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一種雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)及其解復(fù)用方法與流程

文檔序號(hào):12789125閱讀:702來源:國知局
一種雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)及其解復(fù)用方法與流程

本發(fā)明涉及短距離光互聯(lián)、數(shù)據(jù)中心及接入網(wǎng)等領(lǐng)域,尤其是一種基于斯托克斯分析儀的雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制/直接探測系統(tǒng)及其解復(fù)用方法。



背景技術(shù):

自1966年高錕博士發(fā)表《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》一文以來,光纖通信已經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展。在幾代研究者的共同努力下,光纖通信已廣泛運(yùn)用于跨洋通信、骨干網(wǎng)、城際網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。相干光通信以及數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的迅速發(fā)展,更是將光通信的容量距離積提升到了Exabit/s·km量級(jí)。

然而,相干光通信成本較高,并不適用于對(duì)成本控制要求嚴(yán)格的短距離光通信系統(tǒng)。同時(shí),隨著短距離光互連、云服務(wù)(云存儲(chǔ)、云計(jì)算以及云查詢等)以及光纖接入(光纖到戶、光纖到大樓等)等業(yè)務(wù)的興起,簡單、高效且成本低廉的強(qiáng)度調(diào)制/直接探測(IM/DD)系統(tǒng)引起了更多的關(guān)注。相較于相干探測方式,IM/DD系統(tǒng)能夠極大地簡化發(fā)送端與接收端的結(jié)構(gòu),降低成本。但是,探測靈敏度以及傳輸速率都有所下降。

為了提高IM/DD系統(tǒng)的傳輸速率以及降低成本,主要的技術(shù)手段包括:1、采用多路波長復(fù)用傳輸以提高整個(gè)系統(tǒng)通信容量;2、采用脈沖幅度調(diào)制(PAM)、離散多音頻調(diào)制(DMT)以及無載波幅相調(diào)制(CAP)等高效的調(diào)制格式以提高系統(tǒng)頻譜利用率;3、采用先進(jìn)的編碼方式(雙二進(jìn)制編碼等),在保證系統(tǒng)容量不變的情況下以降低系統(tǒng)所需器件的帶寬。以上技術(shù)都能很大程度上降低系統(tǒng)的成本以及提高系統(tǒng)的容量,但還是很難滿足日益增長的通信容量需求。因此,為了進(jìn)一步提高IM/DD系統(tǒng)的通信容量,偏振復(fù)用技術(shù)被引入到該系統(tǒng),該技術(shù)能夠在最小限度改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下達(dá)到成倍增加頻譜效率的目的。

早在1990年A.D.Kersey等人就實(shí)現(xiàn)了偏振復(fù)用信號(hào)在光纖中的傳輸與解復(fù)用,但由于偏振態(tài)在光纖傳輸中的隨機(jī)變化導(dǎo)致接收端很難將其解復(fù)用出來,該技術(shù)并沒有得到廣泛的應(yīng)用。隨著相干接收以及DSP技術(shù)取得突破性進(jìn)展,使得利用方法實(shí)現(xiàn)偏振解復(fù)用具有實(shí)際意義。這樣,偏振復(fù)用系統(tǒng)的解復(fù)用靈活性得到了極大地提高。然而,不同于相干接收方式,直接探測系統(tǒng)不能得到光信號(hào)的相位信息。因此,PDM-IM/DD系統(tǒng)很難利用DSP方法實(shí)現(xiàn)偏振解復(fù)用。

