一种降低KK接收机所需最低CSPR的方法及通信系统

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种降低KK接收机所需最低CSPR的方法及通信系统。

背景技术

光传送网是现代社会的大动脉，随着目前物联网、光学数据中心等新需求业务的发展，数据中心之间的高速光互联成为了近年来学术和工业界的研究热点。不同于跨洋长距离光纤通信系统，数据中心之间的互联因体量巨大而对成本极其敏感。

在这样的应用场景中，现有的相干光通信系统因其成本高昂、功耗过高和模块尺寸较大的原生缺点，尚不能满足数据中心之间的互联需求。而在数据中心内部广泛应用的以强度调制、强度检测系统为代表的双边带调制技术，不能克服光纤色散导致的频率选择性衰落带来的信号损伤，因此也不适用于该场景。

在这样的成本和性能的双重限制下，基于强度检测的单边带调制技术成为了非常有潜力的技术方案。单边带调制技术中一个潜在问题是信号间拍频干扰，KK接收机方案被证实可以完全消除信号间拍频干扰，但为了恢复信号的相位信息需要满足最小相位条件，这就需要足够大的载波信号功率比(CSPR)，这使得需要比较大的载波功率。较大的载波功率容易引入非线性干扰，而且会造成资源浪费，如何在较低的CSPR下使信号满足最小相位条件是研究KK算法的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低KK接收机所需最低CSPR的方法及通信系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低KK接收机所需最低CSPR的方法，包括：将光信号分为两路，其中第一路信号不做额外处理，第二路信号使用波长阻断器将叠加的载波滤除；对第一、第二路信号进行时延补偿；将第一路的接收信号减去估算的非线性信号自拍频干扰，即清除干扰项；叠加足够大的直流信号，满足信号的最小相位条件；通过KK算法恢复信号的相位信息。

又一方面，本发明还提供了一种通信系统，包括发射端和接收端；其中

所述发射端采用两路的分布反馈式激光器作为光源，一路利用IQ调制器将任意波形发生器生成的承载信息的电信号进行调制，将其加载到该路激光器产生的的光载波上，使其转换成承载信息的光信号；另一路则采用不加调制的光信号充当直流信号，经耦合器耦合，两路信号叠加后进入光纤链路进行传输；以及

所述接收端将光纤链路传输后的光信号利用光耦合器分成两路，其中1路信号不做额外处理，2路信号使用波长阻断器将叠加的载波滤除，两路光信号分别经光电探测器进行平方律检测，此时两路光信号均转化为电信号，两路电信号分别经电低通滤波器滤除高频噪声，经模数转换后转为数字电信号，进行时延补偿对其进行时钟对齐后，将1路信号减去2路信号并叠加足够大的直流分量后经KK算法和其他数字信号处理后恢复信号的相位信息。

本发明的有益效果是，本发明提出了一种降低KK接收机所需最低CSPR的方法及通信系统，将光信号分为两路，其中一路信号不做额外处理，另一路信号使用波长阻断器将叠加的载波滤除，用未做额外处理的接收信号减去估算的非线性信号自拍频干扰，即可将干扰项清除，并在信号上叠加足够大的虚拟直流分量，进而使低CSPR下的信号仍能满足最小相位条件。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的KK接收机框图；

图2为本发明实施例的两路信号的带通带阻示意图；

图3为本发明实施例的通信系统示意图；

图4(a)为不同传输距离下误码率随CSPR变化的曲线图；

图4(b)为不同波长阻断器带宽下误码率随CSPR变化的曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图3所示，本实施例提供了一种降低KK接收机所需最低CSPR的方法，包括：将光信号分为两路，其中第一路信号不做额外处理，第二路信号使用波长阻断器将叠加的载波滤除；对第一、第二路信号进行时延补偿；将第一路的接收信号减去估算的非线性信号自拍频干扰，即清除干扰项；叠加足够大的直流信号，满足信号的最小相位条件；通过KK算法恢复信号的相位信息。

在本实施例中，可选的，所述将第一路的接收信号减去估算的非线性信号自拍频干扰包括：将第一路的接收信号减去第二路的接收信号，即如图1所示，1路信号减去2路信号，即可将干扰项清除。

在本实施例中，可选的，所述第一路信号不做额外处理包括光耦合器分出所述第一路信号后直接由光电探测器探测；所述第二路信号使用波长阻断器将叠加的载波滤除包括光耦合器分出所述第二路信号后先经过波长阻断器将叠加的载波滤除后，再由光电探测器探测。

如图1所示，在第一路中，光耦合器分出所述第一路信号后依次经过光电探测器、电低通滤波器、模数转换器；在第二路中，光耦合器分出所述第二路信号后依次经波长阻断器、光电探测器、电低通滤波器、模数转换器；得到的两路信号进行时延补偿后，将第一路的接收信号减去第二路的接收信号，图2为两路信号的的带通带阻示意图，在数字信号处理部分，将1路信号减去2路信号即可消除SSBI；再叠加足够大的直流信号，满足信号的最小相位条件，然后通过KK算法恢复信号的相位信息；还可以进一步进行其他数字信号处理。

在本实施例中，KK算法是一种数字信号处理方法，它可以通过信号和连续波的拍频恢复复杂的光场信息。

光电二极管上最小相位条件的信号复包络为：

E(t)＝E

光电二极管产生的电流与光强度成正比，表示为：

其中连续波E

实现KK算法的一个必要条件是要有足够大的E

CSPR(dB)＝10log

对于KK系统来说，优化该参数至关重要，因为CSPR较大时会降低接收机的灵敏度，而过低的CSPR会导致系统受到SSBI或直接检测信号时固有的非线性失真的影响。

在本实施例中，KK接收机通过光耦合器将信号分为两路，1路不做额外处理，2路信号经过波长阻断器滤除载波后可得到估算的SSBI，在数字信号处理部分，将1路信号减去2路信号即可消除SSBI。

信号经50:50的光耦合器被分成两路，可以表示为：

经过波长阻断器后的信号可以表示为：

第一路信号经光电探测器产生的电信号可以表达为：

第二路信号经光电探测器产生的电信号可以表达为：

其中，I

其中

其中，E

实施例还提供了一种通信系统，包括：发射端和接收端；其中

所述发射端采用两路的分布反馈式激光器作为光源，一路利用IQ调制器将任意波形发生器生成的承载信息的电信号进行调制，将其加载到该路激光器产生的的光载波上，使其转换成承载信息的光信号；另一路则采用不加调制的光信号充当直流信号，经耦合器耦合，两路信号叠加后进入光纤链路进行传输；以及

所述接收端将光纤链路传输后的光信号利用光耦合器分成两路，其中1路信号不做额外处理，2路信号使用波长阻断器将叠加的载波滤除，两路光信号分别经光电探测器进行平方律检测，此时两路光信号均转化为电信号，两路电信号分别经电低通滤波器滤除高频噪声，经模数转换后转为数字电信号，进行时延补偿对其进行时钟对齐后，将1路信号减去2路信号并叠加足够大的直流分量后经KK算法和其他数字信号处理后恢复信号的相位信息。

在一种具体应用场景中

如图1所示，光信号通过光耦合器被分为两路，1路信号不做额外处理，2路信号经过波长阻断器滤除载波后可得到估算的SSBI；图2为两路信号的的带通带阻示意图，在数字信号处理部分，将1路信号减去2路信号即可消除SSBI。

图3是基于本发明设计的实验框图，在发射端使用分布反馈式激光器发射信号，信号速率为32Gbaud，激光器中心频率为193.1THz，激光器线宽为100kHz，在与任意波形发生器产生的数字信号进行正交调制之后进入光纤中传输。经过光纤传输之后，在接收端分为两路，1路信号经过光滤波器、光电二极管、低通滤波器和模数转换器，2路信号经过波长阻断器、光滤波器、光电二极管、低通滤波器和模数转换器；其中ADC为8位，可以检测255位电平。在两路信号经过时延补偿之后相减，去除信号自拍频噪声，再叠加一个足够大的直流信号，保证进入KK算法前信号均为正值。然后通过KK算法利用接收信号的幅值恢复相位信息，再分别经过其他数字信号处理过程，最终完成信号的传输。

图4(a)展示了不同传输距离下传统的KK系统和改进后的KK系统误码率随CSPR变化的曲线，可以看出，当CSPR为-4dB时，对于改进后的KK系统，信号经1-4个跨度传输后(一个跨度为80km)，误码率低于7％HD-FEC判决门限，当CSPR为3dB时，改进后的KK系统的误码率低于KP4-FEC判决门限。而传统的KK系统，当信号经过一个跨度传输后，在CSPR为9dB时，误码率降至7％HD-FEC判决门限下，由此可以看出，由此可以看出改进后的系统性能要明显优于传统KK接收系统。图中还可以看出，当CSPR大于9dB时，改进后的KK系统误码率随CSPR增大而升高，这是由于当CSPR增大时，引入了非线性效应，接收机的灵敏度也有所降低，但在同样的跨度下，相同的CSPR时改进后的KK系统的误码率始终低于传统的KK系统。

图4(b)展示了不同波长阻断器带宽下，信号传输一个跨度时，误码率随CSPR变化的曲线，可以发现在相同CSPR下，改进后的KK接收系统的误码率要明显低于传统KK接收系统误码率。可以看出，波长阻断器的带宽越小，对SSBI的抑制效果越好。改进后的KK系统在较低的CSPR值下可以实现低于10

综上所述，本发明的降低KK接收机所需最低CSPR的方法及通信系统，将光信号分为两路，其中一路信号不做额外处理，另一路信号使用波长阻断器将叠加的载波滤除，用未做额外处理的接收信号减去估算的非线性信号自拍频干扰，即可将干扰项清除，并在信号上叠加足够大的虚拟直流分量，进而使低CSPR下的信号仍能满足最小相位条件。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。