基于MZI-MVM的相干光通信的光子色散均衡系统技术方案

本发明专利技术属于通信数字均衡技术领域，具体为基于MZI

【技术实现步骤摘要】
oscilloscope,LO)进行混频，输出相干信号的实部和虚部；
[0008]所述电信号预处理模块，根据实际需求将接收到的电信号进行重采样和时钟恢复；
[0009]所述光子色散均衡器输入信号变换模块，用于将接收到的电信号进行串并转换，转换为适合色散矩阵输入的大小；
[0010]所述光子色散均衡器信号处理模块，用于在光子色散均衡器矩阵设计模块设计好的均衡器矩阵基础上，对输入的光信号进行处理，得到输出后的经过色散均衡的光信号；
[0011]所述光子色散均衡器信号接收模块，用于接收光子色散均衡器矩阵输出的光信号，并通过相干信号接收机阵列将其转换为电信号输出，得到粗处理的经过光子色散均衡的电信号；
[0012]所述输出信号合成模块，用于将从光子色散均衡器矩阵中输出的信号采样后进行串并转变，变成需要的信号数据流，得到经过色散处理后的信号。
[0013]进一步地，
[0014]所述光子色散均衡器矩阵设计模块，所述根据待均衡的色散的距离大小和信号的波特率，针对性计算每个矩阵元的值，并以此设计光子矩阵，包含两部分：
[0015]第一部分，生成色散均衡器抽头系数。由于长距离高波特率的信号中色散往往需要较大的抽头数，而实际的光子器件往往受到设计规模的限制。针对这一难点，本专利技术中提出一种用于光子色散均衡器设计的缩减抽头数的方案，能够在抽头数受器件模块大小限制的情况下，将色散均衡滤波器的性能提升。具体用于色散均衡的抽头参数可以通过以下公式计算得到：
[0016][0017]式中，T、D、z、λ分别代表采样时间、色散常数、传播距离、中心波长。j为虚数单位，n为抽头序号。根据公式(1)，色散均衡器的抽头值是可以被确定的。但当抽头的最大数量固定时，问题就会发生变化。公式所需要的抽头数可能会超出实际器件所能提供的数值，因此本专利技术采用从频域滤波到时域卷积的变换方法。当传输距离变得比可用的MZI
‑
MVM可用的抽头数量更大时，先生成一个抽头数更长的滤波器，然后再将其削减到可行的范围。
[0018]第二部分，将色散均衡滤波器的参数映射到矩阵中，具体的映射方法为：
[0019][0020]其中，λ为色散滤波器的抽头，被按照如上所示的顺序分布于矩阵中。按照上述参数计算出所需要的MZI
‑
MVM矩阵中的每个相移器的参数，对矩阵施加响应的电信号，即可完成光子色散均衡器矩阵的设计。
[0021]所述相干信号接收模块，所述相干信号与发射的LO光混频后，由集成相干接收机(Integrated coherent receiver,ICR)检测；使四个输出端口的相对相差分别是0
°
、90
°
、
180
°
、270
°
；四个端口得到的光电流分别如下所示：
[0022][0023]其中，P
S
,P
LO
分别表示信号和LO的光功率，k
S1
和k
S2
分别表示信号光I路和Q路的分量强度，k
L1
和k
L2
分别表示LO光I路和Q路的分量强度；ф
sig
，ф
L0
分别表示信号光和本振光的相位；0
°
和180
°
以及90
°
和270
°
端口经平衡探测器所得的光电流直流分量分别相等，因此可以通过各自相减得到两个相干信号，这两个信号分别对应接收的相干信号的I路和Q路。这一过程可以用公式表示为：
[0024][0025]所述电信号预处理模块，所述将接收到的电信号进行重采样和时钟恢复，具体是将电信号重采样至两倍采样率，然后对其进行时钟恢复，将采样点恢复为最大功率处，可以最大化利用信号的信噪比。
[0026]所述光子色散均衡器输入信号变换模块中，所述将接收到的电信号进行串并转换，转换为适合色散矩阵输入的大小，即将电信号进行串并变换，再从矩阵的每个输入端口进行输入；这一过程实际上是对输入的信号做分块处理，具体为，对于一个M
×
M的矩阵，输入数据流首先被转换为如下形式：
[0027][0028]其中，x(n)为接收的数据流，为一个长度为n的序列。在实际使用的过程中，按照顺序将电信号加载到光载波上，通过延时器将加载信号的光载波，以一定的延时顺序输入到矩阵输入端口即可。
[0029]所述光子色散均衡器信号处理模块中，所述对输入的光信号进行处理，具体是在光域进行矩阵运算，执行如下的矩阵运算操作：
[0030][0031]得到输出后的经过色散均衡的光信号。
[0032]所述输出信号合成模块，所述将从光子色散均衡器矩阵中输出的信号采样后进行串并转变，变成需要的信号数据流，得到经过色散处理后的信号，具体是输出信号的数据按照一定的规则进行处理，以得到经过色散均衡以后的没有色散损伤的信号；用分块矩阵的方式表示整个运算过程如下所示：
[0033][0034]将上述得到的对角矩阵的对角线上的值累加，即可得到最终的输出向量，其中每个X
i
代表一个行向量：
[0035]X
i
＝[x(i),x(i+1),x(i+2),
…
,x(i+M2‑
