一种基于斯托克斯分析的非正交偏振复用信号传输方案的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及短距离传输的接入网领域，尤其是一种基于斯托克斯分析的非正交偏 振复用信号传输方案。
【背景技术】
[0002] 自古以来，通信技术的发展从未间断过，从烽火传信到无线电波，从短距离传输到 跨洋通信。然而在信息爆炸性增长的今天，人们更加关注信息传送的速率、距离、经济性以 及有效性，因此光纤作为传输媒介的提出，掀起了通信技术的一场革命。而光纤通信在随后 的几十年间也得到了迅猛发展，并且逐渐成为了现代通信的基石。
[0003] 自此之后，光纤通信又迎来了两次重大的发展，每一次都是里程碑式的飞跃。一是 1986年南安普顿大学发明的掺铒光纤放大器（EDFA)。它的问世使光纤通信彻底摆脱光电 光转换所引起的传输速率限制，可以直接在光域对信号进行放大处理，并且可以同时放大C 波段内的多个波长信号；另一次是波分复用技术的发展，厉鼎毅先生这个创造性的想法最 终使光纤通信的传输容量进入了爆炸性的增长，并且以极快的速度对当今骨干网线路进行 了更新换代。
[0004] 然而，经历了对超长传输距离技术的追逐后，有很多研宄机构开始将注意力转移 到了短距离传输的接入网中。与长距离传输技术相同，短距离传输网仍然追求通信系统性 能（常用比特率-距离积BL来衡量）的提高。最近研宄显示，BL积的增长速率大约是每 4年增加10倍。但是随之而来的新问题也不断产生，特别是发射机和接收机成本随着传输 距离和传输容量的增加会呈指数增长。
[0005] 一般来讲，光信号区别于电信号最大的特点之一就是光具有偏振态的不同。因此 对于单波长信道，为了增加传输容量，普遍会采用传统正交偏振复用（PDM)的传输格式，即 在相互正交的偏振态上传输不同的信号。这种复用形式的最大优势之一是拥有较为简单的 复用技术和偏振解复用方法。另一方面，在短距离传输中，考虑到成本问题，普遍使用更为 简单的强度调制（OOK)格式。因此，PDM-OOK信号逐渐成为短距离传输网的标准。
[0006] 到目前为止，偏振复用技术为传输容量和频谱效率的提高做出了较大的贡献。然 而，光的偏振态资源是无限的，理论上信息是可以加载到多个偏振态上，以实现更大容量或 频谱效率的光传输方案。因此，在传统PDM系统中，由于其两个偏振态必须遵循严格的正交 性，从而浪费掉了其他偏振态资源。
[0007] 现阶段，已有多个研宄小组注意到这个问题，并且加以研宄。1986年法国研宄者 Cl.Herard和A.Lacourt首先提出了非正交偏振态复用技术（NPDM)，并且实现了 3个偏振 态的传输。但是由于解调的复杂性和串扰管理的难度等问题，使得传输距离较短，因此此技 术并没有得到广泛的研宄。直到2013年，西南交通大学闫连山教授带领小组在国际上首次 提出单波长4偏振态同时传输的理论模型，并仿真验证了其可行性，且实现了 22km的信号 传输；接着，2014年丹麦技术大学的Jos6Estardn等人也实验验证了四个偏振态传输，并 且成功传输了 2km的距离。至此，非正交偏振态复用技术又重新回到了人们的视野中，并逐 渐成为新的热点。但是，目前所有方案仅仅研宄了偏振角为45°和60°的复用方案，且在 实验室条件下最大传输距离仅为2km。因此，为了进一步地提高传输容量和频谱利用率，更 小角度、更远传输距离的非正交偏振复用技术的研宄具有重大意义与应用价值。
【发明内容】
[0008] 鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于斯托克斯分析的非正 交偏振复用信号传输方案，该方案在不增加发射机、接收机和算法的复杂度的情况下，实现 了某个特定小角度的非正交偏振复用传输技术。本方案利用斯托克斯分析仪将信号分成四 路，通过在斯托克斯空间上的偏振态追踪，实现了非正交偏振复用系统的搭建，并完成了光 纤传输的验证。
[0009] 本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：
[0010] 一种基于斯托克斯分析的非正交偏振复用信号传输方案。主要由沿光路顺序连接 的以下器件构成：一路或N路非正交偏振复用强度调制光信号（lOli- 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 斯托克斯分析仪106N)、四N个光电转换器107 4N)以及一个数字信号处理 单元（108);多路波长不同的非正交偏振复用强度调制信号（NPDMjOli- 101 N)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NPDM;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路独立的非正交偏振复用信号，接着每一路NPDM信号又 通过相应的斯托克斯分析仪（l〇6N)分成四路信号，再分别由光电转换器107 4N)转 换成电信号后，进入数字信号处理单元（108)，最后通过追踪斯托克斯参量的变化以实现非 正交偏振复用信号的恢复。
[0011] 采用本发明的方法，包括以下几个特征：1)两路输入光信号的偏振复用角度可以 是大于某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 解调出非正交复用信号；3)采用斯托克斯分析仪，从而避免了接收机和算法复杂度的增 加；4)非正交复用传输方案对偏振相关损耗的容忍度更大。一般来讲，在短距离传输的接 入网中，仍然需要进一步提高系统频谱效率和传输容量，但是传统正交偏振复用方案显然 已经不能满足这一要求，因此本发明打破了信号对于偏振态正交性的要求，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，如正交频分复用 (OFDM)，波分复用（WDM)等，以实现低成本、大容量、动态自适应的接入网络建设。
[0012] 基于斯托克斯分析的非正交偏振复用信号传输方案，发射机端和接收机端的结果 都非常简单。发射端的非正交偏振复用信号的产生，只需要通过两个偏振控制器和一个耦 合器，将信号以不同的偏振态复用在一起即可，并不需要保证严格的正交性；在接收机端， 采用斯托克斯分析仪将信号分为四路后进入光电转换器转换成电信号，分别是Si、s2和 s3。接着利用实时DSP信号处理即可实现非正交偏振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：首先通过计算信号的偏振度来估计接收信号的偏振复用角度a; 接着任意设定两个初始斯托克斯向量Vi，并分别计算S。和向量[SuS2,S3] 的统计分布。 最后根据a的不同选取不同的判决阈值与向量更新Vi，以实现对两个信号的偏振追踪。
[0013] 本发明是针对短距离接入网提出的，同时可与波分复用、正交频分复用兼容；与传 统正交偏振复用技术相比，本发明方案可在较小算法