2014年日本東京大學(xué)的K.Kikuchi等提出了一種基于斯托克斯矢量實(shí)現(xiàn)偏振追蹤與解復(fù)用的方案。該方案方法簡單,能夠快速追蹤到偏振態(tài)變化,但接收端需要四個(gè)光電探測器(PD)以及相關(guān)偏振器件來獲取斯托克斯四個(gè)參量,一定程度上增加了系統(tǒng)成本。同時(shí),如果初始參考矢量的選取不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致無法正確區(qū)分解復(fù)用后的信號(hào)所屬偏振狀態(tài)。同年,丹麥技術(shù)大學(xué)J.Estarán等利用斯托克斯分析儀實(shí)現(xiàn)了四個(gè)不同偏振態(tài)信號(hào)的傳輸與解復(fù)用。由于采用與K.Kikuchi相同的接收方式及偏振追蹤方法,同樣存在選取初始參考矢量的問題。同時(shí),該方案采用四個(gè)不同的波長以消除不同偏振態(tài)之間的串?dāng)_。因此,從這個(gè)角度看,該方案并沒有提高系統(tǒng)的頻譜效率。另一方面,澳大利亞墨爾本大學(xué)W.Shieh課題組于2014年利用90°光混頻器及平衡探測器實(shí)現(xiàn)了斯托克斯參量的獲取并成功將單偏振16-QAM信號(hào)解調(diào)出來。該系統(tǒng)因采用與相干接收相類似的方式(但不需要本振),故具有較高的靈敏度且對(duì)QAM等信號(hào)有效。但是,偏振追蹤與解復(fù)用方法較復(fù)雜。利用這種結(jié)構(gòu),加拿大麥吉爾大學(xué)的D.V.Plant課題組在2014年利用56GBaud PAM-4信號(hào)實(shí)現(xiàn)了224Gbit/s傳輸10km單模光纖的PDM-IM/DD系統(tǒng)。同樣,該系統(tǒng)的解復(fù)用方法較復(fù)雜。

因此研究頻譜效率高、成本低廉以及方法復(fù)雜度低的PDM-IM/DD傳輸系統(tǒng)具有理論指導(dǎo)與實(shí)際應(yīng)用意義。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)及其解復(fù)用方法,在不增加發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和方法復(fù)雜度的情況下,僅利用一個(gè)斯托克斯分析儀將2×PDM-IM/DD系統(tǒng)解復(fù)用出來,同時(shí),能夠快速跟蹤偏振態(tài)的變化。

為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:

一種雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng),兩路正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)共同連接到一個(gè)光耦合器,所述光耦合器、波分復(fù)用器、光放大器、光纖、波分解復(fù)用器、斯托克斯分析儀、數(shù)字信號(hào)處理單元依次相連。

進(jìn)一步的,所述正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)為2N路,相應(yīng)的光耦合器為N個(gè),斯托克斯分析儀為N個(gè),N為正整數(shù)。

一種雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)的解復(fù)用方法,包括以下步驟:

步驟1:在發(fā)射端,產(chǎn)生雙正交偏振態(tài)復(fù)用信號(hào),通過偏振控制器和光耦合器,將信號(hào)以不同的偏振角度復(fù)用在一起;

步驟2:在接收機(jī)端,采用斯托克斯分析儀作為接收方式,得到電信號(hào)I0、I0deg、I45deg及IRC;

步驟3:利用實(shí)時(shí)DSP信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)復(fù)用信號(hào)的解調(diào)和恢復(fù);信號(hào)的解調(diào)包括:首先對(duì)接收信號(hào)做重采樣、時(shí)滯糾正以及直流補(bǔ)償;再計(jì)算斯托克斯參量S0、S1、S2以及S3并實(shí)現(xiàn)偏振追蹤;最后利用追蹤后的參考向量實(shí)現(xiàn)解復(fù)用與解調(diào),得到最終輸出信號(hào)。

進(jìn)一步的,所述步驟1具體為:

步驟1.1:兩路正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)中第一信號(hào)經(jīng)過第一移相器使得兩路信號(hào)的相位固定相差π/2,第二信號(hào)經(jīng)過第一半玻片使得兩路信號(hào)的偏振態(tài)成正交關(guān)系;

步驟1.2:從第一移相器和第一半波片輸出的信號(hào)經(jīng)過第一偏振合束器構(gòu)成第一個(gè)正交偏振復(fù)用信號(hào);同樣,另外兩個(gè)信號(hào)采用和第一信號(hào)和第二信號(hào)相同的方法構(gòu)成正交偏振復(fù)用信號(hào),但通過第二移相器使得兩路信號(hào)的相位差固定到-π/2;

