CN109639352B - 基于载波支撑的强度调制直接检测***和方法 - Google Patents

基于载波支撑的强度调制直接检测***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于载波支撑的强度调制直接检测***和方法，涉及直接检测光通信领域，包括：光信号发送装置，其用于发送基于载波支撑的强度调制光信号；以及光信号接收装置，其用于将所述强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号解调成原始强度信号。本发明中的基于载波支撑的强度调制直接检测***能降低实现成本。

Description

基于载波支撑的强度调制直接检测***和方法
技术领域
本发明涉及直接检测光通信领域，具体涉及一种基于载波支撑的强度调制直接检测***和方法。
背景技术
随着信息相互需求的激增，城域网及数据中心之间的通信容量和距离的要求进一步提高，传统的直调直检低成本光传输以无法满足通信需求。传统的相干检测技术虽然能满足其容量和距离的要求，然而，城域网的用户数量庞大，无法承受相干光传输的高昂成本。因而，基于载波支撑方式的直接检测技术在近年来受到广泛研究。然而，传统的基于载波支撑方式的直接检测技术通常调制信号为复数信号，且由于载波与信号光源间存在频差和相位差，为了信号的恢复需要使用窄线宽激光器，增加其实现成本。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种实现成本低的基于载波支撑的强度调制直接检测***。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于载波支撑的强度调制直接检测***，包括：
光信号发送装置，其用于发送基于载波支撑的强度调制光信号；以及
光信号接收装置，其用于将所述强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再对所述无相位噪声的信号r_pnc(n)进行解调。
在上述技术方案的基础上，所述光信号发送装置包括：
信号发生器，其用于产生用于调制的强度信号；
第一激光器，其用于输出第一光载波；
马赫-曾德尔调制器MZM，其用于接收所述强度信号并将所述第一光载波调制输出为光信号；
第二激光器，其用于输出第二光载波；
偏振控制单元，其包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述第一偏振控制器与所述MZM相连，所述第二偏振控制器与所述第二激光器相连，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器用于使所述光信号和第二光载波偏振一致；以及
耦合器，其与所述第一偏振控制器和第二偏振控制器相连，所述耦合器用于将偏振一致的所述光信号和第二光载波合成为基于载波支撑的强度调制光信号。
在上述技术方案的基础上，所述光信号接收装置包括：
光电探测器，其用于将所述强度调制光信号转换为接收电信号；
模数转换器，其用于将所述接收电信号转换为所述数字信号r(n)；以及
数字信号处理模块，其用于将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
在上述技术方案的基础上，所述数字信号处理模块包括：
信号自拍频噪声消除单元，其用于消除所述数字信号的自拍频的噪声，得到处理后的信号
Figure BDA0001927821270000023
其中
Figure BDA0001927821270000021
Figure BDA0001927821270000022
sign(ω)为符号函数，当ω＞0时为1，当ω＝0时为0，当ω＜0时为-1；
补偿单元，其用于对所述r_ssbi(n)进行色散和频偏补偿，得到带有相位噪声的信号r_foc(n)；
相位噪声补偿单元，其用于将带有相位噪声的信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)；以及
解调单元，其用于将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
在上述技术方案的基础上，所述相位噪声补偿单元包括：
数字低通滤波器，其用于对带有相位噪声的信号进行滤波，得到调制的载波信号c(n)；
放大器，其用于对所述载波信号c(n)进行放大，得到放大后的载波信号k·c(n)，其中k为放大系数；
处理单元，其基于所述带有相位噪声的信号和放大后的载波信号，根据公式r_pnc(n)＝|r_foc(n)+k·c(n)|-|k·c(n)|，得到无相位噪声的信号r_pnc(n)。
本发明的目的在于提供一种实现成本低的基于载波支撑的强度调制直接检测方法。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于载波支撑的强度调制直接检测方法，包括：
利用光信号发送装置发送基于载波支撑的强度调制光信号；
利用光信号接收装置将所述强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调后再进行检测。
在上述技术方案的基础上，利用光信号发送装置发送基于载波支撑的强度调制光信号，具体步骤为：
信号发生器产生用于调制的强度信号；
第一激光器输出第一光载波；
MZM接收所述强度信号并将所述第一光载波调制输出为光信号；
