CN117834037B - 一种pdm-dqpsk信号偏振解复用方法、系统及装置 - Google Patents
一种pdm-dqpsk信号偏振解复用方法、系统及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117834037B CN117834037B CN202410245705.3A CN202410245705A CN117834037B CN 117834037 B CN117834037 B CN 117834037B CN 202410245705 A CN202410245705 A CN 202410245705A CN 117834037 B CN117834037 B CN 117834037B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- signals
- path
- polarization
- pdm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 166
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 title description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 title description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 claims abstract description 71
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 53
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 claims abstract description 20
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 31
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 15
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 14
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000203 accumulation affect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明涉及一种PDM‑DQPSK信号偏振解复用方法、系统及装置，包括：将经过传输的PDM‑DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的信号分量，将h、v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到两组差分信号；同时对h、v路信号分量分别进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率；将基于PDM‑DQPSK信号的训练序列得到的第一组参考信号作为初始值，利用上一组信号进行场恢复，迭代恢复下一组信号，直到恢复出所有信号，对去共轭后的信号进行偏振解复用，得到恢复后的发送信号序列。本发明在电域进行偏振追踪和解偏振复用，相比现有技术，利用更少数目的光混频器和平衡探测器使得接收机结构更加简单，降低数字信号处理的复杂度，进一步减少成本。
Description
技术领域
本发明涉及信号解复用技术领域，尤其是指一种PDM-DQPSK信号偏振解复用方法、系统及装置。
背景技术
相干技术能够很好地利用光的偏振、频率、相位等多维度资源，从而获得高频谱效率和高接收灵敏度，并且能够结合数字信号处理技术(DSP)对高速率光纤传输链路中产生的色散(CD)、衰减和非线性等信号损伤进行补偿。相干技术已经广泛被应用在长距光纤传输系统当中，但相干传输系统中一般需要窄线宽激光器用以确保接收信号和远端本振能较好地进行相干接收。对于中短距光纤传输场景，高成本、高设计复杂度以及DSP在可插拔光模块中功耗占比较高，都阻碍传统相干技术的直接应用。因此，简化相干成为下一代高性能低成本的中短距光纤传输扩展网络容量，是提升通信质量的重要研究方向。
在各种不同的简化相干解决方案中，自零差相干检测(SHCD)和差分自相干检测(DSCD)因为其简单的收发架构和接收端DSP算法的巨大简化空间，成为了简化相干中两个最具有潜力的研发方向。
图1提供了一种双向传输SHCD方案，由于光信号和远端本振是经过不同的光纤同向传输到接收端，为了通过这两根光纤实现双向传输，需要在收发机中使用光环形器或者光滤波器进行传输方向限制。同时为了避免同向传输的光波之间由于受激布里渊散射导致系统性能退化，两个收发机需要工作在不同的波长，并且要为其预留足够的波长间隔。因此，SHCD方案需要使用两个波长资源来实现双向通信，相比传统相干系统会占用更多宝贵的波段资源。此外，SHCD方案目前存在对传输路径不匹配容忍度低和光域偏振追踪速度慢这一性能瓶颈问题。
