一种偏振复用直接检测系统及方法
一种偏振复用直接检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光通信技术领域，特别是指一种偏振复用直接检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在大数据时代的背景下，数据总量持续增长、数据来源日趋复杂、数据类型变得丰 富多样，同时用户对于数据处理的速度要求也越来越高，使得数据中屯、规模也与日俱增，单 一数据集容量超过几十太字节(Terabyte, TB)甚至数拍字节(PB)已不罕见，运使得数据中 屯、间的高效互连通信出现瓶颈。数据中屯、之间的光传输互连，有距离短、接口密度大、布线 复杂、设备数量众多等特点。因此，在短距离的情况下，出于系统成本、复杂度、功耗等考虑， 一般采用光强度调制一直接检测（intensity modulation with direct detection, IM-DD)技术，同时利用多电平先进调制技术实现高速率传输，如脉冲幅度调制（pulse ampli1:ude modulation,PAM)、直接探测一正交频分复用（direct detection orthogonal frequen巧 division multiplexing,抓-OFDM)调制/离散多音复用（discrete multi-tone,DMT)、无载波幅度相位调制（carrier-less amplitude and phase modulation, CAP)。但是，由于在IM-DD技术下相位信息的丢失，调制器、采样器、光电探测器等器件的响 应速率、带宽、有效比特位受限等因素，仅仅利用高阶调制技术难W突破单波1 OOGbps速率 的传输，需要进一步探寻与新技术的结合，W满足未来短距光互联传输的发展需求。
[0003] 光偏振复用技术是运用于大容量长距离光传输中的关键技术之一，可W在采用相 同调制方式和相同器件条件下，实现一倍的系统传输速率提升。将偏振复用技术运用于低 成本短距离的直接检测系统中，有利于光传输速率的进一步提升。光偏振复用与直接检测 (direct detection,DD)相结合的技术能够进一步提高数据传输速率，同时也得到了广泛 研究。
[0004] 现有技术一，基于单边带正交频分复用（single sideband orthogonal frequen巧division multiplexing，SSB-〇FDM)调制的偏振复用光强度调制直接检测的短 距离传输系统。运种偏振复用正交频分复用直接检测(PM-0抑M-孤)系统需要复杂的发射机 结构，其中包括射频源和窄带光滤波器的使用。更进一步，运个系统最主要的问题是它的4 X4传输矩阵的奇异性问题，即接收到的偏振态（state of polarizations,SOP)相对于接 收端偏振分束器(polarization beam splitter，PBS)的坐标轴为±π/4及其整数倍的时 候，传输矩阵不可逆将导致偏振解复用失效。
[0005] 现有技术二，偏振复用结合基于斯托克斯向量的直接检测接收机方案被作为一种 新技术提出，W提高单波长信道的比特率，而且运种方案可W避免传输矩阵的奇异性问题， 但是，其接收端结构需要靠光混频器、平衡检测器W及多个光电检测器(photodetector， PD)实现，接收方式复杂，信号功率有效性低。
[0006] 现有技术 Ξ，偏振间插复用离散多音（polarization-inter leave-multiplexed discrete multi-tone，PIM-DMT)系统存在的主要缺点是：在运个系统中，两个偏振态需要 两个不同频率的激光器，而且它们的频差需要比信号带宽大才能消除混合偏振拍打干扰 (mixed polarization beat inte;rference，MPBI)的影响，两个激光器的使用使系统成本 增加。
[0007] 综上，W上系统结构复杂，成本高，或者是应用存在局限性。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种偏振复用直接检测系统及方法，W解决现有 技术所存在的系统结构复杂，成本高，或者是应用存在局限性的问题。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种偏振复用直接检测系统，其特征在 于，包括:激光器、偏振分束器、单边带调制器、光强度调制器、偏振合束器、光电检测器和数 字信号处理器；
[0010] 所述偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两 个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0011] 所述单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制；
[0012] 所述光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制；
[0013] 所述偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复 用信号；
[0014] 所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换 成电信号；
[0015] 所述数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏 振态上的信号进行分离及信号恢复操作。
[0016] 进一步地，所述光电检测器的数量为1个。
[0017] 进一步地，所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振 态上的电信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：
[001 引
[0019] 式中，Αχ为第一偏振态的直流偏置，?非)= ?/ν(?)，sx(t)为发送端第一偏 振态上传输的第一路电信号，&为单边带信号的中屯、频率，（.）^表示取共辆，11^〇表示信 道冲激响应；
[0020] 检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为：
[0021] dy(t) =Ay 甘 y(t)
[0022] 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置，
,Sy(t)为发送端第二 偏振态上传输的第二路电信号；
[0023] 根据检测到的电信号dx(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的 整个电信号d(t)表示为：
[0024]
[0025] 进一步地，所述数字信号处理器，具体用于对光电检测器检测到的整个电信号d (t)进行处理，将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，并消除分离出的基频信号 中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号；
[0026] 其中，高频信号指中屯、频率为打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0027] 进一步地，所述数字信号处理器，用于将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进 行分离，得到高频信号dH(t)和基频信号么(t);
[0028] 其中，高频信号dH(t)表示为：
I基频信号dL(t)表示为：
[0029] 进一步地，所述数字信号处理器，用于消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打 干扰信息，恢复发送端发送的信号包括：
[0030] 根据高频信号dH(t)表达式：
得出rx(t)，记为
[0031] 根据/UO,消除基频信号dL(t)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t)|2,将第一偏振态 上的信号和第二偏振态上的信号进行分离；
[0032] 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理， 得到发送端发送的信号。
[0033] 本发明实施例还提供一种偏振复用直接检测方法，包括：
[0034] 在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，并 将调制后的两个正交偏振态上的信号合成偏振复用信号；
[0035] 在接收端 ，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信号 中的高频信号和基频信号进行分离；
