本發(fā)明涉及的是一種光通信領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種在發(fā)送端插入一段正交的相位交織光載波，來(lái)實(shí)現(xiàn)短距離高階正交幅度調(diào)制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)信號(hào)的直接檢測(cè)的方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著多媒體服務(wù)和高清視頻的廣泛應(yīng)用，對(duì)帶寬的需求在持續(xù)增長(zhǎng)，這對(duì)光網(wǎng)絡(luò)頻譜效率(SE，Spectral Efficiency)提出了緊迫要求。QAM是一種對(duì)載波幅度和相位調(diào)制的技術(shù)，利用互相正交的單頻載波對(duì)兩路獨(dú)立的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制后的信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜相互正交，同相(I，In-phase)路和正交(Q，Quadrature)路兩路并行。在有限的符號(hào)速率和帶寬的情況下，增加了數(shù)據(jù)傳輸率，極大地提高了頻譜利用率。QAM可以提供較好的頻譜效率和較低的硬件復(fù)雜度，在長(zhǎng)距離和短距離場(chǎng)景下被廣泛研究。

然而，在實(shí)際應(yīng)用下，恢復(fù)相位復(fù)用的信號(hào)通常要用到成本高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的相干接收機(jī)，這對(duì)成本敏感的短距離場(chǎng)景來(lái)說(shuō)不是一個(gè)好的選擇。為了簡(jiǎn)化接收機(jī)結(jié)構(gòu)，目前有幾種不同的方案，比如分塊相位轉(zhuǎn)換法(BPS，Block-wise Phase Switching)，對(duì)兩個(gè)相似連續(xù)的信號(hào)塊，使載波的相位偏移90度或180度，實(shí)現(xiàn)了雙邊帶信號(hào)的完全分離。還有雙邊帶傳輸法和信號(hào)載波交織法等方法。但這些方法需要雙倍的采樣時(shí)間或者光帶寬，這導(dǎo)致了光頻譜效率只有相干接收的一半。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于短距離高階QAM信號(hào)傳輸?shù)闹苯訖z測(cè)方法和裝置，能夠顯著降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的同時(shí)，維持信噪比在較高水平。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種用于短距離高階QAM信號(hào)傳輸?shù)闹苯訖z測(cè)方法，通過(guò)在信號(hào)發(fā)射端的QAM信號(hào)中插入一段在時(shí)域中正交的相位交織信號(hào)，使得QAM信號(hào)的I路和Q路根據(jù)載波的相位狀態(tài)能夠被接收端的雙帶寬光探測(cè)器(PD，Photodetector)在時(shí)域上分離并直接檢測(cè)到高頻譜效率的QAM信號(hào)，且光頻譜效率與相干接收結(jié)構(gòu)保持一樣。

所述的直接解調(diào)，建立在QAM信號(hào)I路與Q路臨時(shí)分離的基礎(chǔ)上。

由于QAM信號(hào)又長(zhǎng)又平整的眼圖，并且兩個(gè)信號(hào)有1/2符號(hào)的延遲，這讓一個(gè)QAM符號(hào)的I路和Q路在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)進(jìn)入兩個(gè)時(shí)間段成為可能。通過(guò)精確地控制1/2符號(hào)延遲，使相變發(fā)生在一個(gè)QAM符號(hào)的中間。因此可以避免重復(fù)檢測(cè)或者雙帶檢測(cè)，光頻譜效率會(huì)與相干接收結(jié)構(gòu)保持一樣，而不是減半。通過(guò)這種方法，只需要單個(gè)PD就可以恢復(fù)I路和Q路信息。

所述的正交的相位交織信號(hào)，保持QAM信號(hào)相同的符號(hào)速率，其交織相位為0°到90°。

所述的接收端的耦合光電流為：

$I_i=|E_s+E_c{|}^2=|E_c{|}^2+|E_s{|}^2+2\mathrm{Re}\{E_s{E}_c^{*}\},I_q=|E_s+{\mathrm{jE}}_c{|}^2=|E_c{|}^2+|E_s{|}^2+2\mathrm{Im}\left\{E_s{E}_c^{*}\right\},$其中：E_s和E_c分別代表了QAM信號(hào)和光載波。在耦合光電流的表達(dá)式中，|E_c|²為常數(shù)，|E_s|²是信號(hào)間拍頻干擾(SSBI，Signal-to-signal Beating Interference)，當(dāng)載波-信號(hào)功率比(CSPR，Carrier-to-signal Power Ratio)過(guò)大時(shí)，|E_s|²可以忽略；當(dāng)QAM信號(hào)與載波耦合時(shí)，只有I路信號(hào)能被檢測(cè)到，而Q路信號(hào)只有被90°相移載波拍頻才能得到。