作为自相干检测的另一种解决方案，DSCD的系统框图如图2所示。DSCD发射差分正交相移键控信号(DQPSK)，在接收端进行差分检测，不需要本地窄线宽激光器。同时DSCD还可以结合偏振复用技术，同时在两个偏振上传输信息，提高传输容量和频谱效率。由于该方案基于差分信号进行传输，接收端进行差分检测提取相对相位，在这个过程中会使部分线性损伤变成非线性损伤，导致传统相干检测系统中的数字域偏振解复用算法性能的极大退化甚至失效。
现有的基于双偏振差分正交相移键控信号(PDM-DQPSK)的主流DSCD系统接收机结构如图3所示，首先在发射端发射双偏振信号，由于光纤折射效应，偏振复用信号的偏振态经过光纤传输后会发生偏振旋转，然后通过偏振控制器(PC)来调整旋转后的双偏振信号的偏振态，调整后的偏振信号经过偏振分束器(PBS)分离成两个正交的信号分量，再通过差分检测来提取信息，信号通过平衡探测器(BD)分别输出两个偏振方向上信号的实部和虚部。但是由于该方案是在光域进行偏振态的追踪和调整，对目前已有的技术和器件提出较大的挑战，结果是追踪速度受限，系统性能难以进一步提高。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中利用偏振控制器(PC)在光域进行追踪速度偏慢且接收端噪声积累影响性能的问题，本发明提供了一种PDM-DQPSK信号偏振解复用方法、系统及装置，所述偏振解复用方法的步骤包括：
S1：将经过传输的PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到两组差分信号；同时对所述h路信号分量和所述v路信号分量分别进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率；
S2：将基于所述PDM-DQPSK信号的训练序列得到的第一组参考信号作为初始值，通过所述两组差分信号和所述h、v两路正交偏振方向上的信号功率，得到第二组信号，利用上一组信号进行场恢复，迭代恢复出下一组信号，直到恢复出所有信号，通过去共轭得到去共轭后的所有信号，对所述去共轭后的所有信号进行偏振解复用，得到恢复出来的发送信号序列。
在本发明的一个实施例中，所述第一组参考信号是根据所述PDM-DQPSK信号的训练序列最后一组信号通过估计信道旋转矩阵计算后得到的。
在本发明的一个实施例中，所述估计信道旋转矩阵的获取方法为：
在放大器自发辐射噪声场景下，定义一个长度为m的训练序列，在所述PDM-DQPSK信号的星座图中任意选择一个星座点作为所述训练序列的最后一组信号/>，训练序列中其他组信号取值为0或1；
训练序列经过光载波调制后得到光信号，光信号/>经过光纤传输发生偏振旋转，同时引入光噪声，令信道旋转矩阵/>，则接收到h、v两路正交偏振方向上索引位置为k的训练序列/>：
，
其中，表示对应索引位置k的训练序列的h路信号分量；/>表示对应索引位置k的训练序列的v路信号分量；/>、/>表示h、v两路偏振方向上的对应索引位置k的训练序列所携带的放大器自发辐射噪声；k取1~m之间的整数；
将接收到的训练序列的h路信号分量和v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到训练序列的差分信号和/>：
，/>；
基于所述训练序列的差分信号和/>，得到估计信道旋转矩阵/>。
在本发明的一个实施例中，所述第一组参考信号：
，其中，/>为估计信道旋转矩阵；/>为训练序列的最后一组信号。
在本发明的一个实施例中，所述所有估计信号的获取方法包括：
基于第一组参考信号，根据接收到的差分信号/>、/>以及引入的额外项，即信号功率/>、/>，恢复出第二组估计信号/>的共轭/>：
，
，
其中，n h2、n v2分别表示h、v偏振方向上的第二组光信号所携带的放大器自发辐射噪声；[x1,y1]、[x2,y2]分别表示发送信号序列发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向上的第一组光信号和第二组光信号；
利用上一组估计信号进行场恢复，迭代恢复出下一组估计信号，直到恢复出所有估计信号。
在本发明的一个实施例中，所述恢复出来的发送信号序列的获取方法为：
由于估算出的每组估计信号在h、v两路偏振方向上仅有与第一组参考信号相关的干扰项和/>，通过使干扰项的值趋近于1，利用恒模算法对去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，获得偏振旋转之前的信号的估计值，对所述偏振旋转之前的信号进行差分解码，得到恢复出来的发送信号序列。
在本发明的一个实施例中，所述去共轭后的所有估计信号是利用第k组估计信号的共轭表达式将所有估计信号恢复出来，同时对所有估计信号进行去共轭得到的，其中所述第k组估计信号的共轭/>为：
，
其中，θ表示实际信道旋转矩阵的方位角；表示估计信道旋转矩阵的方位角；[xk,yk]表示发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向的光信号；nhk、nvk分别表示h、v偏振方向上的第k组光信号所携带的放大器自发辐射噪声；[x1,y1]表示发送信号序列发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向上的第一组光信号，也对应于训练序列的最后一组信号。
