一種基于多偏振態(tài)的光相位調(diào)制信號傳輸方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及短距離接入網(wǎng)及中長距離城際網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種基于多偏振態(tài)的光相位調(diào)制信號傳輸方案。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會信息化步伐的加快，云計算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等概念慢慢進(jìn)入了人們的生活。與此同時，信息量的爆炸式增長要求通信容量的不斷提高。光纖通信作為現(xiàn)代通信的基石，廣泛運用于跨洋通信、骨干網(wǎng)、城際網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。相干光通信實現(xiàn)了單波長100Gbit/s光通信系統(tǒng)的商用化，未來400Gbit/s的系統(tǒng)也在慢慢實現(xiàn)中?，F(xiàn)階段，隨著超密集波分復(fù)用(DWDM)、空分復(fù)用(SDM)、正交頻分復(fù)用(OFDM)以及偏振復(fù)用(PDM)等技術(shù)的不斷發(fā)展，P比特級別的光纖通信網(wǎng)絡(luò)在實驗室已得到非常成熟的研究。在所有這些技術(shù)中，偏振態(tài)維度的再次開發(fā)被認(rèn)為是最具潛力的技術(shù)之一。其原因在于，偏振態(tài)為一個相對獨立的維度，能很好的與其它技術(shù)兼容。當(dāng)運用于實際場景時，該技術(shù)能在保持原有設(shè)備的前提下，完成數(shù)據(jù)容量的成倍提高。這就為極大地降低升級成本，實現(xiàn)既有通信網(wǎng)絡(luò)的低成本、可持續(xù)運營提供了可能。
[0003]早在18世紀(jì)中葉菲涅爾等學(xué)者已對光波的偏振態(tài)特性做了大量研究。到1990年A.D.Kersey等人就實現(xiàn)了偏振復(fù)用信號在光纖中的傳輸與解復(fù)用。但直到2005年李桂芳帶領(lǐng)的小組提出有效的數(shù)字信號處理(DSP)算法后，該技術(shù)才慢慢成熟并開始廣泛地運用到商業(yè)系統(tǒng)中。在此期間，世界各地的科學(xué)家對此技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)與深入地研究。其中1986年法國研究者Cl.Herarc^PA.Lacourt提出了光在自由空間中傳輸三個偏振態(tài)的想法并實驗驗證了低速率下該系統(tǒng)的可靠性。由于該系統(tǒng)不適于高速率傳輸，并沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展。2013年西南交通大學(xué)閆連山教授研究小組提出了基于相干解調(diào)的4偏振態(tài)同時傳輸?shù)睦碚撃Ｐ停抡骝炞C了該模型的可行性。2014年丹麥學(xué)者Jos6Estar<in等人基于斯托克斯空間實現(xiàn)了四偏振態(tài)復(fù)用光信號在2km光纖中的傳輸。該方法結(jié)構(gòu)簡單，但僅適用于OOK信號且沒有在較長距離傳輸中得到驗證。因此研究多偏振態(tài)、長距離、高速率的復(fù)用與解復(fù)用系統(tǒng)具有理論指導(dǎo)與實際應(yīng)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點與不足，本發(fā)明提供了一種基于多偏振態(tài)的光相位調(diào)制信號傳輸方案，該方案在不增加發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和算法復(fù)雜度的情況下，實現(xiàn)了多個偏振復(fù)用信號的同時傳輸。以三個偏振態(tài)復(fù)用方案為例，本方案利用相干接收設(shè)備，通過提取接收信號的相位信息來實現(xiàn)各自偏振態(tài)上信息的相位追蹤，從而實現(xiàn)多偏振態(tài)的解復(fù)用。該方案原理上適用于所有PSK信號。
[0005]本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實現(xiàn)的:
[0006]—種基于多偏振態(tài)的光相位調(diào)制信號傳輸方案，主要由沿光路順序鏈接的以下器件構(gòu)成:一路或N路多偏振態(tài)(偏振態(tài)數(shù)彡3)復(fù)用相位調(diào)制光信號(1l1' 101 N)、一個光波分復(fù)用器102、一個光放大器103、一段光纖104、一個波分解復(fù)用器105、一個或N個相干接收機(jī)(1ei' 106 N)以及一個數(shù)字信號處理單元107 ;多路波長不同的多偏振態(tài)復(fù)用相位調(diào)制信號(MPDMjOl1' 1In)傳到中心局后，由一個波分復(fù)用器(102)合成為一個波分復(fù)用的MPDM ;復(fù)用后的光信號由一個放大器103放大進(jìn)行功率補償后，進(jìn)入一段光纖104中傳輸；在接收端，復(fù)用信號首先通過一個波分解復(fù)用器105分離成N路獨立的多偏振態(tài)復(fù)用信號，接著每一路MPDM信號又通過相應(yīng)的相干接收機(jī)106^妾收并輸入到數(shù)字信號處理單元107，在數(shù)字信號處理單元中通過對應(yīng)算法將信號解調(diào)出來。
