本發(fā)明涉及光信號相干檢測技術領域，特別是涉及一種光信號相干檢測方法和裝置。

背景技術：

迅猛增長的帶寬需求使得近年來高容量及高速光通信系統(tǒng)研究成為一個熱點方向，為了增加通信容量與提高頻譜利用率，高階的相位幅度調(diào)制格式(qam)被廣泛采用。然而，在相干光通信系統(tǒng)中，由發(fā)射端光源與接收端本地振蕩激光器引入的隨機相位抖動噪聲會極大程度的造成信號的損傷，不利于高階調(diào)制格式的應用。

傳統(tǒng)的補償相位噪聲的方法通常為對信號進行線下的相位噪聲估計，常用的相位噪聲估計算法有：盲相位估計(bps)算法、viterbi-viterbi(v-v)算法、擴展卡爾曼濾波器(ekf)算法等，但是此類相位噪聲估計算法都有其局限性，例如，v-v算法只能估計調(diào)制相位均勻分布的調(diào)制格式，bps與ekf在高線寬、低波特率情況下難以準確估計相位噪聲，導致無法準確評估調(diào)制信號質(zhì)量。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種降低噪聲對信號影響的光信號相干檢測裝置。

此外，還提供一種降低噪聲對信號影響的光信號相干檢測方法。

一種光信號相干檢測裝置，包括：

分光器，用于將激光光源發(fā)出的光信號分為第一光信號和第二光信號；所述激光光源發(fā)出的光信號為單偏振光；

光調(diào)制器，用于對所述第一光信號進行調(diào)制；

光延遲線，用于對所述第二光信號進行延遲；

偏振控制器，數(shù)量為兩個，且分別與光調(diào)制器和光延遲線連接，用于將所述第一光信號和第二光信號的偏振角度對齊；

光混頻器，分別接收所述光調(diào)制器輸出的光信號和經(jīng)過所述光延遲線輸出的光信號，并進行混頻；

其中，所述第一光信號從分光器到光混頻器的路徑和所述第二光信號從分光器到光混頻器的路徑長度相同。

在其中一個實施例中，所述經(jīng)過光調(diào)制器輸出的光信號還經(jīng)過光纖鏈路傳輸?shù)竭_偏振控制器。

在其中一個實施例中，所述光延遲線的延遲量可調(diào)。

一種光信號相干檢測裝置，包括：

分光器，用于將激光光源發(fā)出的光信號分為第一光信號和第二光信號；

偏振分束器，用于將第一光信號分為x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號；

第一光調(diào)制器，用于將x偏振態(tài)的載波光信號進行調(diào)制；

第二光調(diào)制器，用于將y偏振態(tài)的載波光信號進行調(diào)制；

偏振合束器，用于將調(diào)制后的x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號進行合束處理；

光延遲線，用于對第二光信號進行相位延遲；

偏振控制器，數(shù)量為兩個，且分別與偏振合束器和光延遲線連接，用于將兩路光信號的偏振角度對齊；

光混頻器，分別接收所述偏振合束器輸出的光信號和經(jīng)過所述光延遲線輸出的光信號，并進行混頻；

其中，所述第一光信號從分光器到光混頻器的路徑和所述第二光信號從分光器到光混頻器的路徑長度相同。

在其中一個實施例中，所述經(jīng)過偏振合束器輸出的光信號還經(jīng)過光纖鏈路傳輸?shù)竭_偏振控制器。

在其中一個實施例中，所述光延遲線的延遲量可調(diào)。

一種光信號相干檢測方法，包括：

將激光光源的光信號進行分束處理得到第一光信號和第二光信號；所述激光光源的光信號為單偏振光；

對所述第一光信號進行調(diào)制；

對所述第二光信號進行延遲；

將經(jīng)過調(diào)制的第一光信號和經(jīng)過延遲的第二光信號分別進行偏振控制以使偏振角度對齊；

將偏振角度對齊的第一光信號和第二光信號進行混頻處理；

其中，所述第一光信號從分光到混頻經(jīng)過的路徑長度和所述第二光信號從分光到光混頻經(jīng)過的路徑長度相同。

在其中一個實施例中，所述經(jīng)過調(diào)制的第一光信號經(jīng)過光纖鏈路傳輸后再做偏振控制。

一種光信號相干檢測方法，包括：

將激光光源的光信號進行分束處理得到第一光信號和第二光信號；

將所述第一光信號分為x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號；

將所述x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號分別進行調(diào)制，并將調(diào)制后的x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號進行合束處理得到第三光信號；

