一种基于相位追踪的非正交偏振复用相位调制信号传输方案的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及长距离传输的骨干网领域，尤其是一种基于相位追踪的非正交偏振复 用相位调制信号传输方案。
【背景技术】
[0002] 随着当今信息化社会的持续发展，广大民众对信息的需求呈逐年增长的趋势。光 纤通信行业发展的三十年，系统容量与传输距离呈现大约每四年乘十倍的增长。在这种需 求下，目前大规模铺设的密集型光波分复用（DWDM)系统正在逐渐耗尽其波长资源。压缩光 脉冲从而提升时分复用（TDM)系统的效率也有很大的限制。在这样的背景下，光通信的研 究人员急需寻求新的技术，提高通信系统频带利用率。
[0003] 为了增加传输容量，在单波长信道上普遍采用的是正交的偏振复用（PDM)的传输 方式。在两个相互正交的偏振态上，传输不同的业务信号，可以使频谱利用率提升一倍。同 时，正交PDM形式的解复用算法比较简单，目前已经成为信号传输网络的标准。偏振复用技 术为传输容量和频谱效率的提高做出了较大的贡献。然而，传统的PDM系统，两个偏振态必 须严格正交，从而浪费掉了其他偏振态资源，在一定程度上制约了频谱利用率的提升。目 前，基于长距离传输的骨干网传输以相位调制为主，随着相位调制的阶数越高，频谱利用率 就越高。因此有效的结合非正交偏振态的研究，将进一步提升骨干网的传输容量。
[0004] 目前国内外有多个研究小组，从偏振态角度出发探索提升频谱利用率。1986年，法 国Herard研究小组首先提出使用3个偏振态传输信号，每个偏振复用角度为n/3,实现了 首次非正交偏振复用传输。该技术的偏振解复用过程比较复杂，传输过程中信噪比要求很 高，传输距离短等众多限制因素，使该研究一直没有得到广泛应用。2013年，中国西南交通 大学闫连山教授研究小组首次仿真实现单波长4个偏振态传输信号，每个偏振复用角度为 /4,频谱利用率提升4倍。2014年，丹麦技术大学的JoMEstardn研究小组使用斯托克斯 分析仪，实现4个偏振态解复用，传输距离为2km。由此可以看出，非正交的偏振复用技术可 以有效的提升单波长频谱利用率，将是未来偏振态研究的重点以及热点。但是所有的方案 仅仅研究了偏振角为45°和60°的复用方案，并且实验研究传输距离最长也只有2km。为 了进一步提高传输容量和频谱利用率，也为了灵活的适用于骨干网传输，更小角度、更长传 输距离、更高阶相位调制格式的非正交偏振复用技术的研究，具有重要的实际意义和应用 前景。
【发明内容】
[0005] 鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于相位追踪的非正交偏振 复用相位调制信号传输方案。该方案传输距离远，可适用于任意阶的相位调制格式。同时 解调算法相对简单，易于工程实现。本方案通过相干检测获得具有强度、相位以及偏振等信 息的电信号，并结合数字信号处理的方法，可以实现某个特定小角度的非正交的偏振相位 调制信号解调。
[0006] 本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：
[0007] -种基于相位追踪的非正交偏振复用相位调制信号传输方案。主要由沿光路 顺序链接的以下器件构成：一路或N路波长的非正交偏振复用相位调制光信号（lOli-l〇l N)、波分复用器102、光纤103、光放大器104、波分解复用器105、一个或N个光处理单元 (106广106 N)、一个或N个光电转换器（107广107 N)以及数字信号处理单元108 ;在发射 端，lOli- 101N产生一路或N路不同波长的非正交的偏振复用NPDM相位调制m-PSK信号； NPDM相位调制信号由波分复用器102合成为波分复用的NPDM ;复用后的光信号进入光纤 103中进行传输；传输后的光信号由光放大器104进行功率补偿；在接收端，功率补偿后的 光信号通过波分解复用器105,分离成N路单波长的非正交的偏振复用m-PSK信号；将分离 之后的光信号分别接入到光处理单元（lOei- 106N)实现信号光与本振光的干涉，干涉后的 光信号通过光电转换器107 N)得到电信号；接收到的电信号在数字信号处理单元 108,实现非正交相位调制信号的解调输出。