基于同一发明构思，本发明还提供一种PDM-DQPSK信号偏振解复用系统，包括以下模块：
信号光域差分接收模块，用于将经过传输的PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，经过接收端的平衡光电探测器获得两组差分信号；同时将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别通过光电探测器进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率；
信号解复用模块，用于将基于所述PDM-DQPSK信号的训练序列得到的第一组参考信号作为初始值，利用递归算法通过所述两组差分信号和所述h、v两路正交偏振方向上的信号功率，得到第二组估计信号，利用上一组估计信号进行场恢复，迭代恢复出下一组估计信号，直到恢复出所有估计信号，通过去共轭得到去共轭后的所有估计信号，对去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，得到恢复出来的发送信号序列。
本发明还提供一种PDM-DQPSK信号偏振解复用装置，包括所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用系统、发送端和接收端；其中，所述发送端将所述PDM-DQPSK信号经过光纤信道发送到接收端，所述接收端包括偏振分束器、与所述偏振分束器连接的光电耦合器、与所述光电耦合器连接的多个延迟干涉模块、多个平衡光电探测器和光电探测器，每个延迟干涉模块对应连接两个平衡光电探测器。
在本发明的一个实施例中，所述接收端通过所述PDM-DQPSK信号偏振解复用系统对所述PDM-DQPSK信号偏振解复用，其中，包括：所述接收端通过所述偏振分束器将所述PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，所述h路信号分量和所述v路信号分量分别经由所述光电耦合器处理之后，利用所述延迟干涉模块与延迟后的信号分量进行混频操作，经过所述平衡光电探测器获得两组差分信号；同时所述h路信号分量和所述v路信号分量分别通过光电探测器进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明在电域进行偏振解复用，实现快速的偏振跟踪，以更好的满足高速高性能的光纤传输要求，并且在电域对信号进行处理更利于集成化。
2、本发明通过改变接收机架构，解决了场重构算法导致的奇偶项呈现不同的倍数放大问题以及噪声积累影响性能的问题。
3、本发明通过改变接收机架构以及优化递归算法，解决了现有接收系统受信道旋转角度限制的问题。
4、本发明通过减少混频器件，增加简单的功率检测器件在保持性能水准的同时，进一步减少器件，降低成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是一种SHCD系统框图；
图2是一种DSCD系统框图；
图3是传统PDM-DQPSK偏振解复用接收机结构；
图4是本发明实施例中提供的一种PDM-DQPSK信号偏振解复用方法流程图；
图5是发明实施例中提供的一种改进后的PDM-DQPSK偏振解复用接收机结构；
图6是本发明实施例中提供的一种优化后的递归算法流程图；
图7是本发明实施例中背靠背(B2B)系统结构图；
图8是本发明实施例中B2B传输系统BER性能仿真曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
参照图4~6所示，本发明提供了一种PDM-DQPSK信号偏振解复用方法，包括以下步骤：
S1：将经过传输的PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到两组差分信号；同时对所述h路信号分量和所述v路信号分量分别进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率；
S2：将基于所述PDM-DQPSK信号的训练序列得到的第一组参考信号作为初始值，利用改进的递归算法通过所述两组差分信号和所述h、v两路正交偏振方向上的信号功率，得到第二组估计信号，利用上一组信号进行场恢复，迭代恢复出下一组估计信号，直到恢复出所有估计信号，通过去共轭得到去共轭后的所有估计信号，对所述去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，得到恢复出来的发送信号序列。
在S2中，所述第一组参考信号是根据所述PDM-DQPSK信号的训练序列最后一组信号通过估计信道旋转矩阵计算后得到的，其中所述第一组参考信号：
，其中，/>为估计信道旋转矩阵；/>为训练序列的最后一组信号。
其中，所述估计信道旋转矩阵的获取方法为：在放大器自发辐射（ASE）噪声场景下，定义一个长度为m的训练序列，在所述PDM-DQPSK信号的星座图中任意选择一个星座点作为所述训练序列的最后一组信号/>，训练序列中其他组信号取值为0或1；
