CN214045643U - 奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，包括串并转换器、奈奎斯特差分正交振幅调制器、升余弦脉冲产生器、多个信号放大器、多个信号偏置器以及双通道光电调制器；串并转换器接收数字基带信号并转换成并行通信的数字信号输出至奈奎斯特差分正交振幅调制器，奈奎斯特差分正交振幅调制器向两个升余弦脉冲产生器输出信号，每一升余弦脉冲产生器输出的脉冲信号依次经过信号放大器、信号偏置器后输出至双通道光电调制器，多个双通道光电调制器输出的光信号经过合光后输出。本实用新型能够降低信号放大器、信号偏置器等器件的性能要求，从而降低信号发生装置的生产成本。

Description

奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生 装置

技术领域

本实用新型光学通信的技术领域，具体地，是涉及一种奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置。

背景技术

新一代通信技术是当前科技研究的重点技术，伴随着数据中心的大规模部署和基于云服务流量的持续增长，对网络带宽提出了巨大的需求。当前，网络通信运营商正在寻求更先进的光传输和光网络解决方案，以增加其网络容量。光网格技术将传统的ITU网格逐步向具有细粒度频谱的更高弹性光网格网络演进，这种技术通过按需频谱分配和实施先进的自适应调制格式，显著的提高频谱效率、提升网络的总体容量。此外，几个级联的子信道组成的超级信道，更能建立支持新的超级高带宽需求。

微波光子学是一种光子与射频相结合的信息交叉学科，其有效利用了光纤的低损耗、高带宽、抗干扰和微波无线的传输特性来解决传统的光纤通信向毫米波频段发展中的“瓶颈”问题。利用微波光子技术构建相位同步的多波长光梳，可为超高速信息传送提供频带宽度可调的“颗粒度”较小的“透明载体”，进而为新一代智能光网络提供高弹性光网格解决方案。

高阶正交振幅调制、相干调制与检测以及多载波技术，例如正交频分复用(OFDM)和奈奎斯特波分复用(Nyquist-WDM)技术在光传输技术中得到了广泛的研究。随着这些技术的进一步发展，将逐渐向城域网和接入网领域“渗透”。这些技术除了提供更高的数据传输速率和光谱效率，还可以支持弹性光网格网络配置，其在发射端可以自适应地为每个信道选择合适光谱效率和比特率，从而进一步改善光网络总的光频谱效率。在弹性光网格网络中，光谱被分成多个小的“模块”，例如50GHz、25GHz、12.5GHz等，然后根据带宽和波长的要求分配给每个信道，以此来提高光谱利用效率和信息传输容量。然而，弹性光网格网络必须处理好诸如光谱碎片、潜在波长冲突和激光光源频移等问题，对于该问题，在光连接节点上部署信道变换器可以作为一种有效的解决方案。光节点信道变换器能够做到光谱碎片整理及消除激光光源频移问题，从而避免了激光位移的不利因素产生。波长信道变换器避开波长冲突，大大增加了路由和频谱分配策略的灵活性。

由于波长转换器通常具有波长依赖性，在弹性网格光网络的波长转换中，需要权衡传输速率和频谱效率这对矛盾。在弹性光网格WDM系统中，由于波长转换器的典型表现是波长的相关性，这使得其同时追求高比特率和高频谱效率的整体要求变得复杂。波长变换存在的这些可以预知的“矛盾”，可以通过路由和频谱分配算法来应对同时具有先进调制格式、多波长技术和光网格存在的“复杂场景”。与正交频分复用(OFDM)调制相比，奈奎斯特多载波调制具有更好的非线性容限和更低的峰均功率比(PAPR)。奈奎斯特波分复用的波长信道变换对于弹性光网格网络比较有效。然而，SOA对光学器件提出了极高窄带滤波的要求(如：12.5GHz等)，信道变换后的传输速率及频谱效率有待进一步大幅度提升(如：25GHz带宽的弹性光网格承载速率为40Gbps、37.5GHz带宽的弹性光网格承载速率为100Gbps、75GHz带宽的弹性光网格承载速率为200Gbps、125GHz带宽的弹性光网格承载速率为400Gbps)；并且，这种技术在光域损伤方面没有给出可靠的数字域补偿应对方案，进而影响了系统比特速率和频谱效率的大幅提升。

