DPSK系统中利用解调器锁定光信号频率的装置和方法

摘要

本发明涉及DPSK系统中利用解调器锁定光信号频率的装置，该装置包括DPSK发送单元、传输链路、DPSK接收单元，其中DPSK接收单元包括解调器、平衡接收机、微处理单元、解调器调整电路、信号恢复单元以及第一及第二电流监测单元；本发明还提供了一种利用解调器锁定光信号频率的方法，该方法通过DPSK发送单元产生特定图案的比特序列，传输给DPSK接收单元，然后从DPSK接收单元中得到电流监测值，微处理单元对电流检测值进行归一化处理，找到电流最大值，最后锁定光信号频率。本发明避免了输入光功率变化和检测电流因图案变化而导致解调器误调整效果，实现了解调器锁定光信号频率，优化了DPSK系统的接收性能。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及波分复用设备中的差分相移键控(Differential Phase Shift Keying，DPSK)系统中利用解调器锁定光信号频率的装置和方法。

背景技术

基于相位调制原理的新型调制码型比传统的基于强度调制的码型更优越，目前在高速、长距离光传输中获得了广泛的研究和应用。相位调制技术通过相干解调和直接探测法(也称自相干解调)两种方法实现信号的接收。其中，相干解调实现较复杂，直接探测法相对简单。直接探测法首先利用延迟干涉仪(Delay-Interferometer，DI)作为解调器(Demodulator)，然后再利用平衡接收机实现信号的恢复，见图1。直接探测法相位调制格式包括DPSK调制格式、差分正交相移键控(Differential Quadrature Phase Shift Keying，DQPSK)调制格式。

DPSK系统中激光器的频率漂移对系统性能影响显著。参考A.H.Gnauck的文章“Optical Phase-Shift-Keyed Transmission”(JOURNAL OF LIGHTWAVETECHNOLOGY，VOL.23，NO.1，JANUARY 2005)，见图2，当激光器的频率漂移5％时，系统的光信噪比(Optical Signal to Noise Ratio，OSNR)代价为2dB。以40G DPSK的波分复用系统为例，如果激光器频率漂移2GHz，那么系统的OSNR容限将劣化2dB。如果是10G DPSK的波分复用系统，则激光器频率允许漂移200MHz。而DQPSK的波分复用系统能容忍的频率漂移更小。激光器即使具备波长锁定功能，其频率最大漂移也在1.5~3GHz之间，这是DPSK系统所不能容忍的。并且解调器波长也有温度相关性，同样需要温控。在波分复用设备开局时，也需要调整解调器锁定光信号频率。

如图3所示，从插入损耗光谱角度上来看，解调器是一个周期性的光滤波器，信号频率只有工作于光滤波器的峰和谷才能达到最优，可以说：在通道波长范围内，干涉相长臂相当于带通滤波器，而干涉相消臂相当于带阻滤波器。由于器件的老化以及环境温度的变化，信号频率不可避免地漂移，解调器的滤波器波长也有可能漂移。若能够使解调器的滤波器波长始终与信号频率吻合，这样就能避免信号频率漂移引起的系统损伤。

光滤波器的波长可以通过温控来调整，于是人们开始研究如何利用调整解调器的波长来锁定信号光频率。E.A.Swanson的文章“High sensitivityoptically preamplified direct detection DPSK receiver with activedelay-line stabilization”(IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.6，pp.263-265，1994.)初步解决了这个问题，其利用平衡接收机的其中一个接收机的电流作为反馈信号调整解调器，从而实现解调器锁定信号频率。但是，信号的输入光功率是可变的，尤其在工程上，这样平衡接收机的电流也会发生变化，并且电流的变化与输入信号序列中信号1和信号0的分布有关，所以必须寻求更有效的解调器调整方式。

中国专利CN200710143877.6“DPSK光调制信号接收装置和方法”，其中也提出了一种如何控制解调器的方法，参考图4，具体来说，“峰值检测装置，用于检测被放大的电信号的峰值；延时控制模块，连接在光纤解码器和峰值检测装置之间，当峰值检测装置检测不到由限幅放大器放大的电信号的峰值时，延时控制模块控制光纤解码器的延迟时间”。这是利用光电转换后电信号幅度峰值来调整解调器。

