一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法
2023-11-07 00:36:12 1
專利名稱：一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法
技術領域：
本發明屬於相干光通信領域，具體涉及使用全光方法抑制相干檢測過程中相位噪 聲，以實現相干接收性能的改善。
背景技術：
相干檢測是實現大容量、高頻譜利用率光通信的關鍵技術之一，相對強度調製、直 接檢測方式具有接收靈敏度高、適用於多種調製格式等優點。常見的相干光通信是在接收 端使用本地光源產生相干光與接收的信號光經混頻後再由光電探測器進行光電轉換得到 電信號用於解調。實際應用中接收機的誤碼率性能嚴重受限於雷射器的相位噪聲，能否對 其進行有效的抑制或補償影響了相干檢測方式的實用價值。針對這一問題的常見解決方法 是在接收端使用線寬極窄的雷射器作為本地光源產生相干光減小相位噪聲，或使用相應的 電路處理技術來補償相位噪聲，如美國發明專利US20060245766A1和US20080038001A1，其 所述方法可減小相位噪聲對系統接收性能的影響，但過程複雜，且由於電路處理速度受限 在高速系統中實現困難。
發明內容
本發明提出一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，針對目前實際系統中 採用超低相位噪聲雷射器作為信號光源和本地光源或複雜的數字電路處理技術以改善相 幹接收相位噪聲性能的現狀，採用全光方法能有效抑制相干檢測信號解調過程中的相位噪 聲，並具有實現簡單、成本低等優點。本發明中提出的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在於系統發射端產生具有相關特 性的一對光載波，對其分波後一路經調製加載信息成為信號光，另一路作為檢測所需的相 幹光，二者經合波後輸入光纖鏈路，經傳輸後到達接收端，將接收到的信號光和相干光分離 提取出來並輸入光混頻器，經光電轉換和信號處理實現以相干檢測方式進行信號的解調。所述的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在於由零差和外差相干通信系統進行零差 或外差相干對應信號光和相干光不同的產生方式對於零差系統信號光和相干光中心頻 率相等，可通過提取光源發出頻率穩定的單個縱模經偏振分束得到；對於外差系統信號光 和相干光中心頻率不等，可通過分波提取多波長光源的兩個頻率間隔穩定的縱模經分波得 到，且二者的中心頻率間隔必須大於信號所需帶寬；傳輸過程中信號光與相干光偏振態可 以是正交，也可以是一致，但相干檢測混頻時二者的偏振態應保持一致，可對應在分波、合 波過程中實現。所述的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在於可通過採用寬譜的多波長光源結合光 譜分割技術同時獲取多組信號光和相干光，實現多信道的相干光通信系統中的相位噪聲抑 制和接收性能改善。本發明的特點在於具有相關性的相干光與信號光進行相干檢測時能有效抑制相 位噪聲的產生，無需本地光源和複雜電路信號處理，系統結構簡單，成本低。
圖1為本發明的一個流程示意圖；圖2為本發明的一個應用示例圖；圖3為本發明的一個應用示例圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做詳細說明。圖1是本發明的一個流程示意圖。它是一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制 方法。圖2是本發明的一個應用示例圖。它是一個使用本發明的單信道外差相干光通信系 統。圖3是本發明的另一個應用示例圖。它是一個使用本發明的多信道外差相干光通信系 統。本發明的相干檢測的全光相位噪聲抑制方法包括如下步驟步驟一、系統發射端光源的輸出光波經過分波後得到一對具有頻率、相位相關特 性的光載波。對於零差系統，使用光源發出頻率穩定的單個縱模光波，分波過程是將光波分 功率得到所需的一對中心頻率相等的光載波；對於外差系統使用多波長光源輸出兩個頻率 間隔穩定的縱模光波，且二者的中心頻率差必須大於信號所需帶寬，分波過程是分離這兩 個縱模得到所需的光載波。本方法可應用於單信道外差相干光通信系統中，其中的光源可選多波長光源1，分 波過程可選用陣列波導光柵2實現，該陣列波導光柵2輸出端的中心頻率對應多波長光源 1的兩個縱模的中心頻率，如圖2所示。