CN112291018A - 一种相干接收机的光电接收装置、接收方法及相干接收机 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种相干接收机的光电接收装置、接收方法及相干接收机。所述光电接收装置包括:本振光生成模块,用于产生双波长正交偏振本振光;耦合模块,用于对接收的信号光与所述双波长正交偏振本振光进行相干耦合并输出双波长相干光;光电探测模块,用于将所述耦合模块输出的双波长相干光转换为电信号后输出。本文的技术方案能够减少相干接收机的光器件的数量,降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域,尤其涉及的是一种相干接收机的光电接收装置、接收方法及相干接收机。
背景技术
在光纤通信领域,随着数据、语音业务的发展,特别是视频、多媒体业务的快速发展,对电信网络带宽的需求不断提高。从主流发展趋势来看,相干技术将逐步应用到接入网***中来。
图1是一种基于相位分集和偏振分集的相干检测***。信号光输入偏振耦合分束装置后,首先通过偏振分束器形成x方向线偏振光和y方向线偏振光,x方向和y方向的线偏振光分别通过对应的耦合器再分为两路光信号,也即生成x方向第一信号光,x方向第二信号光,y方向第一信号光,和y方向第二信号光。本地振荡器生成的本振光输入偏振耦合分束装置后,首先通过偏振分束器形成x方向线偏振光和y方向线偏振光,x方向和y方向的线偏振光分别通过对应的耦合器再分为两路光信号,也即生成x方向第一本振光,x方向第二本振光,y方向第一本振光,和y方向第二本振光。
图1中,同一偏振态的信号光和本征光通过平衡接收装置进行光电检测,输出光电流。其中,x方向第一信号光和经过90度相移的x方向第一本振光经过第一相干平衡接收装置的耦合相干平衡探测后,生成第一光电流。x方向第二信号光和x方向第二本振光经过第二相干平衡接收装置的耦合相干平衡探测后,生成第二光电流。y方向第一信号光和经过90度相移的y方向第一本振光经过第三相干平衡接收装置的耦合相干平衡探测后,生成第三光电流。y方向第二信号光和y方向第二本振光经过第四相干平衡接收装置的耦合相干平衡探测后,生成第四光电流。然后,第一光电流、第二光电流、第三光电流和第四光电流经过后续DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)处理恢复出信号。
在上述基于相位分集和偏振分集的相干检测***中,由于光器件数量多,架构复杂,成本高昂,限制了相干检测***的推广。
发明内容
本文提供一种相干接收机的光电接收装置、接收方法及相干接收机,能够减少相干接收机的光器件的数量,降低成本。
根据本申请的第一方面,本发明实施例提供一种相干接收机的光电接收装置,包括:
本振光生成模块,用于产生双波长正交偏振本振光;
耦合模块,用于对接收的信号光与所述双波长正交偏振本振光进行相干耦合并输出双波长相干光;
光电探测模块,用于将所述耦合模块输出的双波长相干光转换为电信号后输出。
根据本申请的第二方面,本发明实施例提供一种相干接收机,包括:
上述光电接收装置和解调模块;
所述解调模块,用于对所述光电接收装置输出的电信号进行解调。
根据本申请的第三方面,本发明实施例提供一种相干接收机的接收方法,包括:
将信号光与双波长正交偏振本振光进行相干耦合生成双波长相干光;
将所述双波长相干光转换为电信号后输出。
与相关技术相比,本发明实施例提供的一种相干接收机的光电接收装置、接收方法及相干接收机,相干接收机的光电接收装置通过将信号光与双波长正交偏振本振光进行相干耦合生成双波长相干光,将所述双波长相干光转换为电信号后输出,能够减少相干接收机的光器件的数量,降低成本。
附图说明
图1为现有技术中的基于相位分集和偏振分集的相干检测***示意图;
图2为本发明实施例1的一种相干接收机的光电接收装置示意图;
图3为本发明实施例2的一种相干接收机的示意图;
图4为本发明实施例3的一种相干接收机的接收方法流程图;
图5为本发明示例1的一种相干接收机的示意图;
图6为本发明示例1中本振光和信号光的波长关系示意图;
图7为本发明示例2的一种相干接收机的光电接收装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行。并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例1
如图2所示,本发明实施例提供了一种相干接收机的光电接收装置,包括:
本振光生成模块10,用于产生双波长正交偏振本振光;
耦合模块20,用于对接收的信号光与所述双波长正交偏振本振光进行相干耦合并输出双波长相干光;
光电探测模块30,将所述耦合模块输出的双波长相干光转换为电信号后输出;
