一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法，属于通信技术领域,本发明专利技术采用载波路导频光在发射端双边带调制并在接收端下变频恢复的方法有效的消除了由于少模光纤传输过程中载波路受到信号路的串扰而导致的相干拍频噪声的影响。该方法在不改变现有少模光纤(FMF)参数下，提高了自零差检测模分复用(MDM‑SHD)系统的传输距离，降低了MDM‑SHD系统对模式复用器/解复用器(MUX/DEMUX)的模式选择灵敏度的要求，同时能够保证较好的误码性能，具有较高的性能效果。

A method for eliminating crosstalk wave load self homodyne detection in mode division multiplexing system

The invention discloses a method to eliminate self homodyne detection mode division multiplexing system carrier channel crosstalk, which belongs to the technical field of communication, the invention adopts the carrier channel pilot light transmitter in bilateral band modulation and frequency recovery at the receiving end of the effective method of eliminating the crosstalk in optical fiber transmission mode in the carrier channel by the way of the signal due to the influence of coherent beat noise. This method does not change the existing few mode fiber (FMF) parameters, improve the self homodyne detection mode division multiplexing (MDM SHD) distance transmission system, reduces the MDM SHD system model of multiplexer / demultiplexer (MUX/DEMUX) mode selection sensitivity requirements, at the same time to ensure a good error performance the effect of high performance.

【技术实现步骤摘要】
一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于自零差检测模分复用(MDM-SHD)通信系统中载波串扰的消除方法。
技术介绍
近几年随着移动互联网、云计算、物联网技术的应用和发展，数据业务呈爆发式增长的趋势。其中，以光接入网和数据中心光互联为代表的中短距离光通信迫切需求提高网络宽带容量。目前在短距离光通信上普遍采用强度调制-直接检测(IM/DD)方式，该方式只能利用光强度信息，导致相位信息的丢失，造成了频谱资源的浪费，而且IM/DD受色散和非线性噪声的影响严重，使得它很难实现大容量传输。相干光通信(ID)有着高灵敏度、高频谱效率等优点，目前已被广泛应用于长距离大容量的骨干光纤网络中。结合密集波分复用(DWDM)技术，相干光通信甚至能够实现单根光纤数Tb/s的高传输速率。然而相干光通信系统有着复杂的设备，高昂的成本，这些使得相干光通信不能满足短距离通信对于传输成本的要求。为了能够有效地提高传输系统的容量并且保持相对较低的成本，基于自零差检测的模分复用(MDM-SHD)通信技术应运而生。在MDM-SHD系统中，载波路的导频(PT)光将和信号路正交幅度调制(mQAM)信号一起经过模式复用器(MUX)进入少模光纤(FMF)中传输。在接收端，模式解复用器(DEMUX)将信号路和载波路分离。分离的载波路导频光将做为本振荡光(LO)与信号路进行相干检测，从而得到发射信号。这种检测方式能够省去接收端的本振激光源，降低发射端光源线宽的要求，并且由于载波路光和信号路光出自同一个激光源并且经历了相同的噪声信道环境，所以接收到的信号不会存在频率偏移损伤，相位噪声也得到抑制消除，大大降低了DSP信号处理的复杂度和运算次数。然而实际少模光纤中的模式串扰将会使载波路的导频光受到来自信号路的串扰，这些串扰经相干检测后会产生拍频噪声，降低整个系统的传输性能。