训练序列经过光载波调制后得到光信号，光信号/>经过光纤传输发生偏振旋转，同时引入光噪声，令信道旋转矩阵/>，则接收到h、v两路正交偏振方向上索引位置为k的训练序列/>：
，
其中，表示对应索引位置k的训练序列的h路信号分量；/>表示对应索引位置k的训练序列的v路信号分量；/>、/>表示h、v两路偏振方向上的对应索引位置k的训练序列所携带的放大器自发辐射噪声；k取1~m之间的整数；
将接收到的训练序列的h路信号分量和v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到训练序列的差分信号和/>：
，/>；
基于所述训练序列的差分信号和/>，得到估计信道旋转矩阵/>。
例如，在ASE噪声场景下，定义一个长度为8的训练序列，如下表1所示，/>为固定设计的值，/>是在PDM-DQPSK信号的星座图中任意选择一个星座点作为所述训练序列的最后一组信号。
表1
训练序列经过光载波调制后得到光信号/>，如表2所示。
表2
调制后的光信号经过光纤传输发生偏振旋转，同时会引入光噪声，假设信道旋转矩阵为/>，如表3所示，则接收到h、v两路正交偏振方向上索引位置为k的训练序列/>，/>、/>表示h、v两路偏振方向上的对应索引位置k的训练序列所携带的ASE噪声，k取1~8之间的整数。
表3
将接收到的训练序列的h路信号分量和v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到训练序列的差分信号和/>如表4所示。
表4
取表4中六个等式组成方程组获得信道旋转矩阵的四个元素值：
其中，、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>表示h、v偏振方向上的对应索引位置的信号所携带的ASE噪声；
为了方便计算，假设光噪声为0，即将上述方程组化简为如下所示：
由于和/>是已知的，而矩阵元素C是未知的，因此通过上面的方程组可以估计出信道旋转矩阵/>：
。
在本实施例中，所述恢复出的所有估计信号的获取方法包括：基于第一组参考信号，根据接收到的差分信号/>、/>以及引入的额外项，即信号功率、/>，恢复出第二组估计信号/>的共轭/>：
，
，
其中，n h2、n v2分别表示h、v偏振方向上的第二组光信号所携带的ASE噪声；[x1,y1]、[x2,y2]分别表示发送信号序列发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向上的第一组光信号和第二组光信号；
利用上一组估计信号进行场恢复，迭代恢复出下一组估计信号，直到恢复出所有估计信号，通过取共轭得到恢复后的所有估计信号；其中，利用递归算法恢复出的第k组估计信号的共轭/>：
，
，
其中，θ表示实际信道旋转矩阵的方位角；表示估计信道旋转矩阵的方位角；[xk,yk]表示发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向的光信号；nhk、nvk分别表示h、v偏振方向上的第k组光信号所携带的ASE噪声；[x1,y1]表示发送信号序列发生偏振旋转之前的x、y两个偏振方向上的第一个光信号，也对应于训练序列的最后一组信号。
在S4中，所述恢复出来的发送信号序列的获取方法为：
利用第k组估计信号的共轭表达式将所有估计信号恢复出来，同时对所有估计信号进行去共轭，得到去共轭后的所有估计信号；
由于估算出的每组估计信号在h、v两路偏振方向上仅有与第一组参考信号相关的干扰项和/>，通过使干扰项的值趋近于1，利用恒模算法对所述去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，获得偏振旋转之前的估计信号，对所述偏振旋转之前的信号进行差分解码，得到恢复出来的发送信号序列。
下面通过一个关于背靠背(B2B)系统的具体实例来说明本发明的有益效果，该系统结构如图7所示。
首先，产生两段长度为的0、1比特序列，进行差分编码。然后将激光器的波长设置为1550nm，通过任意波形发生器(AWG)和双偏振同相正交调制器(PDM-IQM)将比特序列映射成产生长度为的28GBaud双偏振差分正交相移键控信号(PDM-DQPSK)。信号经过传输后，通过偏振分束器(PBS)分成两路正交偏振方向，然后通过偏振扰偏仪(polarizationscrambler)对传输的信号进行偏振方向的控制。通过增加掺铒光纤放大器(EDFA)增大发射信号的功率，补偿器件对信号造成的功率损失。然后通过耦合器(coupler)将h、v两路偏振方向上的光信号分成两部分信号分量，一部分信号分量通过延迟干涉模块，将信号分量与延迟后的信号分量进行混频操作，然后经过平衡光电探测器(BD)获得差分信号 、/>。同时另一部分信号分量分别通过光电探测器(PD)进行平方律检测，获得h、v两路偏振方向上的信号功率，即/>、/>。
通过示波器可将数据采集下来，进行DSP离线处理。首先将接收到的用于信道估计的训练序列通过做平均的方法来进一步减小噪声产生的影响，然后可以估算出偏振旋转矩阵。然后将训练序列的最后一组信号通过估计的信道旋转矩阵计算后获得一组旋转后的信号，获得优化后的递归算法需要的一组初始值，也是第一组参考信号：
，
其中，为估计信道旋转信号；/>为训练序列最后一组信号。