對所述第二光信號進行延遲；

將第三光信號和經(jīng)過延遲的第二光信號分別進行偏振控制以使偏振角度對齊；

將偏振角度對齊的第三光信號和第二光信號進行混頻處理；

其中，所述第一光信號從分光到混頻經(jīng)過的路徑長度和所述第二光信號從分光到光混頻經(jīng)過的路徑長度相同。

在其中一個實施例中，所述第三光信號經(jīng)過光纖鏈路傳輸后再做偏振控制。

上述光信號相干檢測裝置和方法，通過合理設置光延遲線的長度，使所述第一光信號從分光器到光混頻器的路徑長度和所述第二光信號從分光器到光混頻器的路徑長度相同，如此可以實現(xiàn)發(fā)射機激光器與接收機的本地振蕩激光器使用同一光源，避免了相位噪聲對信號的影響，可以實現(xiàn)在高線寬情形下的相干檢測。

附圖說明

圖1為第一實施例的光信號相干檢測裝置模塊圖；

圖2為另一實施例的光信號相干檢測裝置模塊圖；

圖3為第二實施例的光信號相干檢測裝置模塊圖；

圖4為另一實施例的光信號相干檢測裝置模塊圖；

圖5為第一實施例的光信號相干檢測方法流程圖；

圖6為另一實施例的光信號相干檢測方法流程圖；

圖7為對比例中原始相位噪聲與估計的相位噪聲；

圖8a和圖8b為對比例恢復相位前后的星座圖；

圖9為采用本申請實施例的裝置或方法中原始相位噪聲與估計的相位噪聲；

圖10a和圖10b為采用本申請實施例的裝置或方法恢復相位前后的星座圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為第一實施例的光信號相干檢測裝置模塊圖。該光信號相干檢測裝置包括分光器101、光調(diào)制器102、光延遲線103、偏振控制器104以及光混頻器105。

分光器101用于將激光光源100發(fā)出的光信號分為第一光信號和第二光信號。所述激光光源100發(fā)出的光信號為單偏振光，也即本實施例的裝置用于對單偏振光進行相干檢測。

光調(diào)制器102用于對所述第一光信號進行調(diào)制。本實施例中，光調(diào)制器102主要對第一光信號進行幅度或者相位信息的調(diào)制。

光延遲線103用于對所述第二光信號進行延遲。光延遲線103是用光纖作為介質(zhì)將光信號傳輸延遲了一段時間，也就是說，光信號瞬時存儲在光延遲線103中。一般地，光信號在光延遲線中存儲的時間的長短(也即延遲時間)與光纖的長度成正比。

偏振控制器104的數(shù)量為兩個，且分別與光調(diào)制器102和光延遲線103連接。偏振控制器104用于將所述第一光信號和第二光信號的偏振角度對齊。這樣才能在光混頻器105中進行混頻。

光混頻器105分別接收所述光調(diào)制器102輸出的光信號和經(jīng)過所述光延遲線103輸出的光信號，并進行混頻。其中第一光信號經(jīng)過調(diào)制和偏振控制后輸入到光混頻器105的光信號端，第二光信號經(jīng)過延遲和偏振控制后輸入到光混頻器105的本地振蕩端。

通過合理設置光延遲線103的長度，使所述第一光信號從分光器101到光混頻器105的路徑長度和所述第二光信號從分光器101到光混頻器105的路徑長度相同。如此可以實現(xiàn)發(fā)射機激光器與接收機的本地振蕩激光器使用同一光源，避免了相位噪聲對信號的影響，可以實現(xiàn)在高線寬情形下的相干檢測。

在一個實施例中，光延遲線103的延遲量可調(diào)，具體實現(xiàn)可通過可調(diào)光延遲線裝置實現(xiàn)，工作原理是通過調(diào)節(jié)的空間光距離來實現(xiàn)光延遲可調(diào)。這樣就可以在線對光延遲線103的延遲量進行調(diào)整，使第一光信號和第二光信號從分光器101到光混頻器105經(jīng)過的路徑長度相同。可以理解的是，光延遲線103的延遲量也可以是固定的，即可以通過預先獲取第一光信號所經(jīng)過的路徑長度，確定光延遲線103的延遲量，然后將其用于上述實施例的裝置。

如圖1所示，上述光信號相干檢測裝置還可以包括后端的部件，例如平衡探測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字信號處理模塊等，用于將混頻后的相干光進行探測、模數(shù)變換以及數(shù)字處理，最終將光信號解析出來，獲得受噪聲影響較小的光信號。

