CN115276810A - 一种信号发送设备、信号接收设备和通信*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种信号发送设备、信号接收设备和通信***，可以应用于以并行单模光纤、多芯光纤、少模光以及多芯少模光纤为代表的空分复用光传输场景中，信号发送设备中的第一发射机用于将光载波调制为辅助光信号，该辅助光信号可以用于信道估计。信号发送设备中第二发射机用于将光载波调制为业务光信号。信号发送设备将一路或多路业务光信号与辅助光信号复用之后发送至信号接收设备。信号接收设备中的一个数据处理模块根据辅助光信号对信道进行估计，其他数据处理模块根据信道估计的结果恢复接收到的业务信号。进行信道估计时采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。

Description

一种信号发送设备、信号接收设备和通信***

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种信号发送设备、信号接收设备和通信***。

背景技术

随着信息传输需求的***式增长，传统单模光纤传输容量接近极限，以少模光纤、多芯光纤、多芯少模光纤为代表的空分复用技术近年来得到广泛关注，可以极大提高***容量，解决未来单模光纤的带宽危机。

在空分复用技术的应用过程中，由发送端输出的多个不同模式的业务信号经过多个信道传输至接收端。发送端输出的业务信号在信道中传输时会受到光纤的各种线性效应和非线性效应影响而发生变化，因此需要对传输信道进行监测。接收端可以对每个模式的信道进行联合估计，通过特定数字信号处理算法对每个信道接收到的业务信号同时进行处理，以便恢复发送端输出的原始的业务信号。

然而，对每个模式的信道进行联合估计时所采用的器件结构复杂，成本高昂，不利于实现技术推广。如何合理地监测传输信道，对接收端收到的业务信号进行恢复，是一个亟待解决的难题。

发明内容

本申请提供了一种信号发送设备、信号接收设备和通信***，采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。

本申请第一方面提供了一种信号发送设备，所述信号发送设备包括：激光设备、第一发射机、第二发射机和复用器；所述激光设备的输出端与所述第一发射机的输入端和所述第二发射机的输入端连接；所述第一发射机的输出端与所述复用器的第一输入端连接；所述第二发射机的输出端与所述复用器的第二输入端连接；所述激光设备用于输出不同波长的光载波；所述第一发射机用于将所述光载波调制为辅助光信号，所述辅助光信号用于进行信道估计，所述辅助光信号和业务信号的中心波长相同；所述第二发射机用于将所述光载波调制为所述业务光信号；所述复用器用于复用所述辅助光信号和所述业务光信号。

本申请中，信号发送设备中的第一发射机用于将光载波调制为辅助光信号，该辅助光信号可以用于信道估计。信号发送设备中第二发射机用于将光载波调制为业务光信号。信号发送设备将一路或多路业务光信号与辅助光信号复用之后发送至信号接收设备。信号接收设备中的一个数据处理模块根据辅助光信号进行信道估计，其他数据处理模块根据信道估计的结果恢复接收到的业务信号。进行信道估计时采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述辅助光信号包括频梳信号。

该种可能的实现方式中，使用频梳信号进行信道估计功能时，频梳信号进行下传后，信号接收设备中的第一数据处理模块接收辅助电信号，辅助电信号是由频梳信号转化而来的电信号。信号接收设备中的第二数据处理模块接收业务光信号。第一数据处理模块可以利用辅助电信号提取时钟信号、色散大小、频偏与相噪等参数。第二数据处理模块可以根据第一数据处理模块得到的参数对业务电信号进行时钟估计、色散补偿、偏振补偿和频偏相噪补偿。即通过分析辅助电信号得到的参数来恢复业务电信号。信号接收设备可以通过频梳信号实现多种信道估计功能，更加全面地进行信道估计，以使得信号接收设备可以更准确地恢复业务信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述频梳信号的梳齿之间的间距相等。

该种可能的实现方式提供了一种频梳信号的可能的实现形式，提升了方案的可实现性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述频梳信号的梳齿间隔的范围包括500兆赫兹MHz到5吉赫兹GHz。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述频梳信号包括第一频梳和第二频梳，所述第一频梳和所述第二频梳的偏振态正交，所述第一频梳的中心频率和所述第二频梳的中心频率存在偏差。通常是1GHz到10Ghz之间。

该种可能的实现方式中，辅助光信号是多偏振态的频梳信号时，上文中说明的梳齿间距是指同一偏振态下频梳信号的梳齿的间距。示例性的，假设辅助光信号中包括的频梳信号具有第一偏振态下的第一频梳信号和第二偏振态下的第二频梳信号，则第一频梳信号的梳齿间距的范围是是500MHz到5GHz，第二频梳信号的梳齿间距的范围是是500MHz到5GHz。该种可能的实现方式提供了一种频梳信号中梳齿间隔的可能包括的范围，提升了方案的可实现性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述信号发送设备还包括第一耦合器和第二耦合器，所述第一发射机包括第一调制器和第二调制器，所述第二发射机包括第三调制器和第四调制器；所述第一耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第一耦合器的输出端与所述第一调制器的输入端和所述第三调制器的输入端连接；所述第二耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第二耦合器的输出端与所述第二调制器的输入端和所述第四调制器的输入端连接；所述复用器与四个调制器的输出端连接；所述激光设备分别向所述第一耦合器和所述第二耦合器输出第一光载波和第二光载波，所述第一光载波和所述第二光载波波长不同；所述第一耦合器用于将接收到的所述第一光载波分成两路光载波；所述第二耦合器用于将接收到的所述第二光载波分成两路光载波；所述第一调制器和所述第二调制器用于将接收到的光载波调制为所述辅助光信号；所述第三调制器和所述第四调制器用于将接收到的光载波调制为所述业务光信号。

该种可能的实现方式中，假设第一耦合器接收到光载波A，第一耦合器将光载波A分成A1、A2两路后分别将A1输入第一调制器，将A2输入第三调制器。第二耦合器接收到光载波B，第二耦合器将光载波B分成B1、B2两路后分别将B1输入第二调制器，将B2输入第四调制器。第一调制器和第二调制器分别将A1，B1调制为辅助光信号A11和辅助光信号B11，并将辅助光信号A11和B11输入复用器。第三调制器和第四调制器分别将A2和B2调制为业务光信号A21和业务光信号B21，并将业务光信号A21和业务光信号B21输入复用器。该种可能的实现方式提供了一种第一发射机和第二发射机的具体可能的实现方式，提升了方案的可实现性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述复用器包括第一波长复用器、第二波长复用器和第一模式复用器；所述第一波长复用器的输入端与所述第一调制器的输出端和所述第二调制器的输出端连接，所述第一波长复用器的输出端与所述第一模式复用器的第一输入端连接；所述第二波长复用器的输入端与所述第三调制器的输出端和所述第四调制器的输出端连接，所述第二波长复用器的输出端与所述第一模式复用器的第二输入端连接；所述第一波长复用器用于将接收到的不同波长的辅助光信号复用为第一模式下的辅助光信号；所述第二波长复用器用于将接收到的不同波长的业务光信号复用为第二模式下的业务光信号；所述第一模式复用器用于复用所述第一模式下的辅助光信号和所述第二模式下的业务光信号。

该种可能的实现方式中，假设第一波长复用器接收到的辅助光信号A11和B11波长不同。第一波长复用器将A11和B11复用为第一模式下的辅助光信号C11后输入第一模式复用器。第二波长复用器接收到的辅助光信号A21和B21波长不同。第二波长复用器将A21和B21复用为第二模式下的辅助光信号C21后输入第一模式复用器。第一模式复用器将模式不同的C11和C21复用后输出。该种可能的实现方式提供了一种复用器的具体可能的实现方式，提升了方案的可实现性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述信号发送设备还包括第一耦合器和第二耦合器，所述第一发射机包括第一调制器和第二调制器，所述第二发射机包括第三调制器和第四调制器；所述第一耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第一耦合器的输出端与所述第一调制器的输入端和所述第二调制器的输入端连接；所述第二耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第二耦合器的输出端与所述第三调制器的输入端和所述第四调制器的输入端连接；所述复用器与四个调制器的输出端连接；所述激光设备分别向所述第一耦合器和所述第二耦合器输出第一光载波和第二光载波，所述第一光载波和所述第二光载波波长不同；所述第一耦合器用于将接收到的所述第一光载波分成两路光载波；所述第二耦合器用于将接收到的所述第二光载波分成两路光载波；所述第一调制器和所述第二调制器用于将接收到的光载波调制为所述辅助光信号；所述第三调制器和所述第四调制器用于将接收到的光载波调制为所述业务光信号。

