统成本不断增高；第二种方法是通过电时分复用技术（ETDM）将每根光纤中传输业务信号的速率从155Mbit/s提升到100Gbit/s甚至更高；光纤损耗、非线性效应、放大器自发辐射噪声（ASE）、色散等引起信号损伤的常见因素在10Gbit/s以下的系统中相对来说比较容易克服，然而，当传输速率提高到40Gbit/s以上时，传统的强度调制格式已经无法抵抗提高信号速率带来的传输损伤。第三种方法是采用波分复用技术并行传输信号，通过增加波长数量和提高每个波长所传输的信号速率提高系统容量，但可用的波长范围常受到放大器增益带宽和波长间隔的限制，目前，光传输系统已实现了S(1450nm-1520nm) + C(1528nm-1565nm) + L(1570nm-1610nm)波段信号的同时传输，复用信道间隔己小于50GHz，达到了25GHz，并向更小的间隔发展，但信道间隔的进一步减小将使光纤的非线性效应的抑制变得更加困难，因此提高光谱效率成为了提升通信容量的有效途径之一。
具有高非线性容限和高频谱利用率的先进调制格式可以有效克服系统速率提高和信道间隔变窄所造成的传输损伤，降低单比特传输成本，同时，如果采用先进码型调制格式来提高系统的传输容量，不需要改造线路就可以实现对系统的升级改造，耗费成本相对较低且易于解决光信号频谱效率的问题，因而得到了研究人员们的广泛关注和研究。
迄今为止，先进调制技术一直是国际上光通信研究组织关注的热点技术。历年的OFC、ECOC、AOE、CLEO、APOC等知名国际会议上都有大量先进调制格式的专题出现，并且每年都有大量通过先进调制格式改进系统性能的研究报道。调制格式的选择对于发展高速光通信技术具有格外重要的意义，可以更好的满足大容量和长距离传输和交换的需求。具有恒定光功率的调制格式能减少自相位调制和交叉相位调制的影响；窄光谱的调制格式能提高色散容限和光谱效率；与二进制调制格式相比，多进制调制格式还可以承载更多的信息，具有更高的信道利用率；此外，在长距离传输系统中，掺饵光纤放大器（EDFA）的引入会带来ASE噪声，这也要求调制格式能够对ASE噪声有更高的容限。先进调制格式和其他关键技术（如新型光纤、低噪声的光放大器和前向纠错技术等）成为了实现高光谱效率、高容量光通信系统的关键技术。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种具有高非线性抗性的先进调制格式—交替偏振啁啾归零码频移键控(APol-CRZ-FSK) 的解决方案，实现一种具有高非线性抗性的DWDM系统解决方案，调制格式可以作为面向6G的光传输网的一种候选方案，与传统的FSK、Apol-FSK信号相比，具有更高的非线性抗性，在一定程度上可以克服6G时代持续提高光传送网系统速率和信道间隔变窄所造成的传输损伤，提升高速系统系能;此外，与传统光传送网中间节电设备处理数据的光电光转换相比，还可基于该格式实现正交调制的全光域处理，减小通信网络时延，无需更换线路和相干接收即可实现升级改造，降低运营成本，提高系统速率和传输性能。
根据本发明的第一方面，提供了一种光信号调制系统，包括：激光器CW、马赫曾德尔调制器MZM1、马赫曾德尔调制器MZM2、马赫曾德尔调制器MZM3、马赫曾德尔延时干涉仪MZDI、第一相位调制器和偏振交替装置；
所述激光器CW发射的光信号送入MZM1，MZM1调制器工作在推挽状态，射频驱动电压的幅度为半波电压的一半，直流偏置在传输曲线零点，这时就可以通过对MZM1调制器进行载波抑制从而获得所需要的两个波长，波长间隔为射频信号频率的两倍。接下来将所述信号发送给所述MZM2；
所述MZM2对两个频率不同的光信号进行DPSK调制后产生两个DPSK信号后发送给所述MZM3；
所述MZM3对所述DPSK信号进行脉冲切割后产生50%占空比的两个RZ-DPSK信号发送给所述MZDI；
所述MZDI为1比特延时的马赫曾德尔延时干涉仪，所述MZDI对所述RZ-DPSK信号进行处理后产生一个在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK信号发送给所述相位调制器；所述相位调制器用来控制预啁啾量，产生CRZ-FSK信号后发送给所述偏振交替装置；
所述偏振交替装置对所述频移键控啁啾归零码信号进行交替偏振调制后产生APol-CRZ-FSK信号。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，