后端處理還可以計算系統(tǒng)的誤差向量幅度(evm)數(shù)值，為高階光調(diào)制性能評估提供了有益的方法。

如圖2所示，還提供另一實施例的光信號相干檢測裝置。本實施例與上一實施例的區(qū)別在于，所述經(jīng)過光調(diào)制器102輸出的光信號還經(jīng)過光纖鏈路106傳輸?shù)竭_偏振控制器104。由此帶來的影響是，會引入信號畸變，同時光延遲線103相比上一實施例的延遲量要更大。但本實施例的裝置更接近與實際使用環(huán)境，可以對經(jīng)過光纖傳輸?shù)男盘栠M行測量。

圖3為一實施例的光信號相干檢測裝置模塊圖。該光信號相干檢測裝置包括分光器201、偏振分束器202、第一光調(diào)制器203、第二光調(diào)制器204、偏振合束器205、光延遲線206、偏振控制器207以及光混頻器208。

分光器201用于將激光光源200發(fā)出的光信號分為第一光信號和第二光信號。所述激光光源200發(fā)出的光信號為單偏振光，也即本實施例的裝置用于對單偏振光進行相干檢測。

偏振分束器202用于將第一光信號分為x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號。其中，x偏振態(tài)和y偏振態(tài)是指兩個載波光信號相互正交。

第一光調(diào)制器203用于將x偏振態(tài)的載波光信號進行調(diào)制。

第二光調(diào)制器204用于將y偏振態(tài)的載波光信號進行調(diào)制。

偏振合束器205用于將調(diào)制后的x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號進行合束處理。

光延遲線206用于對所述第二光信號進行延遲。光延遲線206是用光纖作為介質(zhì)將光信號傳輸延遲了一段時間，也就是說，光信號瞬時存儲在光延遲線206中。一般地，光信號在光延遲線中存儲的時間的長短(也即延遲時間)與光纖的長度成正比。

偏振控制器207的數(shù)量為兩個，且分別與偏振合束器205和光延遲線206連接。偏振控制器207用于將所述第一光信號和第二光信號的偏振角度對齊。這樣才能在光混頻器208中進行混頻。

光混頻器208分別接收所述偏振合束器205輸出的光信號和經(jīng)過所述光延遲線206輸出的光信號，并進行混頻。其中第一光信號經(jīng)過偏振分束、分別調(diào)制、偏振合束以及偏振控制后輸入到光混頻器208的光信號端，第二光信號經(jīng)過延遲和偏振控制后輸入到光混頻器208的本地振蕩端。到達光混頻器208的光信號端和本地振蕩端的兩個光信號在光混頻器208中進行混頻。

通過合理設置光延遲線206的長度，使所述第一光信號從分光器201到光混頻器208的路徑長度和所述第二光信號從分光器201到光混頻器208的路徑長度相同。如此可以實現(xiàn)在光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機激光器與接收機的本地振蕩激光器使用同一光源，避免了相位噪聲對信號的影響，可以實現(xiàn)在高線寬情形下的相干檢測。

在一個實施例中，光延遲線206的延遲量可調(diào)，具體實現(xiàn)可通過可調(diào)光延遲線裝置實現(xiàn)，工作原理是通過調(diào)節(jié)的空間光距離來實現(xiàn)光延遲可調(diào)。這樣就可以在線對光延遲線206的延遲量進行調(diào)整，使第一光信號和第二光信號從分光器201到光混頻器208經(jīng)過的路徑長度相同。可以理解的是，光延遲線206的延遲量也可以是固定的，即可以通過預先獲取第一光信號所經(jīng)過的路徑長度，確定光延遲線206的延遲量，然后將其用于上述實施例的裝置。

如圖3所示，上述光信號相干檢測裝置還可以包括后端的部件，例如平衡探測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字信號處理模塊等，用于將混頻后的相干光進行探測、模數(shù)變換以及數(shù)字處理，最終將光信號解析出來，獲得受噪聲影響較小的光信號。

后端處理還可以計算系統(tǒng)的誤差向量幅度(evm)數(shù)值，為高階光調(diào)制性能評估提供了有益的方法。

如圖4所示，還提供另一實施例的光信號相干檢測裝置。本實施例與上一實施例的區(qū)別在于，所述經(jīng)過偏振合束器205輸出的光信號還經(jīng)過光纖鏈路209傳輸?shù)竭_偏振控制器207。由此帶來的影響是，會引入信號畸變，同時光延遲線103相比上一實施例的延遲量要更大。但本實施例的裝置更接近與實際使用環(huán)境，可以對經(jīng)過光纖傳輸?shù)男盘栠M行測量。

