基于模式复用光通信系统的自相关零差探测装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及光通信系统技术领域，具体涉及一种基于模式复用光通信系统的自相 关零差探测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 数字相干检测技术能实现全光的幅度调制，相位和偏振态管理以及能利用电子信 号处理在电域中实现光纤链路损失补偿等功能，加之其公认的高灵敏度优势，数字相干检 测技术已成为目前商用光通信系统中普遍采用的接收方式。在数字相干检测中，本振光与 接收光信号之间的频率稳定性是相当重要的，若激光器的频率(或波长)随工作条件的不同 而发生漂移，本振光与接受光信号之间的频率就会出现偏差，而伴随出现的相位噪声则会 影响接收性能。
[0003] 采用常规方式如注入锁模和光学锁相环等方法来解决频率偏差和相位噪声问题， 只能容忍很小范围内的频率偏移且结构复杂，相位噪声估计也不易实现。而采用数字相干 探测的方式，虽然频率偏差和由于本振光和信号光之间产生的相位偏差可通过数字信号处 理的方式得到补偿，但该方法增加了数字信号处理运算的复杂度，增加了系统对数字信号 处理芯片运算能力的要求和功耗，尤其是对于模分复用的WDM( Wave length Division Multiplexing，波分复用)光通信系统来说，其系统对本振光和信号光频率偏移更为敏感， 系统也更加复杂，数字信号处理算法也更加复杂。
[0004] 目前新兴的解决方案是采用自相关零差探测方法。自相关零差探测方法在消除频 率偏差及相位噪声的同时，可有效降低接收机复杂度，放宽光源线宽要求，降低数字信号处 理算法复杂度。但是，现有的自相关零差探测由于采用了不同波长、偏振态、不同纤芯的导 频远端传输方式，使得系统的谱效率大幅降低，牺牲了系统的谱效率，因此还不是最理想的 解决方案。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于模式复用光通信系 统的自相关零差探测装置及方法，其使用方式简单，可有效消除系统相位噪声，无需考虑本 振光与信号光的频率偏移，且激光器数量少，对应的光通信系统结构相对简单，降低了接收 端数字信号处理算法的复杂度，保证了系统的谱效率。
[0006]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:提供一种基于模式复用光通信系统 的自相关零差探测装置，包括发送端和接收端，其特征在于:所述发送端包括初始光源产生 器、第一多载波光产生装置、第一分波器、模式复用器、第一合波器和N个发送模块，N为大于 1的正整数，所述初始光源产生器、第一多载波光产生装置、第一分波器、模式复用器顺次相 连，第一分波器还通过N个发送模块与第一合波器相连，第一合波器与模式复用器相连;所 述接收端包括模式解复用器、第二多载波光产生装置、第二分波器、第三分波器、N个集成相 干接收机、N个四路模数转换器ADC和N个数字信号处理器DSP，所述模式解复用器分别与第 二分波器、第二多载波光产生装置相连，第二多载波光产生装置与第三分波器相连，第二分 波器、第三分波器均与N个集成相干接收机相连，每个集成相干接收机通过一个四路ADC与 一个DSP相连;其中，所述模式复用器、模式解复用器均具有两个模式:a模式和b模式，且模 式复用器与模式解复用器之间通过光纤链路连接。
[0007] 在上述技术方案的基础上，所述集成相干接收机包括用于接收信号光的第一偏振 分束器、用于接收本振光的第二偏振分束器、2个90°混频器和4个平衡接收机;第一偏振分 束器、第二偏振分束器均与2个90°混频器相连，每个90°混频器各与2个平衡接收机相连。
[0008] 在上述技术方案的基础上，所述初始光源产生器产生的光源为窄线宽光源。
[0009] 在上述技术方案的基础上，所述光纤链路包括少模光纤和少模光纤放大器，且光 纤链路中传输的信号的相关性保持不变。
[0010] 本发明还提供一种应用上述装置的基于模式复用光通信系统的自相关零差探测 方法，包括以下步骤：
[0011] A、将接收端的初始光源产生器产生的光源，送入第一多载波光产生装置中，使其 产生N个相关波长光源;产生的N个相关波长光源经第一分波器后得到相应N个频点光源，N 个频点光源中的一路光源经第一分波器分成两路，一路用做参考光源，输入到模式复用器 的a模式的输入端，另一路和其余频点光源经发送模块数据调制、第一合波器合波后，输入 到模式复用器的b模式的输入端;通过模式复用器进行模式复用后的信号，经光纤链路传输 至接收端，转入步骤B;
[0012] B、接收端的模式解复用器对接收到信号进行模式解复用，将两个模式的信号分 离;分离后的a模式的信号经过第二多载波产生装置生成N个相关波长光源，N个相关波长光 源经过第三分波器后得到N个a模式的频点光源，每个a模式的频点光源作为一个本振光输 入到一个集成相干接收机的本振光输入端;分离后的b模式的信号经过第二分波器后得到N 个b模式的频点光源，每个b模式的频点光源作为一个信号光输入到一个集成相干接收机的 信号光输入端;每个集成相干接收机对接收到的光信号进行光电转换后得到相应的电信 号，电信号经过四路ADC采样后，输入到DSP处理，接收完成信号恢复，结束。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述集成相干接收机包括用于接收信号光的第一偏振 分束器、用于接收本振光的第二偏振分束器、2个90°混频器和4个平衡接收机;第一偏振分 束器、第二偏振分束器均与2个90°混频器相连，每个90°混频器与2个平衡接收机相连；
[0014] 步骤B中所述每个集成相干接收机对接收到的信号进行光电转换后得到相应的电 信号，具体包括以下步骤：由信号光输入端输入的信号光经过第一偏振分束器后分离成两 路信号偏振光，两路信号偏振光分别输出至两个90°混频器的信号输入端；由本振光输入端 输入的本振光经过第二偏振分束器后分尚成两路本振偏振光，两路本振偏振光分别输出至 两路90°混频器的本振输入端;每个90°混频器进行四路输出后，由对应的两个平衡接收机 分别接收，从而实现光电转换。
[0015] 在上述技术方案的基础上，步骤A中所述使第一多载波光产生装置产生N个相关波 长光源时，是基于循环频率搬移产生方式、多级调制器级联产生方式、脉冲光源产生方式或 非线性介质产生方式中的一种。
[0016] 在上述技术方案的基础上，步骤A中所述N个相关波长光源是由同一光源产生、且 频率间隔相同的多载波光。
[0017] 在上述技术方案的基础上，步骤A中所述初始光源产生器产生的光源为窄线宽光 源。
[0018] 在上述技术方案的基础上，步骤A中所述通过模式复用器进行模式复用后的信号， 经光纤链路传输至接收端时，光纤链路中传输的信号的相关性保持不变。
[0019] 本发明的有益效果在于:本发明基于自相关光源的频率相关性以及模分复用时各 模式间的互不干扰性，在接收端利用模式解复用，对在一种模式下传播的参考光源进行多 载波光生成多频点本振光源，经过分波器分别输入至对应信号波长的集成相干接收机的本 振光输入端，经过光电转换后，经由数模转换芯片及数字信号处理完成信号恢复。本发明 中，由于是利用的同源自相关光源