[0007]采用本發(fā)明的方法，包括以下幾個特征:1)三個偏振態(tài)信號之間的偏振夾角可以是大于某一個特定小角度的任意角度；2)不需要知道精確的復(fù)用角度，本方案可以自適應(yīng)地實現(xiàn)信號的偏振解復(fù)用；3)解調(diào)所采用的相干接收機(jī)結(jié)構(gòu)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成具有較大的兼容性。現(xiàn)有PDM系統(tǒng)能很好地運用于商用系統(tǒng)里，但偏振維度的開發(fā)卻一直處于停滯狀態(tài)。其主要的原因是大部分研究者們依然局限于正交系統(tǒng)的開發(fā)，這樣就將偏振態(tài)資源大大地限制于兩個以內(nèi)。而本方案主要特征在于打破傳統(tǒng)思路，實現(xiàn)了三個以上的偏振復(fù)用PSK信號的解復(fù)用，為進(jìn)一步增加傳輸容量方案做了理論探索與儲備。所述方案可與其他復(fù)用技術(shù)結(jié)合，如波分復(fù)用(WDM)，正交頻分復(fù)用(OFDM)等，以實現(xiàn)低成本、大容量、動態(tài)自適應(yīng)的下一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
[0008]基于多偏振態(tài)的光相位調(diào)制信號傳輸方案，發(fā)射機(jī)端和接收機(jī)的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有商用傳輸方案類似，因此可以很好地對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行兼容和升級。其中，發(fā)射端的多偏振態(tài)復(fù)用信號的產(chǎn)生，只需要通過多個偏振控制器和一個耦合器，將信號以不同的偏振角度復(fù)用在一起；在接收機(jī)端，采用現(xiàn)階段廣泛使用的相干接收機(jī)作為接收方式，得到電信號Exl、Exq,Eyl&Eyq。接著利用實時DSP信號處理即可實現(xiàn)多偏振態(tài)復(fù)用信號的解調(diào)和恢復(fù)。其中信號的解調(diào)主要分為三個步驟:首先利用現(xiàn)有成熟算法對接收信號做重采樣及時鐘恢復(fù)；接著使用改進(jìn)的維特比算法對接收信號的相位做矯正；最后將時域信號轉(zhuǎn)換成相位信息并進(jìn)行追蹤，以便作相應(yīng)的判決從而實現(xiàn)信號的恢復(fù)。
[0009]本發(fā)明適用于短距離接入網(wǎng)信號傳輸，而且也適用于中長距離城際網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸。同時可與WDM、OFDM等先進(jìn)復(fù)用方式相兼容；與傳統(tǒng)正交偏振復(fù)用技術(shù)相比，本發(fā)明實現(xiàn)了多偏振態(tài)復(fù)用信號的傳輸，增加了系統(tǒng)整體可通信容量；與現(xiàn)有多偏振態(tài)復(fù)用方式相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、算法復(fù)雜度低以及傳輸距離更長等優(yōu)勢。
【附圖說明】
:
[0010]圖1為本發(fā)明中基于多偏振態(tài)的光相位調(diào)制信號傳輸方案；
[0011]圖2為本發(fā)明中多偏振態(tài)復(fù)用信號產(chǎn)生結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3為本發(fā)明中多偏振態(tài)復(fù)用信號相位映射圖；
[0013]圖4為本發(fā)明中相干接收機(jī)的基本構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖5為本發(fā)明中數(shù)字信號處理算法示意圖；
[0015]圖6為本發(fā)明中相位校正算法前后測量的復(fù)用信號相位信息，其中圖(a)和(C)分別表示相干接收后Ex和Ey的相位信息；圖(b)和(d)分別表示經(jīng)過相位校正算法后的Ex、Ey相位信息；
[0016]圖7為本發(fā)明中，背靠背與經(jīng)過80公里傳輸后O度偏振態(tài)、30度偏振態(tài)誤碼率曲線圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明方案由一路或N路多偏振態(tài)(偏振態(tài)數(shù)多3)復(fù)用相位調(diào)制光信號1l1' 101N、一個光波分復(fù)用器102、一個光放大器103、一段光纖104、一個波分解復(fù)用器105、一個或N個相干接收機(jī)1ei' 106 N以及一個數(shù)字信號處理單(107組成。本方案的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成熟可靠，適用于短距離傳輸?shù)慕尤刖W(wǎng)及中長距離城際網(wǎng)絡(luò)中。具體邏輯關(guān)系如下:多路波長不同的多偏振態(tài)復(fù)用相位調(diào)制信號(MPDM，1I1-1OIn)傳到中心局后，由一個波分復(fù)用器102合成為一個波分復(fù)用的MPDM ;復(fù)用后的光信號由一個放大器103放大進(jìn)行功率補償后，進(jìn)入一段光纖104中傳輸；在接收端，復(fù)用信號首先通過一個波分解復(fù)用器105分離成N路獨立的多偏振態(tài)復(fù)用信號，接著每一路MPDM信號又通過相應(yīng)的相干接收機(jī)106N將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為1、Q電信號，進(jìn)入數(shù)字信號處理單元107。最后利用1、Q信號將時域信息轉(zhuǎn)化為相位信息，經(jīng)過重