CN213960081U - 一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，包括：光源接收机前端、数据处理装置、接收机信道均衡组件依次连接，从接收机信道均衡组件输出端引入噪声抑制增强组件后反馈至接收机信道均衡组件；该装置在接收端无需本振激光器的情况下对复数信号进行直接检测，并通过集成电路抑制载波插入直接检测所引入的SSBI干扰噪声，实现调制信号的场信号恢复，以便进一步对信道中相位相关的信道损伤进行补偿，提高接收机灵敏度和输出信号的信噪比，增加传输的容量距离积。

Description

一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置

技术领域

本实用新型涉及光通信直接检测接收机的信号检测与处理领域，具体涉及一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置。

背景技术

随着物联网和5G时代的来临，光通信尤其是短距光纤通信正部署在越来越多的场景，例如5G前传、后传，数据中心互联，城域网传输等，随着5G应用和短距光通信部署的增加，要求在进一步提高传输容量距离积的基础上保证尽可能低的网络建设成本。传统的相干光通信可以获得较大的传输容量和较远的传输距离，但是相干光通信设备和数据处理复杂，成本较高；而传统的非相干光通信一般利用信号的幅度信息进行传输，频谱利用率较低，传统非相干光通信的直接检测方式引入的噪声较大，信噪比低，可传输距离短。介于两者之间的自相干检测方式存在较高的信号-信号拍频干扰(Signal-Signal BeatingInterference，SSBI)噪声，也较难获得理想的传输容量距离积。

目前现有可用于短距或城域范围内的光通信技术中至少存在如下技术问题：

1.接收机采用本振激光器实现相干检测成本较高，频偏控制复杂，功耗较高；

2.接收机采用传统直接检测方式，无法检测场信号，只能接收强度调制信号；

3.接收机采用自相干接收方式存在信号-信号拍频干扰(Signal-Signal BeatingInterference，SSBI)噪声，降低了接收机灵敏度；

4.接收机采用载波插入加频率保护间隔的接收方式，频谱效率较低；

5.接收机采用K-K接收机或现有的载波插入检测方式，调制信号必须为SSB，电域的SE较低。

6.调制过程中信号的幅度大小不好控制。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，该装置在接收端无需本振激光器的情况下对复数信号进行直接检测，基于光源接收机前端、数据处理装置结构的改进，有效抑制了载波插入直接检测时所引入的SSBI干扰噪声，实现调制信号的场信号恢复，以便在数字域中进一步对信道中相位相关的信道损伤进行补偿，提高接收机灵敏度，增加传输的容量距离积。

本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型提供一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，包括：光源接收机前端、数据处理装置、接收机信道均衡组件依次连接，从接收机信道均衡组件输出端引入噪声抑制增强组件后反馈至接收机信道均衡组件；

所述光源接收机前端包括光电检测器、平衡检测器A和平衡检测器B；数据处理装置包括：隔直器A、隔直器B、自动增益控制器A、自动增益控制器B和匹配滤波器；

光电检测器的输出端连接隔直器A的输入端，隔直器A的输出端连接自动增益控制器A的输入端，平衡检测器A的输出端与平衡检测器B的输出端经加法器运算后连接至隔直器B，隔直器B的输出端连接自动增益控制器B的输入端，自动增益控制器A的输出端和自动增益控制器B的输出端经加法器运算后连接至匹配滤波器。

进一步优化方案为，光源接收机前端与数据处理装置连接，数据处理装置输出端与接收机信道均衡组件输入端通过加法器连接，接收机信道均衡组件输出端的引出端口与噪声抑制增强组件的输入端连接，噪声抑制增强组件输出端反馈至接收机信道均衡组件，噪声抑制增强组件输出端连接至数据处理装置输出端与接收机信道均衡组件之间的加法器中参与计算。

进一步优化方案为，所述光源接收机前端还包括：光分束器A、光纤延迟线、光分束器B、光混频电路、相移电路和加法器；

所述光分束器A输出端1与光纤延迟线输入端连接，光分束器A输出端2与光混频电路的输入端1相连，光纤延迟线输出端与光分束器B的输入端，光分束器B的输出端1与光混频电路的输入端2连接，光混频电路的输出端1连接至平衡检测器A的输入端，光混频电路的输出端2连接至平衡检测器B的输入端；平衡检测器B的输出端先连接相移电路后再接入加法器。

进一步优化方案为，光混频电路为90°光混频电路；相移电路为90°相移电路。

进一步优化方案为，所述噪声抑制增强组件包括SSBI干扰噪声组件和引入的相位噪声组件。

进一步优化方案为，所述噪声抑制增强组件可独立配置工作。

进一步优化方案为，输入光源接收机前端的光源中需要包含复数调制信号和插入的载波光信号。

本方案工作原理：为了实现接收端不采用相干检测方式，避免因相干检测或使用本振激光器带来较大的成本和功耗代价，发端在通过同相正交调制产生复信号的过程中通过光分束器或偏振分束器实现载波插入，得到载波插入信号，该载波信号从发射端伴随调制信号传输到接收端。接收端通过对载波插入信号进行延时处理形成差分信号，接收机通过光电转换得到的信号中包含引入的相位延时和SSBI干扰噪声，分别对相位延时和SSBI进行补偿，最后可以得到SSBI抑制后的输出信号，可以提高装置的信噪比，降低误码率，提升传输的容量距离积。该噪声抑制增强组件(模块)可单独配置，作为原接收机性能增强的升级组件。

