专利名称：正交双偏振差分四相相移键控发射与接收的方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通信领域，具体地说是一种正交双偏振差分四相相移键控发射与 接收的方法及其系统。
背景技术：
数字通信系统中用到多种调制方法，其中多相键移调制以其良好的频谱利用率和 误码率性能受到重视，多相键移是将信息存储在发射信号相位中的调制格式，随着信息社 会对于大容量通信迅速增长的需求，目前光纤通信界运营商都在将单信道lOGbit/s的系 统升级到40Gbit/s系统，同时也在为升级到100Gbit/S甚至160Gbit/s系统积累技术。目前达到lOOGbit/s光传输系统的方法主要有波分复用技术、时分复用技术、偏 分复用技术、符号复用技术等。其中单波长做到40Gbit/s直至lOOGbit/s系统则普遍采 用符号复用技术。常见的符号复用技术有差分四相相移键控(DQPSK)、差分8相相移键 控(D8PSK)、多级正交幅度调制(x-QAM)等。现有技术具有以下缺点差分8相相移键控 (D8PSK)、多级正交幅度调制(x-QAM)码型虽然能进行3路以上的电信号复用，但是发射和 接收部分结构都超级复杂，而且某些特殊的元器件稳定性还不佳，如D8PSK解调器中用的 η /8相移器很难做到精确稳定；复用器中用到的几个马赫_曾德尔调制器(MZM)也很难做 到完全对称；再者D8PSK的解调系统用到4路马赫-曾德尔干涉仪光路、4个平衡探测器以 及一个异或门电路，非常复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种正交双偏振差分四相相移键控发射与 接收的方法及其系统，其不仅大大降低复杂度，并且能使元器件稳定性显著增强。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种正交双偏振差分四相相 移键控发射与接收系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于，所述的发射装置包括用 于输出连续光作为光载波的连续激光器；所述的连续激光器连接有用于将入射的连续光分 成偏振态相互垂直的两束线偏振光的偏振分束器；所述的偏振分束器连接有第一 DQPSK调 制器、第二 DQPSK调制器；所述的第一 DQPSK调制器、第二 DQPSK调制器的输入端连接预编 码器；所述的第一 DQPSK调制器的输出端连接第一偏振控制器；所述的第二 DQPSK调制器 的输出端连接可调谐光衰减器，所述的可调谐光衰减器的输出端连接第二偏振控制器；所 述的第一偏振控制器、第二偏振控制器的输出端连接有偏振合束器。所述的接收装置包括DQPSK解调器，其与发射装置的输出端连接；平衡探测器， 其与DQPSK解调器的输出端连接；判决电路，其与平衡探测器的输出端连接。所述发射装置的第一 DQPSK调制器包括用以分别接收调制信号Ilk、Qlk的两个马 赫_曾德尔调制器，其连接有第一 η /2相移器。所述发射装置的第二 DQPSK调制器包括用以分别接收调制信号I2k、Q2k的两个马 赫_曾德尔调制器，其连接有第二 η /2相移器。
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所述发射装置的偏振合束器的输出端还连接有马赫_曾德尔调制器。所述接收装置的DQPSK解调器包括耦合器，所述的耦合器连接第一马赫-曾德尔 延迟干涉仪、第二马赫-曾德尔延迟干涉仪。所述的第一马赫-曾德尔延迟干涉仪的上臂对应1个比特周期延迟，下臂对应 H /4的相移；所述的第二马赫-曾德尔延迟干涉仪的上臂对应1个比特周期延迟，下臂对 应-沉/4的相移。所述接收装置的平衡探测器包括第一平衡探测器，其与第一马赫_曾德尔延迟 干涉仪的输出端连接；第二平衡探测器，其与第二马赫_曾德尔延迟干涉仪的输出端连接。