本发明专利技术将时钟恢复与光传输信号性能监测结合起来，在提取光传输信号定时信息的同时完成对信号积累色散和光信噪比的监测。本发明专利技术的方法包括：采用电光调制器对光传输信号的定时信息（时钟）进行光域变频，时钟频率降到一个较低的频率，在此低频率范围采用锁相环提取定时信息，采用正交鉴相器输出锁相环中的相位误差信号，同时也输出表征定时信息强度的直流电平，该电平的变化规律用于监测传输信号的积累色散和光信噪比。本发明专利技术还提供了实施上述方法的差分四相移键控（ＤＱＰＳＫ）系统的时钟提取与性能监测系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于高速光传输信号接收所需的时钟恢复与信号性能监测方法及装置。
技术介绍
时钟恢复是从数据流中提取反映数据变化周期的定时信息的操作，它是高速串行数字同步通信系统中接收端必不可少的一项技术，受到广泛关注。传输信号性能监测指通过对传输信号的特征分析，评估信号传输过程中所经历的各种损伤和恶化，判断信号性能相比于传输前的变化程度。常用的信号性能监测包括对传输信号光信噪比、积累色散、差分群延时、偏振模色散和非线性等进行监测。信号光信噪比是指指定带宽内信号功率与噪声功率的比值，它反映了信号功率与噪声功率的相对强弱关系，是决定信号接收质量的一个重要参数。信号积累色散是指传输信道相频特性的不理想导致传输信号出现失真的一种描述，积累色散的大小反映出信号失真的严重程度，同样是决定信号接收质量的一个重要参数。时钟是传输数据定时信息的反应，而噪声是不携带此信息的，所以可以利用时钟信号的大小来表征有效信号强弱，以区分噪声功率。信号失真会破坏其定时信息，导致时钟恢复出现困难或者不可行，反之，如果知道积累色散导致的信号失真，则可通过一定措施加以补偿，以便成功实现信号时钟恢复。因此，对于实用化的高速串行数字同步通信系统，两者都是缺一不可的。图1展示了现有的时钟恢复的实现方案，信号的定时信息通过锁相环路来提取，这里需要用到高频率工作的压控振荡器和鉴相器，而环路输出即为恢复的时钟信号，未能反映积累色散。现有技术的时钟恢复与信号性能监测是分别由不同的功能模块实现，存在成本高、系统体积大等问题，而且对于其他原理的监测实施方案，难以与时钟恢复有效结合，存在监测范围有限、效能低下、容易受其它因素影响而降低监测的准确度等缺点。比如采用基于光谱的内插法监测光信噪比，如果波长信道经过光滤波，使得带外的噪声功率与带内噪声功率相差较大，则采用内插估计的带内噪声不准确，导致OSNR监测不准；再如采用偏振消光监测OSNR，其准确度依赖于信号和噪声的偏振度，只有当信号偏振度为1，噪声偏振度为0时，才能得到准确的结果，但传输中的偏振模色散和偏振相关损耗都会破坏此条件；用误码率监测色散，而引起误码率变化的因素有很多，难以确定是由色散所引起，而且要求系统具有前向纠错(FEC)功能，一旦误码率超过纠错的能力之外，则系统不能正常工作。另外，当信号速率很高时如40Gbit/s以上，目前还没有合适的FEC芯片，而且高速率的器件价格昂贵，功耗大。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于光电混合同时实现高速数字信号的时钟-->恢复和传输信号性能监测的方法，其特征在于包括：在接收端采用电光调制器降低时钟信号的频率，从而降低对后级处理器件的带宽与速率要求，利用变频后的时钟信号的强度信息监测光传输信号的性能，具体包括光信噪比和信号积累色散根据本专利技术的一个进一步的方面，上述方法进一步包括：电光调制器之前采用偏振分集方案，以克服调制器的偏振敏感性，电光调制器降低时钟频率的方式为，调制器的驱动信号为压控振荡器的输出或其各次谐波，通过电光调制，驱动信号与信号所含的时钟信号在电光调制器中进行混频