基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及相干光通信领域，具体是涉及一种基于相干检测和数字信号处理的数 字载波再生系统及方法。
【背景技术】
[0002] 传统的光强度调制信号通常采用直接检测，该方式有着结构简单、易于实施的 优点。光强度调制采用直接检测，不会受到激光器线宽的影响，因此，可以采用成本较低 的DFB(DistributedFeedBack，分布反馈激光器）或VCSEL(VerticalCavitySurface EmittingLaser，垂直腔面发射激光器）作为光源。但是，光强度调制采用直接检测，通常 会受限于色度色散、光电探测器的灵敏度等因素，因此难以应用于功率预算较高、传输距离 较远的场合。另外，传统光强度调制信号中包含较高的光载波功率，严重影响光强度调制信 号的传输效率。载波抑制的强度调制在传统系统的发送端虽然有用到过，但是，传统系统的 接收端无法恢复载波抑制的强度调制信号。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种基于相干检测和数字信 号处理的数字载波再生系统及方法，能够提高光强度调制信号的传输效率、功率预算，延长 传输距离。
[0004] 本发明提供一种基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统，包括发送端 和接收端，所述发送端采用载波抑制的强度调制方式，对基带信号进行调制，生成一个载波 抑制的光强度调制信号，以降低光载波在整个调制信号中的能量比例，增加实际有效信号 的传输效率；所述接收端采用相干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式， 对载波抑制的光强度调制信号进行恢复。
[0005] 在上述技术方案的基础上，所述发送端包括马赫-曾德调制器MZM。
[0006] 在上述技术方案的基础上，所述接收端包括相干接收机、模数转换器ADC、数字信 号处理芯片，接收端的相干接收机接收载波抑制的光强度调制信号，相干接收机输出模拟 信号至模数转换器ADC，ADC对模拟信号进行采样，得到I、Q两路数字信号，数字信号处理 芯片采用相干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式，对ADC采样得到的I、 Q两路数字信号进行恢复。
[0007] 在上述技术方案的基础上，所述相干接收机包括90度光混频器和平衡探测器。
[0008] 在上述技术方案的基础上，所述数字信号处理芯片包括低通滤波单元、数字放大 单元、运算单元，所述低通滤波单元、数字放大单元、运算单元都是软件单元。
[0009] 本发明还提供一种应用于上述系统的基于相干检测和数字信号处理的数字载波 再生方法，包括以下步骤：
[0010] A、发送端采用载波抑制的强度调制方式，对基带信号进行调制，生成一个载波抑 制的光强度调制信号，以降低光载波在整个调制信号中的能量比例，增加实际有效信号的 传输效率；
[0011] B、接收端采用相干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式，对载波 抑制的光强度调制信号进行恢复。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述发送端包括马赫-曾德调制器MZM，步骤A中，MZM 采用载波抑制的强度调制方式，对基带信号4进行调制，生成一个载波抑制的光强度调制 信号，基带信号4为实数，n为正整数，表示样点的索引值，即样点的时序。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述接收端包括相干接收机、模数转换器ADC、数字信 号处理芯片，步骤B具体包括以下步骤：
[0014] 接收端的相干接收机接收载波抑制的光强度调制信号，相干接收机输出模拟信号 至模数转换器ADC，ADC对模拟信号进行采样，得到I、Q两路数字信号，数字信号处理芯片采 用相干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式，对ADC采样得到的I、Q两路 数字信号进行恢复。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述相干接收机包括90度光混频器和平衡探测器。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述数字信号处理芯片包括低通滤波单元、数字放大 单元、运算单元，所述低通滤波单元、数字放大单元、运算单元都是软件单元；
[0017] 步骤B中，将ADC米样得到的I、Q两路数字彳目号表不为复数彳目号，复数彳目号 包含两个部分：残留载波t和调制信号A;，其中：
【主权项】
1. 一种基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统，包括发送端和接收端，其 特征在于：所述发送端采用载波抑制的强度调制方式，对基带信号进行调制，生成一个载波 抑制的光强度调制信号，以降低光载波在整个调制信号中的能量比例，增加实际有效信号 的传输效率；所述接收端采用相干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式， 对载波抑制的光强度调制信号进行恢复。