[0036] 消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号；
[0037] 其中，高频信号指中屯、频率为打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0038] 进一步地，所述两个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0039] 所述在接收端，接收所述偏振复用信号包括：
[0040] 在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上 的电信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：
[0041]
[0042] 式中，Αχ为第一偏振态的直流偏置
Sx(t)为发送端第一偏 振态上传输的第一路电信号，&为单边带信号的中屯、频率，（.）^表示取共辆，11^〇表示信 道冲激响应；
[0043] 通过光电检测器检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为：
[0044] dy(t) =Ay 甘 y(t)
[0045] 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置
Sy(t)为发送端第二 偏振态上传输的第二路电信号；
[0046] 根据检测到的电信号dx(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的 整个电信号d(t)表示为：
[0047]
[004引进一步地，所述将所述偏振复用信号中的高频信号和基频信号进行分离包括：
[0049] 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信 号dL(t);
[0050] 其中，高频信号dH(t)表示为：
基频信号dL(t)表示为：
[0051] 进一步地，所述消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端 发送的信号包括：
[0052] 根据高频信号dH(t)表达式：
，得出rx(t)，记为^(0;
[0化3]根据消除基频信号dL(t)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t) I2,将第一偏振态 上的信号和第二偏振态上的信号进行分离；
[0054] 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理， 得到发送端发送的信号。
[0055] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0056] 上述方案中，在发送端，通过单边带调制器将第一路电信号在第一偏振态上进行 单边带调制;通过光强度调制器将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制;再通过 所述偏振合束器将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复用信号;在接收 端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换成电信号，最 后，通过数字信号处理器接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏振态上的信 号进行分离及信号恢复操作。运样，在发送端，通过单边带调制器和光强度调制器对两个正 交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，在接收端，通过光电检测器将光 信号转换为电转换，能够有效避免恢复信号时出现奇异性问题，并通过数字信号处理器进 行信号分离及信号恢复，能够提高短距离光传输系统单波长信道的比特率，且系统结构简 单，成本低。
【附图说明】
[0057] 图1为本发明实施例提供的偏振复用直接检测系统的结构示意图；
[005引图2(a)为本发明实施例提供的X偏振态上单边带调制信号的光谱示意图；
[0059] 图2(b)为本发明实施例提供的Y偏振态上光强度调制信号的光谱示意图；
[0060] 图2(c)为本发明实施例提供的偏振合束器合成的偏振复用信号的光谱示意图；
[0061] 图2(d)为本发明实施例提供的光电检测器检测后，偏振复用信号的电谱示意图；
[0062] 图3为图1中数字信号处理器的工作流程图；
[0063] 图4为本发明实施例提供的偏振复用直接检测方法的方法流程图。
【具体实施方式】
[0064] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0065] 本发明针对现有的系统结构复杂，成本高，或者是应用存在局限性的问题，提供一 种偏振复用直接检测系统及方法。
[0066] 实施例一
[0067] 参看图1所示，本发明实施例提供的一种偏振复用直接检测系统，包括:激光器、偏 振分束器、单边带调制器、光强度调制器、偏振合束器、光电检测器和数字信号处理器；
[0068] 所述偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两 个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0069] 所述单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制；
[0070] 所述光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制；
[0071] 所述偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复 用信号；
[0072] 所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换 成电信号；
[0073] 所述数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏 振态上的信号进行分离及信号恢复操作。
[0074] 本发明实施例所述的偏振复用直接检测系统，在发送端，通过单边带调制器将第 一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制;通过光强度调制器将第二路电信号在第二偏 振态上进行光强度调制;再通过所述偏振合束器将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的 信号合成偏振复用信号;在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并将接收到的 偏振复用信号转换成电信号，最后，通过数字信号处理器接收转换后的电信号，并将所述电 信号中两个正交偏振态上的信号进行分离及信号恢复操作。运样，在发送端，通过单边带调 制器和光强度调制器对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，在 接收端，通过光电检测器将光信号转换为电转换，能够有效避免恢复信号时出现奇异性问 题，并通过数字信号处理器进行信号分离及信号恢复，能够提高短距离光传输系统单波长 信道的比特率，且系统结构简单，成本低。
[0075] 如图1所示，在发送端，通过偏振分束器(PBS)将一个激光器发出的光束分成两个 正交的偏振态，所述两个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态，再通过单边带调制 器(single side-band,SSB)和光强度调制器（IM)将两路电信号分别在两个正交偏振态上 进行单边带调制和光强度调制；具体的，首先，将原始的两路信息比特流进行调制，调制之 后的信号分别经过模数转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)生成两路模拟电信 号，运两路模拟电信号分别在一个激光器的两个正交偏振态上进行调制，其中，第一偏振态 (第一偏振态记为:X偏振态)采用单边带调制方式，信号带宽表示为B，单边带调制后的信号 光谱图如图2(a)所示;第二偏振态(第二偏振态记为:Y偏振态)采用光强度调制，光强度调 制后的信号光谱图如图2(b)所示；接着，再通过偏振合束器（polarization beam combiner, PBC)将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号进行合成，生成偏振复用信 号，如图2(c)所示，合成的偏振复用信号通过标准单模光纤（standard single mode f iber，SSMF)进行传输。