该种可能的实现方式中，该种可能的实现方式提供了另外一种第一耦合器和第二耦合器与第一发射机和第二发射机的具体可能的连接方式，提升了方案的可实现性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述复用器包括第二模式复用器、第三模式复用器和第三波长复用器；所述第二模式复用器的输入端与所述第一调制器的输出端和所述第二调制器的输出端连接，所述第二模式复用器的输出端与所述第三波长复用器的第一输入端连接；所述第三模式复用器的输入端与所述第三调制器的输出端和所述第四调制器的输出端连接，所述第三模式复用器的输出端与所述第三波长复用器的第二输入端连接；所述第二模式复用器用于将接收到的不同模式的辅助光信号复用为第一波长下的辅助光信号；所述第三模式复用器用于将接收到的不同模式的业务光信号复用为第二波长下的业务光信号；所述第三波长复用器用于复用所述第一波长下的辅助光信号和所述第二波长下的业务光信号。

该种可能的实现方式中，第二模式复用器接收到的辅助光信号A11和B11模式不同。第二模式复用器将A11和B11复用为第一波长下的辅助光信号C11后输入第三波长复用器。第三模式复用器接收到的辅助光信号A21和B21模式不同。第三模式复用器将A21和B21复用为第二波长下的辅助光信号C21后输入第三波长复用器。第三波长复用器将波长不同的C11和C21复用后输出。该种可能的实现方式提供了一种先空分复用再波分复用的复用器，提升了方案的可实现性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一调制器包括功分器、移频器、偏振分束器、第五调制器、第六调制器和偏振合束器；所述功分器的输入端与控制模块电连接，所述功分器的第一输出端与所述移频器连接，所述功分器的第二输出端与所述第五调制器的第一输入端连接；所述移频器的输出端与所述第六调制器的第一输入端连接；所述偏振分束器的输入端与所述第一耦合器的输出端连接，所述偏振分束器的第一输出端与所述第五调制器的第二输入端连接，所述偏振分束器的第二输出端与所述第六调制器的第二输入端连接；所述偏振合束器的第一输入端与所述第五调制器的输出端连接，所述偏振合束器的第二输入端与所述第六调制器的输出端连接，所述偏振合束器的输出端与所述复用器的输入端连接；所述功分器用于将控制模块输入的电信号分成两路电信号；所述移频器用于将接收到的电信号调频；所述偏振分束器用于将输入的光信号分成偏振态正交的两路光信号；所述第五调制器用于根据所述分束器输入的电信号将所述偏振分束器输出的光信号调制为第一辅助光信号；所述第六调制器用于根据所述移频器输入的电信号将所述偏振分束器输出的光信号调制为第二辅助光信号，所述第一辅助光信号与所述第二辅助光信号的偏振态正交；所述偏振合束器用于对所述第一辅助光信号和所述第二辅助光信号进行合束。

该种可能的实现方式中，功分器将控制模块输入的电信号A分为A1和A2，将A1输入第一调制器，将A2输入移频器移频之后输入第二调制器。偏振分束器将光载波B分为两个不同偏振态的光载波B1和光载波B2，分别将B1和B2输入第五调制器和第六调制器。第五调制器根据电信号A1调制光载波B1，第六调制器根据电信号A2调制光载波B2。偏振合束器将第五调制器和第六调制器调制好的辅助光信号合束后输出。该种可能的实现方式中，第一调制器可以调制出双偏振态的频梳信号，进而接收设备可以根据该双偏振态的频梳信号获取与频偏有关的相关参数，可以更加准确地恢复业务信号。

本申请第二方面提供了一种信号接收设备，所述信号接收设备包括：解复用器、第一接收机、第二接收机、第一数据处理模块和第二数据处理模块；所述解复用器的第一输出端与所述第一接收机的输入端连接，所述解复用器的第二输出端与所述第二接收机的输入端连接；所述第一接收机的输出端与所述第一数据处理模块的输入端连接；所述第一数据处理模块的输出端与所述第二数据处理模块的第一输入端连接；所述第二接收机的输出端与所述第二数据处理模块的第二输入端连接；所述解复用器用于将光信号解复用为业务光信号和辅助光信号，所述辅助光信号用于进行信道估计；所述第一接收机用于将所述辅助光信号转换为辅助电信号；所述第二接收机用于将所述业务光信号转换为业务电信号；所述第一数据处理模块用于根据所述辅助电信号进行信道估计；所述第二数据处理模块用于根据所述第一数据处理模块输出的结果恢复所述业务光信号。

本申请中，在信道估计方面，可以选取空分复用***中的一个或多个空间信道，将这些被选中的信道中传输的信号进行特殊调制，调制成辅助光信号以代替业务信号。辅助光信号与业务光信号(也就是数据)同传至接收端。因此，分析辅助光信号即可以获得辅助光信号经过信道传输后产生的频偏、相噪、色散等信息，数据处理模块对辅助光信号进行处理便可以实现信道估计。进而，数据处理模块可以额根据对辅助信号分析得出的结果对业务信号经过信道传输后产生的损伤进行补偿。在信道监测方面，本申请提供的通信***中，一个或多个空间信道可以传输简单的频梳信号或PAM信号，通过接受监测频梳信号或PAM信号的频谱变化等情况，可以对整个信道实现功率、光信噪比和色散等多种参数的实时监测。此外，相比于分析所有信道传输的业务信号来进行信道估计，通过对一个或多个空间信道传输的辅助信号进行分析进而进行信道估计这样的实现方式不仅可以降低技术成本和简化器件复杂度，还可以从更多元的角度分析更多的参数。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述辅助光信号包括频梳信号。

该种可能的实现方式中，使用频梳信号进行信道估计功能时，频梳信号进行下传后，信号接收设备中的第一数据处理模块接收辅助电信号，辅助电信号是由频梳信号转化而来的电信号。信号接收设备中的第二数据处理模块接收业务光信号。第一数据处理模块可以利用辅助电信号提取时钟信号、色散大小、频偏与相噪等参数。第二数据处理模块可以根据第一数据处理模块得到的参数对业务电信号进行时钟估计、色散补偿、偏振补偿和频偏相噪补偿。即通过分析辅助电信号得到的参数来恢复业务电信号。信号接收设备可以通过频梳信号实现多种信道估计功能，更加全面地进行信道估计，以使得信号接收设备可以更准确地恢复业务信号。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述频梳信号的梳齿之间的间距相等。

该种可能的实现方式提供了一种频梳信号的可能的实现形式，提升了方案的可实现性。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述频梳信号的梳齿间隔的范围包括500兆赫兹MHz到5吉赫兹GHz。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述频梳信号包括第一频梳和第二频梳，所述第一频梳和所述第二频梳的偏振态正交，所述第一频梳的中心频率和所述第二频梳的中心频率存在偏差。通常是1GHz到10Ghz之间。

该种可能的实现方式中，辅助光信号是多偏振态的频梳信号时，上文中说明的梳齿间距是指同一偏振态下频梳信号的梳齿的间距。示例性的，假设辅助光信号中包括的频梳信号具有第一偏振态下的第一频梳信号和第二偏振态下的第二频梳信号，则第一频梳信号的梳齿间距的范围是是500MHz到5GHz，第二频梳信号的梳齿间距的范围是是500MHz到5GHz。该种可能的实现方式提供了一种频梳信号中梳齿间隔的可能包括的范围，提升了方案的可实现性。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述解复用器包括第一模式解复用器、第一波长解复用器和第二波长解复用器；所述第一模式解复用器的输出端与所述第一波长解复用器的输入端和所述第二波长解复用器的输入端连接；所述第一波长解复用器的输出端和所述第一接收机的输入端连接；所述第二波长解复用器的输出端和所述第二接收机的输入端连接；所述第一模式解复用器用于将所述光信号解复用为第一模式下的辅助光信号和第二模式下的业务光信号；所述第一波长解复用器将所述第一模式下的辅助光信号解复用为第一辅助光信号和第二辅助光信号，所述第一辅助光信号具备第一模式和第一波长，所述第二辅助光信号具备第一模式和第二波长；所述第二波长解复用器将所述第二模式下的业务光信号解复用为第一业务光信号和第二业务光信号，所述第一业务光信号具备第二模式和第一波长，所述第二业务光信号具备第二模式和第二波长。

该种可能的实现方式中，第一模式解复用器将光信号解复用为光信号A1和光信号B1，分别向第一波长解复用器输出信号A1，向第二波长解复用器输出信号B1。其中，A1是辅助光信号，B1是业务光信号，A1和B1模式不同。第一波长解复用器将A1解复用为辅助光信号A11和辅助光信号A12，向第一接收机输出A11和A12，其中，A11和A12模式相同波长不同。第二波长解复用器将B1解复用为辅助光信号B11和辅助光信号B12，向第二接收机输出B11和B12，其中，B11和B12模式相同波长不同。该种可能的实现方式中提供了一种先空分解复用再波分解复用的解复用器，提供了一种复用器的具体的实现方式，提升了方案的可实现性。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述解复用器包括第三波长解复用器、第二模式解复用器和第三模式解复用器；所述第三波长解复用器的输出端与所述第二模式解复用器的输入端和所述第三模式解复用器的输入端连接；所述第二模式解复用器的输出端和所述第一接收机的输入端连接；所述第三模式解复用器的输出端和所述第二接收机的输入端连接；所述第三波长解复用器用于将所述光信号解复用为所述辅助光信号和所述业务光信号，所述辅助光信号具备第一波长，所述业务光信号具备第二波长；所述第二模式解复用器将所述辅助光信号解复用为第一辅助光信号和第二辅助光信号，所述第一辅助光信号具备第一波长和第一模式，所述第二辅助光信号具备第一波长和第二模式；所述第三模式解复用器将所述业务光信号解复用为第一业务光信号和第二业务光信号，所述第一业务光信号具备第二波长和第一模式，所述第二业务光信号具备第二波长和第二模式。

