CN115801127A - 一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法，该方法涉及微波技术领域和相干光通信技术领域。所述方法如说明书附图图1所示，包括光载波、光本振、电光调制模块、单模传输光纤、偏振分束器、偏振控制器、光电探测模块、90°光耦合器、平衡探测模块、数模转换器、数字信号处理模块。发端实现四路微波矢量信号的调制发射，收端实现宽带信号四路微波矢量信号的相干接收，采用数字信号处理算法提高谱利用率和消除激光器相位噪声和频差。本发明可以解决大容量多频段射频信号的传输与接收，在未来大容量远距离通信系统中有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，主要涉及相干光通信和光载射频技术。
背景技术
随着信息技术的快速发展，RoF技术将光纤通信和无线通信有效的结合。由于其具有低损耗、高带宽和防止电磁干扰等优点，使其在未来高频段、高宽带通信、卫星通信等领域具有广阔的应用前景。
在光通信领域，科研人员追求其搭载的系统能具有更大的带宽、传输更远的距离，更高的接收灵敏度。而对于强度调制直接检测(IM/DD)，由于其单路信道带宽受限，因此不能胜任未来的大带宽通信。基于相干检测的RoF链路具有接收灵敏度高，多种调制格式，选择好等优点，为实现超大容量的光纤通信提供了理论依据，在最近几年越来越受到国际学术界和工业界的关注。
虽然相干检测RoF链路可以传输高频大带宽的射频宽带信号，但是由于其需要额外使用一个激光源作为本振光源，因此需要对激光相位噪声消除。而目前大多数方法其复杂度较大，并且其谱利用率较低。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法。该方案有三大优点：第一该方案数字信号处理算法复杂度低；第二该方案利用偏振复用技术，在数字域对信号进行分离，其谱利用率高，且结构简单，在未来大容量高频段通信系统运用中具有巨大的优势。
本发明所采用的技术方法是：本方法包括激光器LD、矢量信号源、双偏振正交相移键控调制器DP-QPSK、单模光纤SMF、偏振控制器PC、90度光耦合器、偏振分束器PBS、平衡探测器BPD、模数转换器ADC、数字信号处理模块，其中DP-QPSK内部共集成两个DP-MZM，其中两个子调制器MZM1、MZM2内嵌在主调制器中。第一激光器LD1输出的连续光载波进入到DP-QPSK，射频电信号RF1、RF2、RF3、RF4分别输入到DP-QPSK的子调制器MZM1的射频输入端口，子调制器MZM2的输入端口，子调制器MZM3的射频输入端口，子调制器MZM4的射频输入端口，随后DP-QPSK输出的光信号经过25km SMF传输后经过第一偏振控制器PC1后输入到PBS进行偏振分束，然后X偏振态光信号输入到上90°光耦合器上输入端口，Y偏振态光信号输入到下90°光耦合器上输入口。第二激光器LD2输出的连续光载波经过第二偏振控制器PC2后输入到光分束器，经光分束器分为2路光信号，一路输入到上面的第一90°光耦合器的下输入端口，另一路输入到下面的第二90°光耦合器的下输入口。然后第一90°光耦合器的上面两个输出端口连接到第一平衡探测器BPD1，第一90°耦合器的下面两个输出端口连接到第二平衡探测器BPD2，同理对于下面的第二90°耦合器同样的操作。BPD1输出的电信号同时输入ADC，最后进行数字信号处理，进行消除相位噪声和频差，并进行数字基带解调。
分离的混合调制光信号分别使用一个90度光耦合器进行相干探测，并在数字域进行强度调制信号和相位调制信号的分离接收。本方法利用相对简单的相干检测架构提高光的谱利用率，并且其算法复杂低，降低了系统的成本。
本发明在工作时包括以下步骤：
(1)激光器LD1发出的波长为λ1的光载波输入到DP-QPSK调制器中。
(2)射频电信号RF1输入到DP-QPSK的子调制器MZM1的射频输入端口，射频电信号RF2分为两路输入到DP-QPSK的子调制器MZM2的射频输入端口，射频电信号RF3输入到DP-QPSK的子调制器MZM3的射频输入端口，射频电信号RF4分为两路输入到DP-QPSK的子调制器MZM4的射频输入端口。调整直流偏置电压，使得MZM1工作在正交点QTP，MZM2工作在最大点MATP，MZM3工作在正交点QTP，MZM4工作在最大点MATP，X偏振主调制器工作在正交点QTP，Y偏振主调制器工作在正交点QTP。