[0076] 如图1所示，在接收端，只采用一个光电检测器(photodetector，PD)对接收到的偏 振复用信号进行 光电探测，将光信号转换成电信号，如图2(d)所示，再经过低通滤波器(low pass filter，LPF)和模数转换器(analog-t〇-digi1:al converter,A/D)将光电检测器输出 的模拟电信号转换成数字电信号，并将所述数字电信号传输至数字信号处理器(digital signal processor,DSP)，利用数字信号处理对所述数字电信号进行处理，将所述数字电信 号中两正交偏振态上的信号进行分离，再对分离后的信号分别进行信号恢复处理，得到发 送端发送的信号。
[0077]本发明实施例中，具体的，通过单边带调制器将第一路模拟电信号在X偏振态上进 行单边带调制，输出光电场Ex(t)，其中，光电场Ex(t)表示为式（1):
[007引
（U
[0079] 式（1)中，Αχ为X偏振态的直流偏置，sx(t)为发送端X偏振态上传输的第一路模拟电 信号，打为单边带信号的中屯、频率；
[0080] 通过光强度调制器将第二路模拟电信号在Y偏振态上进行光强度调制，输出光电 场Ey(t)，其中，光电场Ey(t)表示为式(2):
[00川
（2 )
[0082 ]式(2)中，Ay为Y偏振态的直流偏置，Sy (t)为发送端Y偏振态上传输的第二路模拟电 信号；
[0083] 将调制后的两路信号经过PBC结合成偏振复用信号之后，再通过标准单模光纤进 行传输。
[0084] 接着，通过单光电检测器对接收到的偏振复用信号进行光电探测，将光信号转换 成电信号。在短距离传输情境中，不需考虑偏振态正交性失调问题，两个偏振态可W看作独 立的信道，采用光电检测器探测后，XY两正交偏振态不会相互产生拍频效应，对于调制在X 偏振态上的信号，经光电检测器检测后，检测到调制在X偏振态上的电信号dx(t)，将电信号 dx(t)表示为式(3):
[0085]
[0086] 式(3)中，Αχ为第一偏振态的直流偏置，sx(t)为发送端X偏振态上传输的第一路模 拟电信号，fb为单边带信号的中屯、频率，（· Γ表示取共辆，hf(t)表示信道冲激响应，假设： 非)=(? )e心心@ A,- (0,式(3)可W简化为式(4):
[0087]
( 4 )
[0088] 对应于调制在Y偏振态上的信号，经光电检测器检测后，检测到调制在Y偏振态上 的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为式巧）：
[0089]
(5)
[0090] 式(5)中，Ay为第二偏振态的直流偏置，Sy(t)为发送端Y偏振态上传输的第二路模 拟电信号；+.^0经泰勒公式展开，且考虑高阶项被直流分量抑制，·^/^ +^,(0可^表示 为式(6):
[0091]
(6)
[0092] 将式(6)带入式(5)，Υ偏振态上的信号可W简化为式(7):
[圆]
(7)
[0094] 同样，假设：
，则式(7)可W简化为式(8):
[0095] dy(t) =Ay 甘 y(t) (8)
[0096] 根据式(4)和式(8)，经光电检测器检测后的整个电信号d(t)可W表示为式(9):
[0097]
(9)
[0098] 本发明实施例中，所述数字信号处理器，具体用于对光电检测器检测到的整个电 信号d(t)进行处理，将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，并消除分离出的基 频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号;其中，高频信号指中屯、频率为 打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0099] 参看图3所示，所述数字信号处理器对电信号d(t)进行处理，基于频率分布特性， 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信号么(t);
[0100] 其中，高频信号dH(t)表示为式（10):
[0101]
(10)
[0102] 基频信号dL(t)表示为式（11):
[0103]
(11)
[0104] 根据式（10)，确定。(t)，记为/U')，根据确定的和式（11)，确定式（11)中的混 合偏振拍打干扰信息|rx(t)| 2(也就是，X偏振态上信息对Υ偏振态信息的干扰信息），根据式 (12)消除基频信号dL(t)中的混合偏振拍打干扰信息|rx(t)| 2:
[010 引
（口）
[0106] 根据式（10)，（12)可W看出，X偏振态与Y偏振态上的信息已经独立分离，再通过传 统的SSB和IM信号处理方式，分别对两路分离后的信号进行恢复处理，恢复发送端发送的信 号。
[0107] 实施例二
[0108] 本发明还提供一种偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】，由于本发明提供的偏 振复用直接检测方法与前述偏振复用直接检测系统的【具体实施方式】相对应，该偏振复用直 接检测方法可W通过执行上述方法【具体实施方式】中的流程步骤来实现本发明的目的，因此 上述偏振复用直接检测系统【具体实施方式】中的解释说明，也适用于本发明提供的偏振复用 直接检测方法的【具体实施方式】，在本发明W下的【具体实施方式】中将不再寶述。
[0109] 参看图4所示，本发明实施例还提供一种偏振复用直接检测方法，包括：
[0110] S1:在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制， 并将调制后的两个正交偏振态上的信号合成偏振复用信号；
[0111] S2:在接收端，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信 号中的高频信号和基频信号进行分离；
[0112] S3:消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号；
[0113] 其中，高频信号指中屯、频率为打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0114] 本发明实施例所述的偏振复用直接检测方法，在发送端，对两个正交的偏振态上 的信号分别进行单边带调制和光强度调制，并将调制后的两个正交偏振态上的信号合成偏 振复用信号;在接收端，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信 号中的高频信号和基频信号进行分离；消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信 息，恢复发送端发送的信号。运样，在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边 带调制和光强度调制，在接收端，通过数字信号处理器对接收到的偏振复用信号进行信号 分离及信号恢复操作，能够提高短距离光传输系统单波长信道的比特率，且系统结构简单， 成本低。
[0115] 在前述偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述两个正交的偏 振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0116] 所述在接收端，接收所述偏振复用信号包括：
[0117] 在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上 的电信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：
[011 引
[0119] 式中，Αχ为第一偏振态的直流偏置，= " 0Α,(?), Sx(t)为发送端第一偏 振态上传输的第一路电信号，&为单边带信号的中屯、频率，（.）^表示取共辆，11^〇表示信 道冲击响应。；
[0120] 通过光电检测器检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为：
[0121] dy(t) =Ay 甘 y(t)
[0122] 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置：
，Sy(t)为发送端第二 偏振态上传输的第二路电信号；
[ 0123] 根据检测到的电信号dx(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的 整个电信号d(t)表示为：
[0124]
[0125] 在前述偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述将所述偏振复 用信号中的高频信号和基频信号进行分离包括：
[0126] 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信 号dL(t);
