基于差分调制的光纤传输接收端和光纤通信系统

1.本发明涉及一种基于差分调制的光纤传输接收端和光纤通信系统，属于光传输技术领域。


背景技术：

2.由于相干检测系统的高灵敏度、高频谱效率等优点，基于相干检测的偏振复用技术已在高性能长距离光传输系统中广泛商用。随着海量数字信息的需求不断增强，相干检测和偏振复用技术也将进一步应用于对成本和复杂度要求更严格的中短距传输系统。
3.相干检测需要在接收端有一个本振(e
lo
)用于信号的检测与解复用，如图1所示。然而在新型低成本低复杂度通信系统中(如中短距离光通信系统)由于所要求的成本和复杂度限制，不易使用窄线宽低频率漂移的激光器作为信号源和本振。
4.同源自零差相干检测(self-homodyne coherent detection，shcd)系统，如图2所示，避免了在接收端使用本振激光器的要求，然而由于接收信号([e
s1
,e
s2
])和远端本振([e
lo1
,e
lo2
])传输中经历不同的偏振相关的效应(如偏振旋转)，使得接收端信号和本振的偏振态都不稳定，需要在光域(即光电探测前)对接收到的光信号进行基于光器件的信号处理来实现偏振旋转、跟踪、解复用等功能，然而光域的偏振跟踪速度较低。
[0005]
现有的差分调制光纤传输系统中，发射端生成差分调制信号，经过光纤传输到接收端，在接收端进行差分解调。针对偏振复用差分调制系统的现有偏振解复用技术分为3种：1)如图3所示，在光域使用偏振控制器(pc)实现偏振旋转、跟踪、解复用等功能；2)如图4所示，利用光域一个偏振分束器(pbs)和两套差分解调模块得到两个偏振分量，再由模数转换器转为数字采样信号进行数字域偏振跟踪。3)如图5所示，利用一个差分解调模块同时解调正交偏振分量信号，在电域恢复正交偏振分量的信号。
[0006]
对于第一种在光域进行偏振解复用的方案，通常需要在光域偏振控制模块之前对色散和偏振模色散进行补偿，而且光域的偏振跟踪速度较低。第二种偏振解复用方案需要两套差分解调模块分别对正交偏振分量进行解调，成本和功耗较高。第三种方案需要使用时分复用技术，在一个符号周期内的不同时间分布两个正交偏振分量，在电域恢复信号时需要2倍的符号速率才能将正交极化信号恢复，因此需要的模拟带宽将增加一倍。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于提供一种基于差分调制的光纤传输接收端和光纤通信系统，用于解决现有技术中存在的问题。
[0008]
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009]
根据第一方面，本发明实施例提供了一种基于差分调制的光纤传输接收端，所述光纤传输接收端包括：
[0010]
差分相位解调模块、偏振分束器pbs、平衡检测模块、模数转换模块和数字信号处理模块；
[0011]
所述差分相位解调模块，用于对接收到的光信号进行差分解调，得到差分相位信息，将解调后的光信号发送至所述pbs；
[0012]
所述pbs，用于对解调后的光信号分离正交极化分量，得到x极化分量和y极化分量；
[0013]
所述平衡检测模块，用于对所述pbs分离得到的x极化分量和y极化分量进行平衡检测，并将光信号转换为电信号；
[0014]
所述模数转换模块，用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；
[0015]
所述数字信号处理模块，用于对所述模数转换模块采样得到的数字信号进行极化解复用。
[0016]
可选地，所述差分解调模块包括耦合器和延迟线干涉仪dli。
[0017]
可选地，所述平衡检测模块，用于对所述pbs分离得到的x极化分量和y极化分量进行平衡检测，得到x极化的同向正交分量和y极化的同向正交分量。
[0018]
可选地，所述平衡检测模块输出的信号包括：
[0019]
x极化的同向分量和正交分量：
[0020][0021]
y极化的同向分量和正交分量：
[0022][0023]
其中，es为当前时刻的极化状态，e's为前一时刻的极化状态；e
s1
,e
s2
表示x极化和y极化方向的单位向量；为x极化和y极化所传递的差分相位信息；为所述差分解调模块上臂和下臂的相移。
[0024]
可选地，所述平衡检测模块包括4个平衡检测单元，每个平衡检测单元用于输出所述x极化的同向正交分量和所述y极化的同向正交分量中的一种。
[0025]
可选地，所述模数转换模块包括4个模数转换单元，每个模数转换单元与一个平衡检测单元相连，用于将所述平衡检测单元输出的极化分量转换成数字信号；不同模数转换单元对应不同平衡检测单元。
[0026]
可选地，所述pbs包括4个pbs单元；其中，2个pbs单元分别与用于输出同向分量的平衡检测单元相连，2个pbs单元分别与用于输出正交分量的平衡检测单元相连。