步驟1.3:利用偏振控制器將兩正交偏振復(fù)用信號(hào)的偏振態(tài)調(diào)節(jié)到固定45°狀態(tài),使得最后經(jīng)過耦合器輸出的復(fù)用信號(hào)偏振態(tài)分別是0°、90°、-45°以及45°。

進(jìn)一步的,步驟2中斯托克斯分析儀具體接受方法為:

輸入信號(hào)由一個(gè)1×4的耦合器將光功率等分為四路,第一路光信號(hào)直接通過第一光電探測器實(shí)現(xiàn)第一路電信號(hào)I0的獲取;

第二路光信號(hào)在經(jīng)過一個(gè)0°起偏器/檢偏器,再通過第二光電探測器獲得第二路電信號(hào)I0deg;

第三路光信號(hào)在經(jīng)過一個(gè)45°起偏器/檢偏器,再通過第三光電探測器獲得第三路電信號(hào)I45deg

最后一路光信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)四分之一玻片,再經(jīng)過45°起偏器/檢偏器,最后通過第四光電探測器獲取第四路電信號(hào)IRC

進(jìn)一步的,所述步驟3具體為:

定義St1、St2以及St3為訓(xùn)練序列的斯托克斯參量,v1、v2以及v3為分別指向0°、45°以及右旋偏振方向的初始參考向量,針對(duì)2×PDM-OOK系統(tǒng),偏振態(tài)追蹤及解復(fù)用方法描述為:

1)當(dāng)Sti(n)>Uthi時(shí),vi(n+1)更新方式為:

vi(n+1)={vi(n)+u·[s(n)-vi(n)]}/||vi(n)+u·[s(n)-vi(n)]||

當(dāng)Sti(n)<-Uthi時(shí),vi(n+1)更新方式為:

vi(n+1)={vi(n)+u·[-s(n)-vi(n)]}/||vi(n)+u·[-s(n)-vi(n)]||

其中i=1、2或3,s(n)=[S1(n),S2(n),S3(n)],u為更新步長,Uthi為對(duì)應(yīng)Sti判決門限;vi(n+1)更新收斂之后,獲得偏振追蹤后的三個(gè)斯托克斯矢量分別為vt1、vt2以及vt3;

2)根據(jù)S0的分布,將信號(hào)分為五部分;

A、當(dāng)S0<Sth0時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)的狀態(tài)都為低電平;

B、當(dāng)S0>Sth3時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)的狀態(tài)都為高電平;

C、當(dāng)Sth0<S0<Sth1時(shí),發(fā)送端四個(gè)偏振態(tài)只有其中一個(gè)攜帶高電平信號(hào),計(jì)算vt1·s及vt2·s,根據(jù)其概率分布,判定發(fā)送端信號(hào);

如果abs(vt1·s)>abs(vt2·s),當(dāng)vt1·s<Sth4時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)只有90°偏振態(tài)攜帶了高電平;當(dāng)vt1·s>Sth4時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)只有0°偏振態(tài)攜帶了高電平;

如果abs(vt1·s)<abs(vt2·s),當(dāng)vt2·s<Sth5時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)只有-45°偏振態(tài)攜帶了高電平;當(dāng)vt2·s>Sth5時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)只有45°偏振態(tài)攜帶了高電平;

D、當(dāng)Sth1<S0<Sth2時(shí),發(fā)送端四個(gè)偏振態(tài)有兩個(gè)攜帶高電平信號(hào)以及兩個(gè)攜帶低電平信號(hào);計(jì)算(vt1·s+vt2·s)、(vt1·s-vt2·s)及vt3·s,根據(jù)其概率分布,判定發(fā)送端信號(hào);

當(dāng)(vt1·s+vt2·s)<Sth6時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)中90°偏振態(tài)和-45°偏振態(tài)攜帶高電平;

當(dāng)(vt1·s+vt2·s)>Sth7時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)中0°偏振態(tài)和45°偏振態(tài)攜帶高電平;

當(dāng)(vt1·s-vt2·s)<Sth8時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)中90°偏振態(tài)和45°偏振態(tài)攜帶高電平;