1)]，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)。
[0036]本专利技术提供的基于MZI
‑
MVM的相干光通信光子色散均衡系统，其工作流程为：
[0037](一)在光子色散均衡器矩阵设计模块部分，根据实际系统中需要补偿的信号的波特率的传输距离设计光子色散均衡器矩阵；
[0038](二)通过相干信号接收模块接收发射过来的光信号，得到采样后的电信号；
[0039](三)使用电信号预处理模块将接收到的电信号进行重采样和时钟恢复的操作，最大化利用信号的信噪比；
[0040](四)将信号进行预处理，再将处理后的光信号从光子色散均衡器矩阵的每个输入端口进行输入；
[0041](五)信号经过光子色散均衡器矩阵处理，得到矩阵输出的原始信号；
[0042](六)光子色散均衡器信号接收模块通过相干信号接收机阵列将光子色散均衡器矩阵输出的光信号接收并转换为电信号输出，得到粗处理的经过光子色散均衡的电信号；
[0043](七)输出信号合成模块将输出的数据按照一定的规则进行处理，以得到经过色散均衡以后的没有色散损伤的信号。
[0044]本专利技术具有以下优越性：
[0045]本专利技术提出了一种全新的色散均衡方案，采用光芯片利用可调谐设备对长距离光纤传输系统中的色散进行补偿。相较于传统的DSP方案，可以有效降低色散均衡的功耗。得益于采用光芯片进行色散均衡的方式，利用同样的芯片能够应对大量不同场合的色散均衡，有着较广的适用范围。利用本专利技术提出的用于光子色散均衡器设计的缩减抽头数的方
案，能够在抽头数受器件模块大小限制的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MZI
‑
MVM的相干光通信的光子色散均衡系统，其特征在于，包括：光子色散均衡器矩阵设计模块、相干信号接收模块、电信号预处理模块、光子色散均衡器输入信号变换模块、光子色散均衡器信号处理模块、光子色散均衡器信号接收模块和输出信号合成模块；其中：所述光子色散均衡器矩阵设计模块，根据待均衡的色散的距离大小和信号的波特率，针对性计算每个矩阵元的值，并以此设计光子矩阵；所述相干信号接收模块，用于将接收到的相干信号和本振光(LO)进行混频，输出相干信号的实部和虚部；所述电信号预处理模块，根据实际需求将接收到的电信号进行重采样和时钟恢复；所述光子色散均衡器输入信号变换模块，用于将接收到的电信号进行串并转换，转换为适合色散矩阵输入的大小；所述光子色散均衡器信号处理模块，用于在光子色散均衡器矩阵设计模块设计好的均衡器矩阵基础上，对输入的光信号进行处理，得到输出后的经过色散均衡的光信号；所述光子色散均衡器信号接收模块，用于接收光子色散均衡器矩阵输出的光信号，并通过相干信号接收机阵列将其转换为电信号输出，得到粗处理的经过光子色散均衡的电信号；所述输出信号合成模块，用于将从光子色散均衡器矩阵中输出的信号采样后进行串并转变，变成需要的信号数据流，得到经过色散处理后的信号。2.根据权利要求1所述的基于MZI
‑
MVM的相干光通信的光子色散均衡系统，其特征在于，光子色散均衡器矩阵设计模块中，所述根据待均衡的色散的距离大小和信号的波特率，针对性计算每个矩阵元的值，并以此设计光子矩阵，包含两部分：第一部分，生成色散均衡器抽头系数，具体采用光子色散均衡器缩减抽头数的方案，用于色散均衡的抽头参数通过以下公式计算得到：式中，T、D、z、λ分别代表采样时间、色散常数、传播距离、中心波长j为虚数单位，n为抽头序号，当抽头的最大数量固定时，公式所需要的抽头数可能超出实际器件所能提供的数值，因此采用从频域滤波到时域卷积的变换方法；当传输距离变得比可用的MZI
‑
MVM可用的抽头数量更大时，先生成一个抽头数更长的滤波器，然后再将其削减到可行的范围；第二部分，将色散均衡滤波器的参数映射到矩阵中，具体的映射方法为：其中，λ为色散滤波器的抽头，被按照如上所示的顺序分布于矩阵中；按照上述参数计算出所需要的MZI
‑
MVM矩阵中的每个相移器的参数，对矩阵施加响应的电信号，即完成光子色散均衡器矩阵的设计。
3.根据权利要求2所述的基于MZI
‑
MVM的相干光通信的光子色散均衡系统，其特征在于，相干信号接收模块中，所述相干信号与发射的LO光混频后，由集成相干接收机(ICR)检测，使四个输出端口的相对相差分别是0
°
、90
°
、180
°
、270
°
；四个端口得到的光电流分别如下所示：其中，P
S
,P
LO
分别表示信号和LO的光功率，k
S1
和k
S2
分别表示信号光I路和Q路的分量强度，k
L1
和k
L2
分别表示LO光I路和Q路的分量强度；ф
sig
，ф
L0
分别表示信号光和本振光的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊文，邢思哲，迟楠，李子薇，李国强，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：