一種基于斯托克斯分析的非正交偏振復(fù)用信號(hào)傳輸方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及短距離傳輸?shù)慕尤刖W(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種基于斯托克斯分析的非正交偏 振復(fù)用信號(hào)傳輸方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 自古以來，通信技術(shù)的發(fā)展從未間斷過，從烽火傳信到無線電波，從短距離傳輸?shù)?跨洋通信。然而在信息爆炸性增長(zhǎng)的今天，人們更加關(guān)注信息傳送的速率、距離、經(jīng)濟(jì)性以 及有效性，因此光纖作為傳輸媒介的提出，掀起了通信技術(shù)的一場(chǎng)革命。而光纖通信在隨后 的幾十年間也得到了迅猛發(fā)展，并且逐漸成為了現(xiàn)代通信的基石。
[0003] 自此之后，光纖通信又迎來了兩次重大的發(fā)展，每一次都是里程碑式的飛躍。一是 1986年南安普頓大學(xué)發(fā)明的摻鉺光纖放大器（EDFA)。它的問世使光纖通信徹底擺脫光電 光轉(zhuǎn)換所引起的傳輸速率限制，可以直接在光域?qū)π盘?hào)進(jìn)行放大處理，并且可以同時(shí)放大C 波段內(nèi)的多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)；另一次是波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，厲鼎毅先生這個(gè)創(chuàng)造性的想法最 終使光纖通信的傳輸容量進(jìn)入了爆炸性的增長(zhǎng)，并且以極快的速度對(duì)當(dāng)今骨干網(wǎng)線路進(jìn)行 了更新?lián)Q代。
[0004] 然而，經(jīng)歷了對(duì)超長(zhǎng)傳輸距離技術(shù)的追逐后，有很多研宄機(jī)構(gòu)開始將注意力轉(zhuǎn)移 到了短距離傳輸?shù)慕尤刖W(wǎng)中。與長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)相同，短距離傳輸網(wǎng)仍然追求通信系統(tǒng)性 能（常用比特率-距離積BL來衡量）的提高。最近研宄顯示，BL積的增長(zhǎng)速率大約是每 4年增加10倍。但是隨之而來的新問題也不斷產(chǎn)生，特別是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)成本隨著傳輸 距離和傳輸容量的增加會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)。
[0005] 一般來講，光信號(hào)區(qū)別于電信號(hào)最大的特點(diǎn)之一就是光具有偏振態(tài)的不同。因此 對(duì)于單波長(zhǎng)信道，為了增加傳輸容量，普遍會(huì)采用傳統(tǒng)正交偏振復(fù)用（PDM)的傳輸格式，即 在相互正交的偏振態(tài)上傳輸不同的信號(hào)。這種復(fù)用形式的最大優(yōu)勢(shì)之一是擁有較為簡(jiǎn)單的 復(fù)用技術(shù)和偏振解復(fù)用方法。另一方面，在短距離傳輸中，考慮到成本問題，普遍使用更為 簡(jiǎn)單的強(qiáng)度調(diào)制（OOK)格式。因此，PDM-OOK信號(hào)逐漸成為短距離傳輸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。
[0006] 到目前為止，偏振復(fù)用技術(shù)為傳輸容量和頻譜效率的提高做出了較大的貢獻(xiàn)。然 而，光的偏振態(tài)資源是無限的，理論上信息是可以加載到多個(gè)偏振態(tài)上，以實(shí)現(xiàn)更大容量或 頻譜效率的光傳輸方案。因此，在傳統(tǒng)PDM系統(tǒng)中，由于其兩個(gè)偏振態(tài)必須遵循嚴(yán)格的正交 性，從而浪費(fèi)掉了其他偏振態(tài)資源。
[0007] 現(xiàn)階段，已有多個(gè)研宄小組注意到這個(gè)問題，并且加以研宄。1986年法國(guó)研宄者 Cl.Herard和A.Lacourt首先提出了非正交偏振態(tài)復(fù)用技術(shù)（NPDM)，并且實(shí)現(xiàn)了 3個(gè)偏振 態(tài)的傳輸。但是由于解調(diào)的復(fù)雜性和串?dāng)_管理的難度等問題，使得傳輸距離較短，因此此技 術(shù)并沒有得到廣泛的研宄。直到2013年，西南交通大學(xué)閆連山教授帶領(lǐng)小組在國(guó)際上首次 提出單波長(zhǎng)4偏振態(tài)同時(shí)傳輸?shù)睦碚撃Ｐ?，并仿真?yàn)證了其可行性，且實(shí)現(xiàn)了 22km的信號(hào) 傳輸；接著，2014年丹麥技術(shù)大學(xué)的Jos6Estardn等人也實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了四個(gè)偏振態(tài)傳輸，并 且成功傳輸了 2km的距離。至此，非正交偏振態(tài)復(fù)用技術(shù)又重新回到了人們的視野中，并逐 漸成為新的熱點(diǎn)。但是，目前所有方案僅僅研宄了偏振角為45°和60°的復(fù)用方案，且在 實(shí)驗(yàn)室條件下最大傳輸距離僅為2km。因此，為了進(jìn)一步地提高傳輸容量和頻譜利用率，更 小角度、更遠(yuǎn)傳輸距離的非正交偏振復(fù)用技術(shù)的研宄具有重大意義與應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種基于斯托克斯分析的非正 交偏振復(fù)用信號(hào)傳輸方案，該方案在不增加發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和算法的復(fù)雜度的情況下，實(shí)現(xiàn) 了某個(gè)特定小角度的非正交偏振復(fù)用傳輸技術(shù)。本方案利用斯托克斯分析儀將信號(hào)分成四 路，通過在斯托克斯空間上的偏振態(tài)追蹤，實(shí)現(xiàn)了非正交偏振復(fù)用系統(tǒng)的搭建，并完成了光 纖傳輸?shù)尿?yàn)證。