所述的第一平衡探测器包括两个光电探测器，用于分别接收来自第一马赫-曾 德尔延迟干涉仪“加口，，和“减口，，的光信号，光电探测器的输出端连接一个减法器；所述的 第二平衡探测器包括两个光电探测器，用于分别接收来自第二马赫-曾德尔延迟干涉仪 “加口 ”和“减口 ”的光信号，光电探测器的输出端连接一个减法器。一种正交双偏振差分四相相移键控发射与接收方法，其特征在于，所述的发射步 骤包括连续激光器输出连续光作为光载波；经偏振分束器输入到上下两个DQPSK调制器 上；预编码器输入端接收从信号发生器输出端输出的四路电压信号ulk、vlk, u2k, v2k，将其编 码成为调制信号Ilk、Qlk、I2k、Q2k ；调制信号Ilk、Qlk加载到第一 DQPSK调制器，并由光输出端 口输出到第一偏振控制器；调制信号I2k、Q2k加载到第二 DQPSK调制器，并由光输出端口输 出到可调谐光衰减器进行光功率调整，使第一支路和第二支路的DQPSK信号的功率之比满 足2 1，然后再输出到第二偏振控制器；从第一偏振控制器和第二偏振控制器输出的两束 正交的偏振信号光经过偏振合束器进行耦合，得到正交双偏振非归零DQPSK信号；再经过 一个马赫-曾德尔调制器调制得到正交双偏振归零(RZ)DQPSK信号。所述的接收步骤包括接收后的信号光经耦合器进入第一马赫_曾德尔延迟干涉 仪和第二马赫_曾德尔延迟干涉仪进行DQPSK信号的解调；第一平衡探测器的两个输入端 口分别接收来自第一马赫_曾德尔延迟干涉仪“加口”和“减口 ”的光信号，光电探测器将 光信号转变为电流，两电流相减后输出电信号u ；第二平衡探测器的两个输入端口分别接 收米自第二马赫_曾德尔延迟干涉仪“加口，，和“减口”的光信号，光电探测器将光信号转 变为电流，两电流相减后输出电信号ν ；输出的电信号进入判决电路进行判决，最后得到传 输后的数据。所述的发射步骤根据预编码公式获取Ilk、Qlk、I2k、Q2k调制信号Ihk =UxkVxkIxk^ +UhkVhkQlk^ +UhkVl kQ{ +UljiVhkIx^Qxk = uKk να Qijc^l + UljcVhk + Uxti vu/u_, + VhkQu-^
1I,k = \kV2,j2,k-xQ2,k-\ + \k uItk1I^QlM-X + vXMvIM12,k-\Q2,k-l + VlJ2,k-lQl,k-X+Vl kV2 k+ UhkU2 kI2 ^ Q2 +Ui kU2jiI2j^Q1M + u ，ku2，kI2Ji_、Q2 k_、
Q2k = uxk u2J( I2^ Q2k_x + vu V2jcI2^ Q2k_A + vuvu IlkMi+VxkV2kI2k^ Q2^1 + uXkulkllk_xQlk_x + Uik u2kI2k_{Q2Jc_x + u、ku2,k I2k—、Q2^1 或Ihk = Uhk v]k Ilk^ + UhkVlkQ^
,k-]+wUvUj^U-I
Qljt = UxkVlkQxk^ +UxkVxkI^l +UijtVlkIl^l +UlkVhkQlk^Iu = (vu e v2i, )/2，t_, Qu_、+ (uuk θ u2 k )I2Mi Q^+(ηιΛ e u^I^Q^ + (ν Λ V1^I1mMi,k-,Q2k = (wu e uu)I2k_,Q2k_, + Ou e V2 JZ2^1 Q2k_,+(vu 十 ν2Λ)/2 ,-々m + Ou 十 w2，n。所述的接收步骤中判决电路进行的判决方法为，从公式DPoi—OPSK — I Dessirucliva ^ ^ Constructive 小
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2ΡP=及i[cos(A^)-sin(A 么)]+ 7 了 [cos(A^2)-sin(A‘)]DPol-OPSK^ Des^nict!ve._^ I ^ Conslruciive._π_ ^
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2ΡP= i —[cos(A^vl) + sin(A^vl)] + i -[cos(A^v2) + sin(A^v2)]其中R为光电二极管的响应度，P为入射信号总的光功率得到四个不同幅度的相对电平-1，-1/3，1/3，1，不同的相对电平值对应不同的 (U1, U2)及(Vl，V2)的组合码，其中相对电平-1对应00，相对电平-1/3对应01，相对电平 1/3对应11，相对电平1对应10。实现三个相对判决电平_2/3，0，2/3，当输出电平的相对 值小于-2/3的相对电平时，判决输出为00 ；当输出电平的相对值大于-2/3而小于0时，判 决输出为01 ；当输出电平的相对值大于0而小于2/3时，判决输出为11 ；当输出电平的相对 值大于2/3，则判决输出为10，从而解调出四路电信号Ul、Vl、u2、v2。本发明相对于现有技术具有以下突出的实质性特点和显著的进步可以复用4路电信号，而接收端只需用一个解调器和两个平衡探测器就可以将两 个正交偏振的DQPSK信号同时解调出来，与D8PSK及χ-QAM系统相比，复杂度大大降低，并 且能使元器件稳定性显著增强。
图1为本发明的发射装置结构图；图2为本发明的接收装置结构图；图3为正交双偏振DQPSK信号星座图；图4为正交双偏振DQPSK信号的频谱图；图5为接收端正交双偏振DQPSK眼图
具体实施例方式如图1所示，本发明的发射装置的连续激光器输出的连续光作为光载波，经偏振 分束器输入到上下两个DQPSK调制器上被调制；偏振分束器的作用是将入射的连续光分 成偏振态相互垂直的两束线偏振光；每个DQPSK调制器由上下两个马赫-曾德尔调制器 以及一个η/2相移器组成，其微波信号输入端接收预编码器输出的数据流，实现光域非归 零DQPSK信号调制并由光输出端口输出到偏振控制器或可调谐光衰减器；可调谐光衰减器
7入光口接收来自下支路DQPSK调制器输出的调制后的光信号，调整输入信号的光功率，使 上下支路的DQPSK信号的功率之比满足2 1 ；偏振控制器用来控制入射到偏振合束器上 的信号光的偏振态，保证入射到偏振合束器上的信号光的偏振态正交；偏振合束器的作用 是把从上下支路两个偏振控制器输出的两束正交的偏振信号光耦合在一起，得到正交双偏 振非归零(NRZ)DQPSK信号；若要得到正交双偏振归零(RZ)DQPSK信号，还要经过一个马 赫-曾德尔调制器调制，给马赫-曾德尔调制器加不同的偏置电压及时钟信号，就可以得到 不同占空比的正交双偏振RZ-DQPSK信号；预编码器输入端接收从信号发生器输出端输出 的四路电压信号，并将四路电压信号ulk、vlk, u2k, v2k编码成为Ilk、Qlk、I2k、Q2k调制信号，该 预编码器的调制信号输出端分别连接上下两个DQPSK调制器的调制端，用作加载到上下两 个DQPSK调制器的微波数据源；4路电信号1111;、vlk, u2k, v2k，经过预编码公式(1)或(2)变 成为Ilk、Qlk、I2k、Q2k调制信号，预编码公式为(1)预编码公式表示成与或非的形式 如图2所示，本发明的接收装置由一个DQPSK解调器、两个平衡探测器及判决电路 组成。传输后的信号光经耦合器进入两个马赫_曾德尔延迟干涉仪；马赫_曾德尔延迟干 涉仪的上臂为1个比特周期延迟，下臂分别对应η/4和-π/4的相移，它用来实现DQPSK 信号的解调；每个马赫_曾德尔延迟干涉仪的输出端与一个平衡探测器相连；平衡探测器 由两个光电探测器和一个减法器组成，它的两个输入端口分别接收来自马赫-曾德尔延迟 干涉仪“加口，，和“减口，，的光信号，光电探测器将光信号转变为电流，两电流相减后输出电 信号；输出的电信号进入判决电路进行判决，最后得到传输后的数据。参照图3至图5，本发明的DQPSK解调器实现两路正交DQPSK信号解调的原理在 于两路光信号偏振态正交，彼此之间不干涉，平衡探测器输出的电流是两正交偏振态电流 的简单相加。由平衡探测器输入到判决电路①和②处的电平可以表示为
8其中R为光电二极管的响应度，P为入射信号总的光功率。从公式(3)可以得到四 个不同幅度的相对电平-1，-1/3，1/3，1，不同的相对电平值对应不同的(U1, U2)及(vi; V2) 的组合码，其中相对电平-1对应00，相对电平-1/3对应01，相对电平1/3对应11，相对电 平1对应10 ；而且这样的对应关系还符合格雷码的逻辑顺序，即相邻电平所对应的相邻码 组之间只有一位不同；输出的相对电平与信号码流的对应关系如表1所示。由于输出是四 个不同幅度的相对电平，要设计自适应的有三个判决电平的判决电路，从而解调出四路电 信号Ul、Vl、U2、V2。此判决电路要有三个相对判决电平_2/3，0，2/3，当输出电平的相对值小 于-2/3的相对电平时，判决输出为00 ；当输出电平的相对值大于-2/3而小于0时，判决输 出为01 ；当输出电平的相对值大于0而小于2/3时，判决输出为11 ；当输出电平的相对值大 于2/3，则判决输出为10。表14个输出电平对应的信号码 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
一种正交双偏振差分四相相移键控发射与接收系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于，所述的发射装置包括用于输出连续光作为光载波的连续激光器；所述的连续激光器连接有用于将入射的连续光分成偏振态相互垂直的两束线偏振光的偏振分束器；所述的偏振分束器连接有第一DQPSK调制器、第二DQPSK调制器；所述的第一DQPSK调制器、第二DQPSK调制器的输入端连接预编码器；所述的第一DQPSK调制器的输出端连接第一偏振控制器；所述的第二DQPSK调制器的输出端连接可调谐光衰减器，所述的可调谐光衰减器的输出端连接第二偏振控制器；所述的第一偏振控制器、第二偏振控制器的输出端连接有偏振合束器；所述的接收装置包括DQPSK解调器，其与发射装置的输出端连接；平衡探测器，其与DQPSK解调器的输出端连接；判决电路，其与平衡探测器的输出端连接。
2.如权利要求1所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收系统，其特征在于， 所述发射装置的第一 DQPSK调制器包括用以分别接收调制信号Ilk、Qlk的两个马赫_曾德 尔调制器，其连接有第一 η /2相移器；所述发射装置的第二 DQPSK调制器包括用以分别接收调制信号I2k、Q2k的两个马 赫_曾德尔调制器，其连接有第二 η /2相移器。
3.如权利要求2所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收系统，其特征在于， 所述发射装置的偏振合束器的输出端还连接有马赫_曾德尔调制器。
4.如权利要求2或3所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收系统，其特征在 于，所述接收装置的DQPSK解调器包括耦合器，所述的耦合器连接第一马赫_曾德尔延迟 干涉仪、第二马赫_曾德尔延迟干涉仪。
5.如权利要求4所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收系统，其特征在于， 所述的第一马赫_曾德尔延迟干涉仪的上臂对应1个比特周期延迟，下臂对应η /4的相 移；所述的第二马赫_曾德尔延迟干涉仪的上臂对应1个比特周期延迟，下臂对应_ η /4 的相移。
6.如权利要求5所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收系统，其特征在于， 所述接收装置的平衡探测器包括第一平衡探测器，其与第一马赫_曾德尔延迟干涉仪的 输出端连接；第二平衡探测器，其与第二马赫_曾德尔延迟干涉仪的输出端连接。
7.如权利要求6所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收系统，其特征在于， 所述的第一平衡探测器包括两个光电探测器，用于分别接收来自第一马赫-曾德尔延迟 干涉仪加口和减口的光信号，光电探测器的输出端连接一个减法器；所述的第二平衡探测器包括两个光电探测器，用于分别接收来自第二马赫-曾德尔 延迟干涉仪加口和减口的光信号，光电探测器的输出端连接一个减法器。
8.一种正交双偏振差分四相相移键控发射与接收方法，其特征在于，所述的发射步骤 包括连续激光器输出连续光作为光载波；经偏振分束器输入到第一 DQPSK调制器、第二 DQPSK调制器上； 预编码器输入端接收从信号发生器输出端输出的四路电压信号…^力^！^^^将其编 码成为调制信号Ilk、Qlk、调制信号Ilk、Qlk加载到第一 DQPSK调制器，并由光输出端口输出到第一偏振控制器； 调制信号I2k、Q2k加载到第二 DQPSK调制器，并由光输出端口输出到可调谐光衰减器进行光 功率调整，使第一支路和第二支路的DQPSK信号的功率之比满足2 1，然后再输出到第二 偏振控制器；从第一偏振控制器和第二偏振控制器输出的两束正交的偏振信号光经过偏振合束器 进行耦合，得到正交双偏振非归零DQPSK信号；或再经过一个马赫-曾德尔调制器调制得到 正交双偏振归零DQPSK信号； 所述的接收步骤包括接收后的信号光经耦合器进入第一马赫-曾德尔延迟干涉仪和第二马赫-曾德尔延迟 干涉仪进行DQPSK信号的解调；第一平衡探测器的两个输入端口分别接收来自第一马赫-曾德尔延迟干涉仪加口和 减口的光信号，光电探测器将光信号转变为电流，两电流相减后输出电信号u ；第二平衡探 测器的两个输入端口分别接收来自第二马赫-曾德尔延迟干涉仪加口和减口的光信号，光 电探测器将光信号转变为电流，两电流相减后输出电信号ν ；输出的电信号进入判决电路进行判决，最后得到传输后的数据。
9.如权利要求8所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收方法，其特征在于， 所述的发射步骤根据预编码公式获取ilk、Qlk、i2k、Q2k调制信号
10.如权利要求9所述的正交双偏振差分四相相移键控发射与接收方法，其特征在于， 所述的接收步骤中判决电路进行的判决方法为，从公式 其中R为光电二极管的响应度，P为入射信号总的光功率得到四个不同幅度的相对电平_1，-1/3，1/3，1，不同的相对电平值对应不同的Ul，ii2及 V1, V2的组合码，其中相对电平-1对应00，相对电平-1/3对应01，相对电平1/3对应11，相 对电平1对应10，实现三个相对判决电平-2/3，0，2/3，当输出电平的相对值小于-2/3的相 对电平时，判决输出为00 ；当输出电平的相对值大于-2/3而小于0时，判决输出为01 ；当输 出电平的相对值大于0而小于2/3时，判决输出为11 ；当输出电平的相对值大于2/3，则判 决输出为10，从而解调出四路电信号Ul、Vl、u2、v2。
全文摘要
本发明涉及一种正交双偏振差分四相相移键控发射与接收的方法及其系统，系统包括发射装置和接收装置，其中，发射装置包括连续激光器，所述的连续激光器连接有偏振分束器，所述的偏振分束器连接有DQPSK调制器，所述的DQPSK调制器连接有预编码器，输出端连接有可调谐光衰减器或偏振控制器；偏振控制器连接有偏振合束器。接收装置包括DQPSK解调器，所述的DQPSK解调器连接有平衡探测器，所述的平衡探测器连接有判决电路。本发明的方法可以复用4路电信号，而接收端只需用一个解调器和两个平衡探测器就可以将两个正交偏振的DQPSK信号同时解调出来，与D8PSK及x-QAM系统相比，复杂度大大降低，并且元器件稳定性显著增强。
文档编号H04L27/20GK101895495SQ20101022680
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者席丽霞, 张晓光, 李建平, 田凤, 翁轩, 赵鑫媛, 陈 光 申请人:北京邮电大学