所述的QAM信號(hào)，我們假定其上升沿和下降沿非常陡直，眼圖中1/4符號(hào)時(shí)間和3/4符號(hào)時(shí)間的電平差異都很明顯。

因此光QAM信號(hào)可以轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度變化，這時(shí)符號(hào)速率加倍，而SE保持不變。

本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括：位于發(fā)送端的I/Q調(diào)制器、激光器和信號(hào)發(fā)生器以及位于接收端的光探測(cè)器，其中：信號(hào)發(fā)生器包括與I/Q調(diào)制器中的任意一路相連的任意波形發(fā)生器和與I/Q調(diào)制器中其余一路相連的脈沖碼型發(fā)生器。

所述的發(fā)送端和接收端通過(guò)光纖相連，優(yōu)選為單模光纖和色散補(bǔ)償光纖(DCF，Dispersion Compensation Fiber)。

所述的I/Q調(diào)制器為兩個(gè)并聯(lián)的MZM組成，其中的任意一路上設(shè)有偏振控制器。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在接收端僅需要單個(gè)PD就可以檢測(cè)到高頻譜效率的QAM信號(hào)，并且光頻譜效率會(huì)與相干接收結(jié)構(gòu)保持一樣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明原理示意圖；

圖2為實(shí)施例1仿真的流程示意圖；

圖中：任意波形發(fā)生器1、脈沖碼型發(fā)生器2、I/Q調(diào)制器3、激光器4、偏振控制器5、摻餌光纖放大器6(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier)、單模光纖7、色散補(bǔ)償光纖8、光探測(cè)器9；

圖3(a)為實(shí)施例1中當(dāng)光信噪比(OSNR，Optical Signal-to-noise Ratio)為30dB時(shí)計(jì)算得到的誤碼率(BER，Bit Error Rate)-CSPR圖；圖中①為信號(hào)能量減少，②為SSBI提升；

圖3(b)為實(shí)施例1中當(dāng)OSNR為8dB時(shí)，背靠背傳輸以及通過(guò)2kmDCF和20km單模光纖傳輸時(shí)分別計(jì)算得到的BER-CSPR曲線圖；圖中(i)～(iv)為接收信號(hào)OSNR分別為30dB和31dB時(shí)的眼圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所述，本實(shí)施例通過(guò)以下裝置實(shí)現(xiàn)，包括：兩個(gè)I/Q調(diào)制器偏置在零點(diǎn)，同一時(shí)刻耦合。調(diào)制器1用16QAM的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制器2用“01”、“10”數(shù)據(jù)流調(diào)制，這樣可以使正交載波交織。在仿真中，40Gb/S的數(shù)據(jù)流先被轉(zhuǎn)換成16-QAM信號(hào)，產(chǎn)生了2信道10Gbd/S的4-PAM信號(hào)。20GHz的高斯低通濾波器用來(lái)仿真電帶寬限制。

調(diào)制后的光在EDFA中被放大到10dBm，然后輸入到色散系數(shù)為16.75ps/nm/km的20km長(zhǎng)的單模光纖中。2km的DCF可以降低色散損失。用來(lái)接收光信號(hào)的PD頻率為20GHz。誤碼率由MATLAB計(jì)算出，包括時(shí)間同步、I/Q符號(hào)判決和錯(cuò)誤計(jì)算。計(jì)算數(shù)據(jù)一共超過(guò)一百萬(wàn)。

圖3(a)顯示了光信噪比為30dB時(shí)的誤碼率隨著CSPR變化的曲線。由公式：

$I_i=|E_s+E_c{|}^2=|E_c{|}^2+|E_s{|}^2+2\mathrm{Re}\{E_s{E}_c^{*}\},I_q=|E_s+{\mathrm{jE}}_c{|}^2=|E_c{|}^2+|E_s{|}^2+2\mathrm{Im}\left\{E_s{E}_c^{*}\right\},$其中：E_s和E_c分別代表了QAM信號(hào)和光載波。在耦合光電流的表達(dá)式中，|E_c|²是了一個(gè)常數(shù)，|E_s|²是SSBI。我們?nèi)菀字溃珻SPR越小，E_s越大，從而SSBI越大，而當(dāng)CSPR很大時(shí)，傳輸信號(hào)能量很小。由圖3(a)看出CSPR為8dB時(shí)取到了BER最小值。圖3(b)顯示了光背靠背傳輸時(shí)以及光經(jīng)過(guò)2kmDCF和20km單模光纖傳輸時(shí)的誤碼率隨著OSNR變化的曲線圖。在前向糾錯(cuò)(FEC，F(xiàn)orward Error Correction)閾值(這時(shí)BER＝0.02)時(shí)功率衰減大約為1dB。

圖3中的(i)～(iv)是OSNR為30dB和31dB時(shí)的眼圖。接收端處的信號(hào)可以看作20Gbd/S帶有6個(gè)獨(dú)立眼形在一個(gè)QAM符號(hào)周期內(nèi)的4PAM信號(hào)。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。