專利名稱:一種基于調(diào)相器的光msk調(diào)制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于高速光纖通信領(lǐng)域的數(shù)字調(diào)制領(lǐng)域,具體涉及一種基于調(diào)相器的光 最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制方法及裝置。
背景技術(shù):
信號(hào)調(diào)制格式的研究是當(dāng)前光通信領(lǐng)域的一大熱點(diǎn),新的調(diào)制格式對(duì)傳輸性能 的改善引起了人們的關(guān)注,尤其是在抑制非線性效應(yīng)、提高色散容限和PMD容限等方面取 得了良好的效果。在光纖通信系統(tǒng)中,光源發(fā)出的連續(xù)光波或光脈沖串不攜帶信息,只能 作為信息的載體。光載波信號(hào)是與偏振方向、信號(hào)幅度、載波頻率、載波相位有關(guān)的信號(hào), 若選擇四個(gè)量中的任意一個(gè)作為調(diào)制參量,就可以形成四種調(diào)制信號(hào),分別是偏振調(diào)制 (PolSK),幅度調(diào)制(ASK),頻率調(diào)制(FSK)和相位調(diào)制(PSK)。將信號(hào)加載到光載波上以形成光信號(hào)就是光調(diào)制器的主要功能。構(gòu)成光頻調(diào)制器 的方式多種多樣,但就調(diào)制器與光源之間的關(guān)系而言,調(diào)制技術(shù)可以分為內(nèi)調(diào)制技術(shù)和外 調(diào)制技術(shù)兩大類。內(nèi)調(diào)制技術(shù)又稱為直接調(diào)制技術(shù),就是將要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)送入光 源,獲得相應(yīng)的光信號(hào)輸出。常用的方法是改變激光器的偏置電流,從而得到光頻的幅度調(diào) 制。這種調(diào)制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),是低速光纖通信系統(tǒng)中的常用技術(shù)。但是,這種內(nèi) 調(diào)制方式難以實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制,一是由于半導(dǎo)體激光器本身的響應(yīng)速度限制,二是這種調(diào)制 方式附帶有頻率啁啾,使得輸出信號(hào)光譜增寬,限制了系統(tǒng)的傳輸容量。外調(diào)制技術(shù)是指光載波在外調(diào)制器中受到信息信號(hào)的調(diào)制。因?yàn)檫@類調(diào)制在光 源之外實(shí)現(xiàn),故稱為外調(diào)制。實(shí)用的外調(diào)制器大多是基于晶體的電光效應(yīng)做成的電光調(diào)制 器??梢苑譃閮深愐活愂腔陔娢招?yīng)的調(diào)制器,稱為EA調(diào)制器;另一類是基于鈮酸 鋰( 膽叫)的干涉型調(diào)制器,稱為 馬赫-曾德(Mach-Zehnder)調(diào)制器。其中使用Mach-Zehnder調(diào)制器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種數(shù)字 方式的調(diào)制,比如差分相移鍵控(DPSK)、差分四相位相移鍵控(DQPSK)、非連續(xù)相位的頻移 鍵控(FSK)以及連續(xù)相位的FSK調(diào)制中的MSK調(diào)制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可有效節(jié)省光器件使用的基于調(diào)相器的 光MSK調(diào)制方法及裝置,與傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式不同,但同樣能夠?qū)崿F(xiàn)包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、帶寬 最小并且嚴(yán)格正交的2FSK信號(hào)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,一種可有效節(jié)省光器件使用的基于調(diào)相器的 光MSK調(diào)制方法,其特征在于,第nT時(shí)間的雙極性碼元\彼調(diào)制得到光信號(hào)
,對(duì)調(diào)制結(jié)果解調(diào)得到可表征碼元
3
Γ -jiaπ "'1 、
Smic(I) = Acosl 2nfet+-^[t-nT)+-
Lu \2-0 J^信息的電信號(hào)
其中,
ψ為碼元傳輸時(shí)間, 為自然數(shù),I為圓周率,A為光載波的振幅 力光
載波的頻率,4是在時(shí)間
Τ內(nèi)使得總相位連續(xù)的附加項(xiàng)。一種實(shí)現(xiàn)上述的基于調(diào)相器的光MSK調(diào)制方法的裝置,包括調(diào)制器和解調(diào)器,其 特征在于,所述調(diào)制器包括依次相接的第一延遲器、第一加法器、寄存器、模四運(yùn)算器、第二 加法器和光調(diào)相器,寄存器的輸出端通過(guò)第二延遲器連接第一加法器的輸入端,第二加法 器還連接鋸齒波發(fā)生器;所述解調(diào)器包括第一干涉儀,第一干涉儀的第一輸出端通過(guò)第三 延遲器連接第二干涉儀的第一輸入端,第一干涉儀的第二輸出端通過(guò)移相器連接第二干涉 儀的第二輸入端;第二干涉儀的第一和二輸出端分別經(jīng)過(guò)一個(gè)光電二極管連接第三加法器。 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在光MSK的連續(xù)相位分成與當(dāng)前碼元相關(guān)的周期信號(hào)和 與過(guò)去碼元相關(guān)的累加信號(hào)兩個(gè)部分,然后通過(guò)加法器完成子編碼構(gòu)成了調(diào)相器中的被調(diào) 制信號(hào),對(duì)調(diào)相器的輸出作光平衡接收得到可表征當(dāng)前碼元信息的電流信號(hào)。