该种可能的实现方式中，第三波长解复用器将光信号解复用为光信号A1和光信号B1，分别向第二模式解复用器输出信号A1，向第三模式解复用器输出信号B1。其中，A1是辅助光信号，B1是业务光信号，A1和B1波长不同。第二模式解复用器将A1解复用为辅助光信号A11和辅助光信号A12，向第一接收机输出A11和A12，其中，A11和A12波长相同模式不同。第三模式解复用器将B1解复用为辅助光信号B11和辅助光信号B12，向第二接收机输出B11和B12，其中，B11和B12波长相同模式不同。该种可能的实现方式中提供了一种先波分解复用再空分解复用的解复用器，提供了一种复用器的具体的实现方式，提升了方案的可实现性。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述信号接收设备还包括本振光模块，所述第一接收机包括第一相干接收机和第二相干接收机，所述第二接收机包括第三相干接收机和第四相干接收机；所述第一相干接收机的第一输入端和所述第二相干接收机的第一输入端与所述复用器的输出端连接，所述第一相干接收机的第二输入端和所述第二相干接收机的第二输入端与所述本振光模块的输出端连接，所述第一相干接收机的输出端和所述第二相干接收机的输出端与所述第一数据处理模块连接；所述第三相干接收机的第一输入端和所述第四相干接收机的第一输入端与所述复用器的输出端连接，所述第三相干接收机的第二输入端和所述第四相干接收机的第二输入端与所述本振光模块的输出端连接，所述第三相干接收机的输出端和所述第四相干接收机的输出端与所述第二数据处理模块连接；所述第一相干接收机用于根据本振光信号将所述第一辅助光信号转换为第一辅助电信号；所述第二相干接收机用于根据所述本振光信号将所述第二辅助光信号转换为第二辅助电信号；所述第三相干接收机用于根据所述本振光信号将所述第一业务光信号转换为第一业务电信号；所述第四相干接收机用于根据所述本振光信号将所述第二业务光信号转换为第二业务电信号。

该种可能的实现方式中，假设第一接收机接收辅助光信号A1，其中，第一相干接收机接收辅助光信号A11，第二相干接收机接收辅助光信号A12。第一相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将辅助光信号A11转换为辅助电信号A21，将A21输入第一数据处理模块。同理，第二相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将辅助光信号A12转换为辅助电信号A22，将A22输入第一数据处理模块。相类似的，假设第二接收机接收业务光信号B1，其中，第三相干接收机接收业务光信号B11，第四相干接收机接收业务光信号B12。第三相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将业务光信号B11转换为业务电信号B21，将B21输入第二数据处理模块。同理，第二相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将业务光信号B12转换为业务电信号B22，将B22输入第二数据处理模块。该种可能的实现方式提供了一种接收机的具体的实现方式，提升了方案的可实现性。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述第一相干接收机包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一探测器和第二探测器；所述第一偏振分束器的输入端与所述本振光模块的输出端连接，所述第一偏振分束器的输出端与所述第一探测器的第一输入端和所述第二探测器的第一输入端连接；所述第二偏振分束器的输入端与所述解复用器的输出端连接，所述第二偏振分束器的输出端与所述第一探测器的第二输入端和所述第二探测器的第二输入端连接；所述第一探测器的输出端和所述第二探测器的输出端与所述第一数据处理模块的输入端连接；所述第一偏振分束器用于将所述本振光信号分成偏振态正交的两路本振光信号；所述第二偏振分束器用于将输入的所述第一辅助光信号分成偏振态正交的两路辅助光信号；所述第一探测器用于根据所述本振光信号将所述辅助光信号转换为第三辅助电信号；所述第二探测器用于根据所述本振光信号将所述辅助光信号转换为第四辅助电信号。

该种可能的实现方式中，假设第一偏振分束器将本振光信号C分成两个偏振态正交的本振光信号C1和本振光信号C2。第二偏振分束器将辅助光信号A11分为两个偏振态正交的辅助光信号D1和辅助光信号D2。第一探测器根据本振光信号C1将辅助光信号D1转换为电信号D11，第二探测器根据本振光信号C2将辅助光信号D2转换为电信号D21。第一探测器和第二探测器将D11和D21输入第一数据处理模块。第一数据处理模块根据得到的辅助电信号进行信道估计。第一相干接收机可以解调双偏振态的频梳信号，进而接收设备可以根据该双偏振态的频梳信号获取与频偏有关的相关参数，可以更加准确地恢复业务信号。

本申请第三方面提供了一种通信***，其所述通信***包括信号发送设备和信号接收设备，所述信号发送设备如上述第一方面或第一方面任意一种可能的实现方式中所述的信号发送设备，所述信号接收设备如上述第二方面或第二方面任意一种可能的实现方式中所述的信号接收设备。

附图说明

图1为本申请提供的通信***的一结构示意图；

图2为本申请提供的一种信号发送设备的一种结构示意图；

图3a为本申请提供的一种信号发送设备的另一种结构示意图；

图3b为本申请提供的一种信号发送设备的另一种结构示意图；

图4为本申请提供的一种信号发送设备的另一种结构示意图；

图5为本申请提供的一种信号发送设备的另一种结构示意图；

图6为本申请提供的一种第一调制器的一种结构示意图；

图7为本申请提供的一种双偏频梳信号的一种示意图；

图8为本申请提供的一种信号接收设备的一种结构示意图；

图9为本申请提供的一种频梳信号的处理流程示意图；

图10为本申请提供的一种频梳信号的示意图；

图11为本申请提供的一种信道监测示意图；

图12为本申请提供的PAM信号的一种应用示意图；

图13为本申请提供的一种信号接收设备的另一种结构示意图；

图14为本申请提供的一种信号接收设备的一种结构示意图；

图15a为本申请提供的一种信号接收设备的一种结构示意图；

图15b为本申请提供的一种信号接收设备的一种结构示意图；

图16为本申请提供的一种第一相干接收机的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本申请的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本申请中出现的对步骤进行的命名或者编号，并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间/逻辑先后顺序执行方法流程中的步骤，已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。

随着信息传输需求的***式增长，传统单模光纤传输容量接近极限，以少模光纤、多芯光纤、多芯少模光纤为代表的空分复用技术近年来得到广泛关注，可以极大提高***容量，解决未来单模光纤的带宽危机。

在空分复用技术的应用过程中，由发送端输出的多个不同模式的业务信号经过多个信道传输至接收端。发送端输出的业务信号在信道中传输时会受到光纤的各种线性效应和非线性效应影响而发生变化，因此需要对传输信道进行监测。接收端可以对每个模式的信道进行联合估计，通过特定数字信号处理算法对每个信道接收到的业务信号同时进行处理，以便恢复发送端输出的原始的业务信号。

然而，对每个模式的信道进行联合估计时所采用的器件结构复杂，成本高昂，不利于实现技术推广。如何合理地监测传输信道，对接收端收到的业务信号进行恢复，是一个亟待解决的难题。

为了解决上述方案中出现的问题，本申请提供了一种信号发送设备、信号接收设备和通信***，信号发送设备将一路或多路业务光信号与辅助光信号复用之后发送至信号接收设备。信号接收设备中的一个数据处理模块根据辅助光信号对信道进行估计，信号接收设备中的其他数据处理模块根据信道估计的结果恢复接收到的业务信号。进行信道估计时采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。下面分别进行说明本申请提供的信号发送设备、信号接收设备和通信***。

首先介绍本申请提供的通信***，图1为本申请提供的通信***的一结构示意图。

请参阅图1，本申请提供的通信***包括信号发送设备10和信号接收设备20。其中，信号发送设备10通过空分信道向信号接收设备20传输信号。

可选的，本申请提供的通信***中，信号发送设备10和信号接收设备20之间的空分信道可以是一个或一组少模信道，空分信道还可以是一个或一组多芯信道，空分信道还可以是一组单模信道，空分信道还可以是其他类型的信道，具体此处不做限定。