因此消除MDM-SHD系统中的载波路串扰的影响，进一步提高MDM-SHD系统的传输性能是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有MDM-SHD系统中载波路串扰的问题，本专利技术提出了一种基于载波路双边带调制的自零差检测模分复用(DSB-MDM-SHD)系统方案。该方法能够在不改变现有少模光纤参数下，降低由于传输过程中载波路受到信号路的模式串扰而导致的相干拍频噪声的影响。该方法具有较好的效果，能够在相同传输参数下降低系统的误码率。本专利技术通过如下技术方案实现的：一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法，具体步骤如下：第一步，调制产生载波路的双边带导频光和信号路的mQAM光信号，具体包括如下步骤：步骤S101：根据需要传输的mQAM信号的符号率和调制格式来计算信号的带宽fs，以mQAM信号的第一个频谱零点的频率ω0确定载波路需要使用的正弦波的频率，从而保持载波路与信号路在频谱上正交；步骤S102：将频率为ω0的正弦波通过马赫增德尔强度调制器(MZ)调制到载波路光上，从而产生载波路的双边带导频光；步骤S103：将需要传输的mQAM信号通过正交IQ调制器调制到信号路光上，从而得到信号路的mQAM光信号；其中，在发射端，信号路ES(t)和载波路EP(t)的分别表示为：其中，PS和PP分别为信号路和载波路的平均光功率，表示中心频率为WC的光载波；载波路EP(t)和信号路ES(t)分别经过步骤S102和步骤S103后，可表示为：其中，s(t)为能量归一化的mQAM信号；第二步，将载波路和信号路一起送入少模光纤进行传输，具体包括如下步骤：步骤S104：将载波路和信号路通过模式耦合器分别承载到不同的线极化模(LP模)上，进入少模光纤进行传输；步骤S105：在接收端通过模式解复用器将载波路和信号路进行模式变换和分离，并且使用长度可调的光纤(ODLs)来消除少模光纤中不同模式之间的差分模时延(DMGD)在接收端造成的时间差；由于各LP模式上的信号在少模光纤传输过程中会受到模式串扰、差分模时延等损伤，并且差分模群时延所造成的时间差能够被ODLs消除掉，不会对载波路与信号路的频谱正交性造成破坏。因此为了简单明了的分析，在公式表达上，我们只考虑少模光纤中模式串扰的影响。其中，经过步骤S104和步骤S105后，载波路EP(t)和信号路ES(t)可以表示为：其中，α和β分别为载波路和信号路经过少模光纤传输后的耦合系数；第三步，在接收端对载波路进行下变频、滤波、放大，然后作为相干的本振光(LO)与信号路进行相干检测。步骤S106：将模式解复用器分离的载波路送入马赫增德尔强度调制器，对载波路进行下变频；经过步骤S106后，载波路可以表示为：其中，为所需的导频光，可作为相干的本振光源；为原来载波路中双边带导频光的2倍频；和分别为载波路串扰信号下变频后的右边带和左边带；根据公式(7)可以看出，载波路串扰的信号进过下变频之后，仍与所需的导频光保持频谱正交。步骤S107：使用光带通滤波器对经过下变频的载波路进行滤波；载波路经过步骤S107后，载波路可以表示为：步骤S108：滤波后的载波路导频光接近理想的本振光，然而由于双边带调制深度以及传输过程中光纤的损耗等原因，使得滤波后的载波路导频光功率较低，因此需要光放大器对滤波后的载波路进行放大，使光功率稳定在mw级；步骤S109：将经过放大后的载波路导频光作为相干光通信的本振光源，与信号路进行相干检测；步骤S110：将相干检测得到的电信号送入数字信号处理(DSP)模块中进行信号处理；其中，信号处理包括采样、归一化、时钟同步、色散(CD)补偿、MIMO均衡和判决误码率(BER)计算。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术采用载波路导频光在发射端双边带调制并在接收端下变频恢复的方法有效的消除了由于少模光纤传输过程中载波路受到信号路的串扰而导致的相干拍频噪声的影响。该方法在不改变现有少模光纤(FMF)参数下，提高了自零差检测模分复用(MDM-SHD)系统的传输距离，降低了MDM-SHD系统对模式复用器/解复用器(MUX/DEMUX)的模式选择灵敏度的要求，同时能够保证较好的误码性能，具有较高的性能效果。附图说明图1为本专利技术的基于载波路双边带调制的4×4自零差检测模分复用(DSB-MDM-SHD)系统结构示意图；图2为本专利技术的基于载波路双边带调制的4×4自零差检测模分复用(DSB-MDM-SHD)系统发射机结构示意图；图3为本专利技术的基于载波路双边带调制的4×4自零差检测模分复用(DSB-MDM-SHD)系统接收机结构示意图；图4为本专利技术的在60km传输时，使用4×4DSB-MDM-SHD系统结构方案的载波路各部分频谱变化示意图。