當(dāng)(vt1·s-vt2·s)>Sth9時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)中0°偏振態(tài)和-45°偏振態(tài)攜帶高電平;

當(dāng)vt3·s<Sth10時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)中0°偏振態(tài)和90°偏振態(tài)攜帶高電平;

當(dāng)vt3·s>Sth10時(shí),判定發(fā)送端信號(hào)中45°偏振態(tài)和-45°偏振態(tài)攜帶高電平;

E、當(dāng)Sth2<S0<Sth3時(shí),發(fā)送端四個(gè)偏振態(tài)只有其中一個(gè)攜帶低電平信號(hào);同樣,計(jì)算vt1·s及vt2·s,根據(jù)其概率分布,判定發(fā)送端信號(hào);其中Sthj(j=0-10)是對(duì)應(yīng)概率分布的判決閾值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:

1)利用一個(gè)斯托克斯分析儀就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)正交偏振復(fù)用系統(tǒng)的同時(shí)解復(fù)用。

2)偏振態(tài)的隨機(jī)擾動(dòng)能夠通過相關(guān)方法快速地追蹤到。

3)發(fā)送端與接收端器件都非常成熟,只需對(duì)現(xiàn)有商用系統(tǒng)做少量改進(jìn)就可以實(shí)現(xiàn)。本方法通過利用斯托克斯空間中三個(gè)正交矢量,實(shí)現(xiàn)了僅利用一個(gè)斯托克斯分析儀解復(fù)用兩路正交偏振復(fù)用系統(tǒng)。

4)分方法可與其他復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用(WDM)等結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)低成本、大容量、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的下一代短距離光傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

5)本發(fā)明適用于短距離光互聯(lián)、數(shù)據(jù)中心以及接入網(wǎng)信號(hào)傳輸,具有頻譜效率高、成本低廉以及方法復(fù)雜度低等優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中基于斯托克斯空間的雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制/直接探測傳輸方案。

圖2為本發(fā)明中雙正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明中2×PDM-OOK信號(hào)時(shí)域狀態(tài)與合成偏振狀態(tài)。

圖4為本發(fā)明中斯托克斯分析儀的構(gòu)成圖。

圖5為本發(fā)明中數(shù)字信號(hào)處理方法示意圖。

圖6為本發(fā)明中接收端總功率S0的概率分布。

圖7為本發(fā)明中只有一個(gè)偏振態(tài)加載高電平信號(hào)時(shí),vt1·S的概率分布。

圖8為本發(fā)明中只有一個(gè)偏振態(tài)加載高電平信號(hào)時(shí),vt2·S的概率分布。

圖9為本發(fā)明中兩個(gè)偏振態(tài)加載低電平信號(hào),兩個(gè)偏振態(tài)加載高電平信號(hào)時(shí),(vt1·S+vt2·S)的概率分布。

圖10為本發(fā)明中兩個(gè)偏振態(tài)加載低電平信號(hào),兩個(gè)偏振態(tài)加載高電平信號(hào)時(shí),(vt1·S-vt2·S)的概率分布。

圖11為本發(fā)明中兩個(gè)偏振態(tài)加載低電平信號(hào),兩個(gè)偏振態(tài)加載高電平信號(hào)時(shí),vt3·S的概率分布。

圖12為本發(fā)明中背靠背傳輸后系統(tǒng)的誤碼率(Log(BER))與接收功率(Received Power per Pol.)關(guān)系圖。

圖13為本發(fā)明中經(jīng)過2公里傳輸后系統(tǒng)的誤碼率(Log(BER))與接收功率(Received Power per Pol.)關(guān)系圖。