得到初始值后，便可以按照图6所提的递归算法结构进行，将后续所有的信号恢复出来，同时对所有信号进行去共轭获得所需要的信号。将这些信号通过后面的恒模算法(CMA)模块，通过调整CMA的抽头数、步长来实现最佳的偏振解复用功能，得到恢复出来的发送信号序列。在CMA模块后，通过载波相位恢复算法补偿星座图的旋转，然后对补偿后的信号通过硬判映射到QPSK的四个星座点上：。由于是发射的是DQPSK差分信号，所以要通过差分解码获得发射的原始比特信息流，最后进行误码率(BER)的计算。
图8为B2B传输系统的BER性能仿真曲线，CD-DQPSK是通过相干检测对DQPSK信号进行检测的理论仿真曲线，DSCD-DQPSK是通过差分自相干检测对DQPSK信号进行检测的理论仿真曲线，这三种情况下波特率均为28GBaud。图8中的三根重合在一起的线分别表示使用本发明所提出的方法在旋转角度为pi/5、pi/6和pi/7下的性能曲线，结果表明系统性能几乎不受旋转角度的影响，在BER为1E-03的时候，本发明所提出的方案比DSCD-DQPSK约有1.9dB的性能提升，并且性能逼近CD-DQPSK，很好地实现了偏振解复用的功能。
实施例二
基于与实施例一所述方法的同一发明构思，本发明还提供一种PDM-DQPSK信号偏振解复用系统，包括以下模块：
信号光域差分接收模块，用于将经过传输的PDM-DQPSK信号分离成两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，经过接收端的平衡光电探测器获得两组差分信号；同时将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别通过光电探测器进行平方律检测，获得两路正交偏振方向上的信号功率；
信号解复用模块，用于将基于所述PDM-DQPSK信号的训练序列得到的第一组参考信号作为初始值，利用递归算法通过所述两组差分信号和所述两路正交偏振方向上的信号功率，得到第二组估计信号，利用上一组估计信号进行场恢复，恢复出下一组估计信号，直到获取到所有估计信号，通过去共轭得到去共轭后的所有估计信号，对去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，得到恢复出来的发送信号序列。
实施例三
本发明还提供一种PDM-DQPSK信号偏振解复用装置，包括所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用系统、发送端和接收端；其中，所述发送端将所述PDM-DQPSK信号经过光纤信道发送到接收端，如图5所示，所述接收端包括偏振分束器、与所述偏振分束器连接的光电耦合器、与所述光电耦合器连接的多个延迟干涉模块、多个平衡光电探测器和光电探测器，每个延迟干涉模块对应连接一个平衡光电探测器。
在本实施例中，所述接收端通过所述PDM-DQPSK信号偏振解复用系统对所述PDM-DQPSK信号偏振解复用，其中，包括：所述接收端通过所述偏振分束器将所述PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，所述h路信号分量和所述v路信号分量分别经由所述光电耦合器处理之后，利用所述延迟干涉模块将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，经过所述平衡光电探测器获得两组差分信号；同时将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别通过光电探测器进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率。
从以上实施方式可以看出，本发明相比现有在光域进行偏振追踪，有更快的追踪速度和系统鲁棒性；相比现有电域偏振追踪及解复用系统，利用更少数目的光混频器和平衡探测器使得接收机结构更加简单，降低数字信号处理的复杂度，进一步减少成本。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请可采用在一个或多个其中包含有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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。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通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或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存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置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。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，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。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种PDM-DQPSK信号偏振解复用方法，其特征在于，包括：