在一种实施方式中,所述双波长正交偏振本振光为相互独立的两束偏振方向正交的本振光;或者;所述双波长正交偏振本振光为通过偏振合束器对两束偏振方向正交的本振光进行合波后的本振光;其中,两束偏振方向正交的本振光具有不同的波长;
在一种实施方式中,所述双波长正交偏振本振光包括第一本振光和第二本振光,其中,所述第一本振光的波长λ1与所述信号光的波长λs不相等,所述第二本振光的波长λ2与所述信号光的波长λs不相等,且满足以下条件:|λ1-λs|≠|λ2-λs|;
在一种实施方式中,所述耦合模块包括:
光耦合器或光混频器;
当所述光耦合器或光混频器包括多路输入和多路输出时,将所述多路输出中的一路连接所述光电探测模块;
在一种实施方式中,所述光电探测模块包括:PIN光电探测器。
本实施例的光电接收装置采用单个耦合模块加单个光电探测模块,将双波长偏振态相互正交的本振光和信号光进行相干耦合,经过光电探测模块转换为频率不同的两个中频信号,由于两正交偏振态上的信息不会出现相干相消的情况,从而实现偏振不敏感接收,相较于相关技术中的四路相干平衡接收机,***架构简单,接收端光路实施复杂度低,降低了成本。
实施例2
如图3所示,本发明实施例提供了一种相干接收机,包括:光电接收装置1和解调模块2;
所述光电接收装置1为实施例1中所述的光电接收装置;
所述解调模块2,用于对所述光电接收装置1输出的电信号进行解调。
在一种实施方式中,所述解调模块,用于采用以下方式对所述电信号进行解调:
从所述电信号中提取频率不相同的第一中频信号和第二中频信号;其中,所述第一中频信号是对第一本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的,所述第二中频信号是对第二本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的;
分别对所述第一中频信号和第二中频信号进行滤波处理,得到第一信号和第二信号;其中,所述第一信号携带第一偏振方向信息,所述第二信号携带第二偏振方向信息;所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互正交;
对所述第一信号和第二信号进行数字信号处理,得到接收信息;
在一种实施方式中,所述信号光为调制信号;所述信号光的调制方式包括以下任意一种:幅度调制、相位调制、幅相调制、高阶调制;
其中,所述高阶调制包括:偏振复用调制。
相干接收机的光电接收装置采用双波长偏振态相互正交的本振光和信号光进行相干耦合,经过光电转换后能够得到频率不同的两个中频信号,解调模块从两个中频信号中获得偏振分集,然后对每一个中频信号进行数字信号处理获得接收信息,实现偏振不敏感接收。相较于相关技术中的四路相干平衡接收机,***架构简单,接收端光路实施复杂度低,降低了成本。
实施例3
如图4所示,本发明实施例提供了一种相干接收机的接收方法,包括:
步骤S110,将信号光与双波长正交偏振本振光进行相干耦合生成双波长相干光;
步骤S120,将所述双波长相干光转换为电信号后输出;
在一种实施方式中,所述双波长正交偏振本振光为相互独立的两束偏振方向正交的本振光;或者;所述双波长正交偏振本振光为通过偏振合束器对两束偏振方向正交的本振光进行合波后的本振光;其中,两束偏振方向正交的本振光具有不同的波长;
在一种实施方式中,所述双波长正交偏振本振光包括第一本振光和第二本振光,其中,所述第一本振光的波长λ1与所述信号光的波长λs不相等,所述第二本振光的波长λ2与所述信号光的波长λs不相等,且满足以下条件:|λ1-λs|≠|λ2-λs|;
在一种实施方式中,所述对信号光与双波长正交偏振本振光进行相干耦合并输出,包括:
通过耦合器/光混频器对信号光与双波长正交偏振本振光进行相干耦合并输出;
在一种实施方式中,所述信号光为调制信号;所述信号光的调制方式包括以下任意一种:幅度调制、相位调制、幅相调制、高阶调制;
其中,所述高阶调制包括:偏振复用调制;
在一种实施方式中,所述方法还包括:对所述电信号进行解调;
在一种实施方式中,所述对所述电信号进行解调,包括:
从所述电信号中提取频率不相同的第一中频信号和第二中频信号;其中,所述第一中频信号是对第一本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的,所述第二中频信号是对第二本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的;
分别对第一中频信号和第二中频信号进行滤波处理,得到第一信号和第二信号;其中,所述第一信号携带第一偏振方向信息,所述第二信号携带第二偏振方向信息;所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互正交;