本申请中，可选的，通信***可以应用于以并行单模光纤、多芯光纤、少模光以及多芯少模光纤为代表的空分复用光传输场景中，还可以应用与其他场景中，具体此处不做限定。

本申请中，信号发送设备10在使用空分复用技术进行传输数据时，可以选取其中的一条或多条空间信道传输辅助光信号。即信号发送设备10中的第一发射机用于将光载波调制为辅助光信号。该辅助光信号可以配合特殊数字信号处理流程，实现光通信网络中的多种功能。信号发送设备10中第二发射机用于将光载波调制为业务光信号。信号发送设备10将一路或多路业务光信号与辅助光信号复用之后通过空分信道发送至信号接收设备20。信号接收设备20中的一个数据处理模块根据辅助光信号对信道进行估计，其他数据处理模块根据信道估计的结果恢复接收到的业务信号。进行信道估计时采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。

基于上述图1所示的通信***，下面介绍本申请提供的一种信号发送设备。

图2为本申请提供的一种信号发送设备的一种结构示意图。

请参阅图2，本申请中，信号发送设备10至少包括：激光设备101、第一发射机102、第二发射机103和复用器104。

其中，激光设备101的输出端与第一发射机102的输入端和第二发射机103的输入端连接，第一发射机102的输出端与复用器104的第一输入端连接。第二发射机103的输出端与复用器104的第二输入端连接。

本申请中，激光设备101用于输出不同波长的光载波，第一发射机102用于将光载波调制为辅助光信号，辅助光信号用于进行信道估计，辅助光信号和业务信号的中心波长相同。第二发射机103用于将光载波调制为业务光信号。复用器104用于复用辅助光信号和业务光信号。

本申请中，可选的，激光设备101可以是一个或多个激光器阵列，激光设备101也可以是多个单独的激光器，具体此处不做限定。

本申请中，可选的，辅助信号可以不用来传输数据，辅助信号也可以用来传输数据，具体此处不做限定。

本申请中，辅助光信号可以是频梳信号，辅助光信号可以是PAM信号，辅助光信号还可以是QPSK信号，具体此处不做限定。若辅助光信号为频梳信号，则频梳信号中各梳齿的间距相同，由于制作误差，通常梳齿间距之间的间距不会严格相等，偏差范围在100kHz之内。间距的范围可以是500兆赫兹(MHz)到5吉赫兹(GHz)之间。示例性的，梳齿之间的间距可以是500MHz，梳齿之间的间距可以是1GHz，梳齿之间的间距可以是5GHz，还可以是其他间距，具体此处不做限定。

本申请中，辅助光信号是多偏振态的频梳信号时，上文中说明的梳齿间距是指同一偏振态下频梳信号的梳齿的间距。示例性的，假设辅助光信号中包括的频梳信号具有第一偏振态下的第一频梳信号和第二偏振态下的第二频梳信号，则第一频梳信号的梳齿间距的范围是是500MHz到5GHz，第二频梳信号的梳齿间距的范围是是500MHz到5GHz。

本申请中，可选的，频梳信号可以为包含大于2根频率的平坦频梳、频梳信号可以为包含大于2根频率的啁啾频梳，具体此处不做限定。

本申请中，频梳信号可以是强度频梳信号或振幅频梳信号，其中，强度频梳信号可以采用强度调制的方式调制光载波以得到强度频梳信号。相类似的，振幅频梳信号可以采用振幅调制的方式调制光载波以得到振幅频梳信号。

本申请中，若频梳信号具有两个正交的偏振态，具有第一偏振态的频梳称为第一频梳，具有第二偏振态的频梳称为第二频梳，第一频梳和第二频梳的偏振态正交，第一频梳的中心频率和第二频梳的中心频率存在偏差。该偏差的范围通常是在1GHz到10Ghz之间。

可选的，本申请提供的信号发送设备可以应用于C波段传输***，对应的波长范围为1530-1565nm，即频率为191.5至196.1THz。通常可按照100GHz为间隔，将各频率范围规定为波长信道，如191.1±0.05THz，191.2±0.05THz，191.3±0.05THz等等。对于某一个波长信号，如191.3±0.05THz，频梳信号的中心波长为191.3THz，频梳的范围不超过±0.05THz，即±50GHz。业务信号的范围也在191.3±0.05THz内。

本申请中，可选的，相比于上述图2所示的示例中的信号发送设备，信号发送设备还可以包括更多的激光设备，信号发送设备还可以包括更多的发射机，信号发送设备还可以包括更多的复用器，信号发送设备还可以包括其他器件，具体此处不做限定。

本申请中，信号发送设备将一路或多路业务光信号与辅助光信号复用之后发送至信号接收设备。信号接收设备中的一个数据处理模块根据辅助光信号对信道进行估计，其他数据处理模块根据信道估计的结果恢复接收到的业务信号。进行信道估计时采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。

本申请中，信号发送设备中除了包括上述器件之外，信号发送设备还可以包括其他器件。此外，信号发送设备中包括的第一发射机和第二发射机还可以有多种具体的实现形式，下面将进行详细说明。

图3a为本申请提供的一种信号发送设备的另一种结构示意图。

请参阅图3a，本申请中，信号发送设备10还包括第一耦合器105和第二耦合器106，第一发射机102包括第一调制器107和第二调制器108，第二发射机103包括第三调制器109和第四调制器110。

其中，第一耦合器105的输入端与激光设备的输出端连接，第一耦合器105的输出端与第一调制器107的输入端和第三调制器109的输入端连接。第二耦合器106的输入端与激光设备101的输出端连接，第二耦合器106的输出端与第二调制器108的输入端和第四调制器110的输入端连接。复用器104的第一输入端与第一调制器107的输出端和第二调制器108的输出端连接。复用器104的第二输入端与第三调制器109的输出端和第四调制器110的输出端连接。

激光设备分别向第一耦合器和所述第二耦合器输出第一光载波和第二光载波，第一光载波和所述第二光载波波长不同。

第一耦合器105用于将接收到的第一光载波分成两路光载波。第二耦合器106用于将接收到的第二光载波分成两路光载波。第一调制器107和第二调制器108用于将接收到的光载波调制为辅助光信号。第三调制器109和第四调制器110用于将接收到的光载波调制为业务光信号。

示例性的，假设第一耦合器接收到光载波A，第一耦合器将光载波A分成A1、A2两路后分别将A1输入第一调制器，将A2输入第三调制器。第二耦合器接收到光载波B，第二耦合器将光载波B分成B1、B2两路后分别将B1输入第二调制器，将B2输入第四调制器。第一调制器和第二调制器分别将A1，B1调制为辅助光信号A11和辅助光信号B11，并将辅助光信号A11和B11输入复用器。第三调制器和第四调制器分别将A2和B2调制为业务光信号A21和业务光信号B21，并将业务光信号A21和业务光信号B21输入复用器。

图3b为本申请提供的一种信号发送设备的另一种结构示意图。

请参阅图3b，本申请中，信号发送设备10还包括第一耦合器105和第二耦合器106，第一发射机102包括第一调制器107和第二调制器108，第二发射机103包括第三调制器109和第四调制器110。

其中，第一耦合器105的输入端与激光设备101的输出端连接，第一耦合器105的输出端与第一调制器107的输入端和第二调制器108的输入端连接。第二耦合器106的输入端与激光设备101的输出端连接，第二耦合器106的输出端与第三调制器109的输入端和第四调制器110的输入端连接。复用器104的第一输入端与第一调制器107的输出端和第二调制器108的输出端连接。复用器104的第二输入端与第三调制器109的输出端和第四调制器110的输出端连接。

激光设备分别向第一耦合器和所述第二耦合器输出第一光载波和第二光载波，第一光载波和所述第二光载波波长不同。

第一耦合器105用于将接收到的第一光载波分成两路光载波。第二耦合器106用于将接收到的第二光载波分成两路光载波。第一调制器107和第二调制器108用于将接收到的光载波调制为辅助光信号。第三调制器109和第四调制器110用于将接收到的光载波调制为业务光信号。

本申请中，上述示例阐述了第一发射机和第二发射机的一种实现方式，信号发送设备中包括的复用器还可以有多种具体的实现形式。可选的，复用器可以对光信号先波分复用再空分复用，复用器也可以对光信号先空分复用再波分复用，复用器还可以按照其他方式来处理光信号，具体此处不做限定。下面将进行详细说明。

方式一：复用器对光信号先波分复用再空分复用。

图4为本申请提供的一种信号发送设备的一种结构示意图。

请参阅图4，可选的，复用器104可以包括第一波长复用器111、第二波长复用器112和第一模式复用器113；

第一波长复用器111的输入端与第一调制器107的输出端和第二调制器108的输出端连接，第一波长复用器111的输出端与第一模式复用器113的第一输入端连接；第二波长复用器112的输入端与第三调制器109的输出端和第四调制器110的输出端连接，第二波长复用器112的输出端与第一模式复用器113的第二输入端连接。

