一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法，属于通信技术领域，该补充方法使用Optisystem仿真平台搭建的基于PAM4信号IM/DD背靠背传输系统，通过调整MZM的偏置电压来模拟MZM产生的非线性损伤；由于MZM的调制曲线为类余弦函数，具有周期性，非线性，故使用基于正弦函数作为副载波的调制方法，用于抑制MZM在调制过程中对信号产生的非线性失真，最后使用Matlab进行数字信号处理来均衡码间串扰。本发明专利技术通过使用基于副载波的调制方法用于补偿由于MZM自身调制特性带来的非线性损伤，降低接收端DSP的复杂度，提升信号的传输效率。提升信号的传输效率。提升信号的传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法及系统


[0001]本专利技术属于通信
，涉及基于PAM4信号的相干光纤通信系统中调制器非线性损伤的补偿，具体涉及一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]面对日益增长的业务需求，对光传输技术的发展提出了更高的要求，采用不归零编码(Non
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Return
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to
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Zero,NRZ)实现的传统强度调制直接检测(Intensity Modulation/Direct Detection,IM/DD)光通信系统难以满足不断提高的传输速率的要求。因此，短距离光传输系统在考虑成本和能效的情况下，通常采用IM
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DD调制检测技术，并结合先进的多电平调制技术，以实现高速率的传输。目前，适用于IM
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DD主流的高效调制方案有3种:脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation,PAM)、无载波幅度相位调制(Carrier
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less Amplitude and Phase modulation,CAP)、离散多音调制(Discrete Multi
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Tone,DMT)。其中，由于实际应用中需要考虑到系统功耗和调制格式实现的复杂性，在IM/DD系统中PAM4被广泛应用。
[0003]基于PAM4的IM/DD系统结构，主要包括发送端的数字信号处理(Digital Signal Processor,DSP)、光调制器、光纤传输、光电检测器、以及接收端数字信号处理。发送端的数字信号处理包括信道编码、过采样、PAM4符号映射等技术。接收端数字信号处理包括降采样、信道均衡、PAM4符号解映射、误码率计算。目前常见的IM/DD系统调制方式有内调制和外调制两种，内调制主要有电吸收调制激光器(Electro Absorption Modulator,EAM)和直接调制激光器(Directly Modulated Lasers,DML)，外调制则主要是马赫增德尔调制器(Mach Zender Modulator,MZM)。
[0004]PAM4调制格式在提升传输速率的同时也对系统光电器件造成的非线性损伤、码间串扰等影响因素更为敏感。MZM做为IM/DD系统主流的调制器之一，其自身调制曲线的非线特性带来的信号非线性失真是基于PAM4的IM/DD系统不可避免的问题，目前采用的MZM非线性补偿方法均是使用均衡算法在接收端对传输后的信号进行数字信号处理，算法复杂度较高。
[0005]综上，亟需提供一种对MZM非线性损伤进行补偿的方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的采用均衡算法在接收端对传输后的信号进行数字信号处理的MZM非线性补偿方法，该算法存在复杂度较高等问题，本专利技术提供了一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法及系统；本专利技术的非线性补偿方法，使用Optisystem与Matlab联合仿真模拟基于PAM4的IM/DD背靠背传输系统，在本系统中，PAM4信号的产生、数模转换及光电转换等部分由Optisystem实现，PAM4信号接收端的数字信号处理由Matlab实现，可以降低接收端DSP的复杂度。
[0007]一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法的原理如下：