[0127] 其中，高频信号dH(t)表示为：
i频信号dL(t)表示为：
[0128] 在前述偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述消除分离出的 基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号包括：
[0129] 根据高频信号dH(t)表达式
得出rx(t)，记为爲灼；
[0130] 根据Γ?/>，消除基频信号dL(t)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t)|2,将第一偏振态 上的信号和第二偏振态上的信号进行分离；
[0131] 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理， 得到发送端发送的信号。
[0132] W上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，运些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种偏振复用直接检测系统，其特征在于，包括:激光器、偏振分束器、单边带调制 器、光强度调制器、偏振合束器、光电检测器和数字信号处理器； 所述偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两个正 交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态； 所述单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制； 所述光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制； 所述偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复用信 号； 所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换成电 信号； 所述数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏振态 上的信号进行分离及信号恢复操作。2. 根据权利要求1所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述光电检测器的数量 为1个。3. 根据权利要求2所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述光电检测器，用于 接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上的电信号d x(t)，将电信号dx(t)表示 为：式中，Ax为第一偏振态的直流偏置，，sx(t)为发送端第一偏振态上 传输的第一路电信号，fb为单边带信号的中心频率，（· Γ表示取共辄，hf(t)表示信道冲激 响应； 检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为： dy(t) =Ay+ry(t) 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置，Sy(t)为发送端第二偏振 态上传输的第二路电信号； 根据检测到的电信号dX(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的整个 电信号d(t)表不为：4. 根据权利要求3所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器， 具体用于对光电检测器检测到的整个电信号d(t)进行处理，将电信号d(t)中的高频信号和 基频信号进行分离，并消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发 送的信号； 其中，高频信号指中心频率为fb的信号，基频信号指中心频率为〇的信号。5. 根据权利要求4所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器， 用于将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号d H(t)和基频信号dL ⑴； 其中，高频信号dH(t)表示为：基频信号cU(t)表示为：6. 根据权利要求5所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器， 用于消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号包括： 根据高频信号dH(t)表达式：，得出rx( t)，记为ξ(〇 ; 根据/丨⑴.消除基频信号dL( t)中混合偏振拍打干扰信息I rx( t) 12，将第一偏振态上的 信号和第二偏振态上的信号进行分离； 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理，得到 发送端发送的信号。7. -种偏振复用直接检测方法，其特征在于，包括： 在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，并将调 制后的两个正交偏振态上的信号合成偏振复用信号； 在接收端，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信号中的 高频信号和基频信号进行分离； 消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号； 其中，高频信号指中心频率为fb的信号，基频信号指中心频率为〇的信号。8. 根据权利要求7所述的偏振复用直接检测方法，其特征在于，所述两个正交的偏振态 包括:第一偏振态和第二偏振态； 所述在接收端，接收所述偏振复用信号包括： 在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上的电 信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：式中，Ax为第一偏振态的直流偏置，为发送端第一偏振态上 传输的第一路电信号，fb为单边带信号的中心频率，（· Γ表示取共辄，hf(t)表示信道冲激 响应； 通过光电检测器检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为： dy(t) =Ay+ry(t) 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置，，Sy(t)为发送端第二偏振 态上传输的第二路电信号； 根据检测到的电信号dX(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的整个 电信号d(t)表不为：9. 根据权利要求8所述的偏振复用直接检测方法，其特征在于，所述将所述偏振复用信 号中的高频信号和基频信号进行分离包括： 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信号dL ⑴； 其中，高频信号dH(t)表示为：基频信号dUt)表示为：10.根据权利要求9所述的偏振复用直接检测方法，其特征在于，所述消除分离出的基 频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号包括： 根据高频信号dH(t)表达式：根据A⑴，消除基频信号(Ut)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t) 12,将第一偏振态上的 信号和第二偏振态上的信号进行分离； 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理，得到 发送端发送的信号。
【专利摘要】本发明提供一种偏振复用直接检测系统及方法，能够提高系统单波长信道比特率。所述系统包括：偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两个正交的偏振态包括：第一偏振态和第二偏振态；单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制；光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制；偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复用信号；光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换成电信号；数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏振态上的信号进行分离及信号恢复操作。本发明适用于光通信技术领域。