本申请中，第一波长复用器111用于将接收到的不同波长的辅助光信号复用为第一模式下的辅助光信号。第二波长复用器112用于将接收到的不同波长的业务光信号复用为第二模式下的业务光信号。第一模式复用器113用于复用第一模式下的辅助光信号和第二模式下的业务光信号。

示例性的，第一波长复用器接收到的辅助光信号A11和B11波长不同。第一波长复用器将A11和B11复用为第一模式下的辅助光信号C11后输入第一模式复用器。第二波长复用器接收到的辅助光信号A21和B21波长不同。第二波长复用器将A21和B21复用为第二模式下的辅助光信号C21后输入第一模式复用器。第一模式复用器将模式不同的C11和C21复用后输出。

方式二：复用器对光信号先空分复用再波分复用。

图5为本申请提供的一种信号发送设备的一种结构示意图。

请参阅图5，可选的，复用器104可以包括第二模式复用器114、第三模式复用器115和第三波长复用器116；

本申请中，第二模式复用器114的输入端与第一调制器107的输出端和第二调制器108的输出端连接，第二模式复用器114的输出端与第三波长复用器116的第一输入端连接；第三模式复用器115的输入端与第三调制器109的输出端和第四调制器110的输出端连接，第三模式复用器115的输出端与第三波长复用器115的第二输入端连接；第二模式复用器114用于将接收到的不同模式的辅助光信号复用为第一波长下的辅助光信号；第三模式复用器115用于将接收到的不同模式的业务光信号复用为第二波长下的业务光信号；第三波长复用器116用于复用第一波长下的辅助光信号和第二波长下的业务光信号。

示例性的，第二模式复用器接收到的辅助光信号A11和B11模式不同。第二模式复用器将A11和B11复用为第一波长下的辅助光信号C11后输入第三波长复用器。第三模式复用器接收到的辅助光信号A21和B21模式不同。第三模式复用器将A21和B21复用为第二波长下的辅助光信号C21后输入第三波长复用器。第三波长复用器将波长不同的C11和C21复用后输出。

本申请中，上述图4、图5对应的示例阐述了两种复用器104可能的实现结构。可选的，第一发射机可以对辅助光信号进行双偏调制，通过功分器和偏振分束器将控制模块输出的信号分别调制到双偏振光束的不同偏振态上，偏振合束后发送。下面将进行详细说明可以实现双偏调制的第一发射机的具体的实现方式。

本申请中，上述示例以两个耦合器和四路光路为例进行说明信号发送设备，可选的，信号发送设备可以包括更多的耦合器和更多的光路，具体此处不做限定。

图6为本申请提供的一种第一调制器的一种结构示意图。

请参阅图6，本申请中，可选的，第一调制器107包括功分器117、移频器118、偏振分束器119、第五调制器120、第六调制器121和偏振合束器122。

其中，功分器117的输入端与控制模块电连接，功分器117的第一输出端与移频器连接，功分器117的第二输出端与第五调制器120的第一输入端连接；移频器118的输出端与第六调制器121的第一输入端连接；偏振分束器119的输入端与第一耦合器105的输出端连接，偏振分束器119的第一输出端与第五调制器120的第二输入端连接，偏振分束器119的第二输出端与第六调制器121的第二输入端连接；偏振合束器122的第一输入端与第五调制器120的输出端连接，偏振合束器122的第二输入端与第六调制器121的输出端连接，偏振合束器122的输出端与复用器104的输入端连接。

本申请中，功分器117用于将控制模块输入的电信号分成两路电信号。移频器118用于将接收到的电信号进行移频，例如将频率为f1的电信号A移动delta_f，则移频后的电信号A的频率为f1+delta_f。偏振分束器119用于将输入的光信号分成偏振态正交的两路光信号。第五调制器120用于根据分束器输入的电信号将偏振分束器输出的光信号调制为第一辅助光信号。第六调制器121用于根据移频器输入的电信号将偏振分束器119输出的光信号调制为第二辅助光信号，第一辅助光信号与第二辅助光信号的偏振态正交。偏振合束器122用于对第一辅助光信号和第二辅助光信号进行合束。

示例性的，功分器将控制模块输入的电信号A分为A1和A2，将A1输入第一调制器，将A2输入移频器移频之后输入第二调制器。偏振分束器将光载波B分为两个不同偏振态的光载波B1和光载波B2，分别将B1和B2输入第五调制器和第六调制器。第五调制器根据电信号A1调制光载波B1，第六调制器根据电信号A2调制光载波B2。偏振合束器将第五调制器和第六调制器调制好的辅助光信号合束后输出。

本申请中，可选的，若第一调制器中包括的第五调制器和第六调制器都是强度调制器，则辅助光信号是强度频梳信号。若第一调制器中包括的第五调制器和第六调制器都是振幅调制器，则辅助光信号是振幅频梳信号。

图7为本申请提供的一种双偏频梳信号的一种示意图。

本申请中，示例性的，不同调制方式得到的双偏频梳的频谱可以如图7中传输前所示，其中，实线表示X偏振，虚线表示Y偏振，两种偏振的频梳幅值相等。经过信道的传输后，因为信道中色散等因素的影响，使得双偏频梳信号的频谱的幅值发生不同程度的变化，如图7中传输后所示。信号接收设备接收到双偏频梳信号后，通过数据处理模块分析双偏频梳信号的变化，便可以实现信道估计的功能。

本申请中，信号发送设备10中的第一发射机用于将光载波调制为辅助光信号，该辅助光信号可以用于信道估计。信号发送设备中第二发射机用于将光载波调制为业务光信号。信号发送设备将一路或多路业务光信号与辅助光信号复用之后发送至信号接收设备。信号接收设备中的一个数据处理模块根据辅助光信号对信道进行估计，其他数据处理模块根据信道估计的结果恢复接收到的业务信号。进行信道估计时采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。

基于上述图1所示的通信***，下面介绍本申请提供的一种信号接收设备。

图8为本申请提供的一种信号接收设备的一种结构示意图。

请参阅图8，本申请中，信号接收设备20包括：解复用器201、第一接收机202、第二接收机203、第一数据处理模块204和第二数据处理模块205。

其中，解复用器201的第一输出端与第一接收机202的输入端连接，解复用器201的第二输出端与第二接收机203的输入端连接；第一接收机202的输出端与第一数据处理模块204的输入端连接；第一数据处理模块204的输出端与第二数据处理模块205的第一输入端连接；第二接收机203的输出端与第二数据处理模块205的第二输入端连接；解复用器201用于将光信号解复用为业务光信号和辅助光信号，辅助光信号用于进行信道估计。

本申请中，第一接收机202用于将辅助光信号转换为辅助电信号。第二接收机203用于将业务光信号转换为业务电信号。第一数据处理模块204用于通过辅助信号进行信道估计。第二数据处理模块205用于根据第一数据处理模块输出的结果恢复业务光信号。

本申请中，信号接收设备接收到的辅助光信号与上述示例中信号发送设备发送的辅助光信号相类似，具体此处不做赘述。

本申请中，在信道估计方面，可以选取空分复用***中的一个或多个空间信道，将这些被选中的信道中传输的信号进行特殊调制，调制成辅助光信号以代替业务信号。辅助光信号与业务光信号(也就是数据)同传至接收端。因此，分析辅助光信号即可以获得辅助光信号经过信道传输后产生的频偏、相噪、色散等信息，数据处理模块对辅助光信号进行处理便可以实现信道估计。进而，数据处理模块可以根据对辅助信号分析得出的结果对业务信号经过信道传输后产生的损伤进行补偿。在信道监测方面，本申请提供的通信***中，一个或多个空间信道可以传输简单的频梳信号或PAM信号，通过接受监测频梳信号或PAM信号的频谱变化等情况，可以对整个信道实现功率、光信噪比和色散等多种参数的实时监测。此外，相比于分析所有信道传输的业务信号来进行信道估计，通过对一个或多个空间信道传输的辅助信号进行分析进而进行信道估计这样的实现方式不仅可以降低技术成本和简化器件复杂度，还可以从更多元的角度分析更多的参数。可选的，辅助光信号可以实现信道估计、信道监测、光标记交换等多种功能，辅助光信号还可以实现其他功能，具体此处不做限定。

本申请中，辅助光信号的种类不同时，数据处理模块可以对辅助光信号进行不同的处理，下面将进行详细说明。

(1)辅助光信号为频梳信号。

图9为本申请提供的一种频梳信号的处理流程示意图。

如图9所示，本申请中，该频梳信号的处理流程在信号接收设备上执行。使用频梳信号进行信道估计功能时，具体工作流程如图9所示。频梳信号进行下传后，信号接收设备接收辅助电信号，辅助电信号是由频梳信号转化而来的电信号。信号接收设备接收业务电信号。信号接收设备可以利用辅助电信号提取时钟信号、色散大小、频偏与相噪等参数。信号接收设备可以根据处理辅助电信号得到的参数对业务电信号进行时钟估计、色散补偿、偏振补偿和频偏相噪补偿。即通过分析辅助电信号得到的参数来恢复业务电信号。

