基于模式復(fù)用光通信系統(tǒng)的自相關(guān)零差探測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于模式復(fù)用光通信系統(tǒng)的自相 關(guān)零差探測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字相干檢測技術(shù)能實(shí)現(xiàn)全光的幅度調(diào)制，相位和偏振態(tài)管理以及能利用電子信 號(hào)處理在電域中實(shí)現(xiàn)光纖鏈路損失補(bǔ)償?shù)裙δ?，加之其公認(rèn)的高靈敏度優(yōu)勢，數(shù)字相干檢 測技術(shù)已成為目前商用光通信系統(tǒng)中普遍采用的接收方式。在數(shù)字相干檢測中，本振光與 接收光信號(hào)之間的頻率穩(wěn)定性是相當(dāng)重要的，若激光器的頻率(或波長)隨工作條件的不同 而發(fā)生漂移，本振光與接受光信號(hào)之間的頻率就會(huì)出現(xiàn)偏差，而伴隨出現(xiàn)的相位噪聲則會(huì) 影響接收性能。
[0003] 采用常規(guī)方式如注入鎖模和光學(xué)鎖相環(huán)等方法來解決頻率偏差和相位噪聲問題， 只能容忍很小范圍內(nèi)的頻率偏移且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相位噪聲估計(jì)也不易實(shí)現(xiàn)。而采用數(shù)字相干 探測的方式，雖然頻率偏差和由于本振光和信號(hào)光之間產(chǎn)生的相位偏差可通過數(shù)字信號(hào)處 理的方式得到補(bǔ)償，但該方法增加了數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的復(fù)雜度，增加了系統(tǒng)對數(shù)字信號(hào) 處理芯片運(yùn)算能力的要求和功耗，尤其是對于模分復(fù)用的WDM( Wave length Division Multiplexing，波分復(fù)用)光通信系統(tǒng)來說，其系統(tǒng)對本振光和信號(hào)光頻率偏移更為敏感， 系統(tǒng)也更加復(fù)雜，數(shù)字信號(hào)處理算法也更加復(fù)雜。
[0004] 目前新興的解決方案是采用自相關(guān)零差探測方法。自相關(guān)零差探測方法在消除頻 率偏差及相位噪聲的同時(shí)，可有效降低接收機(jī)復(fù)雜度，放寬光源線寬要求，降低數(shù)字信號(hào)處 理算法復(fù)雜度。但是，現(xiàn)有的自相關(guān)零差探測由于采用了不同波長、偏振態(tài)、不同纖芯的導(dǎo) 頻遠(yuǎn)端傳輸方式，使得系統(tǒng)的譜效率大幅降低，犧牲了系統(tǒng)的譜效率，因此還不是最理想的 解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于模式復(fù)用光通信系 統(tǒng)的自相關(guān)零差探測裝置及方法，其使用方式簡單，可有效消除系統(tǒng)相位噪聲，無需考慮本 振光與信號(hào)光的頻率偏移，且激光器數(shù)量少，對應(yīng)的光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，降低了接收 端數(shù)字信號(hào)處理算法的復(fù)雜度，保證了系統(tǒng)的譜效率。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:提供一種基于模式復(fù)用光通信系統(tǒng) 的自相關(guān)零差探測裝置，包括發(fā)送端和接收端，其特征在于:所述發(fā)送端包括初始光源產(chǎn)生 器、第一多載波光產(chǎn)生裝置、第一分波器、模式復(fù)用器、第一合波器和N個(gè)發(fā)送模塊，N為大于 1的正整數(shù)，所述初始光源產(chǎn)生器、第一多載波光產(chǎn)生裝置、第一分波器、模式復(fù)用器順次相 連，第一分波器還通過N個(gè)發(fā)送模塊與第一合波器相連，第一合波器與模式復(fù)用器相連;所 述接收端包括模式解復(fù)用器、第二多載波光產(chǎn)生裝置、第二分波器、第三分波器、N個(gè)集成相 干接收機(jī)、N個(gè)四路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和N個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器DSP，所述模式解復(fù)用器分別與第 二分波器、第二多載波光產(chǎn)生裝置相連，第二多載波光產(chǎn)生裝置與第三分波器相連，第二分 波器、第三分波器均與N個(gè)集成相干接收機(jī)相連，每個(gè)集成相干接收機(jī)通過一個(gè)四路ADC與 一個(gè)DSP相連;其中，所述模式復(fù)用器、模式解復(fù)用器均具有兩個(gè)模式:a模式和b模式，且模 式復(fù)用器與模式解復(fù)用器之間通過光纖鏈路連接。
[0007] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述集成相干接收機(jī)包括用于接收信號(hào)光的第一偏振 分束器、用于接收本振光的第二偏振分束器、2個(gè)90°混頻器和4個(gè)平衡接收機(jī);第一偏振分 束器、第二偏振分束器均與2個(gè)90°混頻器相連，每個(gè)90°混頻器各與2個(gè)平衡接收機(jī)相連。
[0008] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述初始光源產(chǎn)生器產(chǎn)生的光源為窄線寬光源。
