[發明專利]一種基于Stokes參量（SV）的直接接收裝置和方法

有效

• 申請號: 201410398382.8
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104158594B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 張錦南;張悅
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B10/66
• 分類號: H04B10/66
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產權代理事務所(普通合伙) 11417
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

技術領域

本發明涉及高速光通信接收裝置，特別涉及一種基于Stokes參量的直接接收裝置和方法。?

背景技術

計算機互聯、數據倉庫和網絡連接的需求推動了通信速率的高速增長。虛擬服務器、云計算和更高速接口也促使數據中心互聯通信網絡從40G或100G向400G演進。因此，傳輸距離在百公里左右的短途網絡需要使每波長的容量增長到40G或100G以上以適應日益增長的傳輸需求。?

不同于長距離通信，由于傳輸距離在百公里左右的短途通信網絡需要在不同位置跨接大量的收發器，故而，收發器的成本在整個通信系統的成本中，占有相當的比重。因此，降低收發器成本成為了降低整個網絡系統成本，促進短途網絡發展的首要任務。?

自相干系統，有別于長途骨干網絡中的傳統的相干系統，不需要在接收端設置一個昂貴的窄線寬可調激光器作為本振光源，也不需要專用的采用各種復雜算法來進行頻率估計和相位恢復計算的DSP芯片，可以滿足通信速率和保證傳輸距離的同時，可以顯著的降低網絡系統的成本。?

最初的SCOH系統保留了頻帶空白用以分離信號和差拍噪聲，因此犧牲了頻譜效率。近來，有學者提出了列塊相位切換和單載波間插直接接收技術來充分利用頻帶。盡管有些設計方案實現了雙偏振調制和接收，但是收發器的復雜度和相干通信系統相當。另外，上述所有的直接接收都未達到100％的頻譜效率。?

基于斯托克斯參量(Stokes?Vector)的直接接收(SV－DD)方法，不僅僅可以實現較高頻譜利用率；而且，由于只采用一個偏振方向傳輸信號，也進一步簡化了收發器的結構，降低了系統成本。另外，SV-DD方案的接收機不需要本振，而且DSP單元的算法和硬件結構也要簡單很多，不需要跟蹤激光器的頻率漂移和相位噪聲。其接收原理如下：?

信號S和載波信號C分別被調制在光的不同偏振方向傳播。信號可以用瓊斯矩陣J＝[S,C]^T來表示,把瓊斯矢量轉化到斯托克斯空間，就可以獲得斯托克斯參量(SV)：?

S＝[S1,S2,S3]^T＝[|S|²-|C|²,Re(S·C^*),Im(S·C^*)]^T，?

其中Re()和Im()表示復數的實部和虛部。?

在調制端，連續光源被分光器分為功率相等的兩個支路，分別用來傳輸信號和載波。對于信號支路，光信號通過IQ調制器，可以調制為QPSK或者QAM信號。?

對于載波支路，信號不經過調制，只通過一定的延時控制以匹配信號支路消除相位噪聲。載波信號功率比維持在1:1。兩路信號通過一個偏振合束器合成為一路信號進入光纖傳輸。?

在接收端，目前使用的SV-DD方法中，如圖1所示，信號傳輸信號首先被偏振分束器分為兩個輸出，分別為信號X、Y。因為信號偏振態在光纖中被隨機旋轉了，所以信號X、Y是信號中S信號分量和C載波分量的混合信號。為了提高信噪比，需要對在光線傳輸過程中的偏振態的隨機偏振進行預估，故而，獲得傳輸過程中偏振態旋轉度對于SV-DD是非常重要的。與相干通信不同，在SV-DD方法中，一般是在斯托克斯空間獲得這個旋轉評估的。?

首先，信號被偏振分束器PBS分為信號X、Y后，在兩個輸出端口，又分別被3db耦合器分為功率相等的兩部分，分別為x1、x2、y3、y4，其中x1和y4同時輸入一個平衡接收二極管，所述平衡接收二極管輸出即為S1＝|x1|²-|y4|²,這恰好是斯托克斯參量的第一項。?

端口X2和Y3輸入一個標準的平衡接收器，所述標準的平衡接收器包括一個90°光混合器和兩個平衡接收二極管。平衡接收器的兩個平衡接收二極管輸出的就是S2＝Re(S·C^*)和S3＝Im(S·C^*)，分別是斯托克斯參量的第二項和第三項。?

同時，為了獲得信號在光線傳輸過程中的的偏振的隨機偏轉程度，還需要在發送端加入特殊的訓練序列。在保證載波功率固定的情況下，在訓練序列的第一位，不發送數據信號，反映到瓊斯矢量矩陣J＝[S,C]^T中，相應的瓊斯矢量為(0,1),在接收端對應的斯托克思參量SV是(-1,0,0)，引入偏轉矩陣Px，在接收端分別由三個平衡接收二極管輸出的信號S1、S2、S3，即SV，也就是實際接收到的Rx與信號在理想狀態下經光線傳輸到接收端的信號Tx具有如下關系，?