基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统技术方案

本发明专利技术属于光纤通信技术领域，具体是一种基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统。本发明专利技术仅利用单个MZM，通过输入两路OOK电信号，在推挽模式下合成产生PAM4光信号，可避免由两路OOK电信号合成PAM4后经过MZM调制产生光信号，而利用MZM的差分工作模式，直接利用两路电信号产生PAM4光信号。同时，使用VSB滤波器对产生的PAM4信号进行处理，处理后的光信号在100Gb/s速度下通过5km标准单模光纤传输后仍然保持良好的信号质量。本发明专利技术系统结构简单，成本低廉，稳定性强。本发明专利技术基于MZM差分工作原理，可用于光通信系统中方便快捷地产生PAM4光信号。用于光通信系统中方便快捷地产生PAM4光信号。用于光通信系统中方便快捷地产生PAM4光信号。

【技术实现步骤摘要】
基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统


[0001]本专利技术属于光纤通信
，具体涉及基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统。

技术介绍

[0002]随着5G、大数据、云计算和物联网时代的到来，流量需求的急剧增长，光器件带宽提升越来越困难，迫切需要采用复杂调制方式。在不归零码（NRZ）调制方式升级方案中，四阶脉幅调制（PAM4）是最被看好的高阶调制方式之一，它将支持光通信向更高速率迈进。在未来 5G 承载高速光模块中将广泛地采用 PAM4技术。PAM4调制方式采用4个不同的信号电平来进行数据传输，每个符号周期可以表示2bit的信息。由于 PAM4信号每个符号周期可以传输 2 bit 的信息，因此要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只有NRZ信号的一半，在同样的带宽下，PAM4信号能够传输更多的信息。
[0003]传统上可以直接使用数字调制的方式直接产生PAM4信号，但是利用MZM（马赫曾德尔调制器）推免模式，我们可以直接进行强度调制将两路OOK信号直接合成为PAM4信号。
[0004]另外，长距离光纤传输由于受到损耗、色散以及非线性失真的影响，信号失真非常严重。其中，又以色散效应在长距离传输中尤为显著。高速率的光信号也会加剧色散效应。对光信号采用VSB滤波能够滤除一半的频率分量，能够有效降低色散的影响，保证接收信号眼图的质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种结构简单、成本低廉、稳定性强、效率高的基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统。
[0006]本专利技术提供的基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统，包括基于MZM的PAM4信号产生，同时通过VSB滤波实现PAM4信号在5km的标准单模光纤中的高速率传输。
[0007]本专利技术提供的基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统，具体包括：一个离线软件，使用数字调制产生两路OOK信号作为输入发送数据，两路信号幅度不一样，需要拉高电平保证MZM工作在线性区间；一个单模激光器，用于提供连续波光波，输入MZM中；一个马赫曾德尔调制器，设置工作在推挽模式，进行强度调制；一个VSB滤波器，将MZM产生的光信号进行处理，使其拥有较好的抗色散特性；一个5km标准单模光纤，用于传输光信号；一个光电二极管，用于将MZM产生的光信号转换为电信号；一个示波器，从接收信号中恢复出原始的发送数据。
[0008]本专利技术系统的工作流程为：在发送端，利用离线软件分别产生携带调制信息的两路幅度不同的OOK信号，并将二者分别输入MZM的双臂；同时单个激光器输出的连续光信号也进入MZM，MZM将两路OOK信
号的信息通过强度调制到光信号上面，产生PAM4的光基带信号；接着将光信号通过VSB滤波器进行处理，提高抗色散的能力；最后光信号进入5km的标准单模光纤，通过光电二极管转换为电信号。
