偏振稳定控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高速光纤通信技术领域，尤其涉及一种偏振稳定控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着互联网业务的快速发展，运营商骨干网络的业务流量在W~2地/year的速 度增长。送促使高速光纤通信系统的传输速度有待进一步提高。
[0003] 目前有多种技术用来提升系统速率，其中，波分复用是在同一个波长上利用相互 正交的两个偏振态同时传输两路信号，可W在不对原有通信系统进行大规模改变的情况 下，使得光通信系统的频谱效率加倍；另一种方式是采用高阶调制，如多进制数字相位调制 (Multiple Phase Shift Keying,简称MPSK)、多进制正交帖度调制（Multiple 如a化ature Ampl;Uude Mo化lation，简称MQAM)等来增加频谱利用效率。为了更好地提高接收灵敏度， 高阶调制系统通常采用相干接收来改善接收机的灵敏度。但是波分复用系统和相干接收系 统都对光信号的偏振态敏感，光纤链路的不理想和环境的影响使得光信号的偏振态发生随 机变化，偏振态的随机变化严重影响信号质量、降低通信系统的传输性能。
[0004] 目前实现偏振控制和稳定的方法主要可W概括为两类；第一类是；直接在光域实 现偏振态的控制与稳定；第二类是：将光信号的偏振相关信息映射到电域，在电域消除偏 振相关的信号损伤。
[0005] 目前对于第一类方法主要有两种实现方案。第一种实现方案是：基于偏振跟踪直 接检测，该方案利用偏振分束器（Polarization Beam Splitter,简称PB巧在光域提取能够 表征链路中偏振态随机变化的特征量，利用该特征量作为反馈信号并配合搜索算法去控制 偏振控制器（Polarization Controller,简称PC) W实现偏振稳定。该方案响应速度快，能 够检测链路中高速的偏振态变化，但是该方案对调制格式不透明，其能够解决如移相键控 (Phase Shift Keying,简称 PSK)、正交相移键控（如a化ature F*hase Shift Keying,简称 QPSK)等恒功率调制信号的偏振态控制问题，但对于二进制启闭键控的n-Off Keying,简称 00K)、正交幅度调制（如a化ature Ampl;Uude Mo化lation,简称QAM)等调制格式，该方案还 需要高速控制电路才能实现偏振控制。第二种实现方案是：基于偏振态检测，该方案在光域 利用偏振检偏器（Polarimeter)得到表征偏振光状态的斯巧克斯参量作为反馈信号并配 合搜索算法控制偏振控制器W实现偏振检测和稳定。该方案可W将偏振态稳定在预先设定 的任意值，但是受限于偏振检偏器带宽的影响，该方案所能追踪的最大偏振态变化速率不 局，不能跟踪局速变化的偏振态。
[0006] 对于第二类方法，其在电域实现偏振检测主要是基于数字相干接收，由于相干接 收可将光信号的所有光学属性（偏振态、幅度、相位）映射到电域，我们可W在电域对偏振 态进行跟踪，利用算法消除与偏振态有关的信号损伤。该方案基于高速数字电信号处理，需 要高速模数转换芯片和高速数字电信号处理芯片，但是受限于当前芯片设计工艺，高速模 数转换芯片和高速数字电信号处理芯片还很难达到高速光纤通信系统速率的要求，目前该 方案的研究主要集中在高速离线算法仿真研究与低速硬件实现。
[0007] 鉴于此，当前需要解决的技术问题为；如何解决光纤通信系统中偏振态随机变化 的问题，并能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个特定点上，且该实现方案 与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结构和方法也更简单。
【发明内容】
[0008] 为解决上述的技术问题，本发明提供一种偏振稳定控制装置及方法，可解决光纤 通信系统中偏振态随机变化的问题，能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个 特定点上，且该装置与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结 构和方法也更简单。
[0009] 第一方面，本发明提供一种偏振稳定控制装置，包括：
[0010] 偏振控制器、禪合器、偏振分束器、光电转换模块、射频功率探测模块、处理模块；
[0011] 所述处理模块，包括：模数变换器、数字信号处理器和数模变换器，所述数字信号 处理器通过所述模数变换器与所述数模变换器连接；
[0012] 所述偏振控制器与所述禪合器、处理模块的所述数模变换器分别连接，所述偏振 分束器与所述禪合器、所述光电转换模块分别连接，所述射频功率探测模块与所述光电转 换模块、处理模块的所述模数变换器分别连接；
[0013] 所述射频功率探测模块获取依次通过所述偏振控制器、所述禪合器、所述偏振分 束器、所述光电转换模块的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输 出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号 转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频 模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换；
[0014] 所述模数变换器获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号转换为数字电 信号；
[0015] 所述数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数 字控制电压；
[0016] 所述数模变换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述模拟控制电压 发送给所述偏振控制器，W实时控制所述偏振控制器输出具有期望输出的偏振态的光信 号，W使所述禪合器将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两束光信号后 将第一束光信号作为输出光信号从所述装置中输出；
[0017] 所述禪合器将所述禪合器分出的第二束光信号发送给所述偏振分束器。
[0018] 可选地，所述数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控 制器的数字控制电压，包括：
[0019] 所述数字信号处理器使用粒子群优化算法，将所述数字电信号进行计算处理，获 取偏振控制器的数字控制电压。
[0020] 可选地，所述禪合器为；3地禪合器。
[0021] 可选地，在模拟控制电压不存在时，所述偏振控制器输出的光信号为：
[0022]
[002引其中，即y为所述偏振控制器输出的光信号的振幅，ω。为角频率(0、(?似.的为相 位角，j为虚数单位，Τ为光纤链路对光信号的偏振影响，Τ是通过第一公式计算得到的； [0024] 其中，第一公式是琼斯矩阵，为：
[00 巧]
[0026] Θ (t)为光纤链路对光信号位相角的改变，ε (t)为光纤链路对光信号楠圆率的 改变；及
[0027] 所述偏振分束器的输出的光信号为：
[003引其中，R(T)为光电转换模块输出的光信号的自相关函数，δ (ω)为单位脉冲函 数，
，σ为光探测器量子效率，τ。为光信号x，y支路相互之间的时延， Y为光信号载波半峰宽度，Gf(r)为偏振分束器输出的光信号的二阶自相关函数，是通 过第二公式计算得到的，Sm(?)是通过第Η公式计算得到的，或（《)是通过第四公式计算 得到的；
[0033] 其中，第二公式为：
[0034]
[0035] <*〉为取平均值；
[0036] 第二公式为：
[0037]
[00測第四公式为：
[0039]
[0040] ω。为光信号载波中必频率。
[0041] 第二方面，本发明提供一种使用上述装置的偏振稳定控制方法，包括：
[0042] S1、射频功率探测模块获取依次通过偏振控制器、禪合器、偏振分束器、光电转换 模块的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功 率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤 链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对 所述模拟电信号进行转换；
[0043] S2、处理模块中的模数变换器获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号 转换为数字电信号；
[0044] S3、处理模块中的数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏 振控制器的数字控制电压；
[0045] S4、处理模块中的数模变换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述 模拟控制电压发送给所述偏振控制器，W实时控制所述偏振控制器输出具有期望输出的偏 振态的光信号，W使所述禪合器将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两 束光信号后将第一束光信号作为输出光信号从偏振稳定控制装置中输出；
[0046] S5、所述禪合器将所述禪合器分出