基于ASK和DBPSK的强度调制相干检测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于ASK和DBPSK的强度调制相干检测系统及方法，涉及相干检测领域。该系统包括发送端和接收端，发送端的第一DFB激光器发出光载波，联合调制单元基于ASK和DBPSK，对电信号进行联合调制；MZM调制器将联合调制后的电信号，加载到光载波上，得到偏振信号，发送到接收端；接收端的第二DFB激光器发出本振光，相干接收机基于本振光对MZM调制器发来的偏振信号进行相干接收，分别产生偏振信号的实部、虚部，再经过ADC转换为数字信号，DSP进行数字信号处理。本发明不仅能降低系统的成本、有效提高系统的接收灵敏度，还能显著提高频谱利用率，降低系统的功耗。

说明书

技术领域

本发明涉及相干检测领域，具体是涉及一种基于ASK(Amplitude ShiftKeying，幅移键控)和DBPSK(DifferentialBinaryPhaseShift Keying，差分二进制相移键控)的强度调制相干检测系统及方法。

背景技术

随着城域网及接入网的传输速率要求日益增加，相干检测技术已 得到广泛应用。然而，城域网及接入网与长距离相干光传输不同之处 在于：其传输距离较短。现有的相干检测系统成本较高，用户希望降 低成本。因此，低成本的强度调制相干检测系统更适用于短距离的城 域网及接入网。

现有的成本较低的基于传统调制格式的偏振复用强度调制相干 检测系统有两种：

第一种是通过低成本的DML(DirectlyModulatedLaser，直接调 制激光器)进行直接调制，然而，在偏振复用系统中，需要两个DML 激光器作为光源，成本仍然比较高。

第二种是通过一个低成本的DFB(DistributedFeedbackLaser， 分布式反馈激光器)激光器、一个MZM(Mach-ZehnderModulator， 马赫-曾德调制器)调制器来实现。随着硅基技术不断进步，低成本 的硅基MZM调制器已经可以应用。但是，这种基于传统调制格式的 偏振复用的强度调制相干检测系统的频谱利用率较低，系统的功耗也 很大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于 ASK和DBPSK的强度调制相干检测系统及方法，不仅能降低系统的 成本、有效提高系统的接收灵敏度，还能显著提高频谱利用率，降低 系统的功耗。

本发明提供一种基于ASK和DBPSK的强度调制相干检测系 统，适用于单偏振、双偏振的直接调制相干检测，该系统包括发 送端和接收端，所述发送端包括第一分布式反馈激光器DFB、联 合调制单元和马赫-曾德调制器MZM，第一DFB激光器、联合调 制单元均与MZM调制器相连，发送端采用第一DFB激光器作为 光源，第一DFB激光器发出光载波，光载波进入MZM调制器； 发送端传输的数据流是电信号，联合调制单元基于ASK和 DBPSK，对电信号进行联合调制，将联合调制后的电信号输出到 MZM调制器；MZM调制器将联合调制后的电信号，加载到光载 波上，得到偏振信号，将偏振信号发送到接收端；接收端包括顺 次相连的第二DFB激光器、相干接收机、模数转换器ADC、数字 信号处理器DSP，接收端采用第二DFB激光器作为本振，第二 DFB激光器发出本振光，本振光进入相干接收机，相干接收机基 于本振光对MZM调制器发来的偏振信号进行相干接收，分别产生 偏振信号的实部、虚部，再经过ADC转换为数字信号，DSP进行 数字信号处理。

在上述技术方案的基础上，所述发送端的联合调制单元基于 ASK和DBPSK两种方式，对电信号进行联合调制的具体过程如 下：

联合调制单元将电信号中的每2个比特调制成一个符号，每 个符号包括2个比特：第一比特Bit1、第二比特Bit2，其中，bit1 的调制是用来控制符号的幅度，bit2的调制是用来控制符号的正 负，即相位；

对每个符号的第一比特Bit1进行ASK调制：符号的Bit1为0 时，调制幅度为1；符号的Bit1为1时，调制幅度为3；

对每个符号的第二比特Bit2进行DBPSK调制：符号的Bit2 与上次调制的符号的Bit2相同时，调制符号为正；符号的Bit2与 上次调制的符号的Bit2不同时，调制符号为负，至此完成联合调 制。