第二激光器输出第二光载波；
利用偏振控制单元中的第一偏振控制器和第二偏振控制器使所述光信号和第二光载波偏振一致；以及
利用耦合器将偏振一致的所述光信号和第二光载波合成为基于载波支撑的强度调制光信号。
在上述技术方案的基础上，利用光信号接收装置将所述强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号，具体步骤为：
光电探测器将所述强度调制光信号转换为接收电信号；
模数转换器将所述接收电信号转换为所述数字信号r(n)；
数字信号处理模块将所述数字信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
在上述技术方案的基础上，数字信号处理模块将所述数字信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号，具体步骤为：
信号自拍频噪声消除单元消除所述数字信号r(n)的自拍频的噪声，得到处理后的信号
Figure BDA0001927821270000041
其中
Figure BDA0001927821270000042
Figure BDA0001927821270000043
sign(ω)为符号函数，当ω＞0时为1，当ω＝0时为0，当ω＜0时为-1；
补偿单元对所述r_ssbi(n)进行色散和频偏补偿，得到带有相位噪声的信号r_foc(n)；
相位噪声补偿单元将信号r_foc(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)；以及
解调单元，其用于将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
在上述技术方案的基础上，相位噪声补偿单元将信号r_foc(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，具体步骤为：
数字低通滤波器对带有相位噪声的信号进行滤波，得到调制的载波信号c(n)；
放大器对所述载波信号c(n)进行放大，得到放大后的载波信号k·c(n)，其中k为放大系数；
处理单元根据公式r_pnc(n)＝|r_foc(n)+k·c(n)|-|k·c(n)|，得到无相位噪声的信号r_pnc(n)。
可以实施本说明书描述的主题的特定实施例以实现以下优点中的一个或多个。在采用了本实施例中的基于载波支撑的强度调制直接检测***后，便可以在发端采用低成本激光器，即第一激光器和第二激光器可以采用分布式反馈激光器(Distributed FeedBack，DFB)，即所采用的激光器对线宽的要求不高，至于线宽带来的影响，通过数字信号处理技术消除其高线宽带来的相位噪声影响，来保障***的传输性能，同时还采用马赫-曾德尔调制器代替IQ调制器，这样便通过低成本激光器和马赫-曾德尔调制器很好的降低了***实现成本。
在附图和以下描述中阐述本说明书描述的主题的一个或多个实施例的细节。主题的其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得显然。
附图说明
图1为本发明实施例中基于载波支撑的强度调制直接检测***的结构框图的结构框图；
图2为本发明实施例中数字信号处理模块的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本申请中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件；当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与其它部件直接连接而不具有居间部件、也可以不与其它部件直接连接而具有居间部件。
参见图1所示，图1是基于载波支撑的强度调制直接检测***的结构框图，其包括光信号发送装置和光信号接收装置。
其中，光信号发送装置用于发送基于载波支撑的强度调制光信号。
光信号接收装置用于将强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再对无相位噪声的信号r_pnc(n)进行解调。
作为一个较好的实施方式，本实施例中的光信号发送装置具体包括信号发生器、第一激光器、马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)、第二激光器、偏振控制单元和耦合器。
其中，信号发生器其用于产生用于调制的强度信号，第一激光器用于输出第一光载波。
马赫-曾德尔调制器MZM分别与信号发生器和第一激光器相连，其用于接收强度信号并将第一光载波调制输出为光信号。
第二激光器用于输出第二光载波；偏振控制单元包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，第一偏振控制器与MZM相连，第二偏振控制器与第二激光器相连，第一偏振控制器和第二偏振控制器用于使光信号和第二光载波偏振一致。
耦合器与第一偏振控制器和第二偏振控制器相连，耦合器用于将偏振一致的光信号和第二光载波合成为基于载波支撑的强度调制光信号。
进一步地，本实施例中的光信号接收装置包括光电探测器、模数转换器和数字信号处理模块。
其中，光电探测器用于将强度调制光信号转换为接收电信号。
模数转换器用于将接收电信号转换为数字信号。
数字信号处理模块用于将数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。原始强度信号指的是恢复出信号发生器产生的强度信号。