本發(fā)明利用 連續(xù)電信號(hào)產(chǎn)生連續(xù)的光相位,根據(jù)MSK信號(hào)的具體表達(dá)形式來(lái)確定要產(chǎn)生的連續(xù)電信號(hào) 的具體形式,目的是將無(wú)線通信的技術(shù)更多地用于光通信中,節(jié)省光器件的使用。本發(fā)明能 夠?qū)崿F(xiàn)包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴(yán)格正交的2FSK信號(hào),適用于光纖通信中連續(xù) 相位的FSK調(diào)制。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說(shuō)明。圖1為MSK調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)框圖; 圖2為MSK信號(hào)的接收框圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖,從光MSK信號(hào)的表達(dá)形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明包括MSK調(diào)制器和解調(diào)器兩部分
第一部分是位于發(fā)送端的MSK調(diào)制器,如圖1所示,該調(diào)制器的主要作用是從信號(hào)發(fā)送 端輸出光MSK信號(hào)。在無(wú)線通信中的MSK信號(hào)的表達(dá)式同時(shí)也是光MSK信號(hào)的實(shí)部為 以上表達(dá)式是時(shí)間處于
階段的MSK信號(hào),MSK信號(hào)在其余時(shí)段也 有,《表示一個(gè)時(shí)間變量,取自然數(shù),在不同的時(shí)間段取得不同的值。其中A為光載波的振幅-丄為光載波的頻率;相位為⑴是MSK信號(hào)的總相位減去 隨時(shí)間增長(zhǎng)的載波相位后得到的剩余相位,稱作附加相位函數(shù),是時(shí)間的連續(xù)函數(shù);T為碼
元傳輸時(shí)間,是比特率即傳輸速率的倒數(shù),為圓周率。其中
。
之是在時(shí)間+ 內(nèi)使得總相位連續(xù)的附加項(xiàng),在不同的時(shí)間段這個(gè)值不 相同,
是第ηΤ時(shí)間的雙極性碼元值,即“+1”表示碼元中的“1”碼,“-1”表示碼元中的“0”碼。根據(jù)相位連續(xù)的邊界條件,在時(shí)間 = Γ時(shí)刻,有
于是,有
于是MSK信號(hào)可以進(jìn)一步表達(dá)為
從式(1)可以看出,MSK信號(hào)由與當(dāng)前碼元和過(guò)去碼元相關(guān)的信號(hào)組成與當(dāng)前 碼元相關(guān)的信號(hào),是固定斜率的鋸齒波信號(hào)與雙極性碼元的乘積。固定斜率的鋸齒
波信號(hào)為
,則鋸齒波信號(hào)與當(dāng)前雙極性碼元的乘積為
;與過(guò)去碼元相關(guān)的信號(hào),是雙極性碼在過(guò)去時(shí)候累加的
矩形波信號(hào),其表達(dá)式為 累加信號(hào)在連續(xù)發(fā)送相同碼元時(shí),會(huì)產(chǎn)生很大的幅度,由相位的周期性的特點(diǎn), 可以對(duì)累加信號(hào)進(jìn)行模運(yùn)算,模運(yùn)算后的信號(hào)并不影響最終的相位值,模運(yùn)算后的電信號(hào) 為
圖1給出了本發(fā)明MSK調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)框圖,待發(fā)送的當(dāng)前碼元碼元101分兩路 一路經(jīng)過(guò)產(chǎn)生鋸齒波的系統(tǒng)108后,得到的電信號(hào)的值為
作為加法器 109 的一個(gè)輸入;
另一路經(jīng)過(guò)一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間的延遲器102后,變成了先前碼元 103并作為加法器 104的輸入。加法器104的輸出通過(guò)寄存器105、延遲器106后反饋給加法器104,再與先前 碼元^V1同時(shí)作用在加法器104上,形成了一個(gè)累加器,此累加器的功能是完成對(duì)過(guò)去碼元 的累加。累加后的碼元值經(jīng)過(guò)模四運(yùn)算器107運(yùn)算,可以使最后進(jìn)入調(diào)相器111的相位保 持正確,而且保證輸入調(diào)相器中的電壓幅度在可能出現(xiàn)信號(hào)值不斷增加的情況下不至于過(guò) 大。模四運(yùn)算器107的輸出作為加法器109的另一個(gè)輸入。加法器109對(duì)兩路輸入相加后就是加載到的調(diào)相器111調(diào)制端口的電信號(hào) 調(diào)相器的輸入與輸出的光信號(hào)的相位關(guān)系為『的線性關(guān)系,即每單位的調(diào)制信 號(hào)值經(jīng)過(guò)了調(diào)相器后的輸出相位為。加上光載波110后從調(diào)相器111中出來(lái)的信號(hào)就是 Λ , ^ 112, S Φ .(f)= ^iCf-- η+-(Tia.mod^ ,.表示復(fù)數(shù)中的
虛部。由于光信號(hào)是一個(gè)復(fù)信號(hào),其實(shí)部是無(wú)線通信中的MSK信號(hào)的表達(dá)式,由歐拉公式 exft'P)= cosa+jaina , Q是相位,用MSK信號(hào)中的2W/ +^⑦代替歐拉公式中的0就得到了調(diào) 相器輸出的光MSK信號(hào)的表達(dá)式。第二部分是位于接收端的解調(diào)器,如圖2所示,該解調(diào)器器的主要采用光的平衡 接收。主要由兩個(gè)干涉儀和兩個(gè)光電二極管構(gòu)成。在兩個(gè)干涉儀中間的兩臂上分別引入一
