專利名稱：一種基于調相器的光msk調制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高速光纖通信領域的數(shù)字調制領域，具體涉及一種基于調相器的光最 小頻移鍵控(MSK)調制方法及裝置。
背景技術：
信號調制格式的研究是當前光通信領域的一大熱點，新的調制格式對傳輸性能 的改善引起了人們的關注，尤其是在抑制非線性效應、提高色散容限和PMD容限等方面取 得了良好的效果。在光纖通信系統(tǒng)中，光源發(fā)出的連續(xù)光波或光脈沖串不攜帶信息，只能 作為信息的載體。光載波信號是與偏振方向、信號幅度、載波頻率、載波相位有關的信號， 若選擇四個量中的任意一個作為調制參量，就可以形成四種調制信號，分別是偏振調制 (PolSK)，幅度調制(ASK)，頻率調制(FSK)和相位調制(PSK)。將信號加載到光載波上以形成光信號就是光調制器的主要功能。構成光頻調制器 的方式多種多樣，但就調制器與光源之間的關系而言，調制技術可以分為內調制技術和外 調制技術兩大類。內調制技術又稱為直接調制技術，就是將要傳送的信息轉變?yōu)殡娏餍盘査腿牍?源，獲得相應的光信號輸出。常用的方法是改變激光器的偏置電流，從而得到光頻的幅度調 制。這種調制方式結構簡單，容易實現(xiàn)，是低速光纖通信系統(tǒng)中的常用技術。但是，這種內 調制方式難以實現(xiàn)高速調制，一是由于半導體激光器本身的響應速度限制，二是這種調制 方式附帶有頻率啁啾，使得輸出信號光譜增寬，限制了系統(tǒng)的傳輸容量。外調制技術是指光載波在外調制器中受到信息信號的調制。因為這類調制在光 源之外實現(xiàn)，故稱為外調制。實用的外調制器大多是基于晶體的電光效應做成的電光調 制器?？梢苑譃閮深愐活愂腔陔娢招恼{制器，稱為EA調制器；另一類是基于 鈮酸鋰(LiNb03)的干涉型調制器，稱為馬赫-曾德(Mach-Zehnder)調制器。其中使用 Mach-Zehnder調制器已經(jīng)實現(xiàn)了多種數(shù)字方式的調制，比如差分相移鍵控(DPSK)、差分四 相位相移鍵控(DQPSK)、非連續(xù)相位的頻移鍵控(FSK)以及連續(xù)相位的FSK調制中的MSK調 制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于調相器的光MSK調制裝置，與傳統(tǒng)實現(xiàn)方式不 同，但同樣能夠實現(xiàn)包絡恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴格正交的2FSK信號?！N基于調相器的光MSK調制方法，第nT時間的雙極性碼元an被調制得到光信
對調制結果解調得到可表征碼元an信
息的電信號調』sin[A%(0] ’嚷=修帖…=滬崎，其中，
T為碼元傳輸時間，n為自然數(shù)，Ji為圓周率，A為光載波的振
3幅，f。為光載波的頻率，9 n是在時間nT (n+l)T內使得總相位連續(xù)的附加項。實現(xiàn)所述調制方法的裝置，包括調制器和解調器，調制器包括依次相接的第一延遲器102、第一加法器104、寄存器105、模四運算器 107、第二加法器109和光調相器111，寄存器105的輸出端通過第二延遲器106連接第一加 法器104的輸入端，第二加法器109還連接鋸齒波發(fā)生器108 ； 解調器包括第一干涉儀203，第一干涉儀203的第一輸出端通過第三延遲器204連 接第二干涉儀206的第一輸入端，第一干涉儀203的第二輸出端通過移相器205連接第二 干涉儀206的第二輸入端；第二干涉儀206的第一和二輸出端分別經(jīng)過一個光電二極管連 接第三加法器208。