(3)经DP-QPSK调制器调制后的已调光信号经25Km单模光纤SMF传输到接收端，调节PC1使光信号和本振光偏振方向一致。
(4)光本振经光分束器BS分为两路本振光，PC2使光信号和本振光偏振方向一致，并分别接入到上下两个90°光耦合器进行相干检测接收。
(5)上面的90°光耦合器的上面两个输出端口连接到平衡探测器BPD1，下面的两个输出端口连接到平衡探测器BPD2。下面的90°光耦合器的上面两个输出端口连接到平衡探测器BPD3，下面的两个输出端口连接到平衡探测器BPD4。
(6)BPD1输出的电信号、BPD2输出的电信号、BPD3输出的电信号和BPD4输出的电信号同时输入ADC进行采样并进行后续的相位噪声消除和基带解调。
本发明提出了一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法，该方法通过对DP-QPSK调制器施加4路不同频率的微波矢量信号进行调制，增大了通信容量，提高谱利用率。其结构简单，易于集成和易于跟WDM结合实现大容量通信系统。
本方案架构可以在保证系统简单的前提下，由于偏振复用其谱利用高，且操作简单，具有经济效应。适用大范围部署。
由于该方案易跟WDM结合，其系统可重构行强。
附图说明
图1为本发明一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法原理图。
图1(a)为本方案总的原理图；
图1(b)为图1(a)中在A点的强度调制和相位调制光信号的光谱。
图2为信号在数字信号处理前后的频谱图。
图2(a)为X偏振90度光耦合器的上两个输出经过BPD1检测之后得到的I(t)路的频谱，图中箭头指向的为频率范围为3.58GHz到3.61GHz的局部放大图。
图2(b)为X偏振态强度调制IM通道的频谱，图中箭头指向的为IM信号未消噪星座图。
图2(c)为X偏振态相位调制PM通道的频谱，图中箭头指向的为PM信号未消噪星座图；
图3为传输信号2.5Gbit/s 64QAM信号的EVM图。
图3(a)为BTB传输时X偏振态IM通道的星座图，此时信号EVM为5.59％；
图3(b)为BTB传输时X偏振态PM通道的星座图，此时信号EVM为3.65％；
图3(c)为BTB传输时Y偏振态IM通道的星座图，此时信号EVM为7.48％；
图3(d)为BTB传输时Y偏振态PM通道的星座图，此时信号EVM为5.97％；图4为四路微波矢量信号64QAM经25Km传输，其EVM随接收光功率变化的关系图。
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：
图1为4路微波矢量信号相干检测传输链路图。本方法包括激光器LD、矢量信号源、双偏振正交相移键控调制器DP-QPSK、单模光纤SMF、偏振控制器PC、90度光耦合器、偏振分束器PBS、平衡探测器BPD、模数转换器ADC、数字信号处理模块，其中DP-QPSK内部共集成两个DP-MZM，其中两个子调制器MZM1、MZM2内嵌在主调制器中。第一激光器LD1输出的连续光载波进入到DP-QPSK，射频电信号RF1、RF2、RF3、RF4分别输入到DP-QPSK的子调制器MZM1的射频输入端口，子调制器MZM2的输入端口，子调制器MZM3的射频输入端口，子调制器MZM4的射频输入端口，随后DP-QPSK输出的光信号经过25km SMF传输后经过第一偏振控制器PC1后输入到PBS进行偏振分束，然后X偏振态光信号输入到上90°光耦合器上输入端口，Y偏振态光信号输入到下90°光耦合器上输入口。第二激光器LD2输出的连续光载波经过第二偏振控制器PC2后输入到光分束器，经光分束器分为2路光信号，一路输入到上面的第一90°光耦合器的下输入端口，另一路输入到下面的第二90°光耦合器的下输入口。然后第一90°光耦合器的上面两个输出端口连接到第一平衡探测器BPD1，第一90°耦合器的下面两个输出端口连接到第二平衡探测器BPD2，同理对于下面的第二90°耦合器同样的操作。BPD1输出的电信号同时输入ADC，最后进行数字信号处理，进行消除相位噪声和频差，并进行数字基带解调。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：LD1发出波长为1552.11nm、线宽小于100kHz，光功率为14dBm的光波注入到DP-QPSK调制器。
