基于原生光载波的复数信号场恢复系统及恢复方法

本发明涉及光通信，特别是涉及一种基于原生光载波的复数信号场恢复系统及恢复方法。

背景技术：

1、随着b5g、虚拟现实等技术的发展，电信行业寻求扩展到更高的吞吐量和更低的每传输比特成本。相干检测成为下一代短距离光通信的一个有前途的候选者，因为它在本振的辅助下能够将全光场线性地映射到电域。色散等光场损伤可以通过数字信号处理进行有效补偿。为了消除本振的使用，目前已经提出了自相干解决方案来降低接收机的成本，例如kramers-kronig接收机、stokes矢量接收机和载波辅助差分检测。此外，基于改进型gerchberg-saxton(mgs)算法的相位恢复接收机已经进行了验证。对于高符号率和高频谱效率的信号传输，目标信号更容易受到收发机自身非理想性的损伤，尤其是对于低成本的收发机组件。

2、然而，现有相位恢复接收机需要额外的导频符号或者导频音来消除相位模糊或者相位状态初始化，这些操作导致了信息冗余与速率降低以及额外的数字信号处理复杂度。同时，现有相位恢复接收机并未考虑发射机非理想性对目标信号的影响，如电光调制器的有限消光比损伤和偏置点随温度偏移以及光电调制器的非线性损伤等。

3、综上所述，现有相位恢复接收机方案及其系统组件方案考虑因素不全面，虽能进行信号恢复，但无法高效利用于实际系统中，在信息冗余与速率以及数字信号处理复杂度等方面均存在提升空间。

4、此外，因为光信号场是一个同相正交信号，在信号场的幅值和相位上均加载有信息，但是接收机只能采集到强度信息，因此造成相位维度的信息缺失。

技术实现思路

1、针对上述要解决的技术问题，本发明提供一种基于原生光载波的复数信号场恢复系统及恢复方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种基于原生光载波的复数信号场恢复系统，包括发射端数字信号处理模块、激光器、数模转换器、电光调制器、光纤链路、光耦合器、色散元件、光电探测器、模数转换器和接收端数字信号处理模块；

4、所述发射端数字信号处理模块进行信号预处理；所述发射端数字信号处理模块进行电光调制器非线性预补偿和直流偏置矫正；

5、所述激光器用于给电光调制器供应光载波；

6、所述数模转换器将来自发射端数字信号处理模块的数字信号转换为模拟电信号；

7、所述电光调制器用于使来自数模转换器的电信号转换为携带目标信息的光信号；

8、所述光纤链路用于对携带目标信息的光信号传输至光耦合器；

9、所述光耦合器用于将携带目标信息的光信号拆分为两路或者多路光信号；

10、所述色散元件对通过的光信号进行色散作用；

11、所述光电探测器用于将光信号转换为对应的电信号，

12、所述模数转换器将来自光电探测器的电域模拟信号转换为数字域信号发送至接收端数字信号处理模块；

13、所述接收端数字信号处理模块进行信号恢复操作。

14、作为上述技术方案的进一步改进为：

15、优选地，所述发射端数字信号处理模块增设直流偏置矫正算法，协同针对电光调制器已有的非线性预补偿算法，对同相正交电光调制器的器件非线性进行预补偿。

16、优选地，所述直流偏置矫正算法用公式表示为：

17、etarget(t)＝edpd(t)-α·sign(<edpd(t)>)·<edpd(t)>

18、其中，etarget是直流偏置矫正输出信号，α是直流偏置校正因子；edpd是数字预失真后的信号；sign(·)是符号函数；<·>是求平均操作符。

19、优选地，所述电光调制器的消光比是有限的，或者使电光调制器的偏置点存在温漂，所述电光调制器的输出调制光信号具有原生光载波。

20、优选地，所述接收端数字信号处理模块进行信号恢复操作，内部各组成单元依次为基于mgs算法的相位恢复、色散补偿、子载波解复用、信号均衡、判决与信噪比计算。基于本原生光载波系统配合改进型gerchberg-saxton算法的相位恢复能力，消除了对额外插入导频符号(pilot-symbols)或者导频音(pilot-tone)的依赖。