对所述第一信号和第二信号进行数字信号处理,得到接收信息。
示例1
如图5所示,本示例提供一种相干接收机,包括光电接收装置和解调模块。所述光电接收装置包括:两个本振光光源,一个耦合模块和一个光电探测模块。
其中,本振光光源采用现有技术中常用的激光器(如直接调制型激光器、电吸收调制激光器等)实现。在示例1中,采用两个本振光光源,分别对应本振光1和本振光2。本振光1输出的光波长为λ1(λ1≠λs),偏振态为Tx模式;本振光2输出的光波长为λ2(λ2≠λs),偏振态为Ty模式。这里需要强调的是,本振光1和本振光2发射的两束本振光之间的偏振态需要相互正交,但偏振态不一定为水平方向和垂直方向,而可以是庞加莱球上任意相对的两个点所对应的偏振状态。
其中,如图6所示,两束本振光所对应波长不仅需要与信号光区分开来,同时也需要满足|λ1-λs|≠|λ2-λs|,即两本振光与信号光的频率偏移要不一致(Δf1≠Δf2)。两本振光波长可同时分布在信号光波长左侧,也可分别分布在信号光波长两侧,或者同时分布在信号光波长右侧。这里需要强调的是,对于频率偏移Δf1和Δf2在选择时可以参考后续光器件和电器件的带宽参数,以及信号源的信号带宽。
示例1中的本振光通过采用双波长,偏振态相互正交的形式来替代相关技术中的偏振分集方式实现偏振不敏感接收。两本振光与信号光波长的频偏为Δf1和Δf2,再经过光合波装置(或混频装置)和光电探测器之后将会形成两个不同频率的中频信号,两不同频率的中频信号可以表征原信号光中相互正交的两偏振态上的信息。示例1的相干接收装置在光路的复杂度以及器件的数量上相比相关技术中的相干接收***均有显著削减,因此可以有效地降低接收机的成本。
示例1的接收机中本振光1发射光波长为λ1,偏振态为x方向;本振光2发射光波长为λ2,偏振为y方向,x方向和y方向正交。两本振光偏振态正交可以使得信号光所有偏振态情况均能被探测到,并且使得两本振光之间不会出现相干情况。
相干耦合后经过光电探测器后的光电流为:
其中,ALO1为本振光1的最大振幅,ALO2为本振光2的最大振幅,As为信号光的最大振幅,θ为信号光与x偏振态方向的夹角,ωIF1为信号光与本振光1拍频后的中频信号频率,ωIF2为信号光与本振光2拍频后的中频信号频率;为信号光的相位,为本振光1的相位,为本振光2的相位。
上述光电流IPD中,As 2为小信号光平方分量,ALO1 2为本振光1的直流分量,ALO2 2为本振光2的直流分量。
上述光电流IPD中前两项即为相干后需要恢复的两个不同频率的中频信号项。采用双波长,可以使得两不同频率的中频项不会因为在一路探测器中出现信号相消相减的情况(从而导致无法相干检测)。
生成的光电流IPD中包含两个不同频率的中频项。分别对每一种频率的中频信号进行滤波处理,得到第一信号和第二信号。其中,所述第一信号携带x偏振方向信息,所述第二信号携带y偏振方向信息。
对第一信号和第二信号进行数字信号处理(DSP处理),得到最终的接收信息;其中,所述接收信息是指接收端光载波上携带的电信息。
上述示例1的相干接收机,具有以下特点:
1)双波长实现低成本偏振无关相干接收。
这里的实现方式是本振光采用双波长相互正交的偏振光输入,经过光电探测器后,x和y方向的偏振信息分别转换成两不同频率的中频信号,双波长和正交偏振态能够防止在一路相干中两偏振信息发生相消相干的情况。这样不论信号光是何种偏振状态,均至少与一束本振光进行相干干涉,实现偏振不敏感接收。
2)接收机采用单端口输出的光耦合模块,加上单个光电探测模块,使得光器件数量减少,实现低成本接收。
此处的光耦合模块不仅限于多路输入,单路输出的光耦合器/光混频器,还可以包含N×M的光耦合器/光混频器。输入端口数N视***架构需要来定,输出端口M可仅使用其中一路接光电探测装置进行相干检测。对光耦合器/光混频器的输入输出端口数不做强制要求。
3)对输入信号的调制方式不做强制要求,可以包含幅度调制信号、相位调制信号、幅相调制信号以及偏振复用信号等高阶调制信号均适用于本申请的相干接收机。
与相关技术相比,本示例的相干接收机方案,针对偏振不敏感接收,采用双波长偏振态相互正交的本振光,使得在耦合模块的一路相干情况下,两正交偏振态上的信息不会出现相干相消的情况。本示例采用单个耦合模块加单个光电探测模块,相较于相关技术中的四路相干平衡接收机,***架构简单,接收端光路实施复杂度低,降低了成本。
示例2
如图7所示,本示例提供一种相干接收机的光电接收装置。所述光电接收装置对示例1中的本振光源做了改动。示例2将原先产生的偏振正交的两波长本振光先经过偏振合束器合成一束本振光后,再通过2×1的光耦合器与信号光进行合波相干。
示例1中采用的是3×1的光耦合器。信号光、本振光1和本振光2经过光耦合器之后,能量损失为原先的1/3。而示例2采用2×1的光耦合器,对信号光和合成的本振光均只产生3dB衰减,从光能量的损失上来看小于示例1中的装置。
