一种矩形星座QAM信号全光再生装置的制作方法

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种矩形星座qam信号全光再生装置。

背景技术：

随着对高速率大容量网络需求的不断增加，高阶调制格式的传输和信号处理也逐渐被引入到光通信领域。多电平幅度和相位编码的光qam信号具有高的频谱效率，但是对光信噪比有较高的要求。使用全光再生技术可以有效降低qam光信号长距离光纤传输过程中线性和非线性噪声的累积效应。这要求qam全光再生器能够对光信号的多电平幅度和相位同时再生。

现存qam再生技术主要是针对一个或两个幅度的星形星座qam信号的。例如，用两级相敏结构可实现星形星座的8qam信号再生，或者采用将高非线性放大光纤环镜与单向相敏放大器结合的方案实现两个幅度电平的8qam再生等。这些方法的共同特点是采用了相敏放大器,而相敏放大器的实现又要求参量过程中信号光与闲频光之间必须保持相位同步，这个条件在实验室中可通过复杂的光纤四波混频和适当光带通滤波过程实现，但在实际中至今尚没有应用。另一方面，这些针对星形星座qam信号的再生技术无法推广到矩形星座qam再生情形，qam信号的再生电平数也受到限制。当前，具有更高频谱效率的相干光纤通信系统对矩阵星座qam信号的再生需求更加迫切，灵活的弹性光网络也要求相应的光信息处理器件支持灵活的电平数。目前为止，未见报导有能够满足上述需求的可行方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种矩形星座qam信号全光再生装置，能够对任意电平数的qam信号幅度和相位同时再生，无需复杂的相敏放大过程，具有易于实现。

为实现上述发明目的，本发明一种矩形星座qam信号全光再生装置，其特征在于，包括：光学i/q分离、两apsk整形单元和光学i/q合成器；

所述光学i/q分离器，由基于3db光耦合器的mzi结构和±π/2光移相器组成；其中，mzi结构的下臂分别串联一个光相位共轭器opc和第一可调光移相器；

输入qam信号经光学i\q分离器中的第一3db光耦合器后，分为两路光信号，一路光信号经过光相位共轭器实现信号的共轭处理，得到共轭信号，共轭信号再经过第一可调光移相器，以保持mzi结构上下臂信号的时序同步，然后输入至第二3db光耦合器，另外一路光信号直接输入至第二3db光耦合器；

第二3db光耦合器对输入的两束光信号进行双光束干涉，重新合成的两路光信号分别对应于输入qam信号的i分量和q分量，i分量和q分量两路信号分别经过-π/2和π/2光移相器后得到标准的幅相移键控格式信号apsk；

所述两apsk整形单元结构相同，每个apsk整形单元由非线性光纤环路和光滤波器组成；其中，非线性光纤环路主要包括非对称光耦合器、双向光放大器、偏振控制器、高非线性光纤、逆向光衰减器、非互易光移相器；

光学i/q分离器输出的apsk信号先经过非线性光纤环路中的非对称光耦合器，将apsk信分成顺时针和逆时针两路信号，逆时针信号再依次经过双向光放大器的放大和偏振控制器的偏振调节后，再由高非线性光纤来获得非线性相移，并通过逆向光衰减器进行信号单向衰减和非互易光移相器进行信号单向移相；顺时针信号按相反的过程依次经过上述器件；最后，两路信号再次由非对称光耦合器干涉耦合，耦合后的信号再经光滤波器滤波，从而输出幅度整形后的apsk信号；

所述光学i/q合成器包括第二可调光移相器和第三3db光耦合器，以实现两路再生apsk信号的聚合；

幅度整形后的apsk信号分别接入i/q合成器的上、下臂，上臂中的第二可调光移相器保持上下臂信号的时序同步，再通过第三3db光耦合器的上臂输出端口输出矩形星座qam信号；