另一方面，由于传输速率的提升，对使用的器件也提出了非常高的要求，传输速率越高，器件的性能要求也越高，相应的生产成本也成倍增加，导致弹性网格光网络技术的应用成本过高，不利于工业化应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够降器件性能要求且降低成本的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置包括串并转换器、奈奎斯特差分正交振幅调制器、升余弦脉冲产生器、多个信号放大器、多个信号偏置器以及双通道光电调制器；串并转换器接收数字基带信号并转换成并行通信的数字信号输出至奈奎斯特差分正交振幅调制器，奈奎斯特差分正交振幅调制器向两个升余弦脉冲产生器输出信号，每一升余弦脉冲产生器输出的脉冲信号依次经过信号放大器、信号偏置器后输出至双通道光电调制器，多个双通道光电调制器输出的光信号经过合光后输出。

由上述方案可见，通过串并转换器接收数字基带信号并转换成并行通信的数字信号，可以降低数字基带信号的通信速率，奈奎斯特差分正交振幅调制器处理的数字信号的速率降低。并且，由于奈奎斯特差分正交振幅调制器向两个升余弦脉冲产生器输出信号，因此，升余弦脉冲产生器所处理的数字信号的速率将进一步降低，从而降低升余弦脉冲产生器等器件的性能要求，进而降低奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置的生产成本。

一个优选的方案是，该信号发生装置还包括连续光波激光器，连续光波激光器向双通道光电调制器输出光信号。

由此可见，通过连续光波激光器向双通道光电调制器输出光信号，使得双通道光电调制器接收到连续的光信号，满足对光信号调制的工作要求。

进一步的方案是，每一升余弦脉冲产生器输出两路脉冲信号，每一路脉冲信号依次经过一个信号放大器与一个信号偏置器。

可以见，由于升余弦脉冲产生器输出每一路脉冲信号的速率要求降低，可以使用成本较低的信号放大器与信号偏置器进行信号放大、信号偏置的操作，从而降低信号发生装置的生产成本。

更进一步的方案是，一个升余弦脉冲产生器输出两路脉冲信号经过放大、偏置后输入至同一个双通道光电调制器。

由此可见，双通道光电调制器接收来自同一个升余弦脉冲产生器输出两路脉冲信号，相当于在双通道光电调制器内进行合光调制的操作，将升余弦脉冲产生器分开的两路信号合并处理，满足通信的要求。

更进一步的方案是，双通道光电调制器的数量为四个，其中两个双通道光电调制器输出的信号经过90°相移后合光。

更进一步的方案是，经过相移后的光信号与另一个双通道光电调制器输出的未经过相移的光信号合光。

由于奈奎斯特差分正交振幅调制器输出的两路信号的相位相差90°，因此，合光前将其中一路信号的相位进行90°的相移，使得合光后的信号满足通信的要求。

更进一步的方案是，连续光波激光器输出的光信号经过分光器后输出至四个双通道光电调制器。

由此可见，多个双通道光电调制器接收到相同的光信号，即光信号的频率相同，确保后续的计算准确性。

更进一步的方案是，双通道光电调制器为双通道马赫曾德尔光电调制器，更进一步的，串并转换器向两个奈奎斯特差分正交振幅调制器输出数字信号。

附图说明

图1是基于微波光子学的多信道变换原理示意图。

图2是应用本实用新型实施例的基于微波光子的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的结构图。

图3是本实用新型奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置实施例的结构图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的是一种基于微波光子的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置，该装置通过对光信号的调制形成多波长的光信号，并且通过滤波器选择特定波长的光信号进行处理，从而实现光波长的选择，也就是实现了信道变换。本实用新型的信号发生装置就是一种产生光信号的发生装置，所产生的光信号用于被射频信号调制。

微波光子信号处理是信道变换的前提和基础，本实施例中，相位同步锁定的多波长光信号的产生主要由射频信号通过双通道马赫-增德尔调制器(DMZM)调制窄带激光光波来实现，然后通过非对称射频相移处理、合理的参数配置、脉冲整形滤波来获得所需光信道，其原理如图1所示。

