[發明專利]一種單載波光通信信號檢測方法及其裝置

有效

• 申請號: 202010565941.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111726168B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張洪波;李英祥;馬文英;王海時
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: H04B10/66
• 分類號: H04B10/66;H04B10/69
• 代理公司: 成都行之智信知識產權代理有限公司 51256
• 代理人: 何筱茂

本發明公開了單載波光通信信號檢測方法及其裝置，第一光分路模塊將光信號分為接收信號L1和接收信號L2兩路；延時模塊將L1延時處理得到延時光信號；第二光分路模塊將延時光信號分為延時光信號M1和延時光信號M2；直接檢測模塊對M1進行直接檢測得到電信號R1；差分檢測模塊對L2和M2進行差分檢測后得到整體電信號R2；第一計算模塊將電信號R1與電信號R2做差得到檢測電信號R3；轉換模塊將檢測電信號R3預處理后經模數轉換得到數字電信號R；數字信號電路模塊將R經數字信號電路處理后輸出發端數字基帶信號；本發明解決現有直接檢測中因SSBI干擾帶來的低靈敏度問題，實現在低復雜度、低成本條件下獲得較高傳輸靈敏度和較高頻譜利用率的復值信號直接檢測裝置。

技術領域

本發明涉及光通信直接檢測接收機的信號檢測與處理領域，具體涉及一種單載波光通信信號檢測方法及其裝置。

背景技術

現有技術對光通信信號的接收一般采用相干檢測和非相干檢測兩種方式。相干檢測可以對調制信號的幅度和相位進行檢測，即相干檢測可以實現場信號的恢復。因此，相干檢測系統中，發端信號通常采用同相-正交(Inphase Quadrature，IQ)調制，可以增加傳輸信號的頻譜利用率(Spectral Efficiency，SE)；此外，場信號的恢復使得接收信號在接收機中可以通過數字信號處理方式對信道中的相位相關損傷進行補償，例如光纖通信中的色度色散(Chromatic Dispersion,CD)、偏振膜色散(Polarization Mode Dispersion)。而傳統的非相干檢測采用平方律檢波方式，對信號的強度進行檢測，通過非相干檢測可以恢復信號的幅度信息。非相干檢測的SE較低，而且由于接收機采用平方律檢波方式，接收到的信號無法對色散等包含相位信息的信號損傷進行補償。因此，非相干檢測失去了場信號的信號恢復能力，導致在數字域對色散等信號損傷進行補償成為障礙，限制了傳統的強度調制直接檢測(Intensity Modulation Directly Detection,IMDD)系統的傳輸距離。

在接收機的實現方面，相干檢測接收機硬件實現較為復雜，對本振激光器的要求較高，本振激光器與發射端載波激光器之間的頻偏需要精確控制。因此，相干檢測接收機實現的硬件成本無法降低。同時，由于相干檢測接收機的硬件實現復雜，很難采用光子集成電路實現，很難進一步在功耗、體積等方面得到優化改進。

基于上述相干檢測與非相干檢測的優缺點，目前，相干檢測適用于中/長程距離傳輸，非相干檢測適用于短距傳輸場景，例如5G和數據中心互聯。綜合考慮相干檢測和非相干檢測的優點，自相干檢測方式被應用在了光通信系統中。即在發射機中插入一高功率載波，載波隨調制信號一同傳輸到接收機。接收機采用單個光電探測器(Photodetector，PD)對接收信號進行平方律檢波，則信號可以從檢波輸出信號中的信號-載波拍頻項中得到。因此，光場可以在無本振的條件下得到恢復。

由于直接檢測通常只提供給后端信號處理的強度信息，為恢復傳輸信號的完整光場信息(幅度信號和相位信息)，因此傳輸信號主要仍采用單邊帶(Single-Side Band,SSB)調制信號。在這類信號的直接檢測中方案中，信號-信號拍頻干擾(Signal-Signal BeatingInterference,SSBI)是影響信號質量檢測的主要限制因素。為降低SSBI噪聲影響，可以在載波與調制信號之間設置頻率保護間隔，頻率保護間隔的寬度不小于信號帶寬。這種實現方式明顯是以犧牲光域SE為代價換取較低的SSBI干擾噪聲，得到較高的接收機靈敏度，增加傳輸的容量距離積。為提高光域SE，最近又有人提出Kramers-Kronig(K-K)接收機。采用K-K接收機可以縮小頻率保護間隔，在提高光域SE的同時有效地抑制SSBI。通過K-K關系，信號的相位信息也可以從接收到的信號強度中恢復出來，較好地解決了前面所述直接檢測中遇到的問題。然而，采用K-K接收機的接收信號必須為SSB調制信號。對于短距傳輸來說，電域SE比光域SE更為重要，無論是上述的設置頻率保護間隔還是K-K接收機，電域SE從本質上都受限于SSB調制。因為在電域上，SSB的其中一個邊帶留空，沒有任何信號，電域SE損失了一半。除此之外，由于接收端采用PD進行平方律檢波，SSB信號的直接檢測還將受到噪聲折疊的影響。