[0027]
第二方面，提供了一种光纤通信系统，所述光纤通信系统包括光纤通信系统发送端和如第一方面所述的光纤传输接收端。
[0028]
通过提供一种光纤传输接收端，该光纤传输接收端包括：差分相位解调模块、偏振分束器pbs、平衡检测模块、模数转换模块和数字信号处理模块；所述差分相位解调模块，用于对接收到的偏振复用光信号进行差分解调，得到差分相位信息，将解调后的偏振复用光信号发送至所述pbs；所述pbs，用于对接收到的偏振复用光信号分离正交极化分量，得到x
极化分量和y极化分量；所述平衡检测模块，用于对所述pbs分离得到的x极化分量和y极化分量进行平衡检测，并将光信号转换为电信号；所述模数转换模块，用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；所述数字信号处理模块，用于对所述模数转换模块采样得到的数字信号进行极化解复用。也即通过在pbs之前设置差分解调模块，进而在光域进行差分解调，之后再通过pbs分离正交偏振分量，可以减少1个差分解调模块的使用，而由于差分解调模块的成本较高且功耗较高，因此，本技术通过上述方案解决了现有技术中接收端体积大功耗较高的问题，达到了可以降低光纤通信系统接收端的体积、成本以及功耗的效果。
[0029]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0030]
图1为现有方案中相干检测接收端的结构示意图；
[0031]
图2为现有方案中shcd系统接收端的结构示意图；
[0032]
图3为现有方案中差分调制偏振解复用方法中接收端的一种可能的结构示意图；
[0033]
图4为现有方案中差分调制偏振解复用方法中接收端的另一种可能的结构示意图；
[0034]
图5为现有方案中差分调制偏振解复用方法中接收端的再一种可能的结构示意图；
[0035]
图6为本发明一个实施例提供的光纤传输发送端的实现原理图；
[0036]
图7为本发明一个实施例提供的光纤传输接收端的实现原理图；
[0037]
图8为本发明一个实施例提供的差分解调模块的结构示意图；
[0038]
图9为本发明一个实施例提供的差分解调模块的实现原理图；
[0039]
图10为本发明一个实施例提供的对差分解调模块输出的偏振信号进行偏振分离的示意图。
具体实施方式
[0040]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0042]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0044]
对于一个基于差分调制如dqpsk(differential quadrature reference phase shift keying，差分正交相移键控)格式的光纤通信系统，如图6所示，光纤传输发送端的实现可以在现有qpsk(quadrature phase shift keying，正交相移键控)系统的基础上实现，通过对于信息比特差分编码(differential coding)再进行相位映射即可实现差分调制(如dqpsk)发射机。其中，偏振复用的实现与当前常规偏振复用方案相同，通过pbs(polarizing beam splitter，偏振分束器)将激光器的输出分为x极化和y极化，分别进行光调制(optical modulation)，将调制后的正交极化信息通过偏振耦合器(pbc)，即可得到一个偏振复用信号。偏振复用信号通过光纤传输后到达光纤传输接收端。
[0045]
请参考图7，其示出了本技术一个实施例提供的基于差分调制的光纤传输接收端的结构示意图，如图7所示，所述光纤传输接收端包括：
[0046]
差分相位解调模块(differentially coherent detection)、pbs、平衡检测模块(bd，balance detection)、模数转换模块(ad，analog to digital conversion)和数字信号处理模块(dsp，digital signal process)；
[0047]
所述差分相位解调模块，用于对接收到的光信号进行差分解调，解调得到差分相位信息，将解调后的光信号发送至所述pbs；
[0048]
可选地，所述差分解调模块包括耦合器和dli(delay line interferometer，延迟线干涉仪)。比如，请参考图8，差分解调模块可以包括一个3db couple和2个dli。结合图8可知，在光纤传输接收端接收到偏振复用信号之后，通过差分解调模块可以同时解调x极化和y极化分量，并输出解调后的信号e3,e4,e5,e6至pbs。可选地，
[0049]
假设接收的差分偏振复用信号为
[0050][0051][0052]es1
