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一种相干光接收机输出信号的偏斜检测方法和系统.pdf

摘要
申请专利号:

CN201210013673.1

申请日:

2012.01.16

公开号:

太阳城集团CN102546026B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效号牌文件类型代码:1604号牌文件序号:101322514545IPC(主分类):H04B 10/148专利申请号:2012100136731申请日:20120116|||公开
IPC分类号: H04B10/07(2013.01)I; H04B10/61(2013.01)I 主分类号: H04B10/07
申请人: 中兴通讯股份有限公司
发明人: 朱亚敏
地址: 518057 广东省深圳市南山区高新技术产业园科技南路中兴通讯大厦法务部
优先权:
专利代理机构: 北京派特恩知识产权代理有限公司 11270 代理人: 周义刚;张颖玲
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法律状态
申请(专利)号:

CN201210013673.1

授权太阳城集团号:

102546026B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.28|||2012.09.05|||2012.07.04

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开一种相干光接收机输出信号的偏斜检测方法和系统,包括:对相干光接收机的输出信号的采样值进行归一化处理;将归一化处理后的各路输出信号两两相乘,并在一个信号周期内对两两相乘的结果进行积分求平均;对积分求平均的结果进行求解,得到各路输出信号之间的偏斜量。通过本发明,能够实现相干光接收机输出信号的偏斜检测。

权利要求书

1.一种相干光接收机输出信号的偏斜检测方法,其特征在于,包括:
对相干光接收机的输出信号的采样值进行归一化处理;
将归一化处理后的各路输出信号两两相乘,并在一个信号周期内对所述两
两相乘的结果进行积分求平均;
对所述积分求平均的结果进行求解,得到各路输出信号之间的偏斜量。
2.根据权利要求1所述相干光接收机输出信号的偏斜检测方法,其特征在
于,得到所述偏斜量之后,该方法还包括:根据所述偏斜量采用插值算法对所
述各路输出信号进行偏斜补偿。
3.根据权利要求1或2所述相干光接收机输出信号的偏斜检测方法,其特
征在于,所述输出信号包括四路模拟电信号;该方法还包括:
将所述四路模拟电信号转换为对应的四路数字电信号,分别对所述四路数
字电信号的采样值进行归一化处理。
4.根据权利要求3所述相干光接收机输出信号的偏斜检测方法,其特征在
于,所述相干光接收机输出所述四路模拟电信号,包括:
所述相干光接收机将接收的一路信号光和一路本振光分别分成一路X方向
和一路Y方向的偏振光信号;
将X方向的所述信号光的偏振光信号与本振光的偏振光信号进行90度混
频后,得到X方向的两路正交光信号;将Y方向的所述信号光的偏振光信号与
本振光的偏振光信号进行90度混频后,得到Y方向的两路正交光信号;
对所述X方向的两路正交光信号和所述Y方向的两路正交光信号进行光电
转换得到对应的四路模拟电信号。
5.一种相干光接收机输出信号的偏斜检测系统,其特征在于,包括:相干
光接收机、模数转换器(ADC)和数字信号处理单元;其中:
所述相干光接收机,用于接收信号光和本振光,并输出相干接收后的信号;
所述ADC,用于获取所述相干光接收机输出信号的采样值并输出;
所述数字信号处理单元,用于接收所述输出信号的采样值,并进行如下处
理:对所述输出信号的采样值进行归一化处理;
将归一化处理后的各路输出信号两两相乘,并在一个信号周期内对所述两
两相乘的结果进行积分求平均;
对所述积分求平均的结果进行求解,得到各路输出信号之间的偏斜量。
6.根据权利要求5所述相干光接收机输出信号的偏斜检测系统,其特征在
于,该系统还包括:补偿单元,用于根据所述偏斜量采用插值算法对所述各路
输出信号进行偏斜补偿。
7.根据权利要求5或6所述相干光接收机输出信号的偏斜检测系统,其特
征在于,所述相干光接收机包括:偏振分束器(PBS)、90度混频器和光电转换
器;其中:
所述PBS,用于将接收的一路信号光和一路本振光分别分成一路X方向和
一路Y方向的偏振光信号,并输出给所述90度混频器;
所述90度混频器,用于将X方向的所述信号光的偏振光信号与本振光的
偏振光信号进行90度混频后,得到X方向的两路正交光信号;以及将将Y方
向的所述信号光的偏振光信号与本振光的偏振光信号进行90度混频后,得到Y
方向的两路正交光信号;并将四路光信号输出给所述光电转换器;
所述光电转换器,用于对所述四路光信号进行光电转换得到对应的四路模
拟电信号,并输出给所述ADC。
8.根据权利要求7所述相干光接收机输出信号的偏斜检测系统,其特征在
于,
所述ADC,用于对所述四路模拟电信号进行模数转换,得到对应的四路数
字电信号的采样值。
9.根据权利要求8所述相干光接收机输出信号的偏斜检测系统,其特征在
于,该系统还包括:激光器,用于产生所述信号光和本振光,并输出给所述相
干光接收机。