针对本振光产生装置,也可使用双偏振分布布拉格反馈式光纤激光器实现。这里需要强调的是,任意能够产生两波长,两偏振相互正交的本振光源均可用于本申请的相干接收机光电接收装置。
针对示例1和示例2中的耦合器件,并不限于3×1或者2×1的光耦合器,还可以包括多端口输入/输出的光混频器,如180°、120°、90°光混频器等。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器,如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。
需要说明的是,本发明还可有其他多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种相干接收机的光电接收装置,包括:
本振光生成模块,用于产生双波长正交偏振本振光;
耦合模块,用于对接收的信号光与所述双波长正交偏振本振光进行相干耦合并输出双波长相干光;
光电探测模块,用于将所述耦合模块输出的双波长相干光转换为电信号后输出。
2.如权利要求1所述的光电接收装置,其特征在于:
所述双波长正交偏振本振光为相互独立的两束偏振方向正交的本振光;或者;所述双波长正交偏振本振光为通过偏振合束器对两束偏振方向正交的本振光进行合波后的本振光;其中,所述两束偏振方向正交的本振光具有不同的波长。
3.如权利要求1所述的光电接收装置,其特征在于:
所述双波长正交偏振本振光包括第一本振光和第二本振光,其中,所述第一本振光的波长λ1与所述信号光的波长λs不相等,所述第二本振光的波长λ2与所述信号光的波长λs不相等,且满足以下条件:|λ1-λs|≠|λ2-λs|。
4.如权利要求1所述的光电接收装置,其特征在于:
所述耦合模块包括:光耦合器或光混频器;
当所述光耦合器或光混频器包括多路输入和多路输出时,将所述多路输出中的一路连接所述光电探测模块。
5.一种相干接收机,包括:
权利要求1-4中任一项所述的光电接收装置和解调模块;
所述解调模块,用于对所述光电接收装置输出的电信号进行解调。
6.如权利要求5所述的相干接收机,其特征在于:
所述信号光为调制光信号;
所述解调模块,用于采用以下方式对光电接收装置输出的电信号进行解调:从所述电信号中提取频率不相同的第一中频信号和第二中频信号;其中,所述第一中频信号是对第一本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的,所述第二中频信号是对第二本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的;
分别对第一中频信号和第二中频信号进行滤波处理,得到第一信号和第二信号;其中,所述第一信号携带第一偏振方向信息,所述第二信号携带第二偏振方向信息;所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互正交;
对所述第一信号和第二信号进行数字信号处理,得到接收信息。
7.如权利要求6所述的相干接收机,其特征在于:
所述信号光的调制方式包括以下任意一种:幅度调制、相位调制、幅相调制、高阶调制。
8.一种相干接收机的接收方法,包括:
将接收的信号光与双波长正交偏振本振光进行相干耦合生成双波长相干光;
将所述双波长相干光转换为电信号后输出。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于:
所述双波长正交偏振本振光包括第一本振光和第二本振光,其中,所述第一本振光的波长λ1与所述信号光的波长λs不相等,所述第二本振光的波长λ2与所述信号光的波长λs不相等,且满足以下条件:|λ1-λs|≠|λ2-λs|。
10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
从所述电信号中提取频率不相同的第一中频信号和第二中频信号;其中,所述第一中频信号是对第一本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的,所述第二中频信号是对第二本振光和信号光相干耦合后的光信号进行光电转换获得的;
分别对第一中频信号和第二中频信号进行滤波处理,得到第一信号和第二信号;其中,所述第一信号携带第一偏振方向信息,所述第二信号携带第二偏振方向信息;所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互正交;
对所述第一信号和第二信号进行数字信号处理,得到接收信息。
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