为调制器的半波电压，所述MZM3的偏置在
处，时钟信号的幅度
和频率分别为
/4和B，两时钟信号相位差为π；两臂电压
和
分别为：
此时，
由此可得出MZM2的输出两个频率信号光场E和光强I分别可表示为：
令
得
，得
或
，所以占空比为
，这样就产生了50%占空比的RZ-DPSK信号。
可选的，所述MZDI包括两个级联的2×2耦合器；
所述RZ-DPSK信号进入第一个2×2耦合器后分成两路，分别送入两根单模光纤中传输，光纤臂输出的光场在第二个2×2耦合器处叠加后，产生干涉效应。
可选的，所述MZDI输出的所述RZ-FSK信号的两个载频分别为：
其中，
为比特周期，m和n表示序号数,M和N分别为载频可选的最大序号数。
可选的，MZDI的输出呈周期性变化的梳状滤波特性，所述MZDI将输入的两个不同频率的所述RZ-DPSK信号分别被调制到MZDI传输曲线的峰值和谷值处，MZDI 对于RZ-DPSK信号处理后的输出在两个干涉臂上的光功率互补。这两个解调信号虽然是同源，但是逻辑上相反、功率互补，在时域光强度上表现为连续光，而光频率随信息的变化在两个波长上跳变，因此可以产生在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK信号。由此可知，RZ-FSK 信号可以看做是两个强度调制信号的组合。
可选的，所述RZ-FSK信号通过一个相位调制器来控制输入的预啁啾量，产生CRZ-FSK信号。
可选的，所述偏振交替装置包括：第二相位调制器、45度偏振分束器和偏振合束器；
所述CRZ-FSK信号光被所述偏振分束器分为两路强度相同、偏振态正交的偏振光，其中一路偏振光直接进入所述PBC，另外一路偏振光经过所述第二相位调制器使其相位携带有0、π的调制信号后进入所述PBC，所述PBC将两路偏振光耦合，得到相邻比特具有正交的偏振态的信号光为所述APol-CRZ-FSK信号。
接下来将多路APol-CRZ-FSK信号合波输出，产生APol-CRZ-FSK密集波分复用系统（DWDM）信号，通过功率放大器进行光信号放大后输出到光纤线路，完成色散补偿及信号传输。
根据本发明的第二方面，提供一种光信号的传输系统，所述光信号基于本发明实施例提供的所述调制系统产生，所述面向6G的光传输网络的前传网络中，发送侧的DU设备发送的信号可以通过所述调制系统进行调制，且合波输出、进行光功率放大后发送至光纤线路，接收侧设置有分波器、光滤波器和直接检测接收机，所述分波器用于分离多路APol-CRZ-FSK信号，光滤波器将每路所述APol-CRZ-FSK信号解调为ASK信号后，所述直接检测接收机对信号进行接收。
可选的，所述光纤线路包括不同长度的单模光纤和相应长度的色散补偿光纤。
可选的，所述发送侧和接收侧还分别放置有噪声系数为4.0 dB的 EDFA进行光功率补偿。
本发明提供的一种新型光信号调制、解调技术及其产生的光信号传输系统，其有益效果包括：
（1）在40Gbit/s或更高速率的光通信系统中，信道内非线性效应是限制系统性能的主要因素，本专利通过设计和研究一种具有高非线性抗性的调制格式APol-CRZ-FSK提升高速光传送网的系统性能；此外，为了进一步缓解光通信网络系统扩容过程中电信运营商成本过高的痛点，当工程中采用本课题提出的APol-CRZ-FSK调制格式进行系统升级扩容时，只需要更换系统发送模块，无需线路改造，信号的接收仅仅采用滤波器和直接检测接收机就可以实现，结构简单，无需相干接收，与相干解调的方式相比，成本可以得到有效控制，用低成本解决高速系统非线性损伤的问题；
（2）可作为面向6G的光传输网的光调制技术的候选方案，在全面云化的6G时代，核心网、海量业务和算力需求使得数据中心内流量急剧上升，6G超低时延的特性也对光传送网的传输时延提出了更高的要求。目前各大运营商网络中广泛采用的主要是通过电域开销处理管理信息，光电光转换带来处理的时延，APol-CRZ-FSK调制格式可以作为全光网中的一种候选技术，当高速APol-CRZ-FSK信号作为载荷传递6G光传送网中的业务信号，ASK信号作为光标记传递光传送网OAM信息，实现正交调制时，高速的APol-CRZ-FSK调制方式可以用滤波器或者干涉仪结构直接解调，在光载波频段加入或提取载荷或标记信息不会影响传输光强度，具有较好的传输性能；载荷信息则在中间路由器中进行透明传输，不涉及到光电光转换，可以减小信息传递的延时，提高了路由器处理速度。可以实现单信道多数据传送和节点多信道接入或将业务信号和管理信号同时传递，提高带宽资源的利用率，无需增加设备、能耗和成本，实现绿色低碳发展。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光信号调制系统的结构图；