[0008] 采用本发明的方法，包括以下几个特征：1)非正交的偏振复用角度可以是大于某 个特定小角度的任意角度；2)直接采用相干接收的处理方式，不需要改变任何现有网络结 构既可实现非正交偏振系统相位调制信号的解复用；3)对偏振相关损耗（PDL)以及偏振模 式色散（PDM)具有较大的容忍度。人们对信息的需求呈逐年增长的趋势，系统容量与传输 距离呈现大约每四年乘十倍的增长。在这种需求下，长距离传输的骨干网需要进一步的提 高传输容量和频谱利用率。但是传统的PDM系统，两个偏振态必须严格正交，从而浪费掉了 其他偏振态资源，在一定程度上制约了频谱利用率的提升。本发明的实现了基于相位追踪 的非正交偏振复用相位调制信号传输方案，打破了传统的严格正交性，为未来进一步提升 频谱效率做了探索和实践。所述方案可与其他复用技术结合，如正交频分复用（OFDM)，波分 复用（WDM)等，以实现更长传输距离的、更大传输容量的、更高频谱利用率的、灵活的光纤 骨干网传输。
[0009] 基于相位追踪的非正交偏振复用相位调制信号传输方案，发射端主要是产生一路 或N路非正交的偏振复用（NPDM)相位调制信号（m-PSK)，接收端主要实现一路或N路非正 交信号的解复用。在发射机端，需要两个光调制器产生相位调制信号，将产生的两个相位信 号通过两个偏振控制器进行调节，实现两路信号偏振态非正交，然后将两个非正交的偏振 信号通过一个耦合器实现复用；在接收机端，采用相干检测方式获得具有强度、相位以及偏 振等信息的电信号，并结合数字信号处理的方法，通过相位追踪算法，可以实现某个特定小 角度的非正交的偏振相位调制信号解调。
[0010] 本发明是针对长距离骨干网提出的，同时可与0FDM，WDM等其他复用技术结合。本 发明方案打破了传统的严格正交性，为未来进一步提升频谱效率和传输容量做了探索和实 践。结合数字信号处理单元，该方案可以很好的补偿传输过程中的损耗和失真，为实现更长 距离的传输做了前期探索。本发明将很好的适用于长距离骨干网传输，具有一定的研究价 值以及应用前景。
【附图说明】：
[0011] 图1为本发明的基于相位追踪的非正交偏振复用相位调制信号传输方案；
[0012] 图2为本发明的非正交偏振复用相位信号产生结构图；
[0013] 图3本发明中相位调制信号的相干解调方案；
[0014] 图4本发明的数字信号处理算法示意图；
[0015] 图5本发明中的偏振态旋转示意图；
[0016] 图6本发明中的相位追踪示意图；
[0017] 图7本发明的非正交偏振态不同角度传输80千米的误码率；
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0019] 如图1所示，本发明方案由一路或N路波长的非正交偏振复用相位调制光信号 (^(^~101 N)、波分复用器102、光纤103、光放大器104、波分解复用器105、一个或N个光 处理单元（1〇6广106 N)、一个或N个光电转换器（107广107N)以及数字信号处理单元108 组成；本方案可以很好的补偿传输过程中的损耗和失真，适用于长距离骨干网传输。在发射 端，lOli-lOU产生一路或N路不同波长的非正交的偏振复用（NPDM)相位调制（m-PSK)信 号；NPDM相位调制信号由波分复用器102合成为波分复用的NPDM ;复用后的光信号进入光 纤103中进行传输；传输后的光信号由光放大器104进行功率补偿；在接收端，功率补偿后 的光信号通过波分解复用器105,分离成N路单波长的非正交的偏振复用m-PSK信号；将分 离之后的光信号分别接入到光处理单元（lOei- 106N)实现信号光与本振光的干涉，干涉后 的光信号通过光电转换器107N)得到电信号；接收到的电信号在数字信号处理单元 108,实现非正交相位调制信号的解调输出。为了下文分析方便，这里假设，两个非正交复用 信号可以分别用 ？1和口2表示。