现有技术中对光源接收机前端输出信号的处理方式是先过自动增益控制再隔直或者直接采用自动增益控制和隔直器为一体的设备，忽略了输出给后级的信号幅度偏小，而且幅度大小将由前级直流信号的大小决定，直流信号是不需要的，这导致后级处理信号的幅度大小不好控制，本方案采用自动增益控制器分别对探测器输出的电信号和光电检测器输出的电信号的功率按集成电路电平要求进行调整，并通过数字隔直器分别进行残余直流信号的滤除，先隔直信号，再过自动增益控制，保证了后级处理的信号幅度的稳定性。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型提供的一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，在接收端无需本振激光器的情况下对复数信号进行直接检测，并通过集成电路抑制载波插入直接检测所引入的SSBI干扰噪声，实现调制信号的场信号恢复，以便在数字域中进一步对信道中相位相关的信道损伤进行补偿，提高接收机灵敏度，增加传输的容量距离积；采用自动增益控制器分别对探测器输出的电信号和光电检测器输出的电信号的功率按集成电路电平要求进行调整，并通过数字隔直器分别进行残余直流信号的滤除，先隔直信号，再过自动增益控制，保证了后级处理的信号幅度的稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。

在附图中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为光源接收机前端结构示意图；

图3为噪声抑制增强组件结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

实施例1

如图1所示，一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，包括：光源接收机前端、数据处理装置、接收机信道均衡组件依次连接，从接收机信道均衡组件输出端引入噪声抑制增强组件后反馈至接收机信道均衡组件；

所述光源接收机前端包括光电检测器、平衡检测器A和平衡检测器B；数据处理装置包括：隔直器A、隔直器B、自动增益控制器A、自动增益控制器B和匹配滤波器；

光电检测器的输出端连接隔直器A的输入端，隔直器A的输出端连接自动增益控制器A的输入端，平衡检测器A的输出端与平衡检测器B的输出端经加法器运算后连接至隔直器B，隔直器B的输出端连接自动增益控制器B的输入端，自动增益控制器A的输出端和自动增益控制器B的输出端经加法器运算后连接至匹配滤波器。

光源接收机前端与数据处理装置连接，数据处理装置输出端与接收机信道均衡组件输入端通过加法器连接，接收机信道均衡组件输出端的引出端口与噪声抑制增强组件的输入端连接，噪声抑制增强组件输出端反馈至接收机信道均衡组件，噪声抑制增强组件输出端连接至数据处理装置输出端与接收机信道均衡组件之间的加法器中参与计算。

如图2所示，所述光源接收机前端还包括：光分束器A、光纤延迟线、光分束器B、光混频电路、相移电路和加法器；

光分束器A输出端1与光纤延迟线输入端连接，光分束器A输出端2与光混频电路的输入端1相连，光纤延迟线输出端与光分束器B的输入端，光分束器B的输出端1与光混频电路的输入端2连接，光混频电路的输出端1连接至平衡检测器A的输入端，光混频电路的输出端2连接至平衡检测器B的输入端；平衡检测器B的输出端先连接相移电路后再接入加法器。

光混频电路为90°光混频电路；相移电路为90°相移电路。

如图3所示，噪声抑制增强组件包括SSBI干扰噪声组件和引入的相位噪声组件。

噪声抑制增强组件可独立配置工作。输入光源接收机前端的光源中需要包含复数调制信号和插入的载波光信号。

实施例2

本实施例提供的基于单载波系统的载波插入直接检测装置，包括依次连通的接收机前端，数据处理装置，接收机信道均衡组件和噪声抑制增强组件。

本实施例的单载波系统的载波插入直接检测装置的运行步骤如下：

(1)首先输入接收机前端的信号光源中需要包含复数调制信号(IQ信号)和插入的载波光信号。

(2)信号光源首先进入接收机前端中的光分束器A，光分束器将光信号分为光信号A和光信号B。其中光信号A经光纤延迟线进行延时τ后得到延时后的光信号C。延时光信号C再通过光分束器B得到光信号D和光信号E；则延时前的光信号B与延时τ后的两路光信号D形成差分信号。光信号B和光信号D通过90°光混频器和平衡探测器A、平衡探测器B接收，最后输出带直流和部分干扰噪声的复数调制信号；另一路延时光信号E采用光电检测器进行直接接收。

