利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的系统及方法

本发明属于远程光纤通信，特别是涉及利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的系统及方法。

背景技术：

1、目前，通信用户数量的急剧增长对大容量高速信号传输的实现提出了更高的要求。远程光纤通信往往需要多个光中继器，受电子设备响应慢的影响，可能遇到“电子瓶颈”，并且对探测器的带宽有较高要求，信号的传输常伴随着较高的误码率，信号窃听也较为容易。这些问题使通信的距离、容量、速率与安全性受到限制，因此经典的光通信方案亟需改进。

2、关联测量在光子统计特性领域广泛应用，基于关联测量，空间双光子成像技术兴起。而利用光波的时空二元性，可将空间成像拓展到时域之上，即光子关联技术进行信号传输，这是一种具有较高应用前景的信号传输方法。2010年，shirai等从理论上证明了经典非稳态光源时域光子关联信号恢复的可行性。2012年，cho等从理论上提出了量子光源时域信号恢复方案。2013年，chen等通过数值仿真模拟，验证了时域光子关联信号恢复的可行性。

3、现有的远程光纤通信方法及装置存在由于光纤色散带来的码间串扰，并由码间串扰、多个光中继器间的远程传输损耗造成的信号失真、传输效率低、成本高等问题，需要新的装置和方法来提升信号传输效率和保真度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的系统，包括：

3、光发送机、任意波形信号发生器、百公里光纤、光接收机、信号存储器；所述光发送机与所述光接收机之间有两路连接，其一为通过所述百公里光纤连接，其二为通过电缆线连接；所述任意波形信号发生器与所述光发送机之间通过电缆线连接；所述信号存储器与所述光接收机之间通过电缆线连接。所述任意波形信号发生器可产生任意波形电信号施加到马赫-曾德尔调制器，包括方波、三角波、正弦波等，频带范围为50mhz～3ghz。

4、可选的，系统还包括：光衰减与色散控制系统，用于模拟光纤通信过程中的恶劣通信环境；

5、所述光衰减与色散控制系统包括可调光衰减器与色散装置；

6、所述可调光衰减器，型号为voa-w1550-1-9-s15a，所述色散装置采用teraxion公司的dmr系列光纤色散管理器。

7、进一步的，所述光发送机包括：宽带噪声光源、可变光纤分束器、马赫-曾德尔调制器、高速光电探测器；

8、所述可变光纤分束器在外加驱动信号的驱动下，分束比可任意变化，能够更加精准的实现所需分束比；

9、所述马赫-曾德尔调制器在偏置电压的作用下，能够稳定的保持在工作点状态，避免温度因素引起相位偏移；

10、所述高速光电探测器根据需求可选择的带宽范围为1ghz以上。

11、进一步的，所述宽带噪声光源满足可发射随机强度起伏的光波，其随时间波动具有内在随机性，相干时间短，所述宽带噪声光源为ase光源、混沌光源或热光源。

12、所述马赫-曾德尔调制器采用ixblue公司的mx-ln-10系列；所述低速光电探测器根据需求可选择的带宽范围为10mhz以上，这是因为所设计系统对通信载波的时间失真不敏感。

13、进一步的，所述光接收机包括：低速光电探测器、数据采集处理系统；

14、所述数据采集处理系统基于fpga构建，还包括adc模块和dac模块。

15、进一步的，系统时间分辨率受所述宽带噪声光源的相干时间、所述高速光电探测器和所述数据采集处理系统中的所述adc模块的响应时间影响，并由其中较大者确定。

16、另一方面，本发明提供了利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的方法，包括以下步骤：

17、s1.光发送机发送参考光波转化后的电信号和调制后的通信载波；

18、s2.光接收机接收到所述参考光波转化后的电信号和所述调制后的通信载波；

19、s3.光接收机对所述电信号和所述调制后的通信载波进行处理和恢复；

20、s4.将恢复后的电信号转化为模拟传输信号并发送到信号存储器。

21、进一步的，所述s1具体为：由宽带噪声光源产生光波，所述光波由可变光纤分束器分成两束相同的光，分别作为所述参考光波和所述通信载波，所述参考光波由高速光电探测器测量并转化为所述电信号；由任意波形信号发生器产生的传输电信号，驱动马赫-曾德尔调制器调制所述通信载波；

22、宽带噪声光源到达高速光电探测器的光程，与到达所述马赫-曾德尔调制器的光程相同，然后由所述光发送机发送所述参考光波转化后的电信号与所述调制后的通信载波。

23、进一步的，所述s2中：所述参考光波转化后的电信号经电缆线传输到光接收机，所述调制后的通信载波经百公里光纤和光衰减与色散控制系统传输到光接收机。

24、进一步的，所述s3具体为：所述光接收机中的低速光电探测器测量接收到的所述调制后的通信载波，将光信号转化为通信载波电信号，数据采集处理系统对所述参考光波电信号和所述通信载波电信号进行高速采集与处理，其中adc模块实现对两组电信号数据的同步采样与量化，fpga实现运算处理，得到所述恢复后的信号。

25、进一步的，所述运算处理的具体过程为：将两组数据都分为t行n列的数据矩阵，t表示时间行，n表示测量的点数。然后对每次测量的结果取均值，得到一个信号测量的平均值，再用两组数据矩阵减去各自的均值，并相乘，最后进行归一化计算即可得到关联恢复的传输信号。dac实现对fpga处理后数据的数模转化，输出模拟传输信号。

26、本发明的技术效果为：

27、(1)本发明采用光子关联技术进行超远距离信号传输，有效传输距离可达320km以上，且无需光中继器，减少了光中继器的光-电-光转化过程，大大提高了通信距离与效率，实现了高效的城域间超远距离通信；

28、(2)本发明所述的方法实现了高速信号的高保真传输，光衰减与色散控制模拟恶劣通信环境，利用光子关联技术，通信载波对色散所带来的码间串扰有良好的容忍性，在65db衰减下完成了2gb/s以上随机序列的超远距离传输，相比传统通信方式，信号保真度提升了两个数量级，体现了系统的鲁棒性强，抗衰变能力强。

29、(3)本发明所述的方法解决高速信号带宽受限问题，传统的通信探测受奈奎斯特定理限制，高速通信载波需要高带宽探测器接收，而光子关联技术对于测量通信载波的探测带宽要求低，实现了200mhz探测器对传输速率为2gb/s以上随机序列的恢复。

技术特征：

1.利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

6.利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了利用光子关联实时恢复高速远程通信信号的系统及方法，包括：光发送机、任意波形信号发生器、百公里光纤、光接收机、信号存储器；所述光发送机与所述光接收机之间有两路连接，其一为通过所述百公里光纤连接，其二为通过电缆线连接；任意波形信号发生器与光发送机之间、信号存储器与光接收机之间均通过电缆线连接；本发明采用光子关联技术，通信载波对色散所带来的码间串扰有良好的容忍性，且无需光中继器，减少了光中继器的光‑电‑光转化过程，大大提高了通信距离与效率；光子关联技术对于测量通信载波的探测带宽要求低，解决高速信号带宽受限问题。

技术研发人员：郭龑强,张建超,郭晓敏
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13