其中，图4-1、4-2、4-3、4-4、4-5所表示的载波路频谱图分别对应图1结构中标注的1、2、3、4、5位置。图4-1为发射端光源经过分束器后载波路的频谱；图4-2发射端为载波路进行双边带调制后的频谱图；图4-3为接收端载波路经过时延补偿后的频谱图；图4-4为接收端载波路经过下变频后的频谱图；图4-5为接收端载波路经过光滤波和光放大后的频谱图。图5为本专利技术的经过60km传输后，在不同光信噪比(OSNR)下，使用4×4DSB-MDM-SHD系统结构方案各模式信号路的系统误码率(BER)表现图；图6为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，调制产生载波路的双边带导频光和信号路的mQAM光信号；具体包括如下步骤：步骤S101：根据需要传输的mQAM信号的符号率和调制格式来计算信号的带宽fs，以mQAM信号的第一个频谱零点的频率ω0确定载波路需要使用的正弦波的频率，从而保持载波路与信号路在频谱上正交；步骤S102：将频率为ω0的正弦波通过马赫增德尔强度调制器(MZ)调制到载波路光上，从而产生载波路的双边带导频光；步骤S103：将需要传输的mQAM信号通过正交IQ调制器调制到信号路光上，从而得到信号路的mQAM光信号；第二步，将载波路和信号路一起送入少模光纤进行传输；具体包括如下步骤：步骤S104：将载波路和信号路通过模式耦合器分别承载到不同的线极化模(LP模)上，进入少模光纤进行传输；步骤S105：在接收端通过模式解复用器将载波路和信号路进行模式变换和分离，并且使用长度可调的光纤(ODLs)来消除少模光纤中不同模式之间的差分模时延(DMGD)在接收端造成的时间差；第三步，在接收端对载波路进行下变频、滤波、放大，然后作为相干的本振光(LO)与信号路进行相干检测。步骤S106：将模式解复用器分离的载波路送入马赫增德尔强度调制器，对载波路进行下变频；步骤S107：使用光带通滤波器对经过下变频的载波路进行滤波；步骤S108：使用光放大器对滤波后的载波路进行放大，使光功率稳定在mw级；步骤S109：将经过放大后的载波路导频光作为相干光通信的本振光源，与信号路进行相干检测；步骤S110：将相干检测得到的电信号送入数字信号处理(DSP)模块中进行信号处理。...

【技术特征摘要】
1.一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，调制产生载波路的双边带导频光和信号路的mQAM光信号；具体包括如下步骤：步骤S101：根据需要传输的mQAM信号的符号率和调制格式来计算信号的带宽fs，以mQAM信号的第一个频谱零点的频率ω0确定载波路需要使用的正弦波的频率，从而保持载波路与信号路在频谱上正交；步骤S102：将频率为ω0的正弦波通过马赫增德尔强度调制器(MZ)调制到载波路光上，从而产生载波路的双边带导频光；步骤S103：将需要传输的mQAM信号通过正交IQ调制器调制到信号路光上，从而得到信号路的mQAM光信号；第二步，将载波路和信号路一起送入少模光纤进行传输；具体包括如下步骤：步骤S104：将载波路和信号路通过模式耦合器分别承载到不同的线极化模(LP模)上，进入少模光纤进行传输；步骤S105：在接收端通过模式解复用器将载波路和信号路进行模式变换和分离，并且使用长度可调的光纤(ODLs)来消除少模光纤中不同模式之间的差分模时延(DMGD)在接收端造成的时间差；第三步，在接收端对载波路进行下变频、滤波、放大，然后作为相干的本振光(LO)与信号路进行相干检测。步骤S106：将模式解复用器分离的载波路送入马赫增德尔强度调制器，对载波路进行下变频；步骤S107：使用光带通滤波器对经过下变频的载波路进行滤波；步骤S108：使用光放大器对滤波后的载波路进行放大，使光功率稳定在mw级；步骤S109：将经过放大后的载波路导频光作为相干光通信的本振光源，与信号路进行相干检测；步骤S110：将相干检测得到的电信号送入数字信号处理(DSP)模块中进行信号处理。2.如权利要求1所述的一种自零差检测模分复用系统中载波路串扰的消除方法，其特征在于，所述的第一步中，在发射端，信号路ES(t)和载波路EP(t)的分别表示为：其中，PS和PP分别为信号路和载波路的平均光功率，表示中心频率为WC的光载波；载波路EP(t)和信号路ES(t)分别经过步骤S102和步骤S103后，可表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贵军，郭盟，郝海洋，段净化，李娇，刘云鹤，黄成斌，陈翠光，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22