圖14為本發(fā)明中接收端加入擾偏器后系統(tǒng)的誤碼率(Log(BER))與采樣點(diǎn)(Sampling Number)關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示,本發(fā)明方法由兩路或2N路正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)1011~1012N、一個(gè)或N個(gè)光耦合器1021~102N、一個(gè)波分復(fù)用器103、一個(gè)光放大器104、一段光纖105、一個(gè)波分解復(fù)用器106、一個(gè)或N個(gè)斯托克斯分析儀1071~107N以及一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理單元108組成。具體邏輯關(guān)系如下:多路波長不同的PDM-IM光信號(hào)1011~1012N傳到中心局后,由N個(gè)耦合器1021~102N合成N路2×PDM-IM光信號(hào)并通過一個(gè)波分復(fù)用器103合成為一個(gè)波分復(fù)用的2×PDM-IM光信號(hào);復(fù)用后的光信號(hào)由一個(gè)放大器104放大進(jìn)行功率補(bǔ)償后,進(jìn)入一段光纖105中傳輸;在接收端,復(fù)用信號(hào)首先通過一個(gè)波分解復(fù)用器106分離成N路獨(dú)立的雙正交偏振態(tài)復(fù)用信號(hào),接著每一路2×PDM-IM信號(hào)又通過相應(yīng)的斯托克斯分析儀107N接收并得到四路信號(hào)(I0、I0deg、I45deg以及IRC)。這四路信號(hào)通過相關(guān)運(yùn)算得到三個(gè)斯托克斯參量S1、S2以及S3。最后,輸入到數(shù)字信號(hào)處理單元108,在數(shù)字信號(hào)處理單元中通過相應(yīng)方法將信號(hào)解調(diào)出來。

圖2為本發(fā)明中2×PDM-IM/DD信號(hào)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)圖。兩路強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)中信號(hào)1經(jīng)過移相器1使得兩路信號(hào)的相位固定相差π/2,信號(hào)2經(jīng)過半玻片1使得兩路信號(hào)的偏振態(tài)成正交關(guān)系。然后,經(jīng)過偏振合束器1構(gòu)成第一個(gè)正交偏振復(fù)用信號(hào)。同理,另外兩個(gè)信號(hào)按相同方法構(gòu)成正交偏振復(fù)用信號(hào)。但是,通過移相器2使得兩路信號(hào)的相位差固定到-π/2。最后,利用偏振控制器將兩正交偏振復(fù)用信號(hào)的偏振態(tài)調(diào)節(jié)到固定45°狀態(tài),使得最后經(jīng)過耦合器輸出的復(fù)用信號(hào)偏振態(tài)分別是0°、90°、-45°以及45°。

圖3為本發(fā)明中2×PDM-OOK信號(hào)時(shí)域狀態(tài)與合成偏振狀態(tài)示意圖。根據(jù)接收到的總功率,將信號(hào)分為5個(gè)部分。從圖3可以看出,當(dāng)總功率為0或4時(shí),合成的偏振狀態(tài)不明確;當(dāng)總功率為1,最后得到的偏振狀態(tài)與高電平信號(hào)那個(gè)偏振態(tài)一致;當(dāng)總功率為2時(shí),按照斯托克斯空間三個(gè)矢量方向(0°、45°以及右旋偏振方向)為正交基,合成的偏振態(tài)可分為如圖所示的六種情況。值得注意的是,兩功率相同且相位固定相差π/2或-π/2的正交信號(hào),最后合成的偏振狀態(tài)為右旋偏振態(tài)(RC)或左旋偏振態(tài)(LC)。同理,當(dāng)總功率為3時(shí),合成的偏振狀態(tài)有四種。根據(jù)這個(gè)關(guān)系,可以很簡單的實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)追蹤與解復(fù)用。

圖4為本發(fā)明所用斯托克斯分析儀的基本結(jié)構(gòu)圖,其構(gòu)成相對(duì)簡單,利用現(xiàn)有的光子集成技術(shù),很容易實(shí)現(xiàn)器件的制備。輸入信號(hào)由一個(gè)1×4的耦合器將光功率等分為四路,第一路光信號(hào)直接通過光電探測器1(PD1)實(shí)現(xiàn)第一路電信號(hào)I0的獲取;第二路光信號(hào)在經(jīng)過一個(gè)0°起偏器/檢偏器后再通過PD2獲得第二路電信號(hào)I0deg;第三路光信號(hào)在經(jīng)過一個(gè)45°起偏器/檢偏器后再通過PD3獲得第三路電信號(hào)I45deg;最后一路光信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)四分之一玻片,再經(jīng)過45°起偏器/檢偏器,最后通過PD4獲取第四路電信號(hào)IRC。