中心频率为15GHz至36GHz的射频(RF)信号从可调谐射频信号发生器(TRFG)11输出后，通过消光比为15dB、转换偏置电压和转换射频电压均为4V、插入损耗为5dB、偏置电压-1和偏置电压-2均为0V的双通道光电调制器13，双通道光电调制器13还接收激光发生器12输出的激光信号，通过射频信号对激光信号进行调制，获得调制中心频率为194.1THz、线宽为1MHz的窄带激光光波信号，如图1中右侧的多个信道的激光光波信号。此时，双通道光电调制器13的输出端形成由多个光波信道组成的已调光子载波信号，这些波长信道间隔与RF调制信号的频率相同。因此，可以通过配置可调谐射频信号发生器11的频率，获得信道间隔从15GHz到36GHz不等的多波长光信号。

参见图2，本实施例的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置包括数字基带信号发生器21、串并转换器22、连续光波激光器23、两个奈奎斯特差分正交振幅调制器24、25，还包括可调射频信号发生器30、四个第一双通道光电调制器、第二双通道光电调制器31、光纤放大器32、噪声发生器33、本地振荡激光器34、光学滤波器35、光子相干接收探测模块36以及数字信号处理器37，四个第一双通道光电调制器分别是第一双通道光电调制器26、27、28、29。本实施例中，第一双通道光电调制器与第二双通道光电调制器均为双通道马赫曾德尔光电调制器。需要说明的是，图2中虚线箭头表示的电信号的信号流，实线箭头表示的光信号的信号流。

从图2可见，数字基带信号发生器21产生数字基带信号被串并转换器22所接收，将串行通信的数字信号转换成并行通信的数字信号。例如，串并转换器22将所接收的数字基带信号分成两路并行的数字信号并分别输出至两个奈奎斯特差分正交振幅调制器24、25中。

奈奎斯特差分正交振幅调制器24、25对所接收到的信号进行差分正交振幅调制，每一个奈奎斯特差分正交振幅调制器向两个第一双通道光电调制器输出信号。例如，奈奎斯特差分正交振幅调制器24向第一双通道光电调制器26、27输出信号，并且，奈奎斯特差分正交振幅调制器向每一个第一双通道光电调制器均输出两路信号，其中一路信号为I信号，另一路信号为Q信号，I信号与Q信号的相位相差90°。从图2可见，奈奎斯特差分正交振幅调制器24向第一双通道光电调制器26、27均输出两路信号。相同的，奈奎斯特差分正交振幅调制器25向第一双通道光电调制器28、29均输出两路信号。

另外，连续光波激光器23也向四个第一双通道光电调制器26、27、28、29输出连续的光信号，因此，四个第一双通道光电调制器26、27、28、29接收到相同的光信号，即光信号的波长相同。每一个第一双通道光电调制器使用奈奎斯特差分正交振幅调制器输出的电信号对光信号进行调制，但由于I信号与Q信号的相位不同，因此，调制后获得的信号并不相同。

两个奈奎斯特差分正交振幅调制器24、25需要对信号进行差分正交振幅调制输出至四个第一双通道光电调制器26、27、28、29，但由于奈奎斯特差分正交振幅调制器24、25输出的信号波形不够规整，并且会出现信号功率过小等情况，往往需要对奈奎斯特差分正交振幅调制器24、25输出的信号进行整形、放大以及偏置处理。

参见图3，串并转换器22将两路并行通信的数字信号分别输出至两个奈奎斯特差分正交振幅调制器24、25后，奈奎斯特差分正交振幅调制器24输出两路信号，分别是I信号以及Q信号，并分别输出至多进制的升余弦脉冲产生器(MRCP Generator)51、52进行波形整形处理。以升余弦脉冲产生器51为例，其输出两路信号，其中一路信号输出至信号放大器EG1进行信号放大处理，经过放大后的信号再输入至信号偏置器EB1进行信号偏置处理，例如对电信号添加偏置电压，经过偏置处理的信号输入至第一双通道光电调制器26。升余弦脉冲产生器51输出的另一路信号则依次经过信号放大器EG2进行放大处理以及经过信号偏置器EB2进行信号偏置处理后，输入至第一双通道光电调制器26。

相同的，升余弦脉冲产生器52输出两路信号，其中一路信号依次经过信号放大器EG3、信号偏置器EB3后输出至第一双通道光电调制器27，另一路信号依次经过信号放大器EG4、信号偏置器EB4后输出至第一双通道光电调制器27。