装置工作原理：qam信号先进入光学i/q分离器，由第一3db光耦合器的下臂接入，同臂输出信号进入光相位共轭器和第一可调光移相器，保证与交叉臂输出的信号功率相同，然后进入第二3db光耦合器的下臂；第一3db光耦合器的交叉臂输出信号直接进入第二3db光耦合器的上臂；在第二光耦合器的上臂、下臂输出端口分别接入-π/2、π/2光移相器，经过光移相器后，在上臂得到了i路信号，下臂得到了q路信号；然后将i路、q路分别进入两个apsk整形单元，输出幅度整形后的i路、q路信号；幅度整形后的i路、q路信号进入i/q合成器，经过第二可调光移相器和第三3db光耦合器后，由第三3db光耦合器的上臂输出再生的qam信号。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种矩形星座qam信号全光再生装置，主要包括光学i/q分离器、幅相移键控(apsk)整形单元、光学i/q合成器；其中，光学i/q分离器将星座图为矩形的劣化qam光信号在光域分成两路幅相移键控(apsk)信号，它们分别对应于qam光信号的同相和正交分量；两路apsk信号分别送入两个apsk整形单元，完成幅度再生并保持apsk信号的相位不变；最后，幅度整形后的两路apsk信号由光学i/q合成器重新聚合成qam信号，从而完成矩形星座qam信号的全光再生。

同时，本发明一种矩形星座qam信号全光再生装置还具有以下有益效果：

(1)、本发明无需采用相敏放大器，避免了复杂的相干信号产生过程，适用于任意阶矩形星座图的qam信号再生，具有更好的平滑升级性；

(2)、i/q分离器和apsk整形单元可以作为独立器件使用，能够更好地适应灵活频谱效率、弹性光网络的应用需求。

附图说明

图1是本发明一种矩形星座qam信号全光再生装置原理图；

图2是光学i/q分离器的结构图；

图3是装置对的输入qam信号处理后的星座图；

图4是相位保持apsk整形单元的结构图；

图5是光学i/q合成器的结构图；

图6是装置对16qam信号处理后的星座图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种矩形星座qam信号全光再生装置原理图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种矩形星座qam信号全光再生装置，主要包括：光学i/q分离、两apsk整形单元和光学i/q合成器；

如图2所示，光学i/q分离器，由基于3db光耦合器的mzi结构和±π/2光移相器组成；其中，mzi结构的下臂分别串联一个光相位共轭器opc和第一可调光移相器；

输入qam信号的星座图如图3(a)所示，输入qam信号经光学i\q分离器中的3db光耦合器1后，分为两路光信号，一路光信号经过光相位共轭器实现信号的共轭处理，得到共轭信号，共轭信号再经过可调光移相器1，以保持mzi结构上下臂信号的时序同步，然后输入至3db光耦合器2，另外一路光信号直接输入至3db光耦合器2；

3db光耦合器2对输入的两束光信号进行双光束干涉，重新合成的两路光信号分别对应于输入qam信号的i分量和q分量，i分量和q分量两路信号分别经过-π/2和π/2光移相器后得到标准的幅相移键控格式信号apsk，apsk的星座图如图3(b)所示；

两apsk整形单元结构相同，每个apsk整形单元由非线性光纤环路和光滤波器组成；其中，如图4所示，非线性光纤环路主要包括非对称光耦合器、双向光放大器、偏振控制器、高非线性光纤、逆向光衰减器、非互易光移相器；

光学i/q分离器输出的apsk信号先经过非线性光纤环路中的非对称光耦合器，将apsk信分成顺时针和逆时针两路信号，逆时针信号再依次经过双向光放大器的放大和偏振控制器的偏振调节后，再由高非线性光纤来获得非线性相移，并通过逆向光衰减器进行信号单向衰减和非互易光移相器进行信号单向移相；顺时针信号按相反的过程依次经过上述器件；最后，两路信号再次由非对称光耦合器干涉耦合，耦合后的信号再经光滤波器滤波，从而输出幅度整形后的apsk信号，幅度整形后的apsk的星座图如图3(c)所示。可见，apsk信号的相位也得到了保持。因此，apsk整形单元也可以作为一个独立器件，用于多个幅度电平的bpsk信号再生。