图2(a)为本发明实施例提供的一种马赫曾德尔延时干涉仪的结构图；
图2(b)为图2(a)的赫曾德尔延时干涉仪的输出端口的功率随波长变化的曲线示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于APol-CRZ-FSK光调制信号的DWDM系统框图；
图4为本发明实施例提供的一种面向5G/6G的光传输网络的光信号传输系统结构图；
图5为本发明实施例提供的一种光信号的传输系统中的多波道APol-CRZ-FSKDWDM系统发送机的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种光信号的传输系统中的单通道APol-CRZ-FSK接收机的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种光信号的传输系统中的多波道APol-CRZ-FSKDWDM系统接收机的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的入纤功率分别为20dBm时Apol-FSK信号和Apol-CRZ-FSK信号传递的光纤长度和Q值关系示意图；
图9为本发明实施例提供的入纤功率为25dBm时Apol-FSK信号和Apol-CRZ-FSK信号传递的光纤长度和Q值关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
5G、6G 及其传送网技术一直是行业研究热点，在面向5G、6G 的高速光传送网中，信道内非线性效应是限制系统速率和性能的主要因素，更低时延和低成本也是亟待解决的关键问题;针对以上问题，本发明提供了一种具有高非线性抗性的先进调制格式—交替偏振啁啾归零码频移键控(APol-CRZ-FSK)的实现方案和产生机制，和DWDM系统的实现方案，公开其调制解调方案、端到端系统方案、色散补偿方案和系统结构，凸显其于其他先进调制格式的性能差异。
图1为本发明提供的一种光信号调制系统的结构图，如图1所示，该调制系统包括：激光器CW、MZM1（Mach-Zehnder Modulator，马赫曾德尔调制器）、马赫曾德尔调制器MZM2、马赫曾德尔调制器MZM3、MZDI（Mach–Zehnder interferometer，马赫曾德尔延时干涉仪）、第一相位调制器和偏振交替装置。
所述激光器CW发射的光信号送入MZM1，MZM1调制器工作在推挽状态，射频驱动电
压的幅度为半波电压的一半（
/2），直流偏置在传输曲线零点，这时就可以通过对MZM1调
制器进行载波抑制从而获得所需要的两个波长的光信号，光信号的波长间隔为射频信号频
率的两倍。接下来将所述信号发送给所述MZM2。
MZM2对两个频率不同的光脉冲信号进行DPSK（Differential Phase ShiftKeying，差分相移键控）调制后产生两个DPSK信号后发送给MZM2。
MZM3对DPSK信号进行脉冲切割后产生50%占空比的两个RZ-DPSK（Return－to－zero Differential Phase Shift Keying，归零差分相移键控）信号发送给MZDI。
MZDI为1比特延时的马赫曾德尔延时干涉仪，MZDI对RZ-DPSK信号进行处理后产生一个在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK（Return－to－Zero Frequency ShiftKeying，归零频移键控）信号发送给相位调制器；相位调制器用来控制预啁啾量，产生CRZ-FSK（Chirped Return－to－zero Frequency Shift Keying，频移键控啁啾归零码）信号后发送给偏振交替装置。