[0008]首先，使用Optisystem仿真平台搭建的基于PAM4信号IM/DD背靠背传输系统，通过调整MZM的偏置电压来模拟MZM产生的非线性损伤。由于MZM的调制曲线为类余弦函数，具有周期性，非线性，故使用基于正弦函数作为副载波的调制方法，用于抑制MZM在调制过程中对信号产生的非线性失真，最后使用Matlab进行数字信号处理来均衡码间串扰。本专利技术通过使用基于副载波的调制方法用于补偿由于MZM自身调制特性带来的非线性损伤，降低接收端DSP的复杂度，提升信号的传输效率。
[0009]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0010]一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法，具体包括如下步骤：
[0011]步骤S1：由伪随机位序列生成PAM4信号；
[0012]步骤S2：模拟MZM非线性损伤，加入副载波调制，补偿非线性损伤；
[0013]步骤S3：对补偿后的信号进行数字信号处理，均衡码间串扰。
[0014]进一步地，步骤S1具体如下：
[0015]首先，在Optisystem中使用伪随机位序列发生器生成一段随机二进制数字信号，随后使用PAM序列发生器将该随机二进制数字信号映射为PAM4信号格式，此时信号的每个符号可提供2比特的信息。
[0016]进一步地，步骤S2的过程如下：
[0017](1)、映射后的PAM4信号进入多电平脉冲发生器进行脉冲成形产生数字信号；
[0018](2)、数字信号进入数模转换器(DAC)后转换为模拟信号；
[0019](3)、数模转换后的PAM4信号和正弦波同时进入光调制器(MZM)，激光器产生连续光信号进而驱动光调制器；正弦波发生器产生的正弦波抑制MZM在调制过程中对光信号产生的非线性干扰；其中，所述激光器产生幅度为E0、角频率为ω0、时间为t，初始相位为的连续光信号j为虚数单位；副载波为幅度为A、角频率为ω1、初始相位为的正弦波信号经MZM调制后，输出光信号为其中，IL为插入损耗；γ为表示MZM两个Y分支波导的功率分裂比(假设是对称的)，即ExtRatio为消光比；v1(t)和v2(t)分别为调制器上、下波导的输入电压；v
bias1
和v
bias2
分别为第一偏置电压和第二偏置电压；V
πRF
为MZM的开关调制电压；V
πDC
为MZM的开关偏置电压；
[0020](4)、将上述加入副载波后光电转换输出的光信号经光电检测器(PD)转换成电信号；光电检测器所产生的电流随入射光功率变化而变化，且接收端光电探测器的输出电流与接收光场强度的平方呈正相关，即I
out
∝
|E
out
(t)2；Io
ut
为输出电流；
[0021](5)、转换后的含有副载波信号的电信号经低通高斯滤波器将高频分量滤除后，得到非线性补偿后PAM4信号，滤波器传递函数为:其中，α为插入损耗；f
c
为滤波器截止频率；f为频率；N为滤波器阶数；
[0022](6)、滤除高频分量的非线性补偿后PAM4信号进入模数转换器(ADC)，转换成数字信号。
[0023]进一步地，步骤S3具体如下：
[0024]将非线性补偿后PAM4信号通过Matlab进行一系列的数字信号处理，其主要包括降采样、数字均衡、PAM4符号解映射。
[0025]另一方面，本专利技术还提供了一种基于副载波调制的MZM非线性补偿系统，包括：
[0026]数字调制模块，用于将随机比特序列映射成PAM4信号，并传输给脉冲成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤S1：由伪随机位序列生成PAM4信号；步骤S2：模拟MZM非线性损伤，加入副载波调制，补偿非线性损伤；步骤S3：对补偿后的信号进行数字信号处理，均衡码间串扰。2.如权利要求1所述的一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法，其特征在于，步骤S1具体如下：首先，在Optisystem中使用伪随机位序列发生器生成一段随机二进制数字信号，随后使用PAM序列发生器将该随机二进制数字信号映射为PAM4信号格式，此时信号的每个符号可提供2比特的信息。3.如权利要求1所述的一种基于副载波调制的MZM非线性补偿方法，其特征在于，步骤S2的过程如下：(1)、映射后的PAM4信号进入多电平脉冲发生器进行脉冲成形产生数字信号；(2)、数字信号进入数模转换器后转换为模拟信号；(3)、数模转换后的PAM4信号和正弦波同时进入光调制器(MZM)，激光器产生连续光信号进而驱动光调制器；正弦波发生器产生的正弦波抑制MZM在调制过程中对光信号产生的非线性干扰；其中，所述激光器产生幅度为E0、角频率为ω0、时间为t，初始相位为的连续光信号j为虚数单位；副载波为幅度为A、角频率为ω1、初始相位为的正弦波信号经MZM调制后，输出光信号为其中，IL为插入损耗；γ为表示MZM两个Y分支波导的功率分裂比(假设是对称的)，即ExtRatio为消光比；v1(t)和v2(t)分别为调制器上、下波导的输入电压；v
bias1
和v
bias2
分别为第一偏置电压和第二偏置电压；V
πRF
为MZM的开关调制电压；V
πDC
为MZM的开关偏置电压；(4)、将上述加入副载波后光电转换输出的光信号经光电检测器(PD)转换成电信号；光电检测器所产生的电流随入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子君，胡贵军，李莉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：