步驟二、一路光載波經過調製過程加載信息得到信號光，另一路光載波經過適當 的偏振態控制過程得到相干光，然後信號光和相干光經合波過程耦合輸入同一根光纖中傳 輸。對於零差系統，相干光是上述另一路光載波經90°偏振旋轉形成與信號光正交的 偏振態後得到；對於外差系統，相干光可以是上述另一路光載波經90°偏振旋轉形成與信 號光正交的偏振態後得到，也可以是不經過90°偏振旋轉，而是保持與信號光一致的偏振 態直接進入合波過程。但後一種情況的前提是信號光和相干光的中心頻率間隔大於分離二 者時濾波過程所需的最小頻率間隔。本方法應用於單信道外差相干光通信系統中時，光纖中傳輸的信號光和相干光可 以為正交的偏振態。實現90°偏振旋轉過程的器件可選用90°旋光片4，實現合波過程的 器件可選偏振光合束器5，如圖2所示。步驟三、耦合後的信號光和相干光經光纖傳輸到達接收端後，根據信號光與相干 光在頻率或偏振態上的不同選用對應的分波長或分偏振態方式對其進行分波處理，得到分 離的信號光與相干光。如果所得信號光和相干光的偏振態正交，則將相干光經過90°偏振 旋轉得到與信號光一致的偏振態後，兩路光再進行混頻；如果所得信號光和相干光的偏振 態一致，則相干光不經90°偏振旋轉過程，直接與信號光進行混頻。將混頻後所得到的光信 號再通過光電探測器實現光電轉換即得到相位噪聲被抑制的電信號。最後根據相干光通信系統是零差還是外差以及信號的調製格式選擇對應的解調過程進行基帶電信號的還原與處理以實現信息的提取。本方法應用於單信道外差相干光通信系統中時，接收端的分波過程對應可選偏振 光分束器7來實現，相干光經過的90°偏振旋轉過程可選用旋光片4實現。混頻過程可選 用一個具有兩個輸入端和四個輸出端的90°光混頻器8來實現。實現光電轉換過程的光 電探測器是一組四個完全相同的PIN光電二極體9。解調過程的處理流程是先將PIN光電 二極體9輸出的四路差分電信號分別輸入兩個減法器22 ；再將其輸出的中頻電信號輸入兩 個乘法器12與同時輸入的由電載波發生器11產生的中頻載波相乘；而後將乘法器12的輸 出經濾波器13處理即可得到基帶信號的同相和正交分量(即I、Q信號)；最後分別對I、Q 信號進行抽樣判決即可實現信號的解調，如圖2所示。對於上述發明的原理分析如下光電探測器得到的電流表達式可表示為I(t) = R(PS +Pl) + 2R^Pl cos(aIpt + φ)ω IF =φ = Φ s_ Φ L式中，R為光電轉換因子；PS為信號光功率孔為相干光功率；為信號光角頻 率；為相干光角頻率；(^為信號光相位；(K為相干光相位；COif和φ分別為中頻電信 號對應的角頻率與相位。當COs = G^時，即對應零差系統，電信號為基帶信號；當COs興G^時，即對應外 差系統，電信號為中頻信號，通過同步方式或異步方式的二次解調得到基帶信號。相干檢測中信號光和相干光相位和(K可看成兩個隨機變量，相位差Φ的
方差 2 (電信號相位噪聲)與Cts的方差4與的方差σ〗(光源相位噪聲)關係為
《=σ〗+σ〗-2/χν^。本發明方法中，(^和(^是兩個接近線性相關特性的隨機變量，即
P接近於1，σ〗+σ〗與相抵消使得《值極小，即相對常見的本振相干接收方法，在
相同光源相位噪聲和不使用複雜電路處理技術的條件下，可以使零差或外差系統中電信號 的相位噪聲得到較好抑制需要說明的是，本發明的方法還可以應用于波分復用系統中。其中，通過一個寬譜 的多波長光源來產生符合信道數目要求的若干頻率間隔穩定的縱模。對於零差系統，所需 縱模數目等於信道數目；對於外差系統，所需縱模數目等於兩倍的信道數目，再通過光譜分 割技術可以同時獲取多組具有相關特性的光載波分配給多個信道。使用波分/復用器實現 信道合成與分離，而每個信道使用上述步驟的方法，即可實現多信道的相干光通信系統的 相位噪聲抑制。本方法在多信道外差相干光通信系統中具體應用，寬譜的多波長光源選可為超連 續譜光源15。分/合波所用的波分/復用器16、18和19可以是相同類型也可是不同類型， 其埠數目、中心波長值和帶通特性滿足系統需求即可，如圖3所示。圖1、圖2和圖3對本發明所作的說明是描述性而不是限定性的。例如圖2中的 陣列波導光柵也可以是一個或多個級聯的其它類型的分波器件；圖1中的90°偏振旋轉過 程可以是通過單個90°旋光片實現，也可以是通過其它集成器件結合分、合波過程同時實 現，比如在零差系統中可使用一個晶體結構的偏振光分束器同時實現步驟一中的分功率過 程和一路光載波的90°偏振旋轉過程從而得到兩路偏振態正交的光載波；圖2中的PIN光電二極體也可以是其它類型的光電探測器。