具体而言，参见图2所示，数字信号处理模块包括信号自拍频噪声消除单元、补偿单元、相位噪声补偿单元和解调单元。
信号自拍频噪声消除单元用于消除数字信号的自拍频的噪声，得到处理后的信号
Figure BDA0001927821270000071
其中
Figure BDA0001927821270000072
Figure BDA0001927821270000073
sign(ω)为符号函数，当ω＞0时为1，当ω＝0时为0，当ω＜0时为-1。
补偿单元用于对r_ssbi(n)进行色散和频偏补偿，得到带有相位噪声的信号r_foc(n)。
相位噪声补偿单元用于将带有相位噪声的信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)。
解调单元用于将无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
作为一个较好的实施方式，本实施例中的相位噪声补偿单元包括数字低通滤波器、放大器和处理单元。
其中，数字低通滤波器用于对带有相位噪声的信号进行滤波，得到调制的载波信号c(n)；
放大器用于对载波信号c(n)进行放大，得到放大后的载波信号k·c(n)，其中k为放大系数。
处理单元，其基于带有相位噪声的信号和放大后的载波信号，根据公式r_pnc(n)＝|r_foc(n)+k·c(n)|-|k·c(n)|，得到无相位噪声的信号r_pnc(n)。
在采用了本实施例中的基于载波支撑的强度调制直接检测***后，便可以在发端采用低成本激光器，即第一激光器和第二激光器可以采用分布式反馈激光器(DistributedFeed Back，DFB)，即所采用的激光器对线宽的要求不高，至于线宽带来的影响，通过数字信号处理技术消除其高线宽带来的相位噪声影响，来保障***的传输性能，同时还采用马赫-曾德尔调制器代替IQ调制器，这样便通过低成本激光器和马赫-曾德尔调制器很好的降低了***实现成本。
本实施例还提供一种基于载波支撑的强度调制直接检测方法，该方法包括以下步骤：
S1.利用光信号发送装置发送基于载波支撑的强度调制光信号；
具体而言，利用光信号发送装置发送基于载波支撑的强度调制光信号，具体步骤为：
S11.信号发生器产生用于调制的强度信号；
S12.第一激光器输出第一光载波；
S13.MZM接收强度信号并将第一光载波调制输出为光信号；
S14.第二激光器输出第二光载波；
S15.利用偏振控制单元中的第一偏振控制器和第二偏振控制器使光信号和第二光载波偏振一致；以及
S16.利用耦合器将偏振一致的光信号和第二光载波合成为基于载波支撑的强度调制光信号。
S2.利用光信号接收装置将强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，将无相位噪声的信号r_pnc(n)解调后再进行检测。
具体而言，步骤S2具体包括以下步骤：
S21.光电探测器将强度调制光信号转换为接收电信号；
S22.模数转换器将接收电信号转换为数字信号r(n)；
S23.数字信号处理模块将数字信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
其中，作为一个较好的实施方式，步骤S23具体包括以下步骤：
S231.信号自拍频噪声消除单元消除数字信号r(n)的自拍频的噪声，得到处理后的信号
Figure BDA0001927821270000091
其中
Figure BDA0001927821270000092
Figure BDA0001927821270000093
sign(ω)为符号函数，当ω＞0时为1，当ω＝0时为0，当ω＜0时为-1；
S232.补偿单元对r_ssbi(n)进行色散和频偏补偿，得到带有相位噪声的信号r_foc(n)；
S233.相位噪声补偿单元将信号r_foc(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)；
S234.解调单元，其用于将无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
作为一个较好的实施方式，步骤S233具体包括以下步骤：
S2331.数字低通滤波器对带有相位噪声的信号进行滤波，得到调制的载波信号c(n)；
S2332.放大器对载波信号c(n)进行放大，得到放大后的载波信号k·c(n)，其中k为放大系数；
S2333.处理单元根据公式r_pnc(n)＝|r_foc(n)+k·c(n)|-|k·c(n)|，得到无相位噪声的信号r_pnc(n)。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于载波支撑的强度调制直接检测***，其特征在于，包括：
光信号发送装置，其用于发送基于载波支撑的强度调制光信号；以及
光信号接收装置，其用于将所述强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再对所述无相位噪声的信号r_pnc(n)进行解调；
所述光信号发送装置包括：
信号发生器，其用于产生用于调制的强度信号；
第一激光器，其用于输出第一光载波；
马赫-曾德尔调制器MZM，其用于接收所述强度信号并将所述第一光载波调制输出为光信号；
第二激光器，其用于输出第二光载波；