個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間的延遲204和一個(gè)相位延遲 干涉儀203的兩個(gè)輸入
這里
干涉儀203和206的傳輸矩陣為
兩臂的傳輸矩陣矩陣為
這樣從干涉儀206輸出的光信號(hào)的光場(chǎng)為 ^lt
由于上臂延遲一個(gè)碼元時(shí)間Γ后204,由載波引起的相位變化可以表示為
貝為整數(shù),下臂引入的相位延遲205,由于fvsrg,于是可以得
到,通過(guò)合理調(diào)整相位 ,使得滿足Q ,這樣就保證了上下兩臂的相位一致 性。根據(jù)平衡解調(diào)框圖,上臂和下臂的光電二極管207輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)加法器208相減, 輸出的電流209為
這里
如果發(fā)送的碼元是
,表現(xiàn)為“ + ”極性,如果發(fā)送的碼元是“0”,
,表現(xiàn)為“-”極性。由解調(diào)器輸出的電流在時(shí)刻 = Γ時(shí)候的極性就 能判斷出此時(shí)刻所發(fā)送的碼元值。最后所應(yīng)說(shuō)明的是,以上具體實(shí)施方式
僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制, 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì) 本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,其均 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種基于調(diào)相器的光MSK調(diào)制方法,其特征在于,第nT時(shí)間的雙極性碼元 被調(diào)制得到光信號(hào) ,對(duì)調(diào)制結(jié)果解調(diào)得到可表征碼元信息的電信號(hào),,,其中, ,為碼元傳輸時(shí)間,為自然數(shù),為圓周率,A為光載波的振幅,為光載波的頻率,是在時(shí)間內(nèi)使得總相位連續(xù)的附加項(xiàng)。2010102430843100001dest_path_image002.jpg,2010102430843100001dest_path_image004.jpg,151043dest_path_image002.jpg,2010102430843100001dest_path_image006.jpg,2010102430843100001dest_path_image008.jpg,2010102430843100001dest_path_image010.jpg,2010102430843100001dest_path_image012.jpg,2010102430843100001dest_path_image014.jpg,2010102430843100001dest_path_image016.jpg,2010102430843100001dest_path_image018.jpg,2010102430843100001dest_path_image020.jpg,2010102430843100001dest_path_image022.jpg,2010102430843100001dest_path_image024.jpg
2. 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的基于調(diào)相器的光MSK調(diào)制方法的裝置,包括調(diào)制器和解 調(diào)器,其特征在于,所述調(diào)制器包括依次相接的第一延遲器、第一加法器、寄存器、模四運(yùn)算 器、第二加法器和光調(diào)相器,寄存器的輸出端通過(guò)第二延遲器連接第一加法器的輸入端,第 二加法器還連接鋸齒波發(fā)生器;所述解調(diào)器包括第一干涉儀,第一干涉儀的第一輸出端通 過(guò)第三延遲器連接第二干涉儀的第一輸入端,第一干涉儀的第二輸出端通過(guò)移相器連接第 二干涉儀的第二輸入端;第二干涉儀的第一和二輸出端分別經(jīng)過(guò)一個(gè)光電二極管連接第三 加法器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于調(diào)相器的光MSK調(diào)制方法及裝置,第nT時(shí)間的雙極性碼元被調(diào)制得到光信號(hào),對(duì)調(diào)制結(jié)果解調(diào)得到可表征碼元信息的電信號(hào),,,其中,,為碼元傳輸時(shí)間,為自然數(shù),為圓周率,A為光載波的振幅,為光載波的頻率,是在時(shí)間內(nèi)使得總相位連續(xù)的附加項(xiàng)。本發(fā)明提供一種可有效節(jié)省光器件使用的基于調(diào)相器的光MSK調(diào)制方法及裝置,與傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式不同,但同樣能夠?qū)崿F(xiàn)包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴(yán)格正交的2FSK信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L27/20GK101902421SQ20101024308
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者徐書(shū)華, 徐爭(zhēng)光, 鄒寧, 馬欣, 黃本雄 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)