奈奎斯特差分正交振幅调制器25输出的两路信号分别输入至升余弦脉冲产生器53、54，其中，升余弦脉冲产生器53输出两路信号，其中一路信号依次经过信号放大器EG5、信号偏置器EB5后输入至第一双通道光电调制器28，另一路信号依次经过信号放大器EG6、信号偏置器EB6后输入至第一双通道光电调制器28。相同的，升余弦脉冲产生器54输出两路信号，其中一路信号依次经过信号放大器EG7、信号偏置器EB7后输入至第一双通道光电调制器29，另一路信号依次经过信号放大器EG8、信号偏置器EB8后输入至第一双通道光电调制器29。

可见，同一个升余弦脉冲产生器输出的两路信号分别经过放大以及偏置处理后，输出至同一个第一双通道光电调制器，这样，可以确保一个第一双通道光电调制器接收来自同一个升余弦脉冲产生器输出的信号，相当于通过第一双通道光电调制器对同一个升余弦脉冲产生器分开的两路信号进行合光处理。

由于本实施例设置了四个第一双通道光电调制器26、27、28、29，因此，连续光波激光器23输出的光信号先经过分光器41分成两路光信号后，每一路光信号再经过光耦合器进行分光，例如其中一路光信号经过光耦合器CP1分成两路光信号并分别输出至第一双通道光电调制器26、27，另一路光信号经过光耦合器CP2分成两路光信号并分别输出至第一双通道光电调制器28、29。

第一双通道光电调制器利用接收到的电信号对光信号进行调制形成第一调制信号后，四个第一双通道光电调制器26、27、28、29输出的信号需要进行合光处理。由于第一双通道光电调制器26、27是应用源自于奈奎斯特差分正交振幅调制器24输出的I信号、Q信号作为调制信号，由于I信号、Q信号存在相位差，因此，第一双通道光电调制器27输出的信号需要先经过相移处理，例如经过90°的相移后，再与第一双通道光电调制器26输出的光信号进行合光。从图3可见，第一双通道光电调制器26输出的光信号与第一双通道光电调制器27输出的光信号进行相移后输入至光耦合器CP3进行合光。

相同的，第一双通道光电调制器28输出的光信号与第一双通道光电调制器29输出的光信号进行相移后输入至光耦合器CP4进行合光，光耦合器CP3、CP4输出的光信号最后经过合光器48合光后输出，并输入至第二双通道光电调制器31。

本实施例中，第二双通道光电调制器仅设置一个，并且四个第一双通道光电调制器26、27、28、29均向第二双通道光电调制器31输出第一调制信号，同时，第二双通道光电调制器31还接收可调射频信号发生器30输出的信号。四个第一双通道光电调制器26、27、28、29输出的第一调制信号进行合光后输入至第二双通道光电调制器31，因此，第二双通道光电调制器31接收到的光信号包含有四个第一双通道光电调制器26、27、28、29的第一调制信号，合光后的光信号被可调射频信号发生器30输出的射频信号所调制，从而形成多个信道的光信号，该光信号就是第二调制信号，不同信道的光信号均有不同的波长。本实施例中，从第二双通道光电调制器31输出的第二调制信号与合光获得的光信号具有相位同步的特征，且多波长的信道间隔与射频调制信号的频率相同。通过调整可调射频信号发生器30输出的射频信号幅度可以抑制第二双通道光电调制器31输出的多波长光信号的幅度。另外，通过配置第二双通道光电调制器31的参量、调整射频调制信号的频率及幅度可以得到合适的多波长光信号，并能做到抑制一些不需要的光信号波长。本实施例中，通过调整射频调制信号的频率，可以获得从15GHz到36GHz中任意频率间隔的多波长光谱。

第二双通道光电调制器31向光纤放大器32输出第二调制信号，本实施例中，光纤放大器32为掺饵光纤放大器，光纤放大器32将接收到的光信号进行放大。

光纤放大器32输出的光信号被光学滤波器35接收，本实施例中，光学滤波器35为矩形光学滤波器，用于将特定波长的光信号滤出，也就是只有特定波长的光信号才能够通过光学滤波器35，其他波长的光信号无法通过光学滤波器35。