[0009] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光纖鏈路包括少模光纖和少模光纖放大器，且光 纖鏈路中傳輸?shù)男盘?hào)的相關(guān)性保持不變。
[0010] 本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述裝置的基于模式復(fù)用光通信系統(tǒng)的自相關(guān)零差探測 方法，包括以下步驟：
[0011] A、將接收端的初始光源產(chǎn)生器產(chǎn)生的光源，送入第一多載波光產(chǎn)生裝置中，使其 產(chǎn)生N個(gè)相關(guān)波長光源;產(chǎn)生的N個(gè)相關(guān)波長光源經(jīng)第一分波器后得到相應(yīng)N個(gè)頻點(diǎn)光源，N 個(gè)頻點(diǎn)光源中的一路光源經(jīng)第一分波器分成兩路，一路用做參考光源，輸入到模式復(fù)用器 的a模式的輸入端，另一路和其余頻點(diǎn)光源經(jīng)發(fā)送模塊數(shù)據(jù)調(diào)制、第一合波器合波后，輸入 到模式復(fù)用器的b模式的輸入端;通過模式復(fù)用器進(jìn)行模式復(fù)用后的信號(hào)，經(jīng)光纖鏈路傳輸 至接收端，轉(zhuǎn)入步驟B;
[0012] B、接收端的模式解復(fù)用器對接收到信號(hào)進(jìn)行模式解復(fù)用，將兩個(gè)模式的信號(hào)分 離;分離后的a模式的信號(hào)經(jīng)過第二多載波產(chǎn)生裝置生成N個(gè)相關(guān)波長光源，N個(gè)相關(guān)波長光 源經(jīng)過第三分波器后得到N個(gè)a模式的頻點(diǎn)光源，每個(gè)a模式的頻點(diǎn)光源作為一個(gè)本振光輸 入到一個(gè)集成相干接收機(jī)的本振光輸入端;分離后的b模式的信號(hào)經(jīng)過第二分波器后得到N 個(gè)b模式的頻點(diǎn)光源，每個(gè)b模式的頻點(diǎn)光源作為一個(gè)信號(hào)光輸入到一個(gè)集成相干接收機(jī)的 信號(hào)光輸入端;每個(gè)集成相干接收機(jī)對接收到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后得到相應(yīng)的電信 號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過四路ADC采樣后，輸入到DSP處理，接收完成信號(hào)恢復(fù)，結(jié)束。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述集成相干接收機(jī)包括用于接收信號(hào)光的第一偏振 分束器、用于接收本振光的第二偏振分束器、2個(gè)90°混頻器和4個(gè)平衡接收機(jī);第一偏振分 束器、第二偏振分束器均與2個(gè)90°混頻器相連，每個(gè)90°混頻器與2個(gè)平衡接收機(jī)相連；
[0014] 步驟B中所述每個(gè)集成相干接收機(jī)對接收到的信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后得到相應(yīng)的電 信號(hào)，具體包括以下步驟：由信號(hào)光輸入端輸入的信號(hào)光經(jīng)過第一偏振分束器后分離成兩 路信號(hào)偏振光，兩路信號(hào)偏振光分別輸出至兩個(gè)90°混頻器的信號(hào)輸入端；由本振光輸入端 輸入的本振光經(jīng)過第二偏振分束器后分尚成兩路本振偏振光，兩路本振偏振光分別輸出至 兩路90°混頻器的本振輸入端;每個(gè)90°混頻器進(jìn)行四路輸出后，由對應(yīng)的兩個(gè)平衡接收機(jī) 分別接收，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。
[0015] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟A中所述使第一多載波光產(chǎn)生裝置產(chǎn)生N個(gè)相關(guān)波 長光源時(shí)，是基于循環(huán)頻率搬移產(chǎn)生方式、多級調(diào)制器級聯(lián)產(chǎn)生方式、脈沖光源產(chǎn)生方式或 非線性介質(zhì)產(chǎn)生方式中的一種。
[0016] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟A中所述N個(gè)相關(guān)波長光源是由同一光源產(chǎn)生、且 頻率間隔相同的多載波光。
[0017] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟A中所述初始光源產(chǎn)生器產(chǎn)生的光源為窄線寬光 源。
[0018] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟A中所述通過模式復(fù)用器進(jìn)行模式復(fù)用后的信號(hào)， 經(jīng)光纖鏈路傳輸至接收端時(shí)，光纖鏈路中傳輸?shù)男盘?hào)的相關(guān)性保持不變。
[0019] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于自相關(guān)光源的頻率相關(guān)性以及模分復(fù)用時(shí)各 模式間的互不干擾性，在接收端利用模式解復(fù)用，對在一種模式下傳播的參考光源進(jìn)行多 載波光生成多頻點(diǎn)本振光源，經(jīng)過分波器分別輸入至對應(yīng)信號(hào)波長的集成相干接收機(jī)的本 振光輸入端，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片及數(shù)字信號(hào)處理完成信號(hào)恢復(fù)。本發(fā)明 中，由于是利用的同源自相關(guān)光源