S1：将经过传输的PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到两组差分信号；同时对所述h路信号分量和所述v路信号分量分别进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率；
S2：将基于所述PDM-DQPSK信号的训练序列得到的第一组参考信号作为初始值，通过所述两组差分信号和所述h、v两路正交偏振方向上的信号功率，得到第二组估计信号，利用上一组估计信号进行场恢复，迭代恢复出下一组估计信号，直到恢复出所有估计信号，通过去共轭得到去共轭后的所有估计信号，对所述去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，得到恢复出来的发送信号序列；
其中，所述第一组参考信号是根据所述PDM-DQPSK信号的训练序列的最后一组信号通过估计信道旋转矩阵计算后得到的，所述估计信道旋转矩阵的获取方法为：在放大器自发辐射噪声场景下，定义一个长度为m的训练序列，在所述PDM-DQPSK信号的星座图中任意选择一个星座点作为所述训练序列的最后一组信号/>，训练序列中其他组信号取值为0或1；
训练序列经过光载波调制后得到光信号，光信号/>经过光纤传输发生偏振旋转，同时引入光噪声，令信道旋转矩阵/>，则接收到h、v两路正交偏振方向上索引位置为k的训练序列/>：
，其中，/>表示对应索引位置k的训练序列的h路信号分量；/>表示对应索引位置k的训练序列的v路信号分量；/>、/>表示h、v两路偏振方向上的对应索引位置k的训练序列所携带的放大器自发辐射噪声；k取1~m之间的整数；
将接收到的训练序列的h路信号分量和v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到训练序列的差分信号和/>：
，/>；
基于所述训练序列的差分信号和/>，得到估计信道旋转矩阵/>。
2.根据权利要求1所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用方法，其特征在于：所述第一组参考信号：
，
其中，为估计信道旋转矩阵；/>为训练序列的最后一组信号。
3.根据权利要求1所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用方法，其特征在于：所述所有估计信号的获取方法包括：
基于第一组参考信号，根据接收到的差分信号/>、/>以及引入的额外项，即信号功率/>、/>，恢复出第二组估计信号/>的共轭/>：
，
，
其中，n h2、n v2分别表示h、v偏振方向上的第二组光信号所携带的放大器自发辐射噪声；[x1,y1]、[x2,y2]分别表示发送信号序列发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向上的第一组光信号和第二组光信号；
利用上一组估计信号进行场恢复，迭代恢复出下一组估计信号，直到恢复出所有估计信号。
4.根据权利要求3所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用方法，其特征在于：所述恢复出来的发送信号序列的获取方法为：
由于估算出的每组估计信号在h、v两路偏振方向上仅有与第一组参考信号相关的干扰项和/>，通过使干扰项的值趋近于1，利用恒模算法对去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，获得偏振旋转之前的信号的估计值，对所述偏振旋转之前的信号进行差分解码，得到恢复出来的发送信号序列。
5.根据权利要求4所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用方法，其特征在于：所述去共轭后的所有估计信号是利用第k组估计信号的共轭表达式将所有估计信号恢复出来，同时对所有估计信号进行去共轭得到的，其中所述第k组估计信号的共轭/>为：
，
，
其中，θ表示实际信道旋转矩阵的方位角；表示估计信道旋转矩阵的方位角；[xk,yk]表示发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向的光信号；nhk、nvk分别表示h、v偏振方向上的第k组光信号所携带的放大器自发辐射噪声；[x1,y1]表示发送信号序列发生偏振旋转之前的x、y两路偏振方向上的第一组光信号，也对应于训练序列的最后一组信号。
6.一种PDM-DQPSK信号偏振解复用系统，其特征在于，包括：
信号光域差分接收模块，用于将经过传输的PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，获得两组差分信号；同时将所述h路信号分量和所述v路信号分量分别进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率；