，实现降低信号时钟频率的目的，下变频时钟采用电锁相环路提取，锁相环中采用正交鉴相器可同时输出相位误差信号和表征时钟强度的监测信号，根据本专利技术的一个进一步的方面，上述方法进一步包括：偏振分集方案为将输入信号光分为两路，控制他们的偏振状态使两者正交，控制他们之间的相对延时为符号周期的整数倍，再经过偏振合波器进行合波注入电光调制器，在利用电光调制器作为变频器件时，通过调整调制器的偏置点实现调制信号的倍频信号与信号时钟分量的混频，从而进一步降低对本振振荡频率的要求，关于驱动调制器信号频率的选取原则：下变频后的时钟频率应为压控振荡器的谐波以便锁定，但不应等于驱动调制器信号频率或其谐频，以免干涉造成提取信号的幅度不稳定，尽量降低驱动调制器信号频率和下变频信号频率，以减小对器件带宽要求。根据这些要求有如下频率变换关系fs-N·nfVCO＝mfVCO，m＜n (1)MfVCO＝fs/2 or fs其中fs表示混频前信号光强所含的时钟分量频率，fVCO表示压控振荡器输出信号频率，m，n，M，N为正整数表示倍频因子，其中N是电光调制器的倍频因子(一般取2或者3)，而其它表示电倍频器的倍频因子。对于恢复半频时钟，N＝2、3时，最小的(m，n)分别为(2，3)和(1，3)，前者正是选择上述调制信号频率的依据。进行光信噪比监测时，除了获取监测信号外，还要获取信号光功率与噪声光功率之和的总功率，根据此两参数代入特定的公式计算，即可得到光信噪比。附图说明图1示意显示了现有常用的时钟恢复实现方案。图2显示四相移键控直接经过光电检测的探测信号的时钟功率在不同积累色散下的变化。图3显示了根据本专利技术的一个实施例的监测光信噪比的一种实现方式的装置连接。图4显示了固定噪声光功率，监测电压信号与信号光功率变化的对应关系。图5显示了变化光信噪比(固定信号光功率变化噪声功率)得到的监测电压和总光功率变化关系。-->图6为本专利技术所提出采用电光调制器作为变频器的时钟恢复与信号监测装置连接图。图7为偏振分集方案下，调节注入信号光的偏振态得到的监测信号变化。具体实施方式本专利技术通过结合时钟恢复来解决上述问题，并引入电光调制器进行频率变换，使得信号处理在较低的频率上进行，从而降低了对器件的要求，另外为了克服电光调制器的偏振敏感特性，提出了偏振分集方案给与解决。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于光电混合同时实现高速数字信号的时钟恢复和传输信号性能监测的方法，其特征在于包括：在接收端采用电光调制器降低时钟信号的频率，从而降低对后级处理器件的带宽与速率要求，利用变频后的时钟信号的强度信息监测光传输信号的性能，具体包括光信噪比和信号积累色散。根据本专利技术的一个进一步的方面，上述方法进一步包括：电光调制器之前采用偏振分集方案，以克服调制器的偏振敏感性，调制器的驱动信号为压控振荡器的输出或其各次谐波，通过电光调制，驱动信号与信号所含的时钟信号在电光调制器中进行混频，实现降低信号时钟频率的目的，下变频时钟采用电锁相环路提取，锁相环中采用正交鉴相器可同时输出相位误差信号和指示时钟强度的监测信号。根据本专利技术的一个进一步的方面，上述方法进一步包括：偏振分集方案为将输入信号光分为两路，控制他们的偏振状态使两者正交，控制他们之间的相对延时为符号周期的整数倍，再经过偏振合波器进行合波注入电光调制器，在利用电光调制器作为变频器件时，通过调整调制器的偏置点实现调制信号的倍频信号与信号时钟分量的混频，从而进一步降低对本振振荡频率的要求，关于驱动调制器信号频率的选取原则：下变频后的时钟频率应为压控振荡器的谐波以便锁定，但不应等于驱动调制器信号频率或其谐频，以免干涉造成提取信号幅度不稳定，尽量降低驱动调制器信号频率和下变频信号频率，以减小对器件带宽要求。