平衡探测器A、平衡探测器B和光电检测器直接检测接收到的电信号并通过模数转换器将光信号转换成数字信号。

(3)为了适应后续的集成电路对接收到的数据进行处理，在进入集成电路进行信号处理前，采用自动增益控制器分别对探测器输出的电信号和光电检测器输出的电信号的功率按集成电路电平要求进行调整，并通过数字隔直器分别进行残余直流信号的滤除。为了进一步提高后续重构SSBI干扰噪声信号的准确度，采用匹配滤波器对信号进行滤波处理，提高信号的信噪比，降低信道干扰。

(4)对接收机前端引入的相位延时噪声进行补偿并重构SSBI干扰噪声实现SSBI噪声的抑制。该部分的SSBI干扰噪声抑制流程如下：

过程1：整个抑制过程采用自适应反馈环路实现。首先用匹配滤波器输出的信号减去重构的SSBI干扰噪声组件，得到无SSBI干扰噪声的信号。可假定重构的SSBI干扰噪声组件初始值为0，此时得到的“无SSBI干扰噪声的信号”实质上仍包含SSBI干扰噪声。

过程2：将“无SSBI干扰噪声的信号”输入信道均衡器中，结合引入的相位噪声组件输出的补偿相位，通过信道均衡器对该相位延时进行补偿。为提高干扰噪声重构的精度，此处的相位延时包括光纤延时线对光载波信号和调制信号这两部分的延时。该模块可以消除接收机信号接收过程中引入的相位延时。

过程3：在上述得到SSBI抑制和相位延时噪声补偿后的信号，该信号通过接收机信号均衡器进行均衡。之后，将均衡后的信号进行判决，判决得到的符号即为恢复出来的发端符号。由于在电路刚开始工作时，过程1所减去的噪声抑制增强组件中输出的重构SSBI噪声并不准确，因此，此处判决输出的符号也存在误差ΔS。

过程4：利用过程3中判决输出的符号按照SSBI干扰噪声的形成机理(S^*(t)S(t-τ)，其中S^*(t)表示发端符号，S(t-τ)表示接收机前端对发端符号延时τ后的符号)重构SSBI干扰项，由于过程3得到的符号并不完全准确，此处利用误差ΔS(ΔS：符号判决器输入输出信号的差值)和步进因子调节SSBI干扰项的反馈系数后，反馈到数据输入端，与输入信号相减，由此形成环路。最后当误差减小到设定阈值时，重构的SSBI干扰噪声即为直接检测引入的实际的SSBI噪声，与输入段数据相减即实现SSBI的噪声抑制，从而使输出的符号满足解调器处理要求。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，其特征在于，包括：光源接收机前端、数据处理装置、接收机信道均衡组件依次连接，从接收机信道均衡组件输出端引入噪声抑制增强组件后反馈至接收机信道均衡组件；

所述光源接收机前端包括光电检测器、平衡检测器A和平衡检测器B；数据处理装置包括：隔直器A、隔直器B、自动增益控制器A、自动增益控制器B和匹配滤波器；

光电检测器的输出端连接隔直器A的输入端，隔直器A的输出端连接自动增益控制器A的输入端，平衡检测器A的输出端与平衡检测器B的输出端经加法器运算后连接至隔直器B，隔直器B的输出端连接自动增益控制器B的输入端，自动增益控制器A的输出端和自动增益控制器B的输出端经加法器运算后连接至匹配滤波器。

2.根据权利要求1所述的一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，其特征在于，光源接收机前端与数据处理装置连接，数据处理装置输出端与接收机信道均衡组件输入端通过加法器连接，接收机信道均衡组件输出端的引出端口与噪声抑制增强组件的输入端连接，噪声抑制增强组件输出端反馈至接收机信道均衡组件，噪声抑制增强组件输出端连接至数据处理装置输出端与接收机信道均衡组件之间的加法器中参与计算。

3.根据权利要求1所述的一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，其特征在于，所述光源接收机前端还包括：光分束器A、光纤延迟线、光分束器B、光混频电路、相移电路和加法器；

所述光分束器A输出端1与光纤延迟线输入端连接，光分束器A输出端2与光混频电路的输入端1相连，光纤延迟线输出端与光分束器B的输入端，光分束器B的输出端1与光混频电路的输入端2连接，光混频电路的输出端1连接至平衡检测器A的输入端，光混频电路的输出端2连接至平衡检测器B的输入端；平衡检测器B的输出端先连接相移电路后再接入加法器。

4.根据权利要求3所述的一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，其特征在于，光混频电路为90°光混频电路；相移电路为90°相移电路。

5.根据权利要求1所述的一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，其特征在于，所述噪声抑制增强组件包括SSBI干扰噪声组件和引入的相位噪声组件。

6.根据权利要求5所述的一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，其特征在于，所述噪声抑制增强组件可独立配置工作。

7.根据权利要求1所述的一种载波插入单载波接收机的噪声抑制增强装置，其特征在于，输入光源接收机前端的光源中需要包含复数调制信号和插入的载波光信号。

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