在上述技术方案的基础上，所述基于ASK和DBPSK的联合 调制能调制MZM的整个调制区域。

在上述技术方案的基础上，所述MZM调制器是单偏振MZM 调制器时，联合调制单元输出一路信号到MZM调制器；MZM调 制器是双偏振MZM调制器时，联合调制单元输出两路信号到 MZM调制器。

在上述技术方案的基础上，所述接收端处理信号的过程如下：

对于单偏振信号：相干接收机基于本振光对MZM调制器发来 的单偏振信号进行相干接收，产生单偏振信号的实部Ix、虚部Qx， 经过ADC转换为数字信号，DSP再进行数字信号处理：将单偏振 信号的实部Ix、虚部Qx组合，形成复数信号Ix+j*Qx；将复数信 号Ix+j*Qx送入均衡器，进行时域均衡，得到一路均衡后的偏振信 号Rx；对Rx取模、取相位，根据模值，对每个符号的Bit1进行 ASK解调：模值为1时，符号的Bit1被ASK解调为0；模值为3 时，符号的Bit1被ASK解调为1；根据相位，对每个符号的Bit2 进行DBPSK解调：当前相位与上一个符号相位相同时，符号的 Bit2被DBPSK解调为0；当前相位与上一个符号相位不同时，符 号的Bit2被DBPSK解调为1，至此完成单偏振信号的解调；

对于双偏振信号：相干接收机基于本振光对MZM调制器发来 的x偏振信号、y偏振信号进行相干接收，产生x偏振信号的实部 Ix、虚部Qx、y偏振信号的实部Iy、虚部Qy，经过ADC转换为 数字信号，DSP再进行数字信号处理：将x偏振信号的实部Ix、 虚部Qx组合，形成第一路复数信号：Ix+j*Qx；将y偏振信号的 实部Iy、虚部Qy组合，形成第二路复数信号：Iy+j*Qy；将这两 路复数信号送入均衡器，进行时域均衡，得到两路均衡后的偏振 信号：Rx和Ry；对Rx和Ry分别取模、取相位，根据模值，对 每个符号的Bit1进行ASK解调：模值为1时，符号的Bit1被ASK 解调为0；模值为3时，符号的Bit1被ASK解调为1；根据相位， 对每个符号的Bit2进行DBPSK解调：当前相位与上一个符号相位 相同时，符号的Bit2被DBPSK解调为0；当前相位与上一个符号 相位不同时，符号的Bit2被DBPSK解调为1，至此完成双偏振信 号的解调。

本发明还提供一种适用于上述系统的基于ASK和DBPSK的强 度调制相干检测方法，适用于单偏振、双偏振的直接调制相干检测， 该方法包括以下步骤：

发送端采用第一DFB激光器作为光源，第一DFB激光器发出 光载波，光载波进入MZM调制器；发送端传输的数据流是电信号， 联合调制单元基于ASK和DBPSK，对电信号进行联合调制，将联 合调制后的电信号输出到MZM调制器；MZM调制器将联合调制 后的电信号，加载到光载波上，得到偏振信号，将偏振信号发送 到接收端；

接收端采用第二DFB激光器作为本振，第二DFB激光器发出 本振光，本振光进入相干接收机，相干接收机基于本振光对MZM 调制器发来的偏振信号进行相干接收，分别产生偏振信号的实部、 虚部，再经过ADC转换为数字信号，DSP进行数字信号处理。

在上述技术方案的基础上，所述发送端的联合调制单元基于 ASK和DBPSK两种方式，对电信号进行联合调制的具体过程如 下：

联合调制单元将电信号中的每2个比特调制成一个符号，每 个符号包括2个比特：第一比特Bit1、第二比特Bit2，其中，bit1 的调制是用来控制符号的幅度，bit2的调制是用来控制符号的正 负，即相位；

对每个符号的第一比特Bit1进行ASK调制：符号的Bit1为0 时，调制幅度为1；符号的Bit1为1时，调制幅度为3；

对每个符号的第二比特Bit2进行DBPSK调制：符号的Bit2 与上次调制的符号的Bit2相同时，调制符号为正；符号的Bit2与 上次调制的符号的Bit2不同时，调制符号为负，至此完成联合调 制。