步骤二：1GHz 50Msymbol/s 64QAM信号源通过功分器分为两路等功率电信号，分别加到DP-QPSK的MZM1和MZM2的射频口。2GHz 50Msymbol/s 64QAM信号源通过功分器分为两路等功率电信号，分别加到DP-QPSK的MZM2和MZM4的射频口。调整直流偏置电压，使得MZM1工作在正交点QTP，MZM2工作在最大点MATP，X偏振主调制器工作在最小点QTP，此时MZM2调制的IM信号等价于PM信号。同理调整直流偏置电压，使得MZM3工作在正交点QTP，MZM4工作在最大点MATP，Y偏振主调制器工作在最小点QTP，此时MZM4调制的IM信号等价于PM信号。
步骤三：经DP-QPSK调制的4路微波矢量信号经25Km单模光纤SMF传输到接收机。
步骤四：激光器LD2发出波长为1552.14nm，线宽为20KHz，功率为7.55dBm的光波经分束器BS分为两路本振光。
步骤五：调节PC1和PC2使信号光和本振光的偏振态一致。
步骤六：经90°耦合器输出的光信号，经BPD1，BPD2，BPD3，BPD4探测的4路电信号经ADC采样。
步骤七：经ADC采样的电信号，通过DSP算法消除其相位噪声，并进行基带解调。
步骤八：调节光衰减器，画随接收光功率变化的四路信号接收的EVM图。
综上，本发明实现了一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法，结构简单易于实现，频谱利用率高，算法复杂度低，易于WDM结合，其信道数灵活可重构。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，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，射频信号中心频率、调制格式、信号带宽、方案信道数、都可改变。这些等同变形和替换以及频率范围的调整也应视为本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法，本方法包括激光器LD、矢量信号源、双偏振正交相移键控调制器DP-QPSK、单模光纤SMF、偏振控制器PC、90度光耦合器、偏振分束器PBS、平衡探测器BPD、模数转换器ADC、数字信号处理模块，其中DP-QPSK内部共集成两个DP-MZM，其中两个子调制器MZM1、MZM2内嵌在主调制器中。第一、激光器LD1输出的连续光载波进入到DP-QPSK，射频电信号RF1、RF2、RF3、RF4分别输入到DP-QPSK的子调制器MZM1的射频输入端口，子调制器MZM2的输入端口，子调制器MZM3的射频输入端口，子调制器MZM4的射频输入端口，随后DP-QPSK输出的光信号经过25km SMF传输后经过第一偏振控制器PC1后输入到PBS进行偏振分束，然后X偏振态光信号输入到上90°光耦合器上输入端口，Y偏振态光信号输入到下90°光耦合器上输入口。第二、激光器LD2输出的连续光载波经过第二偏振控制器PC2后输入到光分束器，经光分束器分为2路光信号，一路输入到上90°光耦合器的下输入端口，另一路输入到下90°光耦合器的下输入口。然后90°光耦合器的上面两个输出端口连接到第一平衡探测器BPD1，90°耦合器的下面两个输出端口连接到第二平衡探测器BPD2，同理对于下面的90°耦合器同样的操作。BPD1输出的电信号同时输入ADC，最后进行数字信号处理，进行消除相位噪声和频差，并进行数字基带解调。
2.根据权利要求1所述的一种低复杂度偏振复用相干RoF链路的方法，其特征在于，如果跟WDM结合，N个波长光载波经DP-QPSK调制后经WDM耦合为1路光信号，在接收端经DWDM解复用，相干接收，可以得到大容量传输通信系统，可针对不同的传输速率的要求设计不同的信号带宽，设计不同的信道数，系统可重构。
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