偏振交替装置对频移键控啁啾归零码信号进行交替偏振调制后产生APol-CRZ-FSK(Alternately Polarized Chirped Return－to－Zero Frequency Shift Keying，交替偏振啁啾归零码频移键控)信号。
接下来将上述多路信号进行合波、放大输出，产生DWDM信号。
线路侧通过单模光纤进行信号传输，并通过色散补偿光纤进行色散补偿。
接收侧首先通过分波器分离各路信号，接下来设置有光滤波器和直接检测接收机，所述光滤波器将所述APol-CRZ-FSK信号解调为ASK信号后，所述直接检测接收机对信号进行接收。
本发明提供一种具有高非线性抗性的先进调制格式—交替偏振啁啾归零码频移键控(APol-CRZ-FSK) ，可作为面向6G 高速光传送网中的调制格式的候选方案，可以有效克服面向6G的光传送网系统速率提高和信道间隔变窄所造成的传输损伤，提升高速系统系能；此外，与传统光传送网中间节电设备处理数据的光电光转换相比，还可基于该格式实现正交调制的全光域处理，减小通信网络时延，无需更换线路和相干接收即可实现升级改造，降低运营成本，提高系统速率和传输性能。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种光信号调制系统的实施例，结合图1可知，该调制系统的实施例包括：第一激光器CW1、第二激光器CW2、耦合器、马赫曾德尔调制器MZM1、马赫曾德尔调制器MZM2、马赫曾德尔延时干涉仪MZDI、第一相位调制器和偏振交替装置。
第一激光器和第二激光器分别产生一个频率不同、强度相同的光信号后进入耦合器，耦合器对两个光信号合波后发送给MZM1。
MZM1对两个频率不同的光信号进行DPSK调制后产生两个DPSK信号后发送给MZM2。
设输入的电信号表示为：
式中：
，
为半波电压，当信号为“0”和“1”时，
分别取-1和+1。
在此过程中，MZM1调制器偏置电压为
，输入信号为差分编码后的NRZ信号
，
，DPSK的“0”码和“1”码间相位差180度，信号频谱中的离散分量
受到抑制，输出调制光信号可表示为：
此时产生的DPSK信号的输出功率恒定不变，因此可以有效的减小由于信号功率变化而引起的光纤非线性效应的影响，但其色散容限相对较弱。
MZM2对DPSK信号进行脉冲切割后产生50%占空比的两个RZ-DPSK信号发送给MZDI。
在一种可能的实施例方式中，MZM2为脉冲产生器，MZM2的偏置在
/2处，时钟信
号的幅度和频率分别为
/4和B，两时钟信号相位差为π。两臂电压
和
分别为：
此时，
由此可得出MZM2的输出两个频率信号光场E和光强I分别可表示为：
令
得
，得
或
，所以占空比为
，这样就产生了50%占空比的RZ-DPSK信号。
MZDI为1比特延时的马赫曾德尔延时干涉仪，MZDI对RZ-DPSK信号进行处理后产生一个在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK信号发送给相位调制器；相位调制器用来控制预啁啾量，产生CRZ-FSK信号后发送给偏振交替装置。
在一种可能的实施例方式中，MZDI包括两个级联的2×2耦合器。
MZDI由两个 2×2 耦合器级联组成，其结构如图2(a)所示，其上下两臂长度差为ΔL 。光信号被第一个耦合器分成两路后，分别送入两根单模光纤中传输，光纤 臂输出的光场在第二个耦合器处叠加后，将产生干涉效应。由图2（b）所示MZDI输出端口的功率随波长变化的曲线可以看出，MZDI的输出呈周期性变化的梳状滤波特性，其中输出端3和输出端4在波长上相差半个周期。为了得到RZ-FSK的信号，其两个载频必须分别对应到MZDI的最大传输点和最小传输点上（如图2（b）所示）。
MZDI 对于DPSK 信号处理后的输出在两个干涉臂上的光功率互补。这两个解调信号虽然是同源，但是逻辑上相反、功率互补，在时域光强度上表现为连续光，而光频率随信息的变化在两个波长上跳变，因此可以产生在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK信号。由此可知，RZ-FSK 信号可以看做是两个强度调制信号的组合。
2×2耦合器的上下两臂长度差为
，对于一定的臂长差
，同一输出端的谷值和
峰值会以固定的频率或波长间隔交替出现，并且间隔和臂长差成反比。MZDI的输出呈周期
性变化的梳状滤波特性，将两个载频必须分别对应到MZDI的最大传输点和最小传输点上，
则需要满足以下条件：
其中，
为比特周期，m和n表示序号数,M和N分别为载频可选的最大序号数。
在一种可能的实施例方式中，当两个不同频率的RZ-DPSK信号分别被调制到MZDI传输曲线的峰值和谷值处时，如果这两个频率的差频正好是载波包络半波长的奇数倍，也就是被调制的数据信号的频率时，两个频率在同一干涉臂上输出的波形相反，相位差为180度；随后，当两个频率的光信号在经过耦合后与各自分别在MZDI另一个臂上传输的光脉冲分别进行干涉时，在同一臂上一个频率的光脉冲相对于另一个频率的光脉冲就相差了180度，彼此产生了相消和相长的干涉。所以，当数据为“1”时，如果f1频率的光脉冲产生了相长干涉，那么f2频率就是相消干涉；当数据为“0”时，如果f1频率的光脉冲产生了相长干涉，那么f2频率就是相消干涉。这样就导致了不同频率的RZ-DPSK数据会分别在“1”、“0”上被解调为强度调制信号，而MZDI对于RZ-DPSK信号的解调输出在两个干涉臂上的光功率互补。这两个解调信号虽然是同源，但是逻辑上相反、功率互补，在时域光强度上表现为连续光，而光频率随信息的变化在两个波长上跳变，因此可以产生在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK信号，由此可知，RZ-FSK信号可以看做是两个强度调制信号的组合。
偏振交替装置对频移键控啁啾归零码信号进行交替偏振调制后产生APol-CRZ-FSK信号。
在一种可能的实施例方式中，偏振交替装置包括：第二相位调制器、45度偏振分束器（PBS）和偏振合束器（PBC）。
CRZ-FSK信号光被偏振分束器分为两路强度相同、偏振态正交的偏振光，其中一路偏振光直接进入PBC，另外一路偏振光经过第二相位调制器使其相位携带有0、π的调制信号后进入PBC，PBC将两路偏振光耦合，得到相邻比特具有正交的偏振态的信号光为APol-CRZ-FSK信号。
实施例2
本发明提供的实施例2为本发明提供的一种光信号的传输系统的实施例，该光信号为本发明实施例提供的一种光信号调制系统产生的光信号。
光传送网是为6G无线接入网和核心网提供网络连接的基础网络。它不仅为这些网络连接提供灵活的调度、网络保护、管理控制等功能，而且为带宽、时延、同步性和可靠性提供性能保证。
如图3所示为本发明实施例提供的一种基于APol-CRZ-FSK光调制信号的DWDM系统
框图，如图4所示为本发明实施例APol-CRZ-FSK信号的DWDM传输系统可作为面向6G的光传
送网的候选方案。5G/6G是万物智联的时代，手机、无人车、物联网终端等通过5G/6G新无线
接口接入5G/6G无线接入网，再通过传送网将信号传输至5G/6G CN（核心网）。5G/6G传输网
络可分为前传（AAU至DU）、中传（DU至CU）和回传（CU至核心网）三层结构。本发明实施例提供
的发送侧5G/6G接入网的DU设备发送的信号通过DWDM发送机中的合波器将所产生的N路（
）50Gbit/s APol-CRZ-FSK信号合成N*50Gbit/s信号后发送至光线线路，光纤线路包
括不同长度的单模光纤和相应长度的色散补偿光纤。在线路的发送侧和接收侧分别放置一
个噪声系数为4.0 dB的 EDFA（Erbium Doped Fiber Application Amplifier，掺铒光纤放
大器)进行光功率补偿，在系统的接收端采用一个分波器将N路（
）50Gbit/s APol-
CRZ-FSK信号分离，通过光滤波器将每路APol-CRZ-FSK信号解调为ASK(amplitude-shift
keying，振幅键控)信号，最后通过一个直接检测接收机就可以实现信号的接收。
具体实施中，发送机和接收机均可以为单通道或者多通道，图1给出的实施例为单通道APol-CRZ-FSK发送机，图5给出的实施例为多波道APol-CRZ-FSK DWDM系统发送机的示意图，多波道在多个单通道APol-CRZ-FSK发送机的输出端口加上合波器。图6和图7给出的实施例分别为单通道和多波道APol-CRZ-FSK DWDM系统接收机，多波道在多个单通道APol-CRZ-FSK DWDM系统接收机的输出端口加上分波器。
可以理解的是，本发明提供的一种光信号的传输系统中调制产生光信号的过程与前述各实施例提供的光信号调制系统相对应，光信号传输系统的相关技术特征可参考光信号调制系统的相关技术特征，在此不再赘述。
基于本发明实施例提供的一种光信号的传输系统，可以进行N*50Gbit/s APol-CRZ-FSK信号的传输性能仿真研究：
（1）基于图1设计系统模型，利用VPI软件搭建N*50Gbit/s光传送网仿真平台，仿真研究通过不同的调制器、频率间隔、滤波器的系统系能差异，分析最佳解决方案。
（2）仿真研究可实现面向第六代移动通信（6G）的N*50Gbit/s DWDM光传输网中的新型调制格式APol-CRZ-FSK信号在不同线路长度时系统的性能；仿真研究N*50Gbit/sAPol-CRZ-FSK信号分别在前置、后置和混合三种不同的色散补偿模式下，系统的传输和接收性能，结合理论分析，进一步简化仿真模型，优化算法和色散补偿方案，并对优化的性能进行评估。
本发明实施例提供的一种光信号调制系统及其产生的光信号调制光信号的传输
系统，包括以下核心思想及步骤：实现 APol-CRZ-FSK信号调制需要有两个不同的波长承载
业务信号，传统方案中需要两个光源，但不同光源的波长稳定性和功率等其他方面的差异
会导致APol-CRZ-FSK信号的振幅波动；因此，我们对双光源产生方案进行了改进，通过单光
源方案，激光器CW发射的光信号送入MZM1，MZM1调制器工作在推挽状态，射频驱动电压的幅
度为半波电压的一半（
），直流偏置在传输曲线零点，这时就可以通过对MZM1调制器进
行载波抑制从而获得所需要的两个波长，波长间隔为射频信号频率的两倍。采用这种方法
的优势在于避免了对两个光源进行波长和功率上的精密控制。接下来发送给马赫曾德尔调
制器MZM2；MZM2对两个频率不同的光信号进行DPSK调制后，产生两个DPSK信号后发送给马
赫曾德尔调制器MZM3进行脉冲切割，之后产生50%占空比的两个RZ-DPSK信号发送给马赫曾
德尔延时干涉仪MZDI；MZDI 由两个 2×2 耦合器级联组成，光信号被第一个耦合器分成两
路后，分别送入两根单模光纤中传输，光纤臂输出的光场在第二个耦合器处叠加后，将产生
干涉效应，MZDI的输出呈周期性变化的梳状滤波特性，其中输出端3和输出端4在波长上相
差半个周期。为了得到RZ-FSK的信号，其两个载频必须分别对应到MZDI的最大传输点和最
小传输点上，MZDI 对于DPSK 信号处理后的输出在两个干涉臂上的光功率互补。这两个解
调信号虽然是同源，但是逻辑上相反、功率互补，在时域光强度上表现为连续光，而光频率
随信息的变化在两个波长上跳变，因此可以产生在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-
FSK信号。由此可知，RZ-FSK 信号可以看做是两个强度调制信号的组合。
此后，将RZ-FSK信号发送给相位调制器，相位调制器用来控制预啁啾量，在传输线路残余色散不大的情况下有规则的引入啁啾，可以增强信号的色散容限，且还可以表现出非常强的抗非线性性能,因此，我们在RZ-FSK信号上加预啁啾，并将所产生的信号发送给偏振交替装置。
通过偏振交替装置对频移键控啁啾归零码信号进行交替偏振调制后即产生APol-CRZ-FSK信号；接下来，通过合波器将多个APol-CRZ-FSK信号合到一根光纤，通过单模光纤线路传输，并进行色散补偿。
该信号主要通过两个不同的频率表示数据 “0”或“1” 的变换，因此，在信号接收侧，首先通过分波器将多个APol-CRZ-FSK信号进行分波，接下来依次通过一个光带通滤波器滤每路APol-CRZ-FSK两个频率中一个，将其转化为强度调制信号，然后通过直接检测接收机就可以实现 APol-CRZ-FSK信号的解调。
经仿真结果表明，这种调制格式运用在N*50Gbps DWDM（N表示波道数）传输系统中时，与传统的FSK、APol-FSK调制格式相比，具有明显的非线性抗性优势；与传统的相干解调解调相比，结构简单、成本低廉。实现用低成本提升高速光通信系统信号非线性抗性。可作为面向6G的光传输网的光调制技术的候选方案，在全面云化的6G时代，核心网、海量业务和算力需求使得数据中心内流量急剧上升，APol-CRZ-FSK调制格式可以作为全光网中的一种候选技术，当高速APol-CRZ-FSK信号作为载荷传递6G光传送网中的业务信号，ASK信号作为光标记传递光传送网OAM信息，实现正交调制时，高速的APol-CRZ-FSK调制方式可以用滤波器或者干涉仪结构直接解调，在光载波频段加入或提取载荷或标记信息不会影响传输光强度，具有较好的传输性能；载荷信息则在中间路由器中进行透明传输，不涉及到光电光转换，可以减小信息传递的延时，提高了路由器处理速度。可以实现单信道多数据传送和节点多信道接入或将业务信号和管理信号同时传递，提高带宽资源的利用率，无需增加设备、能耗和成本，实现绿色低碳发展。
本发明实施例提供的一种光信号调制系统及其产生的调制光信号的传输系统，产生的APol-CRZ-FSK信号相对于现有技术中的Apol-FSK等信号具有更高的非线性抗性，因此具备更为良好的传输性能。
具体的，如图8和图9所示分别为本发明实施例提供的入纤功率分别为20dBm和25dBm时Apol-FSK信号和Apol-CRZ-FSK信号传递的光纤长度和Q值关系示意图，由图8可知，当系统入纤功率为20dBm时，相同条件下，当单跨局段传输距离小于100km时，ApolFSK信号Q值小于ApolCRZFSK信号的Q值，ApolCRZFSK信号体现出了更高的非线性抗性，具备更为良好的传输性能。
由图9可知，当系统入纤功率为25dBm时，相同条件下ApolFSK信号传输140km以内时信号的Q 值小于1.3，远远不及系统Q值最低要求6的指标，信号严重劣化，无法正常接收；然而此时ApolCRZFSK信号体现了更为优越的非线性抗性，信号在传递30km时Q值高达13，随着传输距离的增大，由于线路的线性效应和累计色散影响，信号的传输性能逐渐劣化，Q值变小，当Q值为6时，ApolCRZFSK信号单跨局段可以传输140km，与ApolFSK信号相比具备更好的传输性能。
综上，本发明实施例提供的一种光信号调制系统及其产生的光信号调制光信号的传输系统的有益效果包括：
（1）在高速率的光通信系统中，信道内非线性效应是限制系统性能的主要因素，本专利通过设计和研究一种具有高非线性抗性的调制格式APol-CRZ-FSK提升高速光传送网的系统性能；此外，为了进一步缓解系统扩容过程中电信运营商成本过高的痛点；当工程中采用本课题提出的APol-CRZ-FSK调制格式进行系统升级扩容时，只需要更换系统发送模块，无需线路改造，信号的接收仅仅采用滤波器和直接检测接收机就可以实现，结构简单，无需相干接收，与相干解调的方式相比，成本可以得到有效控制，用低成本解决高速系统非线性损伤的问题。
（2）可作为面向6G的光传输网的光调制技术的候选方案，在全面云化的6G时代，核心网、海量业务和算力需求使得数据中心内流量急剧上升，6G超低时延的特性也对光传送网的传输时延提出了更高的要求。目前各大运营商网络中广泛采用的主要是通过电域开销处理管理信息，光电光转换带来处理的时延，APol-CRZ-FSK调制格式可以作为全光网中的一种候选技术，当高速APol-CRZ-FSK信号作为载荷传递6G光传送网中的业务信号，ASK信号作为光标记传递光传送网OAM信息，实现正交调制时，高速的APol-CRZ-FSK调制方式可以用滤波器或者干涉仪结构直接解调，在光载波频段加入或提取载荷或标记信息不会影响传输光强度，具有较好的传输性能；载荷信息则在中间路由器中进行透明传输，不涉及到光电光转换，可以减小信息传递的延时，提高了路由器处理速度。可以实现单信道多数据传送和节点多信道接入或将业务信号和管理信号同时传递，提高带宽资源的利用率，无需增加设备、能耗和成本，实现绿色低碳发展。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有光通信设备、系统、计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和光通信产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到光通信设备、通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过光通信设备、计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可装载到光通信设备、计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在光通信设备上执行一系列操作步骤以产生光通信设备、计算机软件实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种光信号调制系统，其特征在于，所述调制系统包括：激光器CW、马赫曾德尔调制器MZM1、马赫曾德尔调制器MZM2、马赫曾德尔调制器MZM3、马赫曾德尔延时干涉仪MZDI、第一相位调制器和偏振交替装置；
所述激光器CW发射光信号送入所述MZM1，所述MZM1工作在推挽状态，射频驱动电压的幅度为半波电压的一半，直流偏置在传输曲线零点，通过对所述MZM1进行载波抑制从而获得所需要的两个波长间隔为射频信号频率的两倍的光信号后，将所述光信号发送给所述MZM2；
所述MZM2对两个波长不同的光信号进行调制后，产生两个DPSK信号后发送给所述MZM3；
所述MZM3对所述DPSK信号进行脉冲切割后产生50%占空比的两个RZ-DPSK信号发送给所述MZDI；
所述MZDI为1比特延时的马赫曾德尔延时干涉仪，所述MZDI对所述RZ-DPSK信号进行处理后产生一个在每一个比特间隔都携带有光脉冲的50%占空比的RZ-FSK信号发送给所述相位调制器；所述相位调制器用来控制预啁啾量，产生CRZ-FSK信号后发送给所述偏振交替装置；
所述偏振交替装置对所述CRZ-FSK信号进行交替偏振调制后产生APol-CRZ-FSK信号。
2.根据权利要求1所述的调制系统，其特征在于，所述MZDI包括两个级联的2×2耦合器；
所述MZDI由两个 2×2 耦合器级联组成，其上下两臂长度差为
；光信号被第一个
耦合器分成两路后，分别送入两根单模光纤中传输，光纤臂输出的光场在第二个耦合器处
叠加后，将产生干涉效应；所述MZDI的输出信号呈周期性变化的梳状滤波特性，所述MZDI两
个输出端口输出的180度相移和0度相移的传输曲线在波长上相差半个周期。
3.根据权利要求2所述的调制系统，其特征在于，所述MZDI对于DPSK 信号处理后的输出在两个干涉臂上的光功率互补；
所述MZDI两个输出端口输出的两个解调信号在逻辑上相反且功率互补，在时域光强度上表现为连续光，而光频率随信息的变化在两个波长上跳变，产生在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK信号。
4.根据权利要求2所述的调制系统，其特征在于，
所述MZDI输出的所述RZ-FSK信号的两个载频分别为：
其中，
为比特周期，m和n表示序号数,M和N分别为载频可选的最大序号数。
5.根据权利要求4所述的调制系统，其特征在于，所述MZDI将输入的两个不同频率的所述RZ-DPSK信号分别被调制到MZDI传输曲线的峰值和谷值处，产生在每一个比特间隔都携带有光脉冲的RZ-FSK信号。
6.根据权利要求1所述的调制系统，其特征在于，所述相位调制器来控制输入的RZ-FSK信号的预啁啾量，产生CRZ-FSK信号。
7.根据权利要求1所述的调制系统，其特征在于，所述偏振交替装置包括：第二相位调制器、45度偏振分束器和偏振合束器；
所述CRZ-FSK信号光被所述偏振分束器分为两路强度相同、偏振态正交的偏振光，其中一路偏振光直接进入所述偏振合束器，另外一路偏振光经过所述第二相位调制器使其相位携带有0、π的调制信号后进入所述偏振合束器，所述偏振合束器将两路偏振光耦合，得到相邻比特具有正交的偏振态的信号光为所述APol-CRZ-FSK信号。
8.一种光信号的传输系统，所述光信号基于权利要求1-7任一项所述的调制系统产生，其特征在于，
所述调制系统产生的调制光应用于面向6G的光传输网中，在前传网络中，发送侧的DU设备发送的信号通过所述调制系统进行调制后合波输出的DWDM信号放大后发送至光纤线路，经过色散补偿后，接收侧首先通过分波器分离各路信号，接下来设置有光滤波器和直接检测接收机，所述光滤波器将所述APol-CRZ-FSK信号解调为ASK信号后，所述直接检测接收机对信号进行接收。
9.根据权利要求8所述的传输系统，其特征在于，所述光纤线路包括不同长度的单模光纤和相应长度的色散补偿光纤。
10.根据权利要求8所述的传输系统，其特征在于，所述发送侧和接收侧还分别放置有噪声系数为4.0 dB的 EDFA进行光功率前置放大、后置放大和线路放大。
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