在上述技术方案的基础上，所述基于ASK和DBPSK的联合 调制能调制MZM的整个调制区域。

在上述技术方案的基础上，所述MZM调制器是单偏振MZM 调制器时，联合调制单元输出一路信号到MZM调制器；MZM调 制器是双偏振MZM调制器时，联合调制单元输出两路信号到 MZM调制器。

在上述技术方案的基础上，所述接收端处理信号的过程如下：

对于单偏振信号：相干接收机基于本振光对MZM调制器发来 的单偏振信号进行相干接收，产生单偏振信号的实部Ix、虚部Qx， 经过ADC转换为数字信号，DSP再进行数字信号处理：将单偏振 信号的实部Ix、虚部Qx组合，形成复数信号Ix+j*Qx；将复数信 号Ix+j*Qx送入均衡器，进行时域均衡，得到一路均衡后的偏振信 号Rx；对Rx取模、取相位，根据模值，对每个符号的Bit1进行 ASK解调：模值为1时，符号的Bit1被ASK解调为0；模值为3 时，符号的Bit1被ASK解调为1；根据相位，对每个符号的Bit2 进行DBPSK解调：当前相位与上一个符号相位相同时，符号的 Bit2被DBPSK解调为0；当前相位与上一个符号相位不同时，符 号的Bit2被DBPSK解调为1，至此完成单偏振信号的解调；

对于双偏振信号：相干接收机基于本振光对MZM调制器发来 的x偏振信号、y偏振信号进行相干接收，产生x偏振信号的实部 Ix、虚部Qx、y偏振信号的实部Iy、虚部Qy，经过ADC转换为 数字信号，DSP再进行数字信号处理：将x偏振信号的实部Ix、 虚部Qx组合，形成第一路复数信号：Ix+j*Qx；将y偏振信号的 实部Iy、虚部Qy组合，形成第二路复数信号：Iy+j*Qy；将这两 路复数信号送入均衡器，进行时域均衡，得到两路均衡后的偏振 信号：Rx和Ry；对Rx和Ry分别取模、取相位，根据模值，对 每个符号的Bit1进行ASK解调：模值为1时，符号的Bit1被ASK 解调为0；模值为3时，符号的Bit1被ASK解调为1；根据相位， 对每个符号的Bit2进行DBPSK解调：当前相位与上一个符号相位 相同时，符号的Bit2被DBPSK解调为0；当前相位与上一个符号 相位不同时，符号的Bit2被DBPSK解调为1，至此完成双偏振信 号的解调。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明采用低成本的DFB激光器和硅基MZM调制器，能够降 低系统的成本；采用相干接收技术，能够有效提高系统的接收灵敏度； 采用基于ASK和DBPSK的联合调制方式，能够显著提高频谱利用 率，降低系统的功耗。

附图说明

图1是本发明实施例中基于ASK和DBPSK的单偏振强度调制 相干检测系统的结构框图。

图2是本发明实施例中基于ASK和DBPSK的双偏振强度调制 相干检测系统的结构框图。

图3是本发明实施例中基于ASK和DBPSK的联合调制示意图。

图4是现有技术中PAM4的MZM调制曲线示意图。

图5是本发明实施例中基于ASK和DBPSK的MZM调制曲线示 意图。

图6是本发明实施例中基于ASK和DBPSK的单偏振联合解调 示意图。

图7是本发明实施例中基于ASK和DBPSK的双偏振联合解调 示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1、图2所示，本发明实施例提供一种基于ASK和DBPSK 的强度调制相干检测系统，适用于单偏振、双偏振的直接调制相干检 测，该系统包括发送端和接收端，发送端包括第一DFB激光器、联 合调制单元和MZM调制器，第一DFB激光器、联合调制单元均与 MZM调制器相连；接收端包括顺次相连的第二DFB激光器、相干接 收机、ADC(Analog-DigitalConverter，模数转换器)、DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)。

本发明实施例还提供一种适用于上述系统的基于ASK和DBPSK 的强度调制相干检测方法，适用于单偏振、双偏振的直接调制相干检 测，该方法包括以下步骤：

发送端采用低成本的第一DFB激光器作为光源，第一DFB激光 器发出光载波，光载波进入MZM调制器；发送端传输的数据流是电 信号，联合调制单元基于ASK和DBPSK，对电信号进行联合调制， 将联合调制后的电信号输出到MZM调制器；MZM调制器将联合调 制后的电信号，加载到光载波上，得到偏振信号，将偏振信号发送到 接收端。