信号解复用模块，用于将基于所述PDM-DQPSK信号的训练序列得到的第一组参考信号作为初始值，利用递归算法通过所述两组差分信号和所述h、v两路正交偏振方向上的信号功率，得到第二组估计信号，利用上一组估计信号进行场恢复，迭代恢复出下一组估计信号，直到恢复出所有估计信号，通过去共轭得到去共轭后的所有估计信号，对去共轭后的所有估计信号进行偏振解复用，得到恢复出来的发送信号序列；
其中，所述第一组参考信号是根据所述PDM-DQPSK信号的训练序列的最后一组信号通过估计信道旋转矩阵计算后得到的，所述估计信道旋转矩阵的获取方法为：在放大器自发辐射噪声场景下，定义一个长度为m的训练序列，在所述PDM-DQPSK信号的星座图中任意选择一个星座点作为所述训练序列的最后一组信号/>，训练序列中其他组信号取值为0或1；
训练序列经过光载波调制后得到光信号，光信号/>经过光纤传输发生偏振旋转，同时引入光噪声，令信道旋转矩阵/>，则接收到h、v两路正交偏振方向上索引位置为k的训练序列/>：
，其中，/>表示对应索引位置k的训练序列的h路信号分量；/>表示对应索引位置k的训练序列的v路信号分量；/>、/>表示h、v两路偏振方向上的对应索引位置k的训练序列所携带的放大器自发辐射噪声；k取1~m之间的整数；
将接收到的训练序列的h路信号分量和v路信号分量分别与延迟后的信号分量进行混频操作，得到训练序列的差分信号和/>：
，/>；
基于所述训练序列的差分信号和/>，得到估计信道旋转矩阵/>。
7.一种PDM-DQPSK信号偏振解复用装置，其特征在于，包括如权利要求6所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用系统、发送端和接收端；其中，所述发送端将所述PDM-DQPSK信号经过光纤信道发送到接收端，所述接收端包括偏振分束器、与所述偏振分束器连接的光电耦合器、与所述光电耦合器连接的多个延迟干涉模块、多个平衡光电探测器和光电探测器，每个延迟干涉模块对应连接两个平衡光电探测器。
8.根据权利要求7所述的PDM-DQPSK信号偏振解复用装置，其特征在于：所述接收端通过所述PDM-DQPSK信号偏振解复用系统对所述PDM-DQPSK信号偏振解复用，其中，包括：所述接收端通过所述偏振分束器将所述PDM-DQPSK信号分离成h、v两路正交偏振方向上的h路信号分量和v路信号分量，所述h路信号分量和所述v路信号分量分别经由所述光电耦合器处理之后，利用所述延迟干涉模块与延迟后的信号分量进行混频操作，经过所述平衡光电探测器获得两组差分信号；同时所述h路信号分量和所述v路信号分量分别通过光电探测器进行平方律检测，获得h、v两路正交偏振方向上的信号功率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410245705.3A CN117834037B (zh) | 2024-03-05 | 2024-03-05 | 一种pdm-dqpsk信号偏振解复用方法、系统及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410245705.3A CN117834037B (zh) | 2024-03-05 | 2024-03-05 | 一种pdm-dqpsk信号偏振解复用方法、系统及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117834037A CN117834037A (zh) | 2024-04-05 |
| CN117834037B true CN117834037B (zh) | 2024-05-24 |
Family
ID=90511800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410245705.3A Active CN117834037B (zh) | 2024-03-05 | 2024-03-05 | 一种pdm-dqpsk信号偏振解复用方法、系统及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117834037B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112929124A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-08 | 北京科技大学 | 一种实现偏振复用信号的解偏与均衡的方法及系统 |
| CN117318830A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-29 | 江苏科大亨芯半导体技术有限公司 | 差分信号的光域差分接收和电域偏振解复用的方法及系统 |
-
2024
- 2024-03-05 CN CN202410245705.3A patent/CN117834037B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112929124A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-08 | 北京科技大学 | 一种实现偏振复用信号的解偏与均衡的方法及系统 |