【IPC分类】H04B10/66, H04B10/532, H04B10/54, H04J14/06
【公开号】CN105490749
【申请号】CN201510922635
【发明人】周娴, 霍佳皓, 钟康平, 闫凯丽, 刘伟, 皇甫伟, 隆克平
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月14日
【技术领域】
[0001] 本发明设及光通信技术领域，特别是指一种偏振复用直接检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在大数据时代的背景下，数据总量持续增长、数据来源日趋复杂、数据类型变得丰 富多样，同时用户对于数据处理的速度要求也越来越高，使得数据中屯、规模也与日俱增，单 一数据集容量超过几十太字节(Terabyte, TB)甚至数拍字节(PB)已不罕见，运使得数据中 屯、间的高效互连通信出现瓶颈。数据中屯、之间的光传输互连，有距离短、接口密度大、布线 复杂、设备数量众多等特点。因此，在短距离的情况下，出于系统成本、复杂度、功耗等考虑， 一般采用光强度调制一直接检测（intensity modulation with direct detection, IM-DD)技术，同时利用多电平先进调制技术实现高速率传输，如脉冲幅度调制（pulse ampli1:ude modulation,PAM)、直接探测一正交频分复用（direct detection orthogonal frequen巧 division multiplexing,抓-OFDM)调制/离散多音复用（discrete multi-tone,DMT)、无载波幅度相位调制（carrier-less amplitude and phase modulation, CAP)。但是，由于在IM-DD技术下相位信息的丢失，调制器、采样器、光电探测器等器件的响 应速率、带宽、有效比特位受限等因素，仅仅利用高阶调制技术难W突破单波1 OOGbps速率 的传输，需要进一步探寻与新技术的结合，W满足未来短距光互联传输的发展需求。
[0003] 光偏振复用技术是运用于大容量长距离光传输中的关键技术之一，可W在采用相 同调制方式和相同器件条件下，实现一倍的系统传输速率提升。将偏振复用技术运用于低 成本短距离的直接检测系统中，有利于光传输速率的进一步提升。光偏振复用与直接检测 (direct detection,DD)相结合的技术能够进一步提高数据传输速率，同时也得到了广泛 研究。
[0004] 现有技术一，基于单边带正交频分复用（single sideband orthogonal frequen巧division multiplexing，SSB-〇FDM)调制的偏振复用光强度调制直接检测的短 距离传输系统。运种偏振复用正交频分复用直接检测(PM-0抑M-孤)系统需要复杂的发射机 结构，其中包括射频源和窄带光滤波器的使用。更进一步，运个系统最主要的问题是它的4 X4传输矩阵的奇异性问题，即接收到的偏振态（state of polarizations,SOP)相对于接 收端偏振分束器(polarization beam splitter，PBS)的坐标轴为±π/4及其整数倍的时 候，传输矩阵不可逆将导致偏振解复用失效。
[0005] 现有技术二，偏振复用结合基于斯托克斯向量的直接检测接收机方案被作为一种 新技术提出，W提高单波长信道的比特率，而且运种方案可W避免传输矩阵的奇异性问题， 但是，其接收端结构需要靠光混频器、平衡检测器W及多个光电检测器(photodetector， PD)实现，接收方式复杂，信号功率有效性低。
[0006] 现有技术 Ξ，偏振间插复用离散多音（polarization-inter leave-multiplexed discrete multi-tone，PIM-DMT)系统存在的主要缺点是：在运个系统中，两个偏振态需要 两个不同频率的激光器，而且它们的频差需要比信号带宽大才能消除混合偏振拍打干扰 (mixed polarization beat inte;rference，MPBI)的影响，两个激光器的使用使系统成本 增加。
[0007] 综上，W上系统结构复杂，成本高，或者是应用存在局限性。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种偏振复用直接检测系统及方法，W解决现有 技术所存在的系统结构复杂，成本高，或者是应用存在局限性的问题。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种偏振复用直接检测系统，其特征在 于，包括:激光器、偏振分束器、单边带调制器、光强度调制器、偏振合束器、光电检测器和数 字信号处理器；
[0010] 所述偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两 个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0011] 所述单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制；
[0012] 所述光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制；
[0013] 所述偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复 用信号；
[0014] 所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换 成电信号；
[0015] 所述数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏 振态上的信号进行分离及信号恢复操作。
[0016] 进一步地，所述光电检测器的数量为1个。
[0017] 进一步地，所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振 态上的电信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：
[001 引
[0019] 式中，Αχ为第一偏振态的直流偏置，?非)= ?/ν(?)，sx(t)为发送端第一偏 振态上传输的第一路电信号，&为单边带信号的中屯、频率，（.）^表示取共辆，11^〇表示信 道冲激响应；
[0020] 检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为：
[0021] dy(t) =Ay 甘 y(t)
[0022] 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置，
,Sy(t)为发送端第二 偏振态上传输的第二路电信号；
[0023] 根据检测到的电信号dx(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的 整个电信号d(t)表示为：
[0024]
[0025] 进一步地，所述数字信号处理器，具体用于对光电检测器检测到的整个电信号d (t)进行处理，将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，并消除分离出的基频信号 中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号；
[0026] 其中，高频信号指中屯、频率为打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0027] 进一步地，所述数字信号处理器，用于将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进 行分离，得到高频信号dH(t)和基频信号么(t);
[0028] 其中，高频信号dH(t)表示为：
I基频信号dL(t)表示为：
[0029] 进一步地，所述数字信号处理器，用于消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打 干扰信息，恢复发送端发送的信号包括：
[0030] 根据高频信号dH(t)表达式：
得出rx(t)，记为
[0031] 根据/UO,消除基频信号dL(t)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t)|2,将第一偏振态 上的信号和第二偏振态上的信号进行分离；
[0032] 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理， 得到发送端发送的信号。
[0033] 本发明实施例还提供一种偏振复用直接检测方法，包括：
[0034] 在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，并 将调制后的两个正交偏振态上的信号合成偏振复用信号；
[0035] 在接收端 ，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信号 中的高频信号和基频信号进行分离；
[0036] 消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号；
[0037] 其中，高频信号指中屯、频率为打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0038] 进一步地，所述两个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0039] 所述在接收端，接收所述偏振复用信号包括：
[0040] 在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上 的电信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：
[0041]
[0042] 式中，Αχ为第一偏振态的直流偏置
Sx(t)为发送端第一偏 振态上传输的第一路电信号，&为单边带信号的中屯、频率，（.）^表示取共辆，11^〇表示信 道冲激响应；
[0043] 通过光电检测器检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为：
[0044] dy(t) =Ay 甘 y(t)
[0045] 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置
Sy(t)为发送端第二 偏振态上传输的第二路电信号；
[0046] 根据检测到的电信号dx(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的 整个电信号d(t)表示为：
[0047]
[004引进一步地，所述将所述偏振复用信号中的高频信号和基频信号进行分离包括：
[0049] 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信 号dL(t);
[0050] 其中，高频信号dH(t)表示为：
基频信号dL(t)表示为：
[0051] 进一步地，所述消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端 发送的信号包括：
[0052] 根据高频信号dH(t)表达式：
，得出rx(t)，记为^(0;
[0化3]根据消除基频信号dL(t)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t) I2,将第一偏振态 上的信号和第二偏振态上的信号进行分离；
[0054] 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理， 得到发送端发送的信号。
[0055] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0056] 上述方案中，在发送端，通过单边带调制器将第一路电信号在第一偏振态上进行 单边带调制;通过光强度调制器将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制;再通过 所述偏振合束器将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复用信号;在接收 端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换成电信号，最 后，通过数字信号处理器接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏振态上的信 号进行分离及信号恢复操作。运样，在发送端，通过单边带调制器和光强度调制器对两个正 交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，在接收端，通过光电检测器将光 信号转换为电转换，能够有效避免恢复信号时出现奇异性问题，并通过数字信号处理器进 行信号分离及信号恢复，能够提高短距离光传输系统单波长信道的比特率，且系统结构简 单，成本低。
【附图说明】
[0057] 图1为本发明实施例提供的偏振复用直接检测系统的结构示意图；
[005引图2(a)为本发明实施例提供的X偏振态上单边带调制信号的光谱示意图；
[0059] 图2(b)为本发明实施例提供的Y偏振态上光强度调制信号的光谱示意图；
[0060] 图2(c)为本发明实施例提供的偏振合束器合成的偏振复用信号的光谱示意图；
[0061] 图2(d)为本发明实施例提供的光电检测器检测后，偏振复用信号的电谱示意图；
[0062] 图3为图1中数字信号处理器的工作流程图；
[0063] 图4为本发明实施例提供的偏振复用直接检测方法的方法流程图。
【具体实施方式】
[0064] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0065] 本发明针对现有的系统结构复杂，成本高，或者是应用存在局限性的问题，提供一 种偏振复用直接检测系统及方法。
[0066] 实施例一
[0067] 参看图1所示，本发明实施例提供的一种偏振复用直接检测系统，包括:激光器、偏 振分束器、单边带调制器、光强度调制器、偏振合束器、光电检测器和数字信号处理器；
[0068] 所述偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两 个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0069] 所述单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制；
[0070] 所述光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制；
[0071] 所述偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复 用信号；
[0072] 所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换 成电信号；
[0073] 所述数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏 振态上的信号进行分离及信号恢复操作。
[0074] 本发明实施例所述的偏振复用直接检测系统，在发送端，通过单边带调制器将第 一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制;通过光强度调制器将第二路电信号在第二偏 振态上进行光强度调制;再通过所述偏振合束器将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的 信号合成偏振复用信号;在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并将接收到的 偏振复用信号转换成电信号，最后，通过数字信号处理器接收转换后的电信号，并将所述电 信号中两个正交偏振态上的信号进行分离及信号恢复操作。运样，在发送端，通过单边带调 制器和光强度调制器对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，在 接收端，通过光电检测器将光信号转换为电转换，能够有效避免恢复信号时出现奇异性问 题，并通过数字信号处理器进行信号分离及信号恢复，能够提高短距离光传输系统单波长 信道的比特率，且系统结构简单，成本低。
[0075] 如图1所示，在发送端，通过偏振分束器(PBS)将一个激光器发出的光束分成两个 正交的偏振态，所述两个正交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态，再通过单边带调制 器(single side-band,SSB)和光强度调制器（IM)将两路电信号分别在两个正交偏振态上 进行单边带调制和光强度调制；具体的，首先，将原始的两路信息比特流进行调制，调制之 后的信号分别经过模数转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)生成两路模拟电信 号，运两路模拟电信号分别在一个激光器的两个正交偏振态上进行调制，其中，第一偏振态 (第一偏振态记为:X偏振态)采用单边带调制方式，信号带宽表示为B，单边带调制后的信号 光谱图如图2(a)所示;第二偏振态(第二偏振态记为:Y偏振态)采用光强度调制，光强度调 制后的信号光谱图如图2(b)所示；接着，再通过偏振合束器（polarization beam combiner, PBC)将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号进行合成，生成偏振复用信 号，如图2(c)所示，合成的偏振复用信号通过标准单模光纤（standard single mode f iber，SSMF)进行传输。
[0076] 如图1所示，在接收端，只采用一个光电检测器(photodetector，PD)对接收到的偏 振复用信号进行 光电探测，将光信号转换成电信号，如图2(d)所示，再经过低通滤波器(low pass filter，LPF)和模数转换器(analog-t〇-digi1:al converter,A/D)将光电检测器输出 的模拟电信号转换成数字电信号，并将所述数字电信号传输至数字信号处理器(digital signal processor,DSP)，利用数字信号处理对所述数字电信号进行处理，将所述数字电信 号中两正交偏振态上的信号进行分离，再对分离后的信号分别进行信号恢复处理，得到发 送端发送的信号。
[0077]本发明实施例中，具体的，通过单边带调制器将第一路模拟电信号在X偏振态上进 行单边带调制，输出光电场Ex(t)，其中，光电场Ex(t)表示为式（1):
[007引
（U
[0079] 式（1)中，Αχ为X偏振态的直流偏置，sx(t)为发送端X偏振态上传输的第一路模拟电 信号，打为单边带信号的中屯、频率；
[0080] 通过光强度调制器将第二路模拟电信号在Y偏振态上进行光强度调制，输出光电 场Ey(t)，其中，光电场Ey(t)表示为式(2):
[00川
（2 )
[0082 ]式(2)中，Ay为Y偏振态的直流偏置，Sy (t)为发送端Y偏振态上传输的第二路模拟电 信号；
[0083] 将调制后的两路信号经过PBC结合成偏振复用信号之后，再通过标准单模光纤进 行传输。
[0084] 接着，通过单光电检测器对接收到的偏振复用信号进行光电探测，将光信号转换 成电信号。在短距离传输情境中，不需考虑偏振态正交性失调问题，两个偏振态可W看作独 立的信道，采用光电检测器探测后，XY两正交偏振态不会相互产生拍频效应，对于调制在X 偏振态上的信号，经光电检测器检测后，检测到调制在X偏振态上的电信号dx(t)，将电信号 dx(t)表示为式(3):
[0085]
[0086] 式(3)中，Αχ为第一偏振态的直流偏置，sx(t)为发送端X偏振态上传输的第一路模 拟电信号，fb为单边带信号的中屯、频率，（· Γ表示取共辆，hf(t)表示信道冲激响应，假设： 非)=(? )e心心@ A,- (0,式(3)可W简化为式(4):
[0087]
( 4 )
[0088] 对应于调制在Y偏振态上的信号，经光电检测器检测后，检测到调制在Y偏振态上 的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为式巧）：
[0089]
(5)
[0090] 式(5)中，Ay为第二偏振态的直流偏置，Sy(t)为发送端Y偏振态上传输的第二路模 拟电信号；+.^0经泰勒公式展开，且考虑高阶项被直流分量抑制，·^/^ +^,(0可^表示 为式(6):
[0091]
(6)
[0092] 将式(6)带入式(5)，Υ偏振态上的信号可W简化为式(7):
[圆]
(7)
[0094] 同样，假设：
，则式(7)可W简化为式(8):
[0095] dy(t) =Ay 甘 y(t) (8)
[0096] 根据式(4)和式(8)，经光电检测器检测后的整个电信号d(t)可W表示为式(9):
[0097]
(9)
[0098] 本发明实施例中，所述数字信号处理器，具体用于对光电检测器检测到的整个电 信号d(t)进行处理，将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，并消除分离出的基 频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号;其中，高频信号指中屯、频率为 打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0099] 参看图3所示，所述数字信号处理器对电信号d(t)进行处理，基于频率分布特性， 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信号么(t);
[0100] 其中，高频信号dH(t)表示为式（10):
[0101]
(10)
[0102] 基频信号dL(t)表示为式（11):
[0103]
(11)
[0104] 根据式（10)，确定。(t)，记为/U')，根据确定的和式（11)，确定式（11)中的混 合偏振拍打干扰信息|rx(t)| 2(也就是，X偏振态上信息对Υ偏振态信息的干扰信息），根据式 (12)消除基频信号dL(t)中的混合偏振拍打干扰信息|rx(t)| 2:
[010 引
（口）
[0106] 根据式（10)，（12)可W看出，X偏振态与Y偏振态上的信息已经独立分离，再通过传 统的SSB和IM信号处理方式，分别对两路分离后的信号进行恢复处理，恢复发送端发送的信 号。
[0107] 实施例二
[0108] 本发明还提供一种偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】，由于本发明提供的偏 振复用直接检测方法与前述偏振复用直接检测系统的【具体实施方式】相对应，该偏振复用直 接检测方法可W通过执行上述方法【具体实施方式】中的流程步骤来实现本发明的目的，因此 上述偏振复用直接检测系统【具体实施方式】中的解释说明，也适用于本发明提供的偏振复用 直接检测方法的【具体实施方式】，在本发明W下的【具体实施方式】中将不再寶述。
[0109] 参看图4所示，本发明实施例还提供一种偏振复用直接检测方法，包括：
[0110] S1:在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制， 并将调制后的两个正交偏振态上的信号合成偏振复用信号；
[0111] S2:在接收端，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信 号中的高频信号和基频信号进行分离；
[0112] S3:消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号；
[0113] 其中，高频信号指中屯、频率为打的信号，基频信号指中屯、频率为0的信号。
[0114] 本发明实施例所述的偏振复用直接检测方法，在发送端，对两个正交的偏振态上 的信号分别进行单边带调制和光强度调制，并将调制后的两个正交偏振态上的信号合成偏 振复用信号;在接收端，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信 号中的高频信号和基频信号进行分离；消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信 息，恢复发送端发送的信号。运样，在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边 带调制和光强度调制，在接收端，通过数字信号处理器对接收到的偏振复用信号进行信号 分离及信号恢复操作，能够提高短距离光传输系统单波长信道的比特率，且系统结构简单， 成本低。
[0115] 在前述偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述两个正交的偏 振态包括:第一偏振态和第二偏振态；
[0116] 所述在接收端，接收所述偏振复用信号包括：
[0117] 在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上 的电信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：
[011 引
[0119] 式中，Αχ为第一偏振态的直流偏置，= " 0Α,(?), Sx(t)为发送端第一偏 振态上传输的第一路电信号，&为单边带信号的中屯、频率，（.）^表示取共辆，11^〇表示信 道冲击响应。；
[0120] 通过光电检测器检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为：
[0121] dy(t) =Ay 甘 y(t)
[0122] 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置：
，Sy(t)为发送端第二 偏振态上传输的第二路电信号；
[ 0123] 根据检测到的电信号dx(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的 整个电信号d(t)表示为：
[0124]
[0125] 在前述偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述将所述偏振复 用信号中的高频信号和基频信号进行分离包括：
[0126] 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信 号dL(t);
[0127] 其中，高频信号dH(t)表示为：
i频信号dL(t)表示为：
[0128] 在前述偏振复用直接检测方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述消除分离出的 基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号包括：
[0129] 根据高频信号dH(t)表达式
得出rx(t)，记为爲灼；
[0130] 根据Γ?/>，消除基频信号dL(t)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t)|2,将第一偏振态 上的信号和第二偏振态上的信号进行分离；
[0131] 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理， 得到发送端发送的信号。
[0132] W上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，运些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种偏振复用直接检测系统，其特征在于，包括:激光器、偏振分束器、单边带调制 器、光强度调制器、偏振合束器、光电检测器和数字信号处理器； 所述偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两个正 交的偏振态包括:第一偏振态和第二偏振态； 所述单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制； 所述光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制； 所述偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复用信 号； 所述光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换成电 信号； 所述数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏振态 上的信号进行分离及信号恢复操作。2. 根据权利要求1所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述光电检测器的数量 为1个。3. 根据权利要求2所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述光电检测器，用于 接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上的电信号d x(t)，将电信号dx(t)表示 为：式中，Ax为第一偏振态的直流偏置，，sx(t)为发送端第一偏振态上 传输的第一路电信号，fb为单边带信号的中心频率，（· Γ表示取共辄，hf(t)表示信道冲激 响应； 检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为： dy(t) =Ay+ry(t) 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置，Sy(t)为发送端第二偏振 态上传输的第二路电信号； 根据检测到的电信号dX(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的整个 电信号d(t)表不为：4. 根据权利要求3所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器， 具体用于对光电检测器检测到的整个电信号d(t)进行处理，将电信号d(t)中的高频信号和 基频信号进行分离，并消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发 送的信号； 其中，高频信号指中心频率为fb的信号，基频信号指中心频率为〇的信号。5. 根据权利要求4所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器， 用于将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号d H(t)和基频信号dL ⑴； 其中，高频信号dH(t)表示为：基频信号cU(t)表示为：6. 根据权利要求5所述的偏振复用直接检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器， 用于消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号包括： 根据高频信号dH(t)表达式：，得出rx( t)，记为ξ(〇 ; 根据/丨⑴.消除基频信号dL( t)中混合偏振拍打干扰信息I rx( t) 12，将第一偏振态上的 信号和第二偏振态上的信号进行分离； 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理，得到 发送端发送的信号。7. -种偏振复用直接检测方法，其特征在于，包括： 在发送端，对两个正交的偏振态上的信号分别进行单边带调制和光强度调制，并将调 制后的两个正交偏振态上的信号合成偏振复用信号； 在接收端，通过一个光电检测器接收所述偏振复用信号，并将所述偏振复用信号中的 高频信号和基频信号进行分离； 消除分离出的基频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号； 其中，高频信号指中心频率为fb的信号，基频信号指中心频率为〇的信号。8. 根据权利要求7所述的偏振复用直接检测方法，其特征在于，所述两个正交的偏振态 包括:第一偏振态和第二偏振态； 所述在接收端，接收所述偏振复用信号包括： 在接收端，通过光电检测器接收所述偏振复用信号，并检测调制在第一偏振态上的电 信号dx(t)，将电信号dx(t)表示为：式中，Ax为第一偏振态的直流偏置，为发送端第一偏振态上 传输的第一路电信号，fb为单边带信号的中心频率，（· Γ表示取共辄，hf(t)表示信道冲激 响应； 通过光电检测器检测调制在第二偏振态上的电信号dy(t)，将电信号dy(t)表示为： dy(t) =Ay+ry(t) 式中，Ay为第二偏振态的直流偏置，，Sy(t)为发送端第二偏振 态上传输的第二路电信号； 根据检测到的电信号dX(t)和dy(t)，将检测到的第一偏振态上和第二偏振态上的整个 电信号d(t)表不为：9. 根据权利要求8所述的偏振复用直接检测方法，其特征在于，所述将所述偏振复用信 号中的高频信号和基频信号进行分离包括： 将电信号d(t)中的高频信号和基频信号进行分离，得到高频信号dH(t)和基频信号dL ⑴； 其中，高频信号dH(t)表示为：基频信号dUt)表示为：10.根据权利要求9所述的偏振复用直接检测方法，其特征在于，所述消除分离出的基 频信号中的混合偏振拍打干扰信息，恢复发送端发送的信号包括： 根据高频信号dH(t)表达式：根据A⑴，消除基频信号(Ut)中混合偏振拍打干扰信息|rx(t) 12,将第一偏振态上的 信号和第二偏振态上的信号进行分离； 对分离后的第一偏振态上的信号和第二偏振态上的信号分别进行信号恢复处理，得到 发送端发送的信号。
【专利摘要】本发明提供一种偏振复用直接检测系统及方法，能够提高系统单波长信道比特率。所述系统包括：偏振分束器，用于将一个激光器发出的光束分成两个正交的偏振态，所述两个正交的偏振态包括：第一偏振态和第二偏振态；单边带调制器，用于将第一路电信号在第一偏振态上进行单边带调制；光强度调制器，用于将第二路电信号在第二偏振态上进行光强度调制；偏振合束器，用于将调制后的第一偏振态和第二偏振态上的信号合成偏振复用信号；光电检测器，用于接收所述偏振复用信号，并将接收到的偏振复用信号转换成电信号；数字信号处理器，用于接收转换后的电信号，并将所述电信号中两个正交偏振态上的信号进行分离及信号恢复操作。本发明适用于光通信技术领域。
【IPC分类】H04B10/66, H04B10/532, H04B10/54, H04J14/06
【公开号】CN105490749
【申请号】CN201510922635
【发明人】周娴, 霍佳皓, 钟康平, 闫凯丽, 刘伟, 皇甫伟, 隆克平
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月14日
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