偏振控制单元，其包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述第一偏振控制器与所述MZM相连，所述第二偏振控制器与所述第二激光器相连，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器用于使所述光信号和第二光载波偏振一致；以及
耦合器，其与所述第一偏振控制器和第二偏振控制器相连，所述耦合器用于将偏振一致的所述光信号和第二光载波合成为基于载波支撑的强度调制光信号；
所述光信号接收装置包括：
光电探测器，其用于将所述强度调制光信号转换为接收电信号；
模数转换器，其用于将所述接收电信号转换为所述数字信号r(n)；以及
数字信号处理模块，其用于将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
2.如权利要求1所述的基于载波支撑的强度调制直接检测***，其特征在于，所述数字信号处理模块包括：
信号自拍频噪声消除单元，其用于消除所述数字信号的自拍频的噪声，得到处理后的信号
Figure FDA0002451931820000021
其中
Figure FDA0002451931820000022
Figure FDA0002451931820000023
sign(ω)为符号函数，当ω＞0时为1，当ω＝0时为0，当ω＜0时为-1；
补偿单元，其用于对所述r_ssbi(n)进行色散和频偏补偿，得到带有相位噪声的信号r_foc(n)；
相位噪声补偿单元，其用于将带有相位噪声的信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)；以及
解调单元，其用于将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
3.如权利要求1所述的基于载波支撑的强度调制直接检测***，其特征在于，所述相位噪声补偿单元包括：
数字低通滤波器，其用于对带有相位噪声的信号进行滤波，得到调制的载波信号c(n)；
放大器，其用于对所述载波信号c(n)进行放大，得到放大后的载波信号k·c(n)，其中k为放大系数；
处理单元，其基于所述带有相位噪声的信号和放大后的载波信号，根据公式r_pnc(n)＝|r_foc(n)+k·c(n)|-|k·c(n)|，得到无相位噪声的信号r_pnc(n)。
4.一种基于载波支撑的强度调制直接检测方法，其特征在于，包括：
利用光信号发送装置发送基于载波支撑的强度调制光信号；
利用光信号接收装置将所述强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调后再进行检测；
利用光信号发送装置发送基于载波支撑的强度调制光信号，具体步骤为：
信号发生器产生用于调制的强度信号；
第一激光器输出第一光载波；
MZM接收所述强度信号并将所述第一光载波调制输出为光信号；
第二激光器输出第二光载波；
利用偏振控制单元中的第一偏振控制器和第二偏振控制器使所述光信号和第二光载波偏振一致；以及
利用耦合器将偏振一致的所述光信号和第二光载波合成为基于载波支撑的强度调制光信号；
利用光信号接收装置将所述强度调制光信号转换为数字信号r(n)，并将所述数字信号r(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号，具体步骤为：
光电探测器将所述强度调制光信号转换为接收电信号；
模数转换器将所述接收电信号转换为所述数字信号r(n)；
数字信号处理模块将所述数字信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
5.如权利要求4所述的基于载波支撑的强度调制直接检测方法，其特征在于，数字信号处理模块将所述数字信号转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，再将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号，具体步骤为：
信号自拍频噪声消除单元消除所述数字信号r(n)的自拍频的噪声，得到处理后的信号
Figure FDA0002451931820000041
其中
Figure FDA0002451931820000042
Figure FDA0002451931820000043
sign(ω)为符号函数，当ω＞0时为1，当ω＝0时为0，当ω＜0时为-1；
补偿单元对所述r_ssbi(n)进行色散和频偏补偿，得到带有相位噪声的信号r_foc(n)；
相位噪声补偿单元将信号r_foc(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)；以及
解调单元，其用于将所述无相位噪声的信号r_pnc(n)解调成原始强度信号。
6.如权利要求5所述的基于载波支撑的强度调制直接检测方法，其特征在于，相位噪声补偿单元将信号r_foc(n)转换为无相位噪声的信号r_pnc(n)，具体步骤为：
数字低通滤波器对带有相位噪声的信号进行滤波，得到调制的载波信号c(n)；
放大器对所述载波信号c(n)进行放大，得到放大后的载波信号k·c(n)，其中k为放大系数；
处理单元根据公式r_pnc(n)＝|r_foc(n)+k·c(n)|-|k·c(n)|，得到无相位噪声的信号r_pnc(n)。
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