本申请中，通过第一数据处理模块对辅助电信号的处理，可以得到共享的时钟信息。其他数据处理模块不需要额外进行时钟恢复。由于不同模式的光信号在发生色散时存在固定的色散关系，因此可以通过频梳信号的相位谱进行色散粗估计，便可以简化其他空间信道的色散估计模块，甚至去除色散估计模块。同时，频偏与相噪信息假设存在各空间信道存在固定的较小的时延差，可尝试在数字域引入时延进行补偿，以去掉其他空间信道模块的频偏估计与相噪恢复模块。

上述示例中提到，信号接收设备通过辅助光信号进行信道估计时可以实现时钟估计、色散估计(把估计的值给其他信道，其他信道有额外的算法做色散补偿)、偏振补偿和频偏相噪补偿等功能。假设辅助光信号为频梳信号，通过频梳信号实现色散补偿功能时，首先要对频梳信号进行色散估计。下面进行介绍通过频梳信号进行色散估计的过程。

图10为本申请提供的一种频梳信号的示意图。

如图10所示，本申请中，示例性的，色散可以通过改变光信号中每一个频谱分量的相位来对信号造成影响。假设频梳信号A有4个波长，频梳信号A传输前的示意图如图10中左侧附图所示。频梳信号A的梳齿间距为1GHz，通过100km光纤传输后频谱变化如如图10中右侧附图所示。

本申请中，由于色散特性，频梳信号边分量会以不同的速度进行传输，产生不同的相位差。在发送端，频梳信号的边带具有相同的相位，而通过链路传输后，相位的变化会产生差别，从而产生相位差。当相位差为π的奇数倍时，两个信号的幅度相反，从而经过探测器获得的射频信号的功率最低。由此，信号接收设备可以通过提取功率特征来估算出光纤链路的色散。通过频梳信号，我们可以获得多组射频信号，从而实现多组色散估计，提高估计准确度。

上述示例中提到，信号接收设备通过辅助光信号进行信道估计时可以实现时钟估计、色散补偿、偏振补偿和频偏相噪补偿等功能。可选的，信号接收设备还可以通过频梳信号实现信道监测功能，下面介绍信号接收设备通过频梳信号实现信道监测的过程。

图11为本申请提供的一种信道监测示意图。

本申请中，可以通过频梳的振幅谱估计滤波中心偏差、滤波边带损伤。例如图11所示的单偏强度频梳信号，信号发送设备产生的频梳信号为平坦的频梳信号。通过对比观察信号接收设备收到的频梳信号的频谱中频梳的变化，可以实现信道监测功能。可选的，第一数据处理模块可以通过中心频梳位移，监测滤波接收的中心偏差。第一数据处理模块可以根据边缘频梳的幅度变化，来进一步监测滤波边带损伤情况。此外，信号发送设备还可以将辅助光信号调制为双偏强度频率梳信号，该双偏强度频率梳信号包含大于4根频率的平坦频梳，频梳范围小于***信道间隔。第一数据处理模块根据接收到的频梳频谱与原始频谱进行对比，从而实现偏振相关损耗、偏振旋转等其他方面的信道监测。信号接收设备中包括的第一数据处理模块还可以根据频梳信号实现其他信道监测功能，具体此处不做限定。

(2)辅助光信号为PAM信号或QPSK信号。

本申请中，辅助光信号还可以是PAM信号或QPSK信号。信号接收设备可以通过PAM信号和QPSK信号来实现信道监测功能。信号发送设备中第一调制器采用PAM调制方式或QPSK调制方式进行调制辅助光信号时，表示该第一调制器只对所选择的空间信道对应的光源进行简单的PAM调制或QPSK调制。第一相干接收机对接收到的PAM信号或QPSK信号进行简单解调后即可送入第一数据处理模块来实现信道监测功能。

下面以PAM信号为例进行说明第一数据模块实现信道监测功能这一过程。第一调制器对本振光信号进行简单的PAM调制得到PAM信号(辅助光信号)。信号接收设备通过接收端PAM信号频谱的变化可以实现多种功能。

图12为本申请提供的PAM信号的一种应用示意图。

请参阅图12，图12上侧附图为信号发送设备发送的PAM信号示意图，图12下侧附图为信号接收设备接收的PAM信号的示意图。信号接收设备可以根据信号发送设备所发送的PAM信号和已经接受到的PAM信号之间的差异来实现信道监测功能。可选的，信号接收设备可以通过PAM信号实现功率监测功能，对信号接收设备收到的PAM信号的光谱进行扫描获取到中心波长处光功率值，进而通过中心波长处光功率值来实现功率监测功能。可选的，信号接收设备可以通过PAM信号实现光信噪比监测功能，信号接收设备可以获取单波长信道中心频率和同侧两个频率点处功率，进而进行光信噪比估计。可选的，信号接收设备可以通过PAM信号实现色散监测功能，信号接收设备可以同时获取待监测信号频谱的上下边带的窄带频谱分量，通过两个互有延时的功率波形信号的互相关性获得延时量，进行色散监测。

上述示例介绍了辅助光信号的种类以及通过辅助光信号进行信道估计的过程，下面的实施例将具体介绍本申请提供的信号接收设备中各个器件的具体实现方式。本申请中，上述示例中阐述的信号接收设备中包括的解复用器可以有多种实现方式。可选的，模式解复用器可以对光信号先进行模式解复用再进行波长解复用，模式解复用器可以对光信号先进行波长解复用再进行模式解复用，还可以采用其他方式解复用接收到的光信号，具体此处不做限定。具体的实现方式将在下面的示例中进行详细说明。

方式一：先进行模式解复用再进行波长解复用。

图13为本申请提供的一种信号接收设备的另一种结构示意图。

请参阅图13，本申请中，可选的，解复用器201可以包括第一模式解复用器206、第一波长解复用器207和第二波长解复用器208；

其中，第一模式解复用器206的输出端与第一解波长复用器207的输入端和第二波长解复用器208的输入端连接。第一波长解复用器206的输出端和第一接收机202的输入端连接。第二波长解复用器208的输出端和第二接收机203的输入端连接。

本申请中，第一模式解复用器206用于将光信号解复用为第一模式下的辅助光信号和第二模式下的业务光信号。第一波长解复用器207将第一模式下的辅助光信号解复用为第一辅助光信号和第二辅助光信号，第一辅助光信号具备第一模式和第一波长，第二辅助光信号具备第一模式和第二波长。第二波长解复用器208将第二模式下的业务光信号解复用为第一业务光信号和第二业务光信号，第一业务光信号具备第二模式和第一波长，第二业务光信号具备第二模式和第二波长。

示例性的，第一模式解复用器将光信号解复用为光信号A1和光信号B1，分别向第一波长解复用器输出信号A1，向第二波长解复用器输出信号B1。其中，A1是辅助光信号，B1是业务光信号，A1和B1模式不同。第一波长解复用器将A1解复用为辅助光信号A11和辅助光信号A12，向第一接收机输出A11和A12，其中，A11和A12模式相同波长不同。第二波长解复用器将B1解复用为辅助光信号B11和辅助光信号B12，向第二接收机输出B11和B12，其中，B11和B12模式相同波长不同。

方式二：先进行波长解复用再进行模式解复用。

图14为本申请提供的一种信号接收设备的一种结构示意图。

请参阅图14，本申请中，可选的，解复用器201可以包括第三波长解复用器209、第二模式解复用器210和第三模式解复用器211。

其中，第三波长解复用器209的输出端与第二模式复用器210的输入端和第三模式复用器211的输入端连接。第二模式复用器210的输出端和第一接收机202的输入端连接。第三模式复用器211的输出端和第二接收机203的输入端连接。

本申请中，第三波长解复用器209用于将光信号解复用为辅助光信号和业务光信号，辅助光信号具备第一波长，业务光信号具备第二波长。第二模式解复用器210将辅助光信号解复用为第一辅助光信号和第二辅助光信号，第一辅助光信号具备第一波长和第一模式，第二辅助光信号具备第一波长和第二模式。第三模式解复用器211将业务光信号解复用为第一业务光信号和第二业务光信号，第一业务光信号具备第二波长和第一模式，第二业务光信号具备第二波长和第二模式。

示例性的，第三波长解复用器将光信号解复用为光信号A1和光信号B1，分别向第二模式解复用器输出信号A1，向第三模式解复用器输出信号B1。其中，A1是辅助光信号，B1是业务光信号，A1和B1波长不同。第二模式解复用器将A1解复用为辅助光信号A11和辅助光信号A12，向第一接收机输出A11和A12，其中，A11和A12波长相同模式不同。第三模式解复用器将B1解复用为辅助光信号B11和辅助光信号B12，向第二接收机输出B11和B12，其中，B11和B12波长相同模式不同。