接收端采用低成本的第二DFB激光器作为本振，第二DFB激光 器发出本振光，本振光进入相干接收机，相干接收机基于本振光对 MZM调制器发来的偏振信号进行相干接收，分别产生偏振信号的实 部、虚部，再经过ADC转换为数字信号，DSP进行数字信号处理。

发送端的联合调制单元基于ASK和DBPSK两种方式，对电信 号进行联合调制的具体过程如下：

参见图3所示，联合调制单元将电信号中的每2个比特调制成一 个符号，每个符号包括2个比特：第一比特Bit1、第二比特Bit2，其 中，bit1的调制是用来控制符号的幅度，bit2的调制是用来控制符号 的正负，也称之为相位；

对每个符号的第一比特Bit1进行ASK调制：符号的Bit1为0时， 调制幅度为1；符号的Bit1为1时，调制幅度为3；

对每个符号的第二比特Bit2进行DBPSK调制：符号的Bit2与 上次调制的符号的Bit2相同时，调制符号为正；符号的Bit2与上次 调制的符号的Bit2不同时，调制符号为负，至此完成联合调制。

基于ASK和DBPSK的联合调制的星座图与现有的PAM4(Pulse AmplitudeModulation4，四电平脉冲调幅)的星座图相同，不同之处 在于：参见图4所示，现有的PAM4调制只能调制MZM幅度为正的 部分；参见图5所示，基于ASK和DBPSK的联合调制能够调制MZM 的整个调制区域，因此，与现有的PAM4调制相比，基于ASK和 DBPSK的联合调制能够显著提高强度调制相干检测系统的调制功 效。

MZM调制器可以是单偏振MZM调制器，也可以是双偏振MZM 调制器。参见图1所示，MZM调制器是单偏振MZM调制器时，联 合调制单元输出一路信号到MZM调制器；参见图2所示，MZM调 制器是双偏振MZM调制器时，联合调制单元输出两路信号到MZM 调制器。

接收端处理信号的过程如下：

对于单偏振信号：参见图6所示，相干接收机基于本振光对MZM 调制器发来的单偏振信号进行相干接收，产生单偏振信号的实部Ix、 虚部Qx，经过ADC转换为数字信号，DSP再进行数字信号处理： 将单偏振信号的实部Ix、虚部Qx组合，形成复数信号Ix+j*Qx；将 复数信号Ix+j*Qx送入均衡器，进行时域均衡，得到一路均衡后的偏 振信号Rx；对Rx取模、取相位，根据模值，对每个符号的Bit1进 行ASK解调：模值为1时，符号的Bit1被ASK解调为0；模值为3 时，符号的Bit1被ASK解调为1；根据相位，对每个符号的Bit2进 行DBPSK解调：当前相位与上一个符号相位相同时，符号的Bit2被 DBPSK解调为0；当前相位与上一个符号相位不同时，符号的Bit2 被DBPSK解调为1，至此完成单偏振信号的解调。

对于双偏振信号：参见图7所示，相干接收机基于本振光对MZM 调制器发来的x偏振信号、y偏振信号进行相干接收，产生x偏振信 号的实部Ix、虚部Qx、y偏振信号的实部Iy、虚部Qy，经过ADC 转换为数字信号，DSP再进行数字信号处理：将x偏振信号的实部 Ix、虚部Qx组合，形成第一路复数信号：Ix+j*Qx；将y偏振信号的 实部Iy、虚部Qy组合，形成第二路复数信号：Iy+j*Qy；将这两路 复数信号送入均衡器，进行时域均衡，得到两路均衡后的偏振信号： Rx和Ry；对Rx和Ry分别取模、取相位，根据模值，对每个符号的 Bit1进行ASK解调：模值为1时，符号的Bit1被ASK解调为0；模 值为3时，符号的Bit1被ASK解调为1；根据相位，对每个符号的 Bit2进行DBPSK解调：当前相位与上一个符号相位相同时，符号的 Bit2被DBPSK解调为0；当前相位与上一个符号相位不同时，符号 的Bit2被DBPSK解调为1，至此完成双偏振信号的解调。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘 若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这 些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。