,e
s2
分别为x极化和y极化分量的接收光信号，e
s1
,e
s2
为表示x极化和y极化方向的单位向量。如图9所示，在差分解调模块同时对x极化和y极化进行差分解调，恢复相位差信息。
[0053]
差分解调后的e3,e4,e5,e6仍为偏振复用信号，如图10所示，以e3为例，差分检测后经过pbs，使正交偏振分量分离。
[0054]
所述pbs，用于对接收到的光信号分离正交极化分量，得到x极化分量和y极化分量；
[0055]
可选地，如图7所示，所述pbs包括4个pbs单元；其中，2个pbs单元分别与用于输出同向分量的平衡检测单元相连，2个pbs单元分别与用于输出正交分量的平衡检测单元相连。
[0056]
在本技术中，虽然pbs可以包括4个pbs单元，但是由于pbs单元为无源器件无功耗需求，因此，本技术虽然使用的pbs单元较多，但是仍然无需因为增多的pbs单元耗用功耗。
[0057]
所述平衡检测模块，用于对所述pbs分离得到的x极化分量和y极化分量进行平衡检测，并将光信号转换为电信号；
[0058]
可选地，所述平衡检测模块，用于对所述pbs分离得到的x极化分量和y极化分量进行平衡检测，得到x极化的同向正交分量和y极化的同向正交分量。也即解调后的信号经过平衡检测获得4路信号，分别为：x极化的i路信号和q路信号，y极化的i路信号和q路信号。
[0059]
可选地，所述平衡检测模块输出的信号包括：
[0060]
x极化的同向分量和正交分量：
[0061][0062]
y极化的同向分量和正交分量：
[0063][0064]
其中，es为当前时刻的极化状态，e's为前一时刻的极化状态；e
s1
,e
s2
表示x极化和y极化方向的单位向量；为x极化和y极化所传递的差分相位信息；为所述差分解调模块上臂和下臂的相移。实际实现时，在dqpsk解调实现过程中可取为
[0065]
请参考图7，所述平衡检测模块包括4个平衡检测单元，每个平衡检测单元用于输出所述x极化的同向正交分量和所述y极化的同向正交分量中的一种。
[0066]
所述模数转换模块，用于将接收到的电信号转换为数字信号；
[0067]
可选地，所述模数转换模块包括4个模数转换单元，每个模数转换单元与一个平衡检测单元相连，用于将所述平衡检测单元输出的极化分量转换成数字信号；不同模数转换单元对应不同平衡检测单元。
[0068]
所述数字信号处理模块，用于对所述模数转换模块转换得到的数字信号进行极化解复用。
[0069]
可选地，dsp可以对数字信号进行偏振旋转、跟踪、解复用和信号损伤补偿等等处理，本实施例对此并不做限定。
[0070]
在上述光纤传输接收端中，在电域中使用dsp进行解复用，可以对信号在传输过程中受到的一些损伤进行补偿。使用高速dsp实现偏振旋转、跟踪和解复用，相比于现有技术中使用光偏振跟踪模块具有更快的跟踪能力，可以对信号极化状态的快速改变进行跟踪。同时，由于不需要使用光域的光偏振跟踪模块，简化了光纤传输接收端的结构，缩小了光纤传输接收端的体积，降低了光纤通信系统的系统功耗。
[0071]
需要说明的是，上述仅以差分解调模块和pbs为分开的器件来举例说明，实际实现时，还可以将差分解调模块和pbs集成在一体，进而进一步降低光纤传输接收端的功耗。
[0072]
综上所述，通过提供一种光纤通信系统偏振解复用接收端，该光纤通信系统偏振
解复用接收端包括：差分相位解调模块、偏振分束器pbs、平衡检测模块、模数转换模块和数字信号处理模块；所述差分相位解调模块，用于对接收到的光信号进行差分解调，得到差分相位信息，将解调后的光信号发送至所述pbs；所述pbs，用于对解调后的光信号分离正交极化分量，得到x极化分量和y极化分量；所述平衡检测模块，用于对所述pbs分离得到的x极化分量和y极化分量进行平衡检测，并将光信号转换为电信号；所述模数转换模块，用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；所述数字信号处理模块，用于对所述模数转换模块采样得到的数字信号进行极化解复用。也即通过在pbs之前设置差分解调模块，进而在光域进行差分解调，之后再通过pbs分离正交偏振分量，可以减少1个差分解调模块的使用，而由于差分解调模块的成本较高且功耗较高，因此，本技术通过上述方案解决了现有技术中接收端体积大功耗较高的问题，达到了可以降低光纤传输接收端的体积、成本以及功耗的效果。
[0073]
本技术还提供了一种光纤通信系统，所述光纤通信系统包括光纤传输发送端和如上所述的光纤传输接收端。
[0074]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0075]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。