本申请中，上述示例中阐述了解复用器的多种实现方式。本申请中，信号发送设备处包括上述示例中描述的器件之外，还可以包括本振光模块。此外，第一接收机、第二接收机也可以有具体的实现形式，具体的实现方式将下面的示例将详细说明。

图15a为本申请提供的一种信号接收设备的一种结构示意图。

请参阅图15a，本申请中，可选的，信号接收设备20还包括本振光模块212，第一接收机202包括第一相干接收机213和第二相干接收机214，第二接收机包括第三相干接收机215和第四相干接收机216。

第一相干接收机213的第一输入端和第二相干接收机214的第一输入端和解复用器201的输出端连接，第一相干接收机213的第二输入端和第二相干接收机214的第二输入端和本振光模块212的输出端连接，第一相干接收机213的输出端和第二相干接收机214的输出端和第一数据处理模块连接。第三相干接收机215的第一输入端和第四相干接收机216的第一输入端和解复用器的输出端连接，第三相干接收机215的第二输入端和第四相干接收机216的第二输入端和本振光模块212的输出端连接，第三相干接收机215的输出端和第四相干接收机216的输出端和第二数据处理模块205连接。

本申请中，第一相干接收机213用于根据本振光信号将第一辅助光信号转换为第一辅助电信号。第二相干接收机214用于根据本振光信号将第二辅助光信号转换为第二辅助电信号。第三相干接收机215用于根据本振光信号将第一业务光信号转换为第一业务电信号。第四相干接收机216用于根据本振光信号将第二业务光信号转换为第二业务电信号。

示例性的，假设第一接收机接收辅助光信号A1，其中，第一相干接收机接收辅助光信号A11，第二相干接收机接收辅助光信号A12。第一相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将辅助光信号A11转换为辅助电信号A21，将A21输入第一数据处理模块。同理，第二相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将辅助光信号A12转换为辅助电信号A22，将A22输入第一数据处理模块。相类似的，假设第二接收机接收业务光信号B1，其中，第三相干接收机接收业务光信号B11，第四相干接收机接收业务光信号B12。第三相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将业务光信号B11转换为业务电信号B21，将B21输入第二数据处理模块。同理，第二相干接收机可以根据本振光模块输出的本振光将业务光信号B12转换为业务电信号B22，将B22输入第二数据处理模块。

本申请中，上述示例中阐述了第一接收机和第二接收机的具体实现形式。在上述示例中，可选的，解复用器也可以先模式解复用再波长解复用，如图15b所示，具体此处不做限定。本申请中，第一相干接收机和第二相干接收机也有具体的实现方式，下面的示例以第一相干接收机为例来说明第一相干接收机或第二相干接收机可能的一种实现方式。

本申请中，接收机可以是光电转换器，接收机还可以是其他设备，具体此处不做限定。

本申请中，上述示例以两个接收机和四路光路为例进行说明信号接收设备，可选的，信号接收设备可以包括更多的接收机和更多的光路，具体此处不做限定。

图16为本申请提供的一种第一相干接收机的一种结构示意图。

请参阅图16，本申请中，可选的，第一相干接收机包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一探测器和第二探测器。

其中，第一偏振分束器217的输入端与本振光模块的输出端连接，第一偏振分束器217的输出端与第一探测器219的第一输入端和第二探测器220的第一输入端连接。第二偏振分束器218的输入端与解复用器的输出端连接，第二偏振分束器218的输出端与第一探测器219的第二输入端和第二探测器220的第二输入端连接。第一探测器219的输出端和第二探测器220的输出端与第一数据处理模块的输入端连接。

本申请中，第一偏振分束器217用于将本振光信号分成偏振态正交的两路本振光信号。第二偏振分束器218用于将输入的第一辅助光信号分成偏振态正交的两路辅助光信号。第一探测器219用于根据本振光信号将辅助光信号转换为第三辅助电信号。第二探测器220用于根据本振光信号将辅助光信号转换为第四辅助电信号。

示例性的，第一偏振分束器将本振光信号C分成两个偏振态正交的本振光信号C1和本振光信号C2。第二偏振分束器将辅助光信号A11分为两个偏振态正交的辅助光信号D1和辅助光信号D2。第一探测器根据本振光信号C1将辅助光信号D1转换为电信号D11，第二探测器根据本振光信号C2将辅助光信号D2转换为电信号D21。第一探测器和第二探测器将D11和D21输入第一数据处理模块。第一数据处理模块根据得到的辅助电信号进行信道估计。

本申请中，信号发送设备中的第一发射机用于将光载波调制为辅助光信号，该辅助光信号可以用于信道估计。信号发送设备中第二发射机用于将光载波调制为业务光信号。信号发送设备将一路或多路业务光信号与辅助光信号复用之后发送至信号接收设备。信号接收设备中的一个数据处理模块根据辅助光信号对信道进行估计，其他数据处理模块根据信道估计的结果恢复接收到的业务信号。进行信道估计时采用的器件结构简单，成本较低，易于实现技术推广。

以上对本申请实施例所提供的信号发送设备、信号接收设备和通信***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (20)

1.一种信号发送设备，其特征在于，所述信号发送设备包括：激光设备、第一发射机、第二发射机和复用器；

所述激光设备的输出端与所述第一发射机的输入端和所述第二发射机的输入端连接；

所述第一发射机的输出端与所述复用器的第一输入端连接；

所述第二发射机的输出端与所述复用器的第二输入端连接；

所述激光设备用于输出光载波；

所述第一发射机用于将所述光载波调制为辅助光信号，所述辅助光信号用于进行信道估计，所述辅助光信号和业务信号的中心波长相同；

所述第二发射机用于将所述光载波调制为所述业务光信号；

所述复用器用于复用所述辅助光信号和所述业务光信号。

2.根据权利要求1所述的信号发送设备，其特征在于，所述辅助光信号包括频梳信号。

3.根据权利要求1或2所述的信号发送设备，其特征在于，所述频梳信号的梳齿之间的间距相等。

4.根据权利要求1至3所述的信号发送设备，其特征在于，所述频梳信号的梳齿间隔的范围包括500兆赫兹MHz到5吉赫兹GHz。

5.根据权利要求2至4所述的信号发送设备，其特征在于，所述频梳信号包括第一频梳和第二频梳，所述第一频梳和所述第二频梳的偏振态正交，所述第一频梳的中心频率和所述第二频梳的中心频率存在偏差。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的信号发送设备，其特征在于，所述信号发送设备还包括第一耦合器和第二耦合器，所述第一发射机包括第一调制器和第二调制器，所述第二发射机包括第三调制器和第四调制器；

所述第一耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第一耦合器的输出端与所述第一调制器的输入端和所述第三调制器的输入端连接；

所述第二耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第二耦合器的输出端与所述第二调制器的输入端和所述第四调制器的输入端连接；

所述复用器与四个调制器的输出端连接；

所述激光设备分别向所述第一耦合器和所述第二耦合器输出第一光载波和第二光载波，所述第一光载波和所述第二光载波波长不同；

所述第一耦合器用于将接收到的所述第一光载波分成两路光载波；

所述第二耦合器用于将接收到的所述第二光载波分成两路光载波；

所述第一调制器和所述第二调制器用于将接收到的光载波调制为所述辅助光信号；

所述第三调制器和所述第四调制器用于将接收到的光载波调制为所述业务光信号。

7.根据权利要求6所述的信号发送设备，其特征在于，所述复用器包括第一波长复用器、第二波长复用器和第一模式复用器；

所述第一波长复用器的输入端与所述第一调制器的输出端和所述第二调制器的输出端连接，所述第一波长复用器的输出端与所述第一模式复用器的第一输入端连接；

所述第二波长复用器的输入端与所述第三调制器的输出端和所述第四调制器的输出端连接，所述第二波长复用器的输出端与所述第一模式复用器的第二输入端连接；

所述第一波长复用器用于将接收到的不同波长的辅助光信号复用为第一模式下的辅助光信号；

所述第二波长复用器用于将接收到的不同波长的业务光信号复用为第二模式下的业务光信号；

所述第一模式复用器用于复用所述第一模式下的辅助光信号和所述第二模式下的业务光信号。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的信号发送设备，其特征在于，所述信号发送设备还包括第一耦合器和第二耦合器，所述第一发射机包括第一调制器和第二调制器，所述第二发射机包括第三调制器和第四调制器；

所述第一耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第一耦合器的输出端与所述第一调制器的输入端和所述第二调制器的输入端连接；