圖5為本發(fā)明的信號(hào)處理方法示意圖。在斯托克斯分析儀獲得四路電信號(hào)輸出后,經(jīng)過采樣率為80GS/s的實(shí)時(shí)示波器實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)采樣并存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)。為了獲得效果較好的采樣點(diǎn),在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理前需要對(duì)信號(hào)做重采樣處理。由于要保證四路信號(hào)的比特同步,所以在進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算前需要做時(shí)滯糾正。另一方面,接收到的信號(hào)都經(jīng)過了隔直流處理,而在計(jì)算斯托克斯參量時(shí)需要保留直流分量。所以,此處需要一個(gè)直流補(bǔ)償過程。進(jìn)一步地,通過公式(1)得到斯托克斯參量S1、S2以及S3。

得到斯托克斯參量后,本發(fā)明采用類似于K.Kikuchi等提出方法來實(shí)現(xiàn)偏振追蹤。同時(shí),為了避免初始參考向量設(shè)置不當(dāng)所帶來的問題,本發(fā)明采用訓(xùn)練序列作為參考以實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的正確追蹤。定義St1、St2以及St3為訓(xùn)練序列的斯托克斯參量,v1、v2以及v3為分別指向0°、45°以及RC偏振方向的初始參考向量,則具體偏振追蹤方法可描述如下:當(dāng)Sti(n)>Uthi時(shí),vi(n+1)以公式(2)方式更新;當(dāng)Sti(n)<Uthi時(shí),vi(n+1)以公式(3)方式更新。

vi(n+1)={vi(n)+u·[s(n)-vi(n)]}/||vi(n)+u·[s(n)-vi(n)]|| (2)

vi(n+1)={vi(n)+u·[-s(n)-vi(n)]}/||vi(n)+u·[-s(n)-vi(n)]|| (3)

其中i=1、2或3,s(n)=[S1(n),S2(n),S3(n)],u為更新步長,Uthi為對(duì)應(yīng)Sti判決門限。最后獲得偏振追蹤后的三個(gè)斯托克斯矢量分別為vt1、vt2以及vt3。

偏振追蹤后,對(duì)信號(hào)做偏振解復(fù)用與判決處理。結(jié)合圖3與圖6-11所示,其中圖6-11為本發(fā)明中相關(guān)斯托克斯矢量乘積的概率分布圖。圖6表示接收端總功率S0的概率分布;圖7和8分別表示只有一個(gè)偏振態(tài)加載高電平信號(hào)時(shí),其它偏振態(tài)都處于低電平時(shí),vt1·s及vt2·s的概率分布;圖9、10和11分別表示兩個(gè)偏振態(tài)加載低電平信號(hào),兩個(gè)偏振態(tài)加載高電平信號(hào)時(shí),(vt1·s+vt2·s)、(vt1·s-vt2·s)及vt3·s的概率分布。

此部分方法描述如下:1)根據(jù)S0的分布,將信號(hào)分為五部分。

當(dāng)S0<Sth0時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第1種狀態(tài),即發(fā)送端信號(hào)皆為低電平。

當(dāng)S0>Sth3時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第16種狀態(tài),即發(fā)送端信號(hào)皆為高電平。

當(dāng)Sth0<S0<Sth1時(shí),只有一個(gè)偏振態(tài)加載了高電平信號(hào),計(jì)算vt1·s及vt2·s并得到其概率分布如圖7及8所示。如果abs(vt1·s)>abs(vt2·s),當(dāng)vt1·s<Sth4時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第4種狀態(tài),即發(fā)送端信號(hào)只有90°偏振態(tài)攜帶了高電平;當(dāng)vt1·s>Sth4時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第5種狀態(tài),即發(fā)送端信號(hào)只有0°偏振態(tài)攜帶了高電平。如果abs(vt1·s)<abs(vt2·s),當(dāng)vt2·s<Sth5時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第2種狀態(tài),即發(fā)送端信號(hào)只有-45°偏振態(tài)攜帶了高電平;當(dāng)vt2·s>Sth5時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第3種狀態(tài),即發(fā)送端信號(hào)只有45°偏振態(tài)攜帶了高電平。