[0009] 本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 一種基于斯托克斯分析的非正交偏振復(fù)用信號(hào)傳輸方案。主要由沿光路順序連接 的以下器件構(gòu)成：一路或N路非正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)（lOli- 101N)、一個(gè)光波分 復(fù)用器（102)、一個(gè)光放大器（103)、一段光纖（104)、一個(gè)波分解復(fù)用器（105)、一個(gè)或N個(gè) 斯托克斯分析儀106N)、四N個(gè)光電轉(zhuǎn)換器107 4N)以及一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理 單元（108);多路波長(zhǎng)不同的非正交偏振復(fù)用強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)（NPDMjOli- 101 N)傳到中心 局后，由一個(gè)波分復(fù)用器（102)合成為一個(gè)波分復(fù)用的NPDM;復(fù)用后的光信號(hào)由一個(gè)放大 器（103)放大進(jìn)行功率補(bǔ)償后，進(jìn)入一段光纖（104)中傳輸；在接收端，復(fù)用信號(hào)首先通過 一個(gè)波分解復(fù)用器（105)分離成N路獨(dú)立的非正交偏振復(fù)用信號(hào)，接著每一路NPDM信號(hào)又 通過相應(yīng)的斯托克斯分析儀（l〇6N)分成四路信號(hào)，再分別由光電轉(zhuǎn)換器107 4N)轉(zhuǎn) 換成電信號(hào)后，進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理單元（108)，最后通過追蹤斯托克斯參量的變化以實(shí)現(xiàn)非 正交偏振復(fù)用信號(hào)的恢復(fù)。
[0011] 采用本發(fā)明的方法，包括以下幾個(gè)特征：1)兩路輸入光信號(hào)的偏振復(fù)用角度可以 是大于某個(gè)特定小角度的任意角度；2)不需要知道精確的復(fù)用角度，本方案可以自適應(yīng)地 解調(diào)出非正交復(fù)用信號(hào)；3)采用斯托克斯分析儀，從而避免了接收機(jī)和算法復(fù)雜度的增 加；4)非正交復(fù)用傳輸方案對(duì)偏振相關(guān)損耗的容忍度更大。一般來講，在短距離傳輸?shù)慕?入網(wǎng)中，仍然需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸容量，但是傳統(tǒng)正交偏振復(fù)用方案顯然 已經(jīng)不能滿足這一要求，因此本發(fā)明打破了信號(hào)對(duì)于偏振態(tài)正交性的要求，為進(jìn)一步增加 傳輸容量方案做了理論探索與儲(chǔ)備。所述方案可與其他復(fù)用技術(shù)結(jié)合，如正交頻分復(fù)用 (OFDM)，波分復(fù)用（WDM)等，以實(shí)現(xiàn)低成本、大容量、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
[0012] 基于斯托克斯分析的非正交偏振復(fù)用信號(hào)傳輸方案，發(fā)射機(jī)端和接收機(jī)端的結(jié)果 都非常簡(jiǎn)單。發(fā)射端的非正交偏振復(fù)用信號(hào)的產(chǎn)生，只需要通過兩個(gè)偏振控制器和一個(gè)耦 合器，將信號(hào)以不同的偏振態(tài)復(fù)用在一起即可，并不需要保證嚴(yán)格的正交性；在接收機(jī)端， 采用斯托克斯分析儀將信號(hào)分為四路后進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，分別是Si、s2和 s3。接著利用實(shí)時(shí)DSP信號(hào)處理即可實(shí)現(xiàn)非正交偏振復(fù)用信號(hào)的解調(diào)和恢復(fù)。其中信號(hào)的 解調(diào)主要分為三個(gè)步驟：首先通過計(jì)算信號(hào)的偏振度來估計(jì)接收信號(hào)的偏振復(fù)用角度a; 接著任意設(shè)定兩個(gè)初始斯托克斯向量Vi，并分別計(jì)算S。和向量[SuS2,S3] 的統(tǒng)計(jì)分布。 最后根據(jù)a的不同選取不同的判決閾值與向量更新Vi，以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)信號(hào)的偏振追蹤。
[0013] 本發(fā)明是針對(duì)短距離接入網(wǎng)提出的，同時(shí)可與波分復(fù)用、正交頻分復(fù)用兼容；與傳 統(tǒng)正交偏振復(fù)用技術(shù)相比，本發(fā)明方案可在較小算法