[發明專利]一種采用單探測器的光場重建與色散補償系統與方法

有效

• 申請號: 201910353955.8
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110492946B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 崔晟;程俊淞
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/61
• 分類號: H04B10/61
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發明提出一種采用單探測器的光場重建與色散補償系統與方法。系統包括光耦合器、本振激光器、光探測器、模數轉換器與數字信號處理系統。所述本振激光器譜線位于信號光譜一側的邊緣，通過光耦合器與信號光合波形成偽單邊帶信號，之后由光探測器轉換為電信號，并通過快速傅里葉變換轉換為數字信號便于數字信號處理系統處理。數字信號處理系統對數據流進行重疊分塊和快速傅里葉變換，再乘以復合傳函H，得到色散補償后的偽單邊帶信號頻譜。之后，通過位移使得信號頻譜中心處于零頻處。最后進行逆快速傅里葉變換，提取出非重疊數據完成信號光場重建和色散補償。本發明大幅減小了光場重建與色散補償系統軟硬件復雜度和功耗，具有良好的實用價值。

技術領域

本發明涉及光纖通信，相干檢測和數字信號處理技術領域，更具體地，涉及一種采用單探測器的光場重建與色散補償系統與方法。

背景技術

隨著通信對速度和容量要求的提高，相干探測技術成為下一代光通信系統中的關鍵技術，得到了廣泛的應用。基于相干探測的數字相干光接收機重建信號光場需要采用相位分集裝置，每個相位分集裝置包含1個光混頻器、4個光探測器和2個模數轉換器。其結構復雜，成本高，功耗大。對光纖通信系統，由于光纖色散的作用會造成信號脈沖的展寬引入嚴重的碼間干擾，導致信號無法解調，因此相干光接收機為實現信號的解調必須通過DSP對色散進行補償。傳統數字相干光接收機采用專用的單一功能的色散補償算法，通過對信號進行FFT變換得到信號頻譜，然后乘以色散頻域傳函的逆函數實現色散補償，最后再通過IFFT將信號還原到時域。由于FFT/IFFT運算需要大量復數乘法操作，卻只能完成單一色散補償功能，因此傳統色散補償算法工作效率較低。

由于傳統數字相干光接收機中光場重建光場依賴復雜的相位分集裝置，而色散補償依賴專用的單一功能色散補償算法，工作效率較低，因此需要配置高性能的DSP系統。這導致其無法滿足中短距離光通信應用，例如光接入網、城域網和數據中心互聯等應用對的低成本和低功耗的訴求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種采用單探測器的光場重建與色散補償系統與方法。該系統由于只用單探測器接收，具有較低的成本，并能在光場重建的同時補償信號色散，極大降低了計算復雜度，便于DSP實時化處理。

為解決上述技術問題，按照本發明的一個方面，提出了一種采用單探測器的光場重建與色散補償系統。該系統包括本振激光器、光耦合器、光探測器、模數轉換器與數字信號處理(DSP)系統；

所述本振光由光發射機中激光器產生并伴隨信號傳輸，或由光接收機中激光器產生并與入射光信號在所述光探測器前合并在一起。本振光譜線偏離信號頻譜中心的頻偏為f₀，位于入射光信號頻譜一側的邊緣。

所述光探測器，用于將輸入光信號強度信息轉換為電信號；

所述模數轉換器，用于將電信號轉換為數字信號，以便于DSP處理；

所述光耦合器，用于將信號光與本振光進行合波形成偽單邊帶信號。

所述DSP系統內部包含緩存模塊1、快速傅里葉變換(FFT)模塊、復合傳函模塊、逆快速傅里葉變換(IFFT)模塊、緩存模塊2。緩存模塊1首先對輸入數據流進行重疊分塊，使得進入FFT模塊的數據塊在開頭與上一個數據塊結尾有重復，在結尾與下一個數據塊開頭也有重復。FFT模塊用于進行快速傅里葉變換(FFT)得到每個數據塊的頻譜。復合傳函模塊對數據塊的頻譜乘以復合傳函H，得到色散補償后的偽單邊帶信號的頻譜，再將偽單邊帶信號的頻譜進行位移，使得輸入信號頻譜中心位置處于零頻處。IFFT模塊用于在時域重建無色散損傷的輸入信號光場，緩存模塊2用于提取未重疊的數據。

所述復合傳函H包含H₁，H₂兩部分。H＝H₁×H₂，H₁用于提取偽單邊帶信號頻譜，其表達式如下：