本發(fā)明的技術效果體現(xiàn)在光MSK的連續(xù)相位分成與當前碼元相關的周期信號和 與過去碼元相關的累加信號兩個部分，然后通過加法器完成子編碼構成了調相器中的被調 制信號，對調相器的輸出作光平衡接收得到可表征當前碼元信息的電流信號。本發(fā)明利用 連續(xù)電信號產(chǎn)生連續(xù)的光相位，根據(jù)MSK信號的具體表達形式來確定要產(chǎn)生的連續(xù)電信號 的具體形式，目的是將無線通信的技術更多地用于光通信中，節(jié)省光器件的使用。本發(fā)明能 夠實現(xiàn)包絡恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴格正交的2FSK信號，適用于光纖通信中連續(xù) 相位的FSK調制。


圖1為MSK調制模塊結構框圖；圖2為MSK信號的接收框具體實施例方式下面參照附圖，從光MSK信號的表達形式對本發(fā)明進一步說明。本發(fā)明包括MSK調制器和解調器兩部分第一部分是位于發(fā)送端的MSK調制器，如圖1所示，該調制器的主要作用是從信號 發(fā)送端輸出光MSK信號。在無線通信中的MSK信號的表達式同時也是光MSK信號的實部為SBK (t) = Acos[2 fct+小 n(t)]nT 彡 t 彡(n+l)T。以上表達式是時間處于nT < t < (n+l)T階段的MSK信號，MSK信號在其余時段 也有，n表示一個時間變量，取自然數(shù)，在不同的時間段取得不同的值。其中A為光載波的振幅；f。為光載波的頻率；相位(K(t)是MSK信號的總相位減 去隨時間增長的載波相位后得到的剩余相位，稱作附加相位函數(shù)，是時間的連續(xù)函數(shù)；T為 碼元傳輸時間，是比特率即傳輸速率的倒數(shù)0為圓周率。其中=9 是在時間nT (n+l)T內使得總相位連續(xù)的附加項，在不同的時間段這個值不 相同，an是第nT時間的雙極性碼元值，即“+1”表示碼元中的“1”碼，“-1”表示碼元中的 “0” 碼。根據(jù)相位連續(xù)的邊界條件，在時間t = nT時刻，有
當前碼元相關的信號，是固定斜率的鋸齒波信號與雙極性碼元的乘積。固定斜率的鋸 齒波信號為沖)=*(〃《『),《『U<( + 1)『，則鋸齒波信號與當前雙極性碼元的乘積為
巧⑴=與過去碼元相關的信號，是雙極性碼在過去時候累加的
矩形波信號，其表達式為義。累加信號在連續(xù)發(fā)送相同碼元時，會產(chǎn)生很大的幅度，由相位的周期性的特點， 可以對累加信號進行模運算，模運算后的信號并不影響最終的相位值，模運算后的電信號 為u2 (t)=〔駕 at mod 4〕，圖1給出了本發(fā)明MSK調制模塊結構框圖，待發(fā)送的當前碼元碼元\101分兩路一路經(jīng)過產(chǎn)生鋸齒波的系統(tǒng)108后，得到的電信號的值為
巧⑴= |Kz-#)，#g<("+iF作為加法器109的一個輸入；另一路經(jīng)過一個碼元持續(xù)時間的延遲器102后，變成了先前碼元aMlO〗并作為加 法器104的輸入。加法器104的輸出通過寄存器105、延遲器106后反饋給加法器104，再 與先前碼元an_i同時作用在加法器104上，形成了一個累加器，此累加器的功能是完成對過 去碼元的累加。累加后的碼元值經(jīng)過模四運算器107運算，可以使最后進入調相器111的 相位保持正確，而且保證輸入調相器中的電壓幅度在可能出現(xiàn)信號值不斷增加的情況下不 至于過大。模四運算器107的輸出u2(t)作為加法器109的另一個輸入。
Tin nn
-JQn+9n =—an-l+en-l
于是，有
么 B-
J
i=\
^ - 2 ^ - 2 兀/a.