如图5所示，光学i/q合成器包括可调光移相器2和3db光耦合器3，以实现两路再生apsk信号的聚合；

幅度整形后的apsk信号分别接入i/q合成器的上、下臂，上臂中的可调光移相器2保持上下臂信号的时序同步，再通过3db光耦合器3的上臂输出端口输出矩形星座qam信号；

下面我们对装置的工作原理进行描述：qam信号先进入光学i/q分离器，由3db光耦合器1的下臂接入，同臂输出信号进入光相位共轭器和可调光移相器1，保证与交叉臂输出的信号功率相同，然后进入3db光耦合器2的下臂；3db光耦合器1的交叉臂输出信号直接进入3db光耦合器2的上臂；在3db光耦合器2的上臂、下臂输出端口分别接入-π/2、π/2光移相器，经过光移相器后，在上臂得到了i路信号，下臂得到了q路信号；然后将i路、q路分别进入两个apsk整形单元，输出幅度整形后的i路、q路信号；幅度整形后的i路、q路信号进入i/q合成器，经过可调光移相器2和3db光耦合器3后，由3db光耦合器3的上臂输出再生的qam信号，qam信号的星座图如图3(d)所示，它与原来输入的qam信号相比，星座点的聚拢性能更好，表明噪声得到了抑制。

下面用信号复振幅表示描述本发明的实现过程：信息可以用信号光场的复振幅(应于星座图)表示，输入的劣化矩形星座qam光信号的复振幅为ain＝x+jy，其中x、y分别为信号的同相分量和正交分量。经过i/q分离器的3db光耦合器1后分成两路信号，其复振幅分别为和前者经过opc和可调光移相器1处理后再与后者进行3db光耦合器2干涉，干涉输出信号再分别经过-π/2，π/2光移相器，可输出i路信号x和q路信号y的数据，完成i路、q路信号分离过程。i/q两路信号分别进入两个apsk整形单元，对两路分量信号进行整形再生，整形后的i路和q路信号用表示。整形后的两路信号再由光学i/q合成器重新映射为qam信号的复振幅其对应的星座图与输入qam信号相比聚拢程度更好，即实现了矩形星座qam信号的再生。

实例

以矩形星座16qam为例，描述符号速率为25gbaud的劣化矩形星座16qam信号的全光再生过程，其中信号的性能参数为evm＝2.96％，输入星座图如图6(a)所示。

光学i/q分离器由基于3db光耦合器的mzi结构和±π/2光移相器组成，其中mzi结构的下臂分别串联一个opc和一个可调光移相器1。其中，opc的具体实现方法有多种，本实例采用非简并正交泵浦的四波混频方法实现；可调光移相器1设置为δφ＝-2.14rad，以保持mzi结构上下臂信号的时序同步。此时，光学i/q分离器的输出的apsk信号星座图如图6(b)所示。

对于两个apsk整形单元，apsk信号首先由耦合比为0.15的非对称光耦合器分为两路信号，逆时针信号依次经过增益为25db的双向光放大器、偏振控制器、2.4km长的高非线性光纤(非线性系数为10w^-1/km)、损耗为5db的逆向光衰减器(顺时针衰减0db，逆时针衰减5db)、非互易光移相器(顺时针移相-3rad，逆时针移相0rad)；顺时针信号以相反的方向依次经过上述器件。逆时针和顺时针两路信号再次由非对称光耦合器干涉输出，然后由光滤波器滤波，完成apsk信号的整形过程。整形后的apsk信号星座图如图6(c)所示。其中，高非线性光纤使信号获得了非线性相移，滤波器滤除不必要的噪声。

光学i/q合成器由一个可调光移相器2与一个3db光耦合器1的输入端口连接而成。整形后的两路apsk信号分别接入i/q合成器的上、下臂，上臂中的可调光移相器2理想情况下设置为0rad，以保证两路整形apsk信号之间的平衡，3db光耦合器3的上臂输出端口即为整个矩形星座qam信号全光再生装置的输出端口。再生后的qam星座图如图6(d)所示，对应的evm＝1.6％。从星座图以及evm的降低两个角度均可以表明qam信号的质量变好，能够实现qam信号的再生。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。