说明书

一种相干光接收机输出信号的偏斜检测方法和系统

技术领域

本发明涉及光纤通讯领域,尤其涉及一种相干光接收机输出信号的偏斜检
测方法和系统。

背景技术

随着近年来光器件和微波器件的快速发展,相干光通讯技术成为了光通讯
研究的热点。其中,相干光接收机是相干光通讯中最重要的光器件之一。相干
光接收机采用光相干解调方式,其检测信号同时包含发送信号的幅度和相位信
息,提高了传统光接收机的接收灵敏度,从而被广泛应用于40Gb/s及更高速大
容量的光传输系统中。

在采用PM-QPSK调制方式的100G传输系统中,相干光接收机的前段将接
收信号经过偏振分离后得到两路偏振光,随后对两路偏振光进行光相干解调,
通过两个90混频器混频后得到四路分量输出。然而,在相干解调过程中,由
于四路输出经过的通路路径不同,导致了四路输出信号之间的相位偏斜。偏斜
量的大小主要由器件特性和链接走线决定,随环境的变化很小,但对于如何检
测这四路信号的偏斜量,目前还没有相关的技术方案进行支持。

发明内容

有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种相干光接收机输出信号的偏斜
检测方法和系统,能够解决现有技术中无法检测相干光接收机输出信号的偏斜
量的问题。

为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:

本发明提供了一种相干光接收机输出信号的偏斜检测方法,包括:

对相干光接收机的输出信号的采样值进行归一化处理;

将归一化处理后的各路输出信号两两相乘,并在一个信号周期内对所述两
两相乘的结果进行积分求平均;

对所述积分求平均的结果进行求解,得到各路输出信号之间的偏斜量。

得到所述偏斜量之后,该方法还包括:根据所述偏斜量采用插值算法对所
述各路输出信号进行偏斜补偿。

所述输出信号包括四路模拟电信号;该方法还包括:

将所述四路模拟电信号转换为对应的四路数字电信号,分别对所述四路数
字电信号的采样值进行归一化处理。

所述相干光接收机输出所述四路模拟电信号,包括:

所述相干光接收机将接收的一路信号光和一路本振光分别分成一路X方向
和一路Y方向的偏振光信号;

将X方向的所述信号光的偏振光信号与本振光的偏振光信号进行90度混
频后,得到X方向的两路正交光信号;将Y方向的所述信号光的偏振光信号与
本振光的偏振光信号进行90度混频后,得到Y方向的两路正交光信号;

对所述X方向的两路正交光信号和所述Y方向的两路正交光信号进行光电
转换得到对应的四路模拟电信号。

本发明还提供了一种相干光接收机输出信号的偏斜检测系统,包括:相干
光接收机、模数转换器(ADC)和数字信号处理单元;其中:

所述相干光接收机,用于接收信号光和本振光,并输出相干接收后的信号;

所述ADC,用于获取所述相干光接收机输出信号的采样值并输出;

所述数字信号处理单元,用于接收所述输出信号的采样值,并进行如下处
理:对所述输出信号的采样值进行归一化处理;

将归一化处理后的各路输出信号两两相乘,并在一个信号周期内对所述两
两相乘的结果进行积分求平均;

对所述积分求平均的结果进行求解,得到各路输出信号之间的偏斜量。

该系统还包括:补偿单元,用于根据所述偏斜量采用插值算法对所述各路
输出信号进行偏斜补偿。

所述相干光接收机包括:偏振分束器(PBS)、90度混频器和光电转换器;
其中:

所述PBS,用于将接收的一路信号光和一路本振光分别分成一路X方向和
一路Y方向的偏振光信号,并输出给所述90度混频器;

所述90度混频器,用于将X方向的所述信号光的偏振光信号与本振光的
偏振光信号进行90度混频后,得到X方向的两路正交光信号;以及将将Y方
向的所述信号光的偏振光信号与本振光的偏振光信号进行90度混频后,得到Y
方向的两路正交光信号;并将四路光信号输出给所述光电转换器;

所述光电转换器,用于对所述四路光信号进行光电转换得到对应的四路模
拟电信号,并输出给所述ADC。

所述ADC,用于对所述四路模拟电信号进行模数转换,得到对应的四路数
字电信号的采样值。

该系统还包括:激光器,用于产生所述信号光和本振光,并输出给所述相
干光接收机。

本发明相干光接收机的偏斜检测方法和系统,引入了数字信号处理单元,
采用归一化处理、积分求平均等过程,可以精确计算出相干接收机以及PCB走
线、信号通过电缆接入ADC的偏斜。另外,采用数字信号处理单元使得偏斜
计算和补偿算法的实现更方便,成本更低。

附图说明

图1为本发明相干光接收机输出信号的偏斜检测方法流程图;

图2为相干光接收机输出信号的偏斜检测系统框图;

图3为相干光接收机内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

如图1所示,本发明相干光接收机输出信号的偏斜检测方法包括:

步骤101,对相干光接收机的输出信号的采样值进行归一化处理。

步骤102,将归一化处理后的各路输出信号两两相乘,并在一个信号周期
内对两两相乘的结果进行积分求平均;这里的信号周期是指相乘后得到的信号
对应的信号周期。

步骤103,对积分求平均的结果进行求解,得到各路输出信号之间的偏斜
量。

在该偏斜检测过程中:

相干光接收机的输出信号包括四路模拟电信号,在将四路模拟电信号转换
为对应的四路数字电信号后,对四路数字电信号的采样值进行归一化处理。

得到偏斜量之后,还可以根据偏斜量采用插值算法对各路输出信号进行偏
斜补偿,具体实现为现有技术,此处不再赘述。

另外,相干光接收机输出信号的过程包括:

相干光接收机将接收的一路信号光和一路本振光分别分成一路X方向和一
路Y方向的偏振光信号;

将X方向的信号光的偏振光信号与本振光的偏振光信号进行90度混频后,
得到X方向的两路正交光信号;将Y方向的所述信号光的偏振光信号与本振光
的偏振光信号进行90度混频后,得到Y方向的两路正交光信号;

对X方向的两路正交光信号和Y方向的两路正交光信号进行光电转换得到
对应的四路模拟电信号后输出。

下面本发明将结合图2和图3对上述方法进行具体说明。

首先,用一个激光器(选用Integrable Tunable Laser Assembly,简称ITLA)
作为信号源,用以产生信号光(Signal),用另一个激光器(ITLA)产生本振光
(LO),信号光和本振光同时接入到相干光接收机。

为了更清楚地说明本发明的偏斜检测过程,这里:

将信号光表示为:exp j(ωct+θc(t))                       (1);

将本振光表示为:exp j(ωlot+θlo(t))                     (2)。

其中,ωc表示信号光信号的频率,ωlo表示本振光信号的频率,θc(t)表示信
号光信号的相位,θlo(t)表示本振光信号的相位。

相干光接收机对信号光信号和本振光信号的处理,如图3所示:

偏振分束器(PBS,Polarization Beam Splitter)部分:

一路光信号进入PBS后,被分为两路偏振态正交的偏振光信号,为了方便
后续描述,这里记为一路X方向的偏振光信号和一路Y方向的偏振光信号。那
么信号光信号被分为偏振态正交的Xc和Yc;本振光信号被分为偏振态正交的
Xlo和Ylo最终,PBS输出四路光信号:Xc、Yc、Xlo、Ylo。

90度混频器部分:

将输入的X方向的两路偏振光信号(Xc和Xlo)进行90度相干混频、将
输入的Y方向的两路偏振光信号(Yc和Ylo)进行90度相干混频。

混频后X方向的偏振光信号包括:信号光的偏振光信号XQ和本振光的偏
振光信号XI,XQ与XI正交;Y方向的偏振光信号包括:信号光的偏振光信号
YQ和本振光的偏振光信号YI,YQ与YI正交。

混频后,将XQ、XI、YQ和YI四路光信号输出。

光电转换器部分:

对混频后的四路光信号进行光电转换得到四路模拟电信号后输出,即本发
明所述的相干光接收机的四路输出信号。

为了实现偏斜检测方法,本发明增加了ADC和数字信号处理单元的操作,
如下:

首先,模数转换器(ADC)对相干光接收机输出的四路模拟电信号进行模
数转换,包括:进行抽样和量化处理,最后得到四路数字电信号的采样值。

基于公式(1)和公式(2),如果相干光接收机输出的四路信号为理想状态、
即没有发生偏斜,那么对应的四路数字电信号的采样值可以表示为:

XI:Re{γ1 exp j((ωc-ωlo)t+θc(t)-θlo(t)}            (3.1)

XQ:Im{γ1 exp j((ωc-ωlo)t+θc(t)-θlo(t)}            (3.2)

YI:Re{γ2 exp j((ωc-ωlo)t+θc(t)-θlo(t)}           (3.3)

YQ:Im{γ2 exp j((ωc-ωlo)t+θc(t)-θlo(t)}           (3.4)

其中,γ1:γ2为PBS输出的X方向和Y方向的偏振光信号的分光比率差,
可以认为γ1和γ2是一个实数;另外,在一段比较短的太阳城集团内,可以认为
Δω=ωc-ωlo、Δθ=θc(t)-θlo(t)也分别为一个常数。

但是,在实际应用中,相干光接收机输出的四路信号之间会存在偏斜,因
此需要对上述公式(3.1)、(3.2)、(3.3)(3.4)进行修正。具体的,设置四路信
号两两之间的六个偏斜量,但其中三个偏斜量是冗余的,因此可采用其中任意
三个偏斜量对(3.1)、(3.2)、(3.3)(3.4)进行修正。

例如,假设XQ与XI之间的偏斜量为δ1,YQ与YI之间的偏斜量为δ2,
YI与XI之间的偏斜量为δ3。则在将γ1、γ2、Δω=ωc-ωlo、Δθ=θc(t)-θlo(t)作为
常数时,修正后的四路数字电信号的采样值可以表示为:

XI:γ1 cos(Δωt+Δθ)                (4.1)

XQ:γ1 sin(Δωt+Δθ+δ1)            (4.2)

YI:γ2 cos(Δωt+Δθ+δ3)            (4.3)

YQ:γ2 sin(Δωt+Δθ+δ2+δ3)        (4.4)

然后,数字信号处理单元基于四路数字电信号的采样值进行偏斜检测,具
体过程如下:

1、对四路数字电信号的采样值进行归一化处理,得到:

XI:cos(Δωt+Δθ)            (5.1)

XQ:sin(Δωt+Δθ+δ1)        (5.2)

YI:cos(Δωt+Δθ+δ3)        (5.3)

YQ:sin(Δωt+Δθ+δ2+δ3)    (5.4)

2、将(5.1)、(5.2)、(5.3)、(5.4)两两相乘,并在一个信号周期内、即[0,
T]内进行积分求平均。其中,

需要指出的是,两两相乘并进行积分求平均后,最多可得到六个非线性方
程式,但是该偏斜检测过程中只采用了三个偏斜量,因此,六个非线性方程式
中有三个是冗余的,只需要采用六个非线性方程式中的任意三个进行求解,即
可得到三个偏斜量的值。

例如,将(5.1)与(5.2)相乘,并在[0,T]区间内积分求平均可得非线性
方程:

A 1 = 1 2 T 0 T sin ( 2 Δωt + 2 Δθ + δ 1 ) dt + sin ( δ 1 ) 2 - - - ( 6 ) ]]>

其中, T = π Δω . ]]>

由于激光器可以输出频率、相位和运行方向基本一致的激光,因此本振光
信号的频率与信号光信号的频率近似相等,即Δω非常小,则在T比较大的情况
下,公式(6)近似等于:得到非线性方程:

A 1 = sin ( δ 1 ) 2 - - - ( 7 ) ; ]]>

同理,将(5.3)与(5.4)相乘,并在[0,T]区间内积分求平均可得非线性
方程:

A 2 = sin ( δ 2 ) 2 - - - ( 8 ) ]]>

同理,将(5.1)与(5.4)相乘,并在[0,T]区间内积分求平均可得非线性
方程:

A 2 = sin ( δ 2 + δ 3 ) 2 - - - ( 9 ) ]]>

上述三个非线性方程组成方程组,进行求解可得到δ1、δ2、δ3

得到偏斜量后,通过插值方法可以进行偏斜补偿。

为了实现上述偏斜检测方法,本发明还提出了一种偏斜检测系统,如图2
包括:相干光接收机、ADC和数字信号处理单元;其中:

相干光接收机,用于接收信号光和本振光,并输出相干接收后的信号;

ADC,用于获取输出信号的采样值并输出;

数字信号处理单元,用于接收输出信号的采样值,并进行如下处理:对输
出信号的采样值进行归一化处理;

将归一化处理后的各路输出信号两两相乘,并在一个信号周期内对两两相
乘的结果进行积分求平均;

对积分求平均的结果进行求解,得到各路输出信号之间的偏斜量。

其中,数字信号处理单元可以采用DSP或FPGA。

如图2所示,该系统还包括:补偿单元,用于根据偏斜量采用插值算法对
各路输出信号进行偏斜补偿。

相干光接收机包括:偏振分束器(PBS)、90度混频器和光电转换器;其中:

PBS,用于将接收的一路信号光信号和一路本振光信号分别分成一路X方
向和一路Y方向的偏振光信号,并输出给90度混频器;

90度混频器,用于将X方向的信号光的偏振光信号与本振光的偏振光信号
进行90度混频后,得到X方向的两路正交光信号;以及将将Y方向的所述信
号光的偏振光信号与本振光的偏振光信号进行90度混频后,得到Y方向的两
路正交光信号,并将四路光信号输出给光电转换器;

光电转换器,用于对四路光信号进行光电转换得到对应的四路模拟电信号,
并输出给ADC。

ADC,用于对四路模拟电信号进行模数转换,得到对应的四路数字电信号
的采样值。

该系统还包括:激光器,用于产生信号光和本振光,并输出给相干光接收
机。

以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范
围。

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一种 相干光 接收机 输出 信号 偏斜 检测 方法 系统
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