權利要求
一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，用於在相干光通信系統中抑制相干檢測過程中的相位噪聲，該方法具體包括如下步驟(1)光載波提取相干光通信系統發射端光源的輸出光波經過分波，得到兩路具有頻率、相位相關特性的光載波，形成光載波對；(2)生成信號光和相干光，並耦合進光纖傳輸上述光載波對中的一路經調製過程加載信息成為信號光，另一路光載波經過偏振態控制得到相干光，將上述信號光和相干光進行合波並通過光纖傳輸；(3)信號的檢測處理，獲得相位噪聲抑制後的信號上述耦合進光纖傳輸的信號光和相干光到達接收端後，經分波得到分離的信號光與相干光，並進行混頻，再將混頻後的光信號通過光電探測器進行光電轉換即可得到相位噪聲被抑制的電信號，將該電信號進行解調，提取傳輸的信息完成相干檢測。
2.根據權利要求1所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在 於，所述的相干光通信系統為零差系統，所述光源的輸出光波為頻率穩定的單個縱模光波， 所述步驟(1)中的所述分波指將所述單個縱模光波分功率得到所需的中心頻率相等的光 載波對。
3.根據權利要求2所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在 於，所述相干光是由上述另一路光載波經90°偏振旋轉形成與信號光正交的偏振態後得 到。
4.根據權利要求2或3所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特徵 在於，所述相干光先經90°偏振旋轉得到與信號光一致的偏振態後，再與信號光進行混頻。
5.根據權利要求1所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在 於，所述的相干光通信系統為外差系統，所述光源為多波長光源，其輸出光波為兩個頻率間 隔穩定的縱模光波，且二者的中心頻率間隔大於系統中所傳輸信號需要佔用的帶寬，上述 步驟(1)中的所述分波指分離該兩個縱模光波。
6.根據權利要求5所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在 於，所述相干光為由上述另一路光載波保持與信號光一致的偏振態而直接得到，也可以為 由上述另一路光載波經90°偏振旋轉形成與信號光正交的偏振態後得到，其中前一種情況 需要所述信號光和相干光的中心頻率間隔大於分離二者時濾波過程所需的最小頻率間隔。
7.根據權利要求5或6所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特徵 在於，混頻時的信號光和相干光的偏振態一致。
8.根據權利要求1-7之一所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特 徵在於，所述光源的輸出光波可以為多組，每組輸出光波經分波均得到一光載波對，從而形 成多組信號光和相干光，用於實現多信道的波分復用系統中的相位噪聲抑制。
9.根據權利要求8所述的一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，其特徵在 於，所述多組的輸出光波通過寬譜的多波長光源結合光譜分割產生。
全文摘要
一種適用於相干檢測的全光相位噪聲抑制方法，針對目前改善本振相干接收相位噪聲特性需要超低噪聲性能光源和複雜電路處理技術的現狀，提出使用全光方法抑制相位噪聲，提高接收性能。本發明發射端將一對具有相關特性的光載波，一路經加載信息得到信號光，另一路作為相干光與信號光合波後進入到光纖中傳輸；接收端將提取的信號光和相干光進行混頻，經光電轉換後進行信號解調。本發明的方法，利用光載波同源產生具有相關性的特點來抑制相干檢測中的相位噪聲，不使用本地光源和複雜的信號處理過程，簡化結構，降低成本。此外，用寬譜多波長光源結合光譜分割技術，可獲取多組光載波，易於實現多信道相干光通信系統中的相位噪聲抑制。
文檔編號H04B10/148GK101917233SQ20101026506
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月29日 優先權日2010年8月29日
發明者劉德明, 朱曉紅, 柯昌劍, 潘登 申請人:華中科技大學