根据这些要求有如下频率变换关系fs-N·nfVCO＝mfVCO，m＜n (2)MfVCO＝fs/2 or fs 其中fs表示混频前信号光强所含的时钟分量频率，fVCO表示压控振荡器输出信号频率，m，n，M，N为正整数表示倍频因子，其中N是电光调制器的倍频因子(一般取2或者3)，而其它表示电倍频本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电光调制器的定时信息（或称为时钟，以下相同）频率变换装置，其特征在于包括：一个调制器（６０５０），用于对待处理的数据信号进行频率变换，所述调制器包括一个光输入端口、一个光输出端口、一个电输入端口；一个谐波产生器（６１２０），用于向所述电输入端口提供与待恢复时钟频率相关的一个低频信号，以使所述调制器进行所述频率变换；电光探测器（６０６０），用于探测来自所述输出端口的数据信号中的、具有降低的频率的定时信息；正交鉴相器（６０８０），用于把来自电光探测器（６０６０）的、具有降低的频率的定时信息与来自所述谐波产生器（６１２０）的２次谐波进行锁相，从而输出一个相位误差信号和一个直流电平信号，所述直流电平信号可作为监测信号而用于监测光信噪比和信号积累色散。
【技术特征摘要】
1.一种基于电光调制器的定时信息(或称为时钟，以下相同)频率变换装置，其特征在于包括：一个调制器(6050)，用于对待处理的数据信号进行频率变换，所述调制器包括一个光输入端口、一个光输出端口、一个电输入端口；一个谐波产生器(6120)，用于向所述电输入端口提供与待恢复时钟频率相关的一个低频信号，以使所述调制器进行所述频率变换；电光探测器(6060)，用于探测来自所述输出端口的数据信号中的、具有降低的频率的定时信息；正交鉴相器(6080)，用于把来自电光探测器(6060)的、具有降低的频率的定时信息与来自所述谐波产生器(6120)的2次谐波进行锁相，从而输出一个相位误差信号和一个直流电平信号，所述直流电平信号可作为监测信号而用于监测光信噪比和信号积累色散。2.根据权利要求1所述的定时信息频率变换装置，其特征在于进一步包括：一个耦合器(6010)，用于把待处理的数据信号分为两路；一对偏振控制器(6020与6030)，用于使所述两路数据信号的偏振态保持彼此正交；偏振合波器(6040)，用于对偏振状态正交的所述两路数据信号进行合波和适当的延时(延时满足为数据信号符号周期的整数倍即可，不必太严格)，从而生成所述待处理的数据信号。3.根据权利要求1所述的定时信息频率变换装置，其特征在于进一步包括：设置在所述电光探测器(6060)与所述正交鉴相器(6080)之间的滤波器(6070)，用于过滤掉无关的频率分量；环路低通滤波器(6090)，用于对所述正交鉴相器(6080)输出的所述相位误差信号进行滤波；环路放大器(6100)，用于对滤波后的所述相位误差信号进行放大；压控振荡器(6110)，用于在放大后的所述相位误差信号的控制下实现与降频的时钟锁定。4.根据权利要求1-3中任何一项所述的定时信息频率变换装置，其特征在于：所述调制器(6050)包括一个马赫曾德尔调制器(MZM)并具有如下频率变换关系fs-N·nfVCO＝mfVCO，m＜n (1)MfVCO＝fs/2 or fs其中fs表示混频前信号光强所含的定时信息频率，fVCO表示压控振荡器输出信号频率，m，n，M，N为正整数表示倍频因子，其中N是马赫曾德尔调制器的倍频因子。5.一种基于光电混合同时实现高速数字...
【专利技术属性】
技术研发人员：闻和，程林，郑小平，张汉一，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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