[发明专利]一种基于远端全相干发射与接收的相干传输方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光通信系统，更具体地说，本发明涉及一种适用于各种移相键控调制技术的产生信号光和相干光的方法和相干接收方法，以及实现全相干发射与接收的系统装置。

背景技术

PSK（Phase Shift Keying，相移键控）调制格式，即把基带数字信号加载到不同相位的光载波上。相比于传统的强度调制而言，相位调制方式可以获得更高的接收灵敏度，OSNR（Optical Signal Noise Ratio ，光信噪比）容限，从而在同样的放大器设置的条件下提高系统的传输距离。而采用多相位调制调制技术，如QPSK（正交相移键控），8PSK等等，还可以进一步提高传输系统的频谱效率。特别是对于超长距离100G光传输系统，采用QPSK调制格式得到了人们最多的重视。然而，采用QPSK调制格式还必须结合相干接收装置对相位信息进行解调。因此，相干接收技术成为实现QPSK调制的关键技术之一。

QPSK解调接收装置通常可由本地振荡器（LO）与90°混频单元构成的同频相干接收系统实现。如图1所示，90°混频单元构成可由4个3dB耦合器级联而成，通过本地振荡器发出的本振光与接收到的信号光进行混频后，就能通过相干解调装置将基带数字信号提取出来。但基带信号的准确提取是在本地本振光的频率和相位与信号光的频率和相位都一致的前提下。如果本地本振光的频率和相位与接收到的信号光的不一致，那么将无法准确提取基带数字信号。因此有人提出了用模拟锁相环（PLL）的方法。PLL能够使得对本地振荡器发出的光载波进行相位和频率的跟踪与反馈。通过PLL能够使得本地本振光的相位和频率与接收到的信号光保持一致。然而，由于模拟锁相环本身固有的环路时延，使得其系统反应速度较慢。另外锁相环对于本地振荡器的相位噪声要求高，并且容易因为相位噪声而导致大的相位差，等等。

由于模拟锁相环的种种缺陷以及光传输速率的不断提高对系统反应速度提出了更高的要求。随着电子技术的发展，采用数字信号处理的光接收的方案得到重视。例如: Reinhold Noe在文章“Phase Noise-Tolerant Synchronous QPSK/BPSK Baseband-Type Intradyne Receiver Concept With Feedforward Carrier Recovery，”(Journal of Lightwave Technology, Vol. 23, Issue 2, pp. 802-808, Feb. 2005)中,用前向相位估计的方法来实现对光载波相位的恢复。前向相位估计单元如图2所示。由于没有模拟锁相环，那么由混频单元解调出的电信号除了含有信号本身的信息外，还将附加一项相位单元，这一相位是由于本振光频率与相位与信号光的不一致而引起的，同时这个附加的相位单元将使得接收到的基带信号发生畸变。而通过图2所示的相位估计单元，可以消除这一额外相位，恢复出原有的载波信号相位。其原理是将从图1发出的复信号分成两路，其中一路通过两个自乘器组成的四次方运算器201，以及取反单元202，再经过除4单元203，这样就得到了与额外相位单元相反的相位。用得到的额外相位单元相反的相位与另一路相乘，即可恢复所传输的信号。

通过前向相位估计的方法与PLL相比有了更高的系统反应速度，更易满足高速光传输系统的要求。但此类方法仍存在如下缺陷：

1.此方法对本振光频率与信号光频率的频率偏移容限低，即需要保证本振光与信号光的频差在一定范围内才能采用。例如Pfau, T等人在文章“First Real-Time Data Recovery for Synchronous QPSK Transmission With Standard DFB Lasers，”   (IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 18, Issue 18, pp. 1907-1909, Sep. 2006)中，实验报道了采用前向相位估计方法对QPSK信号的恢复，从实验结果看出，为了达到信号恢复的目的，本地本振光与信号光的频率偏移需要保持在10MHz以内。这样就对激光器提出了更高的要求，因为随着激光器的老化以及激光器输出光脉冲受温度的影响，激光器的行宽会不断变化，难以系统接收所需的频率要求；

2.用数字信号处理的方法对高速信号进行处理，并且对信号进行了诸如4次方运算这样的非线性运算。这对在高速条件下的DSP处理提出了很高的要求；

3.在接收端需要一个本地振荡器来实现相干接收，这无疑增加了系统的成本。

发明内容