但是平衡接收机的两个探测器的电流并不是固定不变的，会随输入光功率的变化而变化，并且与输入信号的图案有关，如下表所示，是仿真的结果，输入信号的光功率维持不变，输入信号为伪随机序列，并且信号1的概率是0.5，10次仿真中两个探测器的电流(IPD1和IPD2)每次结果都不一样，并且在实验中也观察到两个探测器的电流随时间发生变化。

  No.  IPD1(a.u.)  IPD2(a.u.)  1  0.4476752  0.5523248  2  0.5054028  0.4945972  3  0.4582242  0.5417758  4  0.4484064  0.5515936  5  0.4580571  0.5419429  6  0.4590076  0.5409924  7  0.4368441  0.5631559  8  0.4537645  0.5462355  9  0.4498475  0.5501525  10  0.4587255  0.5412745

欧洲专利EP1643665A1，“Control of delay line interferometer”，提出了一种利用前向纠错(Forward Error Correction，FEC)误码信息来调整解调器的装置和方法。但是采集FEC误码信息耗时，而且误码信息受接收机各种优化调整控制环的影响非常大，控制算法比较复杂，应该尽量避免使用基于FEC误码信息的调整控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种DPSK系统中利用解调器锁定光信号频率的装置，并在该装置的基础上提供一种利用解调器锁定光信号频率的方法，本发明克服了DPSK系统中光信号频率漂移导致系统性能劣化的问题。本发明也适应适用于DQPSK，以及基于DPSK、DQPSK的各种改进码型，例如RZ-DPSK、RZ-DQPSK等等。

一种DPSK系统中利用解调器锁定光信号频率的装置，依次包括DPSK发送单元、传输链路、DPSK接收单元，其中DPSK接收单元还包括解调器、平衡接收机、微处理单元、解调器调整电路以及信号恢复单元，解调器将输入的光信号分为2路，进入平衡接收机，最后进入信号恢复单元，微处理单元分析处理平衡接收机的输出电流，通过解调器调整电路调整解调器滤波器波长调整参数，该装置还包括第一及第二电流监测单元，所述第一及第二电流检测单元一端分别与平衡接收机的一路输出相连，一端与微处理单元相连。

所述第一电流检测单元为电流检测器。

所述第二电流检测单元为电流检测器。

一种利用解调器锁定光信号频率的方法，包括以下步骤：

步骤一：DPSK发送单元产生特定图案的比特序列，经过传输链路进入DPSK接收单元；

步骤二：DPSK接收单元调整解调器的滤波器波长调整参数，得到电流监测值，发送给微处理单元；

步骤三：微处理单元对所述电流监测值进行归一化处理，找到电流最大值，并通过解调器调整电路调整解调器的滤波器波长调整参数，锁定光信号频率。

所述步骤二进一步包括以下步骤：

步骤A：DPSK接收单元调整解调器的滤波器波长调整参数，并将输入的光信号分成两路进入平衡接收机；

步骤B：电流监测单元检测平衡接收机的输出电流，将得到的电流监测值发送给微处理单元。

所述步骤三进一步包括以下步骤：

步骤a：微处理单元对接收到的电流值进行归一化处理，得到归一化的电流监测值；

步骤b：对归一化的电流监测值进行拟合，得到拟合曲线，截取其中的一部分，找出电流最大值；

步骤c：命令解调器调整电路调整解调器的滤波器波长调整参数；

步骤d：解调器将其滤波器波长调整参数调整到电流最大值对应的数值，锁定光信号频率。

所述步骤b中，截取的归一化拟合曲线包括1个峰值和2个谷值。

本发明所述装置和方法，与现有技术相比，避免了输入光功率变化和检测电流因图案变化而导致解调器误调整效果，实现了解调器锁定光信号频率，极大地优化了DPSK系统的接收性能。