| CN117318830A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-29 | 江苏科大亨芯半导体技术有限公司 | 差分信号的光域差分接收和电域偏振解复用的方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117834037A (zh) | 2024-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tsukamoto et al. | Coherent demodulation of 40-Gbit/s polarization-multiplexed QPSK signals with 16-GHz spacing after 200-km transmission | |
| JP5437858B2 (ja) | 光伝送システム | |
| Taylor | Coherent detection method using DSP for demodulation of signal and subsequent equalization of propagation impairments | |
| US20080025733A1 (en) | Optical differential phase shift keying receivers with multi-symbol decision feedback-based electro-optic front-end processing | |
| Gui et al. | Real-time demonstration of 600 Gb/s DP-64QAM SelfHomodyne coherent bi-direction transmission with un-cooled DFB laser | |
| US8538278B2 (en) | Superimposed training and digital filtering coherent optical receivers | |
| CN105103508A (zh) | 从正交相移键控调制光信号恢复数据 | |
| US11799560B2 (en) | Asymmetric direct detection of optical signals | |
| CN105281862A (zh) | 一种偏振复用直接检测系统及方法 | |
| CN106788704A (zh) | 基于同步序列的少模光纤模间延时的测量系统及方法 | |
| CN107634814A (zh) | 一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法 | |
| CN107078982A (zh) | 数字相干光接收器的色散估计 | |
| Rademacher et al. | Experimental investigation of a 16-dimensional modulation format for long-haul multi-core fiber transmission | |
| KR101931957B1 (ko) | 편광 다중 광전송을 위한 시편광 코딩을 이용한 광 전송 방법 및 시스템 | |
| CN109842448B (zh) | 基于反转4ppm线路编码的正交调制标签方法 | |
| CN117834037B (zh) | 一种pdm-dqpsk信号偏振解复用方法、系统及装置 | |
| CN117318830A (zh) | 差分信号的光域差分接收和电域偏振解复用的方法及系统 | |
| Zhang et al. | 224-Gb/s 16QAM SV-DD transmission using pilot-assisted polarization recovery with integrated receiver | |
| CN102118337B (zh) | 相位调制格式信号再生方法及装置 | |
| CN204156870U (zh) | 一种基于Stokes参量的直接接收装置 | |
| Luo et al. | Demonstration of 10-Gb/s, 5-GHz spaced coherent UDWDM-PON with digital signal processing in real-time | |
| US11184086B1 (en) | Recovery of phase-modulated data from an optical signal via intensity measurements | |
| Huo et al. | Theoretical and numerical analyses for PDM-IM signals using Stokes vector receivers | |
| CN113595641A (zh) | 一种基于ma-dbp算法的光纤非线性均衡方法 | |
| CN101677258B (zh) | 偏振复用信号的接收方法、装置及偏振复用系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |