一种CO-OFDM传输系统非线性损伤补偿系统及方法与流程

一种co
‑
ofdm传输系统非线性损伤补偿系统及方法
技术领域
1.本公开涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种co
‑
ofdm传输系统非线性损伤补偿系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成现有技术。
3.以5g技术为代表的新一轮数字信息产业的发展正在蓬勃展开。与4g技术相比，5g网络技术要求提供超大容量数字信息的交换和传输能力，光纤传输网是当今信息网络广泛使用的骨干结构，在承载5g无线信号方面发挥着重要作用。为此，从网络技术的角度来看，超大容量长距离光纤传输技术是实现广域5g网络乃至全球5g网络的技术瓶颈之一。相干光正交频分复用(coherent optical orthogonal frequency division multiplexing，co
‑
ofdm)光通信技术能够满足5g通信的高频谱效率、低延迟、低成本和低复杂性等要求，是一种广泛应用的大容量长距离的光纤传输技术。对于超大容量长距离传输的co
‑
ofdm光通信链路而言，信号具有较高的峰均功率比，导致其对光纤非线性特性造成频偏和相位偏差的敏感性较高。光纤非线性效应主要包含自相位调制、交叉相位调制和四波混频。co
‑
ofdm技术实现了将整个载波切割划分为n个相互正交的子载波，在长距离光纤中传输时易受到自相位调制和交叉相位调制的影响，且由于子载波之间的频率间隔较近，极易满足四波混频的相位匹配条件，从而在相邻的子信道之间产生串扰。
4.基于高度非线性光纤的光相位共轭技术(optical phase conjugation，opc)是一种具有优异性能的全光处理技术，能够补偿长距离大容量光纤系统产生的光纤非线性效应，因此，如何对co
‑
ofdm传输系统非线性损伤补偿的定量测量是目前需要亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本公开提出了一种传输系统非线性损伤补偿的定量测量方法及系统，其中传输系统具体为co
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ofdm传输系统。
6.第一方面，本公开提供了一种co
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ofdm传输系统非线性损伤补偿系统，包括：依次连接的电信号调制模块、电光转换模块、光信道模块、光电转换模块和电信号解调模块；
7.所述光信道模块包括光纤链路，光纤链路的中间位置布设中间链路opc补偿模块，中间链路opc补偿模块用于将前半段光纤链路的频谱翻转对称实现补偿；
8.所述电信号调制模块用于接收光载波信号并进行调制映射，经过调制后的光载波信号通过光电转换模块转换为光信号，光信号经过中间链路opc补偿模块进行补偿并经过光电转换模块和电信号解调模块后还原为光载波信号。
9.第二方面，本公开提供了一种基于第一方面所述的co
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ofdm传输系统非线性损伤补偿系统的定量测量方法，包括：
10.从信号功率、泵浦功率和高度非线性光纤的长度入手，找到最优信号功率值、最优泵浦功率值和高度非线性光纤最优长度，实现opc装置的最佳性能，随后利用转换效率、接收到的误码率、qam星座图和q因子来对系统性能进行全面评估。
11.与现有技术对比，本公开具备以下有益效果：
12.1、本发明提出的co
‑
ofdm传输系统非线性损伤补偿系统，采用光纤链路的中间位置布设中间链路opc补偿模块，中间链路opc补偿模块用于将前半段光纤链路的频谱翻转对称实现补偿，解决了在长距离光纤中传输时易受到自相位调制和交叉相位调制的影响，且由于子载波之间的频率间隔较近，极易满足四波混频的相位匹配条件，从而在相邻的子信道之间产生串扰问题，实现了高精度co
‑
ofdm传输系统非线性损伤补偿，并提供了定量测量方法，能够利用接收到的转换效率、误码率、qam星座图与最优信号功率值、最优泵浦功率值和高度非线性光纤最优长度所对应的转换效率和误码率进行比较来定量测量opc装置对系统的补偿值，分析补偿性能；且光纤线性损伤已经不再是制约光纤通信发展的主要因素了，而光纤的非线性损伤随着光纤传输容量和传输距离的不断提高而愈加严重，因此对下一代高速率大容量光纤传输系统而言，如何降低光纤非线性损伤具有十分重要的现实意义。实验的结果表明采用opc装置的系统与无任何补偿的系统相比，ber提高了近两个数量级。
附图说明
13.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
14.图1为本公开提供的opc工作原理示意图；
15.图2为本公开提供的16
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qam co
‑
ofdm传输系统示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
17.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
18.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
19.术语解释
20.ofdm(orthogonal frequency division multiplexing)即正交频分复用技术。
21.实施例1
22.如图1所示，一种co
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ofdm传输系统非线性损伤补偿系统，包括：依次连接的电信号调制模块、电光转换模块、光信道模块、光电转换模块和电信号解调模块；
23.所述光信道模块包括光纤链路，光纤链路的中间位置布设中间链路opc补偿模块，中间链路opc补偿模块用于将前半段光纤链路的频谱翻转对称使得前半段光纤链路产生的色散和非线性损伤和后半段的色散和非线性损伤相互抵消实现补偿；
24.所述电信号调制模块用于接收光载波信号并进行调制映射，经过调制后的光载波信号通过光电转换模块转换为光信号，光信号经过中间链路opc补偿模块进行补偿并经过光电转换模块和电信号解调模块后还原为光载波信号。
25.作为一种具体实施方式，所述电信号调制模块包括依次连接的串并转换单元、qam调制单元、快速傅里叶逆变换单元、添加循环前缀单元和数模转换单元，一串高速率的比特流先经过串并转换，随后对信号进行qam映射处理，利用傅里叶逆变换技术实现频域和时域的变换，随后在ofdm符号间隔内添加循环前缀，最后经过数模转换器后输出已调ofdm电信号。
26.所述电光转换模块利用直接上变换技术把已调ofdm电信号转换为能在光纤中传输的光信号。直接上变换不涉及对中频信号的处理，不需要额外的振荡器装置。
27.所述光信道模块包括光纤链路，光纤链路具有前半段和后半段，光纤链路的中心位置设置中间链路opc补偿模块，光纤链路的前半段依次布设有可调谐光衰减器和第一带通滤波器，光纤链路的后半段依次布设有掺铒光纤放大器和第二带通滤波器；所述光纤链路采用标准单模光纤。掺铒光纤放大器和可调谐光衰减器的组合可以对损耗的信号进行放大补偿并控制入纤功率。在系统中加入带通滤波器不仅可以滤除在光纤信道中传输时产生的带外噪声，还可以滤除带外放大器自发辐射噪声，最大限度地减少噪声对信号解调的干扰。
28.所述中间链路opc补偿模块包括泵浦激光器、偏振合束器、偏振控制器、隔离器、高度非线性光纤、带通滤波器和掺铒光纤放大器。将opc装置布置到整个光纤链路的中间位置，opc装置的基本原理是将前半段光纤链路的频谱翻转对称，即将前半段光纤中传输信号的相位和幅度进行时域上的反演，反演后的信号在后半段光纤中传输，这样前半段光纤链路产生的色散和非线性损伤就会和后半段的相互抵消，达到补偿的效果。
29.作为一种具体的实施方式，所述中间链路opc补偿模块具有两个输入端和一个输出端，第一输入端为双泵浦激光信号输入端，第二输入端为co
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ofdm信号信号输入端；第一输入端用于接收第一泵浦激光器和第二泵浦激光器的激光信号，并经过偏振合束器处理后经过光电隔离器输入至3db耦合器；co
‑
ofdm信号信号经过co
‑
ofdm信号信号输入端后进入光隔离器处理后传输至3db耦合器；双泵浦激光信号和co
‑
ofdm信号信号经过3db耦合器处理后经过高度非线性光纤传输至带通滤波器后输出信号至光纤链路的后半段。所述3db耦合器具有两个输入端口，分别用于接收连接双泵浦激光信号输入端和co
‑
ofdm信号信号输入端传输的信号。
30.所述光电转换模块包括一个作为本振光的激光器、平衡光检测器、偏振控制器、移项器和光混频器；所述光混频器为90
°
光混频器；本振光的激光器将信号传输至偏振控制器后输入至90
°
光混频器，经过光信道模块处理后的信号输入至90
°
光混频器，90
°
光混频器经过平衡光检测器和移项器处理后输入至电信号解调模块。光电转换模块把光相干检测作为光电转换模块的手段。
31.所述电信号解调模块包括依次连接的模数转换单元、移除循环前缀单元、串并转换单元、快速傅里叶变换单元、qam解调单元和并串转换单元；首先对相干检测后的信号进行模数转换，随后移除插入在ofdm符号间隔内的循环前缀，经过快速傅里叶变换技术处理实现时域信号到频域信号的转换，最后经过解调、基带信号处理和并串转换将原数据恢复
出来。
32.结合图2对本公开作进一步说明：
33.在发射机中，一串速率为640gbit/s的高速数据先经过串并转换，然后使用qam调制方案对每个数据流进行映射，利用快速傅里叶逆变换技术实现频域和时域的转换，随后经过并串转换和添加循环前缀，经数模转换后产生两束独立的16
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qam co
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ofdm基带电信号。co
‑
ofdm的子载波数量为128，循环前缀数量为10，训练符号的数量为10，导频符号的数量为6。
34.两束信号流分别用一对具有相反极性电压的并行双驱动马赫增德尔调制器进行调制。一个中心频率为193.1thz(1552.52nm)的连续波激光器产生一束光载波信号，经马赫增德尔调制器后，分别形成同相16
‑
qam光和正交相位16
‑
qam光。
35.由于布置中间链路opc补偿系统，将800km的标准单模光纤划分为16个跨度，每个跨度光纤长为50km，每跨度的掺铒光纤放大器增益为10db，使opc装置的前后都设置为8*50km的等跨度光纤。通过可调谐光衰减器控制光信号的功率来保证每个跨度由光功率引起的非线性相位损伤都大致相等。带通滤波器的作用是滤除以放大器自发辐射噪声为主的带外噪声，最大程度地减小放大器自发辐射噪声对系统的劣化。
36.中间链路opc装置有两个输入，分别为193.14thz(1552.20nm)的双泵浦激光信号和193.1thz(1552.52nm)的16
‑
qam co
‑
ofdm信号。偏振合束器为泵浦提供正交偏振以实现泵浦光的偏振不敏感特性。为了防止两个不同的泵浦频率产生多个无用的新频率，利用两个频率相同的193.14thz泵浦光来提高相位共轭效率和偏振不敏感度。利用偏振控制器来调节光信号的偏振态。隔离器确保信号的正向传输。产生的光学相位共轭波中心频率为193.18thz(1551.88nm)，利用非线性系数为11.5w
‑1/km
‑1的高度非线性光纤产生中心频率为193.18thz(1551.88nm)的相位共轭光信号，随后经过带通滤波器将原始信号和泵浦信号过滤掉。
37.在接收端，对16
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qam
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co
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ofdm信号进行光相干检测。一个中心频率为193.1thz(1552.52nm)的连续波激光器产生的本振光与接收端的16
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qam co
‑
ofdm信号进行相干检测，随后经过数模转换、移除循环前缀、串并转换、快速傅里叶变换、qam解调、并串转换以获得信号星座和误码率。
38.实施例2
39.本实施例提供了一种基于上述实施例所述的co
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ofdm传输系统非线性损伤补偿系统的定量测量方法，包括：
40.获取输入的信号功率与转换效率和误码率之间的关系曲线，根据转换效率、误码率和关系曲线获取最优信号功率值；
41.获取泵浦功率与转换效率和误码率之间的关系曲线，根据转换效率、误码率和关系曲线获取最优泵浦功率值；
42.调节输入到opc装置的信号功率为最优信号功率值，调节输入到opc装置的泵浦功率至最优泵浦功率值，改变高度非线性光纤的长度，获取高度非线性光纤的长度和误码率之间的关系关系，根据误码率和关系曲线获取高度非线性光纤最优长度；
43.定量测量方法为从信号功率、泵浦功率和高度非线性光纤的长度入手，找到最优信号功率值、最优泵浦功率值和高度非线性光纤最优长度，实现opc装置的最佳性能，随后
利用转换效率、接收到的误码率、qam星座图和q因子来对系统性能进行全面评估。
44.从输入opc的信号功率、泵浦功率和hnlf的长度入手，对构成opc装置的各项参数进行优化处理，利用检测到的转换效率、接收端的误码率和星座图等参数来对系统的性能进行全面的评估。
45.其中，转换效率定义为生成的相位共轭光信号与进入到opc装置的原始光信号之间的功率之比，通过改变输入的信号功率，测得相位共轭光信号和原始光信号的光功率，得到转换效率，通过接收机得到误码率，从而得到关系曲线。
46.具体步骤如下：
47.(1)调节输入到opc装置的信号功率，找到输入的信号功率与转换效率和误码率之间的关系。转换效率被定义为经过opc装置后产生的相位共轭光信号功率与原始光信号的功率之比。根据转换效率和误码率的大小找到最优信号功率值。转换效率定义为生成的相位共轭光信号与进入到opc装置的原始光信号之间的功率之比，通过改变输入的信号功率，测得相位共轭光信号和原始光信号的光功率，得到转换效率，通过接收机得到误码率，从而得到关系曲线。
48.(2)将信号功率设定为最优值之后，调节输入到opc装置的泵浦功率，找到泵浦功率与转换效率和误码率之间的关系。根据转换效率和误码率的大小找到最优泵浦功率值。
49.(3)最优信号功率和泵浦功率确定后，改变高度非线性光纤的长度，找到高度非线性光纤的长度和误码率之间的关系，根据误码率的大小找到高度非线性光纤最优长度。
50.(4)利用接收机接收到的转换效率、误码率、qam星座图来展示opc装置对系统的补偿作用。
51.opc装置的具体工作原理：
52.在整个光纤的中间位置加入opc装置，如图1所示，opc装置前后两段光纤的长度分别为l1和l2。一束中心频率为ω
s
的光信号e
s
(t)经过长度为l1的单模光纤后进入opc装置，经过opc装置后产生一束中心频率为ω
c
的光信号e
c
(t)，此时两个信号的幅度、相位等信息关于某个频率对称，即实现了频谱对称翻转。随后e
c
(t)经过后半段长度为l2的光纤传输。当参数满足以下公式时，频谱翻转效果最好即可以最大限度地对色散和非线性损伤进行补偿：
[0053][0054]
式中，β1和β2分别为前/后段光纤的色散系数，γ1和γ2分别为前/后段光纤的非线性系数，l1和l2分别为前/后段光纤的长度，和分别为前/后段光纤的平均光功率。
[0055]
若想要最大限度地补偿色散就要满足第一个公式，即要保证前后两段单模光纤的色散累积相等。若想要最大限度地补偿非线性效应就要满足第二个公式，即要保证前后两段单模光纤的平均光功率导致的非线性相移相等。
[0056]
利用中间链路opc装置产生的相位共轭光信号的频率遵循以下公式：
[0057]
λ
con
＝2λ
pump
‑
λ
sig
[0058]
式中λ
con
表示相位共轭光信号的频率，λ
pump
表示泵浦信号的功率，λ
sig
表示原始光信号的光功率。
[0059]
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范
围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。