一种基于多偏振态的光相位调制信号传输方案的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及短距离接入网及中长距离城际网领域，尤其是一种基于多偏振态的光相位调制信号传输方案。
【背景技术】
[0002]随着我国社会信息化步伐的加快，云计算、大数据、互联网+等概念慢慢进入了人们的生活。与此同时，信息量的爆炸式增长要求通信容量的不断提高。光纤通信作为现代通信的基石，广泛运用于跨洋通信、骨干网、城际网络等领域。相干光通信实现了单波长100Gbit/s光通信系统的商用化，未来400Gbit/s的系统也在慢慢实现中。现阶段，随着超密集波分复用(DWDM)、空分复用(SDM)、正交频分复用(OFDM)以及偏振复用(PDM)等技术的不断发展，P比特级别的光纤通信网络在实验室已得到非常成熟的研究。在所有这些技术中，偏振态维度的再次开发被认为是最具潜力的技术之一。其原因在于，偏振态为一个相对独立的维度，能很好的与其它技术兼容。当运用于实际场景时，该技术能在保持原有设备的前提下，完成数据容量的成倍提高。这就为极大地降低升级成本，实现既有通信网络的低成本、可持续运营提供了可能。
[0003]早在18世纪中叶菲涅尔等学者已对光波的偏振态特性做了大量研究。到1990年A.D.Kersey等人就实现了偏振复用信号在光纤中的传输与解复用。但直到2005年李桂芳带领的小组提出有效的数字信号处理(DSP)算法后，该技术才慢慢成熟并开始广泛地运用到商业系统中。在此期间，世界各地的科学家对此技术进行了系统与深入地研究。其中1986年法国研究者Cl.Herarc^PA.Lacourt提出了光在自由空间中传输三个偏振态的想法并实验验证了低速率下该系统的可靠性。由于该系统不适于高速率传输，并没有得到进一步的发展。2013年西南交通大学闫连山教授研究小组提出了基于相干解调的4偏振态同时传输的理论模型，仿真验证了该模型的可行性。2014年丹麦学者Jos6Estar<in等人基于斯托克斯空间实现了四偏振态复用光信号在2km光纤中的传输。该方法结构简单，但仅适用于OOK信号且没有在较长距离传输中得到验证。因此研究多偏振态、长距离、高速率的复用与解复用系统具有理论指导与实际应用意义。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术的以上缺点与不足，本发明提供了一种基于多偏振态的光相位调制信号传输方案，该方案在不增加发射机、接收机和算法复杂度的情况下，实现了多个偏振复用信号的同时传输。以三个偏振态复用方案为例，本方案利用相干接收设备，通过提取接收信号的相位信息来实现各自偏振态上信息的相位追踪，从而实现多偏振态的解复用。该方案原理上适用于所有PSK信号。
[0005]本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的:
[0006]—种基于多偏振态的光相位调制信号传输方案，主要由沿光路顺序链接的以下器件构成:一路或N路多偏振态(偏振态数彡3)复用相位调制光信号(1l1' 101 N)、一个光波分复用器102、一个光放大器103、一段光纤104、一个波分解复用器105、一个或N个相干接收机(1ei' 106 N)以及一个数字信号处理单元107 ;多路波长不同的多偏振态复用相位调制信号(MPDMjOl1' 1In)传到中心局后，由一个波分复用器(102)合成为一个波分复用的MPDM ;复用后的光信号由一个放大器103放大进行功率补偿后，进入一段光纤104中传输；在接收端，复用信号首先通过一个波分解复用器105分离成N路独立的多偏振态复用信号，接着每一路MPDM信号又通过相应的相干接收机106^妾收并输入到数字信号处理单元107，在数字信号处理单元中通过对应算法将信号解调出来。
[0007]采用本发明的方法，包括以下几个特征:1)三个偏振态信号之间的偏振夹角可以是大于某一个特定小角度的任意角度；2)不需要知道精确的复用角度，本方案可以自适应地实现信号的偏振解复用；3)解调所采用的相干接收机结构对现有网络构成具有较大的兼容性。现有PDM系统能很好地运用于商用系统里，但偏振维度的开发却一直处于停滞状态。其主要的原因是大部分研究者们依然局限于正交系统的开发，这样就将偏振态资源大大地限制于两个以内。而本方案主要特征在于打破传统思路，实现了三个以上的偏振复用PSK信号的解复用，为进一步增加传输容量方案做了理论探索与储备。所述方案可与其他复用技术结合，如波分复用(WDM)，正交频分复用(OFDM)等，以实现低成本、大容量、动态自适应的下一代网络建设。
[0008]基于多偏振态的光相位调制信号传输方案，发射机端和接收机的结构与现有商用传输方案类似，因此可以很好地对现有网络进行兼容和升级。其中，发射端的多偏振态复用信号的产生，只需要通过多个偏振控制器和一个耦合器，将信号以不同的偏振角度复用在一起；在接收机端，采用现阶段广泛使用的相干接收机作为接收方式，得到电信号Exl、Exq,Eyl&Eyq。接着利用实时DSP信号处理即可实现多偏振态复用信号的解调和恢复。其中信号的解调主要分为三个步骤:首先利用现有成熟算法对接收信号做重采样及时钟恢复；接着使用改进的维特比算法对接收信号的相位做矫正；最后将时域信号转换成相位信息并进行追踪，以便作相应的判决从而实现信号的恢复。
[0009]本发明适用于短距离接入网信号传输，而且也适用于中长距离城际网络信号的传输。同时可与WDM、OFDM等先进复用方式相兼容；与传统正交偏振复用技术相比，本发明实现了多偏振态复用信号的传输，增加了系统整体可通信容量；与现有多偏振态复用方式相比，本发明具有结构简单、算法复杂度低以及传输距离更长等优势。
【附图说明】
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[0010]图1为本发明中基于多偏振态的光相位调制信号传输方案；
[0011]图2为本发明中多偏振态复用信号产生结构图；
[0012]图3为本发明中多偏振态复用信号相位映射图；
[0013]图4为本发明中相干接收机的基本构成结构图；
[0014]图5为本发明中数字信号处理算法示意图；
[0015]图6为本发明中相位校正算法前后测量的复用信号相位信息，其中图(a)和(C)分别表示相干接收后Ex和Ey的相位信息；图(b)和(d)分别表示经过相位校正算法后的Ex、Ey相位信息；
[0016]图7为本发明中，背靠背与经过80公里传输后O度偏振态、30度偏振态误码率曲线图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0018]如图1所示，本发明方案由一路或N路多偏振态(偏振态数多3)复用相位调制光信号1l1' 101N、一个光波分复用器102、一个光放大器103、一段光纤104、一个波分解复用器105、一个或N个相干接收机1ei' 106 N以及一个数字信号处理单(107组成。本方案的发射机和接收机结构简单，成熟可靠，适用于短距离传输的接入网及中长距离城际网络中。具体逻辑关系如下:多路波长不同的多偏振态复用相位调制信号(MPDM，1I1-1OIn)传到中心局后，由一个波分复用器102合成为一个波分复用的MPDM ;复用后的光信号由一个放大器103放大进行功率补偿后，进入一段光纤104中传输；在接收端，复用信号首先通过一个波分解复用器105分离成N路独立的多偏振态复用信号，接着每一路MPDM信号又通过相应的相干接收机106N将接收到的光信号转换为1、Q电信号，进入数字信号处理单元107。最后利用1、Q信号将时域信息转化为相位信息，经过重