當(dāng)Sth1<S0<Sth2時(shí),有兩個(gè)偏振態(tài)加載了高電平信號(hào),計(jì)算(vt1·s+vt2·s)、(vt1·s-vt2·s)及vt3·s并得到其概率分布如圖9、10及11所示。當(dāng)(vt1·s+vt2·s)<Sth6時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第7種狀態(tài),當(dāng)(vt1·s+vt2·s)>Sth7時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第10種狀態(tài);當(dāng)(vt1·s-vt2·s)<Sth8時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第8種狀態(tài),當(dāng)(vt1·s-vt2·s)>Sth9時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第9種狀態(tài);當(dāng)vt3·s<Sth10時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第11種狀態(tài),當(dāng)vt3·s>Sth10時(shí),可以判定發(fā)送端的信號(hào)為圖3中的第6種狀態(tài)。

當(dāng)Sth2<S0<Sth3時(shí),只有一個(gè)偏振態(tài)加載了低電平,可以通過計(jì)算vt1·s及vt2·s得到圖3中第12-15種狀態(tài)。至此,圖3中的所有可能被判定出來,即信號(hào)得到了解復(fù)用與解調(diào)。此處的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是,在斯托克斯空間內(nèi)0°、45°以及RC偏振態(tài)指向的矢量方向互相正交,0°與90°偏振態(tài)之間指向相反的方向,且-45°與45°以及RC與LC偏振態(tài)也一樣。

圖12-14分別為本發(fā)明中背靠背傳輸、經(jīng)過2公里傳輸以及接收端加入擾偏器后系統(tǒng)的誤碼率曲線圖。圖12為單個(gè)偏振態(tài)、一個(gè)PDM以及2×PDM系統(tǒng)(本發(fā)明提出的系統(tǒng))在背靠背傳輸情況下的誤碼率對(duì)比圖。圖中使用7%的前向糾錯(cuò)(FEC)閾值作為對(duì)比,表示任何低于這個(gè)閾值的誤碼率都可以恢復(fù)成無誤碼信號(hào)。

從圖12中可以看出,本發(fā)明提出的系統(tǒng)在背靠背傳輸下比單個(gè)偏振態(tài)或一個(gè)正交偏振態(tài)復(fù)用系統(tǒng)性能相差約1.5dB。同時(shí),各偏振態(tài)誤碼率基本上無差別。圖13為2×PDM系統(tǒng)在背靠背與2km傳輸情況下的性能對(duì)比。從圖中可以看出,2km傳輸?shù)男阅苤槐缺晨勘硞鬏數(shù)男阅懿盍思s0.5dB。

另一方面,為了驗(yàn)證本發(fā)明中偏振追蹤方法的性能,在固定接收端功率為-11.5dBm(平均到每個(gè)偏振態(tài)的功率)時(shí),利用一個(gè)擾偏器來改變輸入到斯托克斯分析儀的偏振態(tài)。設(shè)置擾偏器的擾偏速率為708.75deg/s。在采樣數(shù)據(jù)時(shí),固定每2分鐘采一次。最后計(jì)算出來的誤碼率如圖14所示,可以看出本發(fā)明使用的偏振追蹤方法能夠快速并準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)追蹤。

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以觀察到,本發(fā)明基于斯托克斯空間實(shí)現(xiàn)了2×PDM-IM/DD系統(tǒng)的偏振解復(fù)用與信號(hào)解調(diào)。該方案利用一個(gè)斯托克斯分析儀就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)正交偏振復(fù)用系統(tǒng)的同時(shí)解復(fù)用。同時(shí),僅需對(duì)現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)發(fā)送端與接收端做少量改進(jìn)即可實(shí)現(xiàn)。由于本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理方法簡單、兼容性好等特點(diǎn),適合于短距離光互聯(lián)、數(shù)據(jù)中心以及接入網(wǎng)信號(hào)傳輸。

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