基于相同發(fā)明構思，提供一實施例的光信號相干檢測方法。如圖5所示，該方法包括以下步驟s101～s105。

步驟s101：將激光光源的光信號進行分束處理得到第一光信號和第二光信號。所述激光光源的光信號為單偏振光，也即本實施例的方法用于對單偏振光進行相干檢測。

步驟s102：對所述第一光信號進行調(diào)制。

步驟s103：對所述第二光信號進行延遲。可以采用光延遲線對第二光信號進行延遲。

步驟s104：將經(jīng)過調(diào)制的第一光信號和經(jīng)過延遲的第二光信號分別進行偏振控制以使偏振角度對齊。這樣才能進行混頻。

步驟s105：將偏振角度對齊的第一光信號和第二光信號進行混頻處理。

通過合理設置延遲量，使所述第一光信號從分光到混頻所經(jīng)過的路徑長度和所述第二光信號從分光到混頻所經(jīng)過的路徑長度相同。如此可以實現(xiàn)在光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機激光器與接收機的本地振蕩激光器使用同一光源，避免了相位噪聲對信號的影響，可以實現(xiàn)在高線寬情形下的相干檢測。

在一個實施例中，所述經(jīng)過調(diào)制的第一光信號經(jīng)過光纖鏈路傳輸后再做偏振控制。由此帶來的影響是，會引入信號畸變，同時光延遲線103相比上一實施例的延遲量要更大。但本實施例的裝置更接近與實際使用環(huán)境，可以對經(jīng)過光纖傳輸?shù)男盘栠M行測量。

圖6為另一實施例的光信號相干檢測方法流程圖。該方法包括以下步驟s201～s207。

步驟s201：將激光光源的光信號進行分束處理得到第一光信號和第二光信號。所述激光光源的光信號為單偏振光，也即本實施例的方法用于對單偏振光進行相干檢測。

步驟s202：將所述第一光信號分為x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號。其中，x偏振態(tài)和y偏振態(tài)是指兩個載波光信號相互正交。

步驟s203：將所述x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號分別進行調(diào)制。

步驟s204：將調(diào)制后的x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的載波光信號進行合束處理得到第三光信號。

步驟s205：對所述第二光信號進行延遲?？梢圆捎霉庋舆t線對第二光信號進行延遲。

步驟s206：將第三光信號和經(jīng)過延遲的第二光信號分別進行偏振控制以使偏振角度對齊。這樣才能進行混頻。

步驟s207：將偏振角度對齊的第三光信號和第二光信號進行混頻處理。

通過合理設置延遲量，使所述第一光信號從分光到混頻所經(jīng)過的路徑長度和所述第二光信號從分光到混頻所經(jīng)過的路徑長度相同。如此可以實現(xiàn)在光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機激光器與接收機的本地振蕩激光器使用同一光源，避免了相位噪聲對信號的影響，可以實現(xiàn)在高線寬情形下的相干檢測。

在一個實施例中，所述經(jīng)過調(diào)制的第一光信號經(jīng)過光纖鏈路傳輸后再做偏振控制。由此帶來的影響是，會引入信號畸變，同時光延遲線103相比上一實施例的延遲量要更大。但本實施例的裝置更接近與實際使用環(huán)境，可以對經(jīng)過光纖傳輸?shù)男盘栠M行測量。

以下針對第一實施例的裝置或者方法進行實驗，即信號采用單偏振信號且不經(jīng)過光纖鏈路的傳輸。由于bps與ekf相位噪聲的容忍度高，在對比例中使用bps或ekf算法在線下對相位噪聲做估計(其他對比例可以不限于這兩種相位噪聲恢復算法)。

對比例參數(shù)設置為：線寬值為40mhz，光信噪比(osnr)為20.3db，使用bps算法做相位噪聲估計。從圖7中可以看出，在大線寬的情況下，bps并不能準確的估計出相位噪聲，恢復后的星座圖中間圈與外圈也產(chǎn)生了混疊(如圖8b所示)。而估計出的相位噪聲與實際相位噪聲偏差值為2.9551rad/symbol。經(jīng)計算可得該接受的evm值為0.1972。

采用第一實施例的裝置或方法，由于發(fā)射端光源與接收端本地震蕩激光器使用同一光源，且經(jīng)過寬范圍精細可調(diào)光延遲線使兩路的路徑相等。相位噪聲只有固定的很小的偏轉(zhuǎn)角。參數(shù)設置為：線寬值為40mhz，偏轉(zhuǎn)角為π/4，光信噪比(osnr)為20.3db，使用bps算法做相位噪聲估計。從圖9中可以看出，在大線寬的情況下，估計出的相位噪聲與實際相位噪聲偏差值0.3521rad/symbol。經(jīng)計算可得該接受的evm值為0.1425，evm值比現(xiàn)有的方案降低了28％。圖10a和圖10b為相位恢復前后的星座圖。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。