[发明专利]DPSK系统中利用解调器锁定光信号频率的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及波分复用设备中的差分相移键控 (Differential Phase Shift Keying，DPSK)系统中利用解调器锁定光信号频 率的装置和方法。

背景技术

基于相位调制原理的新型调制码型比传统的基于强度调制的码型更优越，目 前在高速、长距离光传输中获得了广泛的研究和应用。相位调制技术通过相干解 调和直接探测法(也称自相干解调)两种方法实现信号的接收。其中，相干解调 实现较复杂，直接探测法相对简单。直接探测法首先利用延迟干涉仪 (Delay-Interferometer，DI)作为解调器(Demodulator)，然后再利用平衡 接收机实现信号的恢复，见图1。直接探测法相位调制格式包括DPSK调制格式、 差分正交相移键控(Differential Quadrature Phase Shift Keying，DQPSK) 调制格式。

DPSK系统中激光器的频率漂移对系统性能影响显著。参考A.H.Gnauck的 文章“Optical Phase-Shift-Keyed Transmission”(JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，VOL.23，NO.1，JANUARY 2005)，见图2，当激光器的频率漂移 5％时，系统的光信噪比(Optical Signal to Noise Ratio，OSNR)代价为2dB。 以40G DPSK的波分复用系统为例，如果激光器频率漂移2GHz，那么系统的OSNR 容限将劣化2dB。如果是10G DPSK的波分复用系统，则激光器频率允许漂移 200MHz。而DQPSK的波分复用系统能容忍的频率漂移更小。激光器即使具备波长 锁定功能，其频率最大漂移也在1.5~3GHz之间，这是DPSK系统所不能容忍的。 并且解调器波长也有温度相关性，同样需要温控。在波分复用设备开局时，也需 要调整解调器锁定光信号频率。

如图3所示，从插入损耗光谱角度上来看，解调器是一个周期性的光滤波器， 信号频率只有工作于光滤波器的峰和谷才能达到最优，可以说：在通道波长范围 内，干涉相长臂相当于带通滤波器，而干涉相消臂相当于带阻滤波器。由于器件 的老化以及环境温度的变化，信号频率不可避免地漂移，解调器的滤波器波长也 有可能漂移。若能够使解调器的滤波器波长始终与信号频率吻合，这样就能避免 信号频率漂移引起的系统损伤。

光滤波器的波长可以通过温控来调整，于是人们开始研究如何利用调整解调 器的波长来锁定信号光频率。E.A.Swanson的文章“High sensitivity optically preamplified direct detection DPSK receiver with active delay-line stabilization”(IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.6，pp.263 -265，1994.)初步解决了这个问题，其利用平衡接收机的其中一个接收机的电 流作为反馈信号调整解调器，从而实现解调器锁定信号频率。但是，信号的输入 光功率是可变的，尤其在工程上，这样平衡接收机的电流也会发生变化，并且电 流的变化与输入信号序列中信号1和信号0的分布有关，所以必须寻求更有效的 解调器调整方式。

中国专利CN200710143877.6“DPSK光调制信号接收装置和方法”，其中也提 出了一种如何控制解调器的方法，参考图4，具体来说，“峰值检测装置，用于 检测被放大的电信号的峰值；延时控制模块，连接在光纤解码器和峰值检测装置 之间，当峰值检测装置检测不到由限幅放大器放大的电信号的峰值时，延时控制 模块控制光纤解码器的延迟时间”。这是利用光电转换后电信号幅度峰值来调整 解调器。

但是平衡接收机的两个探测器的电流并不是固定不变的，会随输入光功率的 变化而变化，并且与输入信号的图案有关，如下表所示，是仿真的结果，输入信 号的光功率维持不变，输入信号为伪随机序列，并且信号1的概率是0.5，10 次仿真中两个探测器的电流(IPD1和IPD2)每次结果都不一样，并且在实验中 也观察到两个探测器的电流随时间发生变化。