所述第二耦合器的输入端与所述激光设备的输出端连接，所述第二耦合器的输出端与所述第三调制器的输入端和所述第四调制器的输入端连接；

所述复用器与四个调制器的输出端连接；

所述激光设备分别向所述第一耦合器和所述第二耦合器输出第一光载波和第二光载波，所述第一光载波和所述第二光载波波长不同；

所述第一耦合器用于将接收到的所述第一光载波分成两路光载波；

所述第二耦合器用于将接收到的所述第二光载波分成两路光载波；

所述第一调制器和所述第二调制器用于将接收到的光载波调制为所述辅助光信号；

所述第三调制器和所述第四调制器用于将接收到的光载波调制为所述业务光信号。

9.根据权利要求8所述的信号发送设备，其特征在于，所述复用器包括第二模式复用器、第三模式复用器和第三波长复用器；

所述第二模式复用器的输入端与所述第一调制器的输出端和所述第二调制器的输出端连接，所述第二模式复用器的输出端与所述第三波长复用器的第一输入端连接；

所述第三模式复用器的输入端与所述第三调制器的输出端和所述第四调制器的输出端连接，所述第三模式复用器的输出端与所述第三波长复用器的第二输入端连接；

所述第二模式复用器用于将接收到的不同模式的辅助光信号复用为第一波长下的辅助光信号；

所述第三模式复用器用于将接收到的不同模式的业务光信号复用为第二波长下的业务光信号；

所述第三波长复用器用于复用所述第一波长下的辅助光信号和所述第二波长下的业务光信号。

10.根据权利要求7或9所述的信号发送设备，其特征在于，所述第一调制器包括功分器、移频器、偏振分束器、第五调制器、第六调制器和偏振合束器；

所述功分器的输入端与控制模块电连接，所述功分器的第一输出端与所述移频器连接，所述功分器的第二输出端与所述第五调制器的第一输入端连接；

所述移频器的输出端与所述第六调制器的第一输入端连接；

所述偏振分束器的输入端与所述第一耦合器的输出端连接，所述偏振分束器的第一输出端与所述第五调制器的第二输入端连接，所述偏振分束器的第二输出端与所述第六调制器的第二输入端连接；

所述偏振合束器的第一输入端与所述第五调制器的输出端连接，所述偏振合束器的第二输入端与所述第六调制器的输出端连接，所述偏振合束器的输出端与所述复用器的输入端连接；

所述功分器用于将控制模块输入的电信号分成两路电信号；

所述移频器用于将接收到的电信号调频；

所述偏振分束器用于将输入的光信号分成偏振态正交的两路光信号；

所述第五调制器用于根据所述分束器输入的电信号将所述偏振分束器输出的光信号调制为第一辅助光信号；

所述第六调制器用于根据所述移频器输入的电信号将所述偏振分束器输出的光信号调制为第二辅助光信号，所述第一辅助光信号与所述第二辅助光信号的偏振态正交；

所述偏振合束器用于对所述第一辅助光信号和所述第二辅助光信号进行合束。

11.一种信号接收设备，其特征在于，所述信号接收设备包括：解复用器、第一接收机、第二接收机、第一数据处理模块和第二数据处理模块；

所述解复用器的第一输出端与所述第一接收机的输入端连接，所述解复用器的第二输出端与所述第二接收机的输入端连接；

所述第一接收机的输出端与所述第一数据处理模块的输入端连接；

所述第一数据处理模块的输出端与所述第二数据处理模块的第一输入端连接；

所述第二接收机的输出端与所述第二数据处理模块的第二输入端连接；

所述解复用器用于将光信号解复用为业务光信号和辅助光信号，所述辅助光信号用于进行信道估计；

所述第一接收机用于将所述辅助光信号转换为辅助电信号；

所述第二接收机用于将所述业务光信号转换为业务电信号；

所述第一数据处理模块用于根据所述辅助电信号进行信道估计；

所述第二数据处理模块用于根据所述第一数据处理模块输出的结果恢复所述业务光信号。

12.根据权利要求11所述的信号接收设备，其特征在于，所述辅助光信号包括频梳信号。

13.根据权利要求11或12所述的信号接收设备，其特征在于，所述频梳信号的梳齿之间的间距相等。

14.根据权利要求11至13所述的信号接收设备，其特征在于，所述频梳信号的梳齿间隔的范围包括500兆赫兹MHz到5吉赫兹GHz。

15.根据权利要求12至14所述的信号接收设备，其特征在于，所述频梳信号包括第一频梳和第二频梳，所述第一频梳和所述第二频梳的偏振态正交，所述第一频梳的中心频率和所述第二频梳的中心频率存在偏差。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的信号接收设备，其特征在于，所述解复用器包括第一模式解复用器、第一波长解复用器和第二波长解复用器；

所述第一模式解复用器的输出端与所述第一波长解复用器的输入端和所述第二波长解复用器的输入端连接；

所述第一波长解复用器的输出端和所述第一接收机的输入端连接；

所述第二波长解复用器的输出端和所述第二接收机的输入端连接；

所述第一模式解复用器用于将所述光信号解复用为第一模式下的辅助光信号和第二模式下的业务光信号；

所述第一波长解复用器将所述第一模式下的辅助光信号解复用为第一辅助光信号和第二辅助光信号，所述第一辅助光信号具备第一模式和第一波长，所述第二辅助光信号具备第一模式和第二波长；

所述第二波长解复用器将所述第二模式下的业务光信号解复用为第一业务光信号和第二业务光信号，所述第一业务光信号具备第二模式和第一波长，所述第二业务光信号具备第二模式和第二波长。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的信号接收设备，其特征在于，所述解复用器包括第三波长解复用器、第二模式解复用器和第三模式解复用器；

所述第三波长解复用器的输出端与所述第二模式解复用器的输入端和所述第三模式解复用器的输入端连接；

所述第二模式解复用器的输出端和所述第一接收机的输入端连接；

所述第三模式解复用器的输出端和所述第二接收机的输入端连接；

所述第三波长解复用器用于将所述光信号解复用为所述辅助光信号和所述业务光信号，所述辅助光信号具备第一波长，所述业务光信号具备第二波长；

所述第二模式解复用器将所述辅助光信号解复用为第一辅助光信号和第二辅助光信号，所述第一辅助光信号具备第一波长和第一模式，所述第二辅助光信号具备第一波长和第二模式；

所述第三模式解复用器将所述业务光信号解复用为第一业务光信号和第二业务光信号，所述第一业务光信号具备第二波长和第一模式，所述第二业务光信号具备第二波长和第二模式。

18.根据权利要求16或17所述的信号接收设备，其特征在于，所述信号接收设备还包括本振光模块，所述第一接收机包括第一相干接收机和第二相干接收机，所述第二接收机包括第三相干接收机和第四相干接收机；

所述第一相干接收机的第一输入端和所述第二相干接收机的第一输入端与所述复用器的输出端连接，所述第一相干接收机的第二输入端和所述第二相干接收机的第二输入端与所述本振光模块的输出端连接，所述第一相干接收机的输出端和所述第二相干接收机的输出端与所述第一数据处理模块连接；

所述第三相干接收机的第一输入端和所述第四相干接收机的第一输入端与所述复用器的输出端连接，所述第三相干接收机的第二输入端和所述第四相干接收机的第二输入端与所述本振光模块的输出端连接，所述第三相干接收机的输出端和所述第四相干接收机的输出端与所述第二数据处理模块连接；

所述第一相干接收机用于根据本振光信号将所述第一辅助光信号转换为第一辅助电信号；

所述第二相干接收机用于根据所述本振光信号将所述第二辅助光信号转换为第二辅助电信号；

所述第三相干接收机用于根据所述本振光信号将所述第一业务光信号转换为第一业务电信号；

所述第四相干接收机用于根据所述本振光信号将所述第二业务光信号转换为第二业务电信号。

19.根据权利要求18所述的信号接收设备，其特征在于，所述第一相干接收机包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一探测器和第二探测器；

所述第一偏振分束器的输入端与所述本振光模块的输出端连接，所述第一偏振分束器的输出端与所述第一探测器的第一输入端和所述第二探测器的第一输入端连接；

所述第二偏振分束器的输入端与所述解复用器的输出端连接，所述第二偏振分束器的输出端与所述第一探测器的第二输入端和所述第二探测器的第二输入端连接；

所述第一探测器的输出端和所述第二探测器的输出端与所述第一数据处理模块的输入端连接；

所述第一偏振分束器用于将所述本振光信号分成偏振态正交的两路本振光信号；

所述第二偏振分束器用于将输入的所述第一辅助光信号分成偏振态正交的两路辅助光信号；

所述第一探测器用于根据所述本振光信号将所述辅助光信号转换为第三辅助电信号；

所述第二探测器用于根据所述本振光信号将所述辅助光信号转换为第四辅助电信号。

20.一种通信***，其特征在于，所述通信***包括信号发送设备和信号接收设备，所述信号发送设备如权利要求1至10中任一项所述的信号发送设备，所述信号接收设备如权利要求11至19中任一项所述的信号接收设备。

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