[0009]本专利技术仅利用单个MZM，通过输入两路OOK电信号，在推挽模式下合成产生PAM4光信号，同时在高传输速率下通过VSB滤波减少色散对信号的影响。该技术方案可避免由两路OOK电信号合成PAM4后经过MZM调制产生光信号，而利用MZM的差分工作模式，直接利用两路电信号产生PAM4光信号。该技术通过VSB滤波可以提高传输速率下信号在标准单模光纤中的抗色散能力，使得到的信号质量更高。
[0010]本专利技术基于MZM差分工作原理，可用于光通信系统中方便快捷地产生PAM4光信号。
[0011]本专利技术使用VSB滤波器对产生的PAM4信号进行处理，处理后的光信号在100Gb/s速度下通过5km标准单模光纤传输后仍然保持良好的信号质量。
[0012]本专利技术的主要特点为：可直接将两路OOK电信号转化为PAM4光信号；可利用离线软件就可分别产生携带调制信息两路OOK信号；仅利用单个激光器和单个MZM，可产生四电平的光信号；产生的PAM4信号比NRZ信号能携带更多的信息；能够将高速率的PAM4信号进行长距离传输；能够降低光纤色散在长距离传输中的影响；仅利用一个VSB滤波就使得PAM4信号的有效传输距离大幅提升；仅使用简单的VSB滤波器就能实现较好的色散管理。
[0013]本专利技术系统结构简单，成本低廉，稳定性强。可用于光通信系统中方便快捷地产生PAM4光信号。
附图说明
[0014]图1 是本专利技术的基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统框架图。
[0015]图2是在VPI软件中搭建的仿真系统。
[0016]图3是经过MZM直接形成的PAM4信号眼图。
[0017]图4是未经过VSB滤波的接收眼图。
[0018]图5是经过VSB滤波的接收眼图。
实施方式
[0019]下面结合附图，对本专利技术作具体说明。
[0020]图1 所示为基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统框架。
[0021]首位激光器为外腔调制激光器，MZM为马赫曾德尔光调制器，MZM产生PAM4光信号，VSB 滤波器为残留边带滤波器，5km光纤为标准单模光纤，通过光纤后利用光电二极管将光信号转化为电信号，后续可以接示波器检测PAM4信号或者使用数字软件进行处理。
[0022]在发送端中，利用离线软件可分别产生携带调制信息的两路不同幅度OOK信号，将二者输入MZM的双臂。同时使用激光器产生连续波光信号输入MZM。MZM工作在推免模式下进行强度调制，将两个OOK信号调制到光信号的幅度上，形成四电平的PAM4光信号。接着使用
VSB滤波器将PAM4光信号进行滤波，最后进入标准单模光纤进行传输，接收端使用光电二极管将接收到的光信号转化为PAM4电信号。
[0023]本专利技术系统使用VPI进行了仿真测试，系统框架如图2所示，与图1保持一致。图2给出了VPI软件中的系统框架图，其中两个小人状的是与matlab联调的模拟器，将matlab生成的OOK比特流转成电信号输入系统，携带调制信息的两路不同幅度OOK信号同时输入MZM的双臂，通过差分产生PAM4信号，PAM4信号眼图如图3所示。在光纤传输阶段本研究采用了对比的方法，通过分路器将光纤分为两路，其中一路使用VSB滤波进行处理，然后同时进入5km标准单模光纤传输，接收端使用光电二极管转化为电信号。值得注意的是，最后还需要通过低通滤波减少噪声干扰。图4、图5是两者最后接收到的信号眼图，图4是未经过VSB滤波的接收眼图，图5是经过VSB滤波的接收眼图，可以显著的看到，图4信号眼图失真严重，误码率较高，信号几乎不可复原；图5信号眼图中判决门限清晰可见，误码率在可以接收范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MZM和VSB的PAM4信号产生及传输系统，其特征在于，包括基于MZM的PAM4信号产生，同时通过VSB滤波实现PAM4信号在5km的标准单模光纤中的高速率传输；具体包括：一个离线软件，使用数字调制产生两路OOK信号作为输入发送数据，两路信号幅度不一样，需要拉高电平保证MZM工作在线性区间；一个单模激光器，用于提供连续波光波，输入MZM中；一个马赫曾德尔调制器，设置工作在推挽模式，进行强度调制；一个VSB滤波器，将MZM产生的光信号进行处理，使其拥有较好的抗色散特性；一个5km标准单模光纤，用于传输光信号；一个光电二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建军，周雯，周志勇，高南京，
申请(专利权)人：武汉永鼎光通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：