由于实际通信中光信号传输受到环境的干扰，为了更加真实的模拟实际情况，本实施例中设置了噪声发生器33，优选的，噪声发生器33为高斯分布光学白噪声发生器，向光纤放大器32输出的光信号中增加高斯分布光学白噪声，这些噪声也会进入到光学滤波器35。本实施例针对中心波长为194.24T赫兹的光信号进行过滤，也就是中心波长为194.24T赫兹的光信号可以通过光学滤波器35。

当然，实际应用时，可以根据需要调节光学滤波器35的参数，从而调节通过光学滤波器35的光信号的波长。这样，如果某一信道出现故障，可以通过调节光学滤波器35的参数改变输出的光信号的中心波长，从而避开出现故障的信道，满足通信的要求。

光学滤波器35将预设波长的信号过滤后向光子相干接收探测模块36输出信号，光子相干接收探测模块36还接收本地振荡激光器34输出的光信号，利用本地振荡激光器34输出的光信号与光学滤波器35输出的光信号进行光子相干处理后，向数字信号处理器37输出电信号。

具体的，本实施例中，奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置的传输速率配置为112Gbps，传输序列长度配置为524288比特，每比特抽样配置为4，数字基带信号发生器21的伪随机序列长度配置为2¹⁵-1，并且，可调射频信号发生器30输出的射频信号幅度为10.2a.u，掺饵光纤放大器32的增益为25dB、噪声系数为4dB。并且，第一双通道光电调制器的参数配置不同于第二双通道光电调制器的参数配置。例如，每一个第一双通道光电调制器消光比为60dB、转换直流电压和转换射频电压分比为3V、插入损耗为5dB、两个偏置电压都设置为0V。

由于本实施例采用了串并转换器将串行数据转换成并行数据进行传输，可以大幅度提高数据传输的容量，使数据传输的比特速率和频谱效率均得到提升。并且，由于奈奎斯特差分正交振幅调制器输出的信号分成多路信号并单独进行放大、偏置处理，信号放大器、信号偏置器的需要处理的数据速率将大大降低，从而对信号放大器、信号偏置器的性能要求大幅度降低，进而降低信号发生装置的生产成本，有利于信道变换装置的工业化应用。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，例如所使用的光纤放大器类型或者参数的改变，或者，第一双通道光电调制器数量的改变等，这些改变也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于，包括：

串并转换器、奈奎斯特差分正交振幅调制器、升余弦脉冲产生器、多个信号放大器、多个信号偏置器以及双通道光电调制器；

所述串并转换器接收数字基带信号并转换成并行通信的数字信号输出至所述奈奎斯特差分正交振幅调制器，所述奈奎斯特差分正交振幅调制器向两个所述升余弦脉冲产生器输出信号，每一所述升余弦脉冲产生器输出的脉冲信号依次经过所述信号放大器、所述信号偏置器后输出至所述双通道光电调制器，多个所述双通道光电调制器输出的光信号经过合光后输出。

2.根据权利要求1所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

该信号发生装置还包括连续光波激光器，所述连续光波激光器向所述双通道光电调制器输出光信号。

3.根据权利要求2所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

每一所述升余弦脉冲产生器输出两路所述脉冲信号，每一路所述脉冲信号依次经过一个所述信号放大器与一个所述信号偏置器。

4.根据权利要求3所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

一个所述升余弦脉冲产生器输出两路所述脉冲信号经过放大、偏置后输入至同一个所述双通道光电调制器。

5.根据权利要求3所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

所述双通道光电调制器的数量为四个，其中两个所述双通道光电调制器输出的信号经过90°相移后合光。

6.根据权利要求5所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

经过相移后的光信号与另一个所述双通道光电调制器输出的未经过相移的光信号合光。

7.根据权利要求5所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

所述连续光波激光器输出的光信号经过分光器后输出至四个所述双通道光电调制器。

8.根据权利要求1至7任一项所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

所述双通道光电调制器为双通道马赫曾德尔光电调制器。

9.根据权利要求1至7任一项所述的奈奎斯特差分正交振幅调制全光信道变换装置的信号发生装置，其特征在于：

所述串并转换器向两个所述奈奎斯特差分正交振幅调制器输出数字信号。

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