附图说明

图1是DPSK系统接收单元原理框图；

图2是DPSK系统中频率失配的OSNR代价示意图；

图3是DPSK系统所用的解调器的滤波器形状示意图；

图4是DPSK系统解调器调整的传统方案2原理框图；

图5是本发明所述装置示意图；

图6是归一化电流与解调器调整参数的关系示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图5所示，本发明所述的DPSK系统中利用解调器锁定光信号频率的装置包括以下模块：DPSK发送单元1、传输链路2、DPSK接收单元3，其中DPSK接收单元3还包括解调器31、平衡接收机32、第一电流监测单元33和第二电流监测单元34、微处理单元35、解调器调整电路36以及信号恢复单元37。平衡接收机32中包括两个光电探测器PD1和PD2，调整解调器31的滤波器波长调整参数，PD1、PD2的电流会随之变化，并且符合一定规律，当平衡接收机32的1路电流达到最大值时，另一路电流达到最小值。解调器的滤波器波长可以通过调整电压进行调整。

DPSK发生单元1产生光信号频率为fn的DPSK信号，经传输链路2后，光信号进入DPSK接收单元3；光信号进入DPSK接收单元3后，首先经过解调器31将输入光分为2路光信号(干涉相长和干涉相消)，然后进入平衡接收机32，最后进入信号恢复单元37。

DPSK接收单元3的解调器31需要锁定光信号频率fn才能实现优化接收，故发送端的DPSK发送单元1产生特定图案的比特序列，经传输链路2后进入DPSK接收单元3，DPSK接收单元3的解调器31调整滤波器波长，并把光信号分成2路，输出给平衡接收机32，电流监测单元33、34通过监测平衡接收机的输出，得到电流监测值并发送给微处理单元，微处理单元对电流监测值进行分析，找出电流最大值对应的解调器滤波器波长调整参数，从而锁定光信号频率fn。

本发明所述利用解调器锁定光信号频率的方法包括如下步骤：

步骤1：DPSK发送单元1产生特定图案的比特序列，例如10101010…，经过传输链路2进入DPSK接收单元3；

步骤二：DPSK接收单元3调整解调器31的滤波器波长调整参数，并将输入的光信号分成2路进入平衡接收机32；

步骤3：第一及第二电流监测单元33、34分别检测平衡接收机32的输出电流，将得到的电流监测值I_C和I_D发送给微处理单元35；

电流监测单元可以通过镜像电流源，再经过电流电压转换，最后利用模拟数字转换器读取具体的监测电流的监测值。

步骤4：微处理单元35对I_C和I_D进行分析处理，找到电流最大值，并通过解调器调整电路36调整解调器31的滤波器波长调整参数，锁定光信号频率fn；具体包括以下步骤：

步骤41：微处理单元35对I_C和I_D进行归一化处理消除了输入光信号功率变化的影响，得到归一化电流值；

步骤42：对归一化的电流值进行拟合，得到归一化拟合曲线，截取归一化曲线的一部分，截取的原则是曲线包括1个峰值和2个谷值，并进行拟合，找出电流最大值；

如图6所示，是归一化电流与解调器调整参数的关系示意图；其中，实现表示拟合曲线，△表示归一化电流监测值，图中的锁定点即为电流最大值，该电流最大值对应于接收机输入光信号频率的设置，为滤波器的中心波长的合适值，表示锁定了输入光信号的频率。

步骤43：命令解调器调整电路36调整解调器的滤波器波长调整参数；

步骤44：解调器将其滤波器波长调整参数调整到电流最大值对应的数值，锁定光信号频率fn。

在系统运行时间较长后，如果系统频率发生较大变化，需要对解调器的滤波器波长进行微调，可以在中断业务的情况下再次执行本发明所述的锁定光信号频率的方法；由于此时系统其他优化参数相对稳定，也可以通过FEC误码信息来使解调器重新锁定光信号频率。

本说明书所附实施例是体现本发明构思的一种典型方式，并不排除使用体现本发明设计方案的其他实施例。