2. 如权利要求1所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统，其特征在 于：所述发送端包括马赫-曾德调制器MZM。
3. 如权利要求1所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统，其特征在 于：所述接收端包括相干接收机、模数转换器ADC、数字信号处理芯片，接收端的相干接收 机接收载波抑制的光强度调制信号，相干接收机输出模拟信号至模数转换器ADC，ADC对模 拟信号进行采样，得到I、Q两路数字信号，数字信号处理芯片采用相干检测与数字信号处 理技术相结合的数字载波再生方式，对ADC采样得到的I、Q两路数字信号进行恢复。
4. 如权利要求3所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统，其特征在 于：所述相干接收机包括90度光混频器和平衡探测器。
5. 如权利要求3所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统，其特征在 于：所述数字信号处理芯片包括低通滤波单元、数字放大单元、运算单元，所述低通滤波单 元、数字放大单元、运算单元都是软件单元。
6. -种应用于权利要求1所述系统的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生 方法，其特征在于，包括以下步骤： A、 发送端采用载波抑制的强度调制方式，对基带信号进行调制，生成一个载波抑制的 光强度调制信号，以降低光载波在整个调制信号中的能量比例，增加实际有效信号的传输 效率； B、 接收端采用相干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式，对载波抑制 的光强度调制信号进行恢复。
7. 如权利要求6所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生方法，其特征在 于：所述发送端包括马赫-曾德调制器MZM，步骤A中，MZM采用载波抑制的强度调制方式， 对基带信号4进行调制，生成一个载波抑制的光强度调制信号，基带信号屯为实数，η为正 整数，表示样点的索引值，即样点的时序。
8. 如权利要求6所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生方法，其特征在 于：所述接收端包括相干接收机、模数转换器ADC、数字信号处理芯片，步骤B具体包括以下 步骤： 接收端的相干接收机接收载波抑制的光强度调制信号，相干接收机输出模拟信号至模 数转换器ADC，ADC对模拟信号进行采样，得到I、Q两路数字信号，数字信号处理芯片采用相 干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式，对ADC采样得到的I、Q两路数字 信号进行恢复。
9. 如权利要求8所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生方法，其特征在 于：所述相干接收机包括90度光混频器和平衡探测器。
10. 如权利要求8所述的基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生方法，其特征 在于：所述数字信号处理芯片包括低通滤波单元、数字放大单元、运算单元，所述低通滤波 单元、数字放大单元、运算单元都是软件单元； 步骤B中，将ADC采样得到的I、Q两路数字信号表示为复数信号^?，复数信号fm包含 两个部分：残留载波:δπ和调制信号I，其中：
残留载波元,属于数字域的信号，与光域的抑制光载波对应，A为常数，表示残余载波 I的幅度；基带信号dn是调制信号i"l的幅度，η为正整数，表示样点的索引值，即样点的 时序；j是数学符号，表示复数的虚部，j2= -I ;exp表示以自然常数e为底的指数函数，f IF 表示相干检测本地振荡器LO与信号载波之间的频率偏差，△ Θ (n)表示相干检测本地振荡 器LO与信号载波之间的相位偏差； 调制信号氡:的幅度dn通过以下公式得到：
公式（4)成立的前提条件是：A必须远大于dn; 为了满足公式（4)的前提条件，数字信号处理芯片按照以下步骤对载波抑制的光强度 调制信号进行恢复： 在数字域，采用低通滤波单元提取残留载波; 数字放大单元对残留载波Sli进行数字放大，得到数字放大的光载波：!*，其中，α为 放大系数； 运算单元重新组合和调制信号％，得到+&，根据公式（5)进行信号恢复：
公式（5)是从公式（4)推导出来的，4就是最终恢复的信号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于相干检测和数字信号处理的数字载波再生系统及方法，涉及相干光通信领域。该系统包括发送端和接收端，所述发送端采用载波抑制的强度调制方式，对基带信号进行调制，生成一个载波抑制的光强度调制信号，以降低光载波在整个调制信号中的能量比例，增加实际有效信号的传输效率；所述接收端采用相干检测与数字信号处理技术相结合的数字载波再生方式，对载波抑制的光强度调制信号进行恢复。本发明能提高光强度调制信号的传输效率、功率预算，延长传输距离。
【IPC分类】H04L27-02, H04L27-06
【公开号】CN104869092
【申请号】CN201510294307
【发明人】胡荣, 杨奇, 余少华
【申请人】武汉邮电科学研究院
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月2日