21、本发明还提供了一种基于原生光载波的复数信号场恢复方法，采用上述的恢复系统，所述恢复方法包括以下步骤：

22、步骤s1：在发射端数字信号处理模块中进行电光调制器非线性预补偿和直流偏置矫正；

23、步骤s2：系统发射机端，使用有限消光比的光电调制器对光载波信号进行电光调制；

24、步骤s3：系统接收机端，使用相位恢复接收机进行光信号接收；

25、步骤s4：在接收端数字信号处理模块中进行基于改进型gerchberg-saxton算法的信号场恢复。

26、本发明提供的基于原生光载波的复数信号场恢复系统及恢复方法，与现有技术相比，有以下优点：

27、(1)本发明的基于原生光载波的复数信号场恢复系统及恢复方法，利用低成本“同相正交光电调制器”具有有限消光比特性，对调制光信号引入原生残余光载波，增强系统相位恢复能力。现有方案均未考虑低成本“同相正交光电调制器”的原生残余光载波对通信系统的有益促进作用，也没有提出直流偏置矫正算法。

28、(2)本发明的基于原生光载波的复数信号场恢复系统及恢复方法，设计直流偏置矫正算法协同针对电光调制器已有的非线性预补偿算法，将“同相正交光电调制器”的消光比指标降低至10db及以下，同时系统性能基本保持不变，增强调制器制造容差。本方案首次针对低成本“同相正交光电调制器”搭配相位恢复接收机的系统进行调制器非线性预补偿与直流偏置点的灵活矫正，大幅降低调制器消光比指标降低至10db。

29、(3)本发明的基于原生光载波的复数信号场恢复系统及恢复方法，有限消光比“同相正交光电调制器”搭配相位恢复接收机，消除了现已发表方案对额外插入的导频符号(pilot-symbols)或者导频音(pilot-tone)的依赖，有效缓解数字信号处理模块的复杂度。

技术特征：

1.一种基于原生光载波的复数信号场恢复系统，其特征在于，包括发射端数字信号处理模块、激光器、数模转换器、电光调制器、光纤链路、光耦合器、色散元件、光电探测器、模数转换器和接收端数字信号处理模块；

2.根据权利要求1所述的基于原生光载波的复数信号场恢复系统，其特征在于，所述发射端数字信号处理模块增设直流偏置矫正算法，协同针对电光调制器已有的非线性预补偿算法，对同相正交电光调制器的器件非线性进行预补偿。

3.根据权利要求1所述的基于原生光载波的复数信号场恢复系统，其特征在于，所述直流偏置矫正算法用公式表示为：

4.根据权利要求1所述的基于原生光载波的复数信号场恢复系统，其特征在于，所述电光调制器的消光比是有限的，或者使电光调制器的偏置点存在温漂，所述电光调制器的输出调制光信号具有原生光载波。

5.根据权利要求1所述的基于原生光载波的复数信号场恢复系统，其特征在于，所述接收端数字信号处理模块进行信号恢复操作，内部各组成单元依次为基于mgs算法的相位恢复、色散补偿、子载波解复用、信号均衡、判决与信噪比计算。

6.一种基于原生光载波的复数信号场恢复方法，其特征在于，采用权利要求1～5任一项的恢复系统，所述恢复方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于原生光载波的复数信号场恢复系统，包括发射端数字信号处理模块、数模转换器、电光调制器、光纤链路、光耦合器、色散元件、光电探测器、模数转换器和接收端数字信号处理模块；发射端数字信号处理模块进行电光调制器非线性预补偿和直流偏置矫正；电光调制器使来自数模转换器的电信号转换为携带目标信息的光信号，同时产生原生光载波；色散元件对通过的光信号进行色散作用；接收端数字信号处理模块进行信号恢复操作。本发明还公开一种复数信号场恢复方法，包括以下步骤：使用有限消光比的电光调制器对光载波信号进行电光调制；使用相位恢复接收机进行光信号接收；在接收端数字信号处理模块中进行基于改进型Gerchberg‑Saxton算法的信号场恢复。

技术研发人员：曾小波,朱逸萧,徐翌程,诸葛群碧,胡卫生
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15