Id1
i=l i=\
n-\
n-\
i=\
n-\
于是MSK信號可以進一步表達為
U = Wcos
----、
蓯| 2
+
S
I
an T
兀2
+
/ /c 兀 2
nT<t<(n + \)T (1)
從式(1)可以看出，MSK信號由與當前碼元和過去碼元相關的信號組成與
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加法器109對兩路輸入相加后就是加載到的調相器111調制端口的電信號 u(t) = ux(t) + u2(t) = ^-(t-nT) + 頃a,, modij,nT <t <(n + l)T o調相器的輸入與輸出的光信號的相位關系為Ji/2的線性關系，即每單位的調制 信號值經(jīng)過了調相器后的輸出相位為n/2。加上光載波110后從調相器111中出來的信號就是
表示復數(shù)中的
虛部。由于光信號是一個復信號，其實部是無線通信中的MSK信號的表達式，由歐拉公式
位，用MSK信號中的+ 代替歐拉公式中的0就 得到了調相器輸出的光MSK信號的表達式。第二部分是位于接收端的解調器，如圖2所示，該解調器器的主要采用光的平衡 接收。主要由兩個干涉儀和兩個光電二極管構成。在兩個干涉儀中間的兩臂上分別引入一 個碼元持續(xù)時間的延遲204和一個相位延遲V = f +彳205。干涉儀203的兩個輸入 這里
干涉儀203和206的傳輸矩陣為
兩臂的傳輸矩陣矩陣為
。這樣從干涉儀206輸出的光信號的光場為 由于上臂延遲一個碼元時間T后204，由載波引起的相位變化可以表示為2 Ji fcT =2NJI + 6 , N為整數(shù)，下臂引入的相位延遲V = f + 由于e」i三1，于是可以得到
e_#〃=e+，通過合理調整相位 ，使得滿足=0，這樣就保證了上下兩臂的相位一致 性。根據(jù)平衡解調框圖，上臂和下臂的輸出信號經(jīng)過加法器208相減，輸出的電流209 為 [種]這里A樹0 =隊隊如果發(fā)送的碼元是“ 1 ”，A<P (t)=峭，i0 (t) = A2，表現(xiàn)為“ + ”極性，如果發(fā)送的碼元是“0”，A% = -;r/2，i0(t) = -A2，表現(xiàn)為“-”極性。由解調器輸出的電流在時刻t = nT時 候的極性就能判斷出此時刻所發(fā)送的碼元值。
權利要求
一種基于調相器的光MSK調制方法，第nT時間的雙極性碼元an被調制得到光信號對調制結果解調得到可表征碼元an信息的電信號其中，nT≤t≤(n+1)T，T為碼元傳輸時間，n為自然數(shù)，π為圓周率，A為光載波的振幅，fc為光載波的頻率，θn是在時間nT～(n+1)T內使得總相位連續(xù)的附加項。FDA0000023312280000011.tif,FDA0000023312280000012.tif,FDA0000023312280000013.tif,FDA0000023312280000014.tif
2.實現(xiàn)權利要求1所述調制方法的裝置，包括調制器和解調器，其特征在于， 調制器包括依次相接的第一延遲器(102)、第一加法器(104)、寄存器(105)、模四運算器(107)、第二加法器(109)和光調相器(111)，寄存器(105)的輸出端通過第二延遲器 (106)連接第一加法器(104)的輸入端，第二加法器(109)還連接鋸齒波發(fā)生器(108)；解調器包括第一干涉儀(203)，第一干涉儀(203)的第一輸出端通過第三延遲器(204) 連接第二干涉儀(206)的第一輸入端，第一干涉儀(203)的第二輸出端通過移相器(205) 連接第二干涉儀(206)的第二輸入端；第二干涉儀(206)的第一和二輸出端分別經(jīng)過一個 光電二極管連接第三加法器(208)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于調相器的光MSK調制方法及裝置，光MSK的連續(xù)相位分成與當前碼元相關的周期信號和與過去碼元相關的累加信號兩個部分，然后通過加法器完成編碼并構成了調相器的被調制信號，對調相器的輸出作光平衡接收得到可表征當前碼元信息的電流信號。本發(fā)明利用連續(xù)電信號產(chǎn)生連續(xù)的光相位，根據(jù)MSK信號的具體表達形式來確定要產(chǎn)生的連續(xù)電信號的具體形式，目的是將無線通信的技術更多地用于光通信中，節(jié)省光器件的使用。本發(fā)明能夠實現(xiàn)包絡恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴格正交的2FSK信號，適用于光纖通信中連續(xù)相位的FSK調制。
文檔編號H04B10/12GK101909039SQ201010226590
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權日2010年7月15日
發(fā)明者徐書華, 徐爭光, 鄒寧, 馬欣, 黃本雄 申請人:華中科技大學