本實(shí)用新型屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)屬于一種基于雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高速長(zhǎng)途光通信中需要利用具有高頻譜效率的高階調(diào)制信號(hào)，使每個(gè)信號(hào)碼元攜帶更多的比特信息，從而獲得較高的信號(hào)傳輸容量。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，需要兼顧高頻譜效率和高功率效率兩個(gè)方面。普通的高階調(diào)制格式，如64QAM等，雖然頻譜效率較高，但是相鄰碼元之間歐式距離較小，為保證信號(hào)傳輸?shù)恼`碼率滿足要求，需要提高信號(hào)的發(fā)送功率。然而，隨著信號(hào)發(fā)送功率的提高，會(huì)使得光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，受到較大的光纖非線性效應(yīng)的影響，從而造成信號(hào)的質(zhì)量下降，誤碼率提高。

6PolSK-QPSK作為一種新型的高階信號(hào)調(diào)制技術(shù)，通過(guò)充分利用信號(hào)的偏振態(tài)，在保證相鄰碼元?dú)W式距離不變的前提下，提高了信號(hào)的頻譜效率。從而使得該調(diào)制格式在頻譜效率和功率效率兩方面均具有較高的優(yōu)勢(shì)。

首先闡述一下6PolSK-QPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理。

光信號(hào)有兩個(gè)正交的偏振態(tài)，分別為x偏振態(tài)和y偏振態(tài)，通過(guò)充分利用光信號(hào)的偏振態(tài)空間，可以有效提高光信號(hào)的頻譜效率和功率效率。如圖1所示，通過(guò)充分利用光信號(hào)偏振態(tài)空間里邦加球上的六個(gè)點(diǎn)(赤道4點(diǎn)及南北極2點(diǎn))，可以在不減小信號(hào)歐式距離的前提下，有效提高信號(hào)的頻譜效率。

與目前商用的PDM-QPSK調(diào)制格式相比，6PolSK-QPSK具有較高的頻譜效率(6PolSK-QPSK為4.5bit/symbol，PDM-QPSK為4bit/symbol)，除此之外，由于充分利用了信號(hào)空間，6PolSK-QPSK的功率效率比PDM-QPSK要高0.5dB，即6PolSK-QPSK會(huì)有更好的接收靈敏度。因此，6PolSK-QPSK在頻譜效率和功率效率兩方面都具有優(yōu)勢(shì)。

參見(jiàn)附圖2，在傳統(tǒng)的6PolSK-QPSK調(diào)制方法中，利用兩支IQ調(diào)制器完成信號(hào)的調(diào)制，使用任意波形發(fā)生器(AWG)產(chǎn)生預(yù)先編碼的4路信號(hào)，分別送入兩支IQ調(diào)制器，信號(hào)調(diào)制后送入光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端利用相干接收的方式完成信號(hào)的接收和解調(diào)。

這種調(diào)制方式中，利用兩支IQ調(diào)制器完成信號(hào)調(diào)制，但是，由于IQ調(diào)制器的集成度較高，相當(dāng)于在1支調(diào)制器上集成了2支馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器(MZM)，因此，調(diào)制器價(jià)格相對(duì)昂貴，使得發(fā)射機(jī)成本較高。

圖3為雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器(DD-MZM)的結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)于DD-MZM，其上下兩臂分別相當(dāng)于一個(gè)相位調(diào)制器，兩路獨(dú)立的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別對(duì)上下兩臂的光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，然后兩路信號(hào)在輸出端進(jìn)行光場(chǎng)疊加發(fā)生相長(zhǎng)干涉或相消干涉，產(chǎn)生需要的調(diào)制信號(hào)。

DD-MZM輸出函數(shù)為：

由于其上下臂信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓可以獨(dú)立設(shè)置，因此調(diào)制器的自由度更高，通過(guò)合理設(shè)置，可以使用DD-MZM來(lái)進(jìn)行各種高階調(diào)制。基于此，本實(shí)用新型提出利用DD-MZM進(jìn)行6PolSK-QPSK信號(hào)調(diào)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)及其調(diào)制方法。

本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)，包括波長(zhǎng)1550nm的發(fā)送激光器、兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器(DD-MZM)、偏振分束器(PBS)、偏振耦合器(PBC)、一臺(tái)可進(jìn)行預(yù)編碼的任意波形發(fā)生器(AWG)、四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器、以及一臺(tái)可進(jìn)行Matlab編程的電腦；其連接結(jié)構(gòu)為：電腦連接任意波形發(fā)生器，任意波形發(fā)生器連接四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端，四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器的輸出端連接到兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的4個(gè)射頻信號(hào)電極端，所述發(fā)送激光器連接偏振分束器的輸入端，偏振分束器的輸出端連接兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的輸入端，兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器輸出端連接偏振耦合器的輸入端。

所述基于雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)制方法包括如下步驟：

(1)在電腦上利用Matlab軟件進(jìn)行預(yù)編碼，根據(jù)6PolSK-QPSK的信號(hào)特性生成4路信號(hào)數(shù)據(jù)；

(2)將預(yù)編碼的Matlab代碼送入任意波形發(fā)生器中，產(chǎn)生4路電信號(hào)，每一路輸出電信號(hào)均有4個(gè)不同的電平值；

(3)任意波形發(fā)生器輸出的4路信號(hào)送入四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器進(jìn)行信號(hào)放大，放大后的信號(hào)峰峰值為3Vπ/2，其中Vπ為調(diào)制器的半波電壓；

(4)四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器輸出的4路信號(hào)分別送入兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器中進(jìn)行調(diào)制；

(5)調(diào)節(jié)雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的直流偏置電壓，使其處于合適的偏置點(diǎn)，得到最佳的調(diào)制效果；

(6)兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器輸出的信號(hào)，通過(guò)偏振耦合器耦合后送入光信道進(jìn)行傳輸。

信號(hào)的預(yù)編碼方法如下：

在Matlab中，預(yù)先編碼4路數(shù)據(jù)信號(hào)，根據(jù)調(diào)制原理，4路信號(hào)相互之間具有關(guān)聯(lián)性，得到24種不同的編碼信號(hào)，以下為24種不同的狀態(tài)編碼結(jié)果：

a1＝[3,1,3,1]'；a2＝[3,1,1,-1]'；a3＝[3,1,-1,-3]'；a4＝[3,1,-3,3]'；a5＝[1,-1,3,1]'；a6＝[1,-1,1,-1]'；a7＝[1,-1,-1,-3]'；a8＝[1,-1,-3,3]'；a9＝[-1,-3,3,1]'；a10＝[-1,-3,1,-1]'；a11＝[-1,-3,-1,-3]'；a12＝[-1,-3,-3,3]'；a13＝[-3,3,3,1]'；a14＝[-3,3,1,-1]'；15＝[-3,3,-1,-3]'；a16＝[-3,3,-3,3]'；a17＝[1,1,1,-3]'；a18＝[3,3,1,-3]'；a19＝[-1,-1,1,-3]'；a20＝[-3,-3,1,-3]'；a21＝[1,-3,1,1]'；a22＝[1,-3,3,3]'；a23＝[1,-3,-1,-1]'；a24＝[1,-3,-3,-3]'。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

采用本實(shí)用新型提出的6PolSK-QPSK信號(hào)調(diào)制方案，可以取得與傳統(tǒng)6PolSK-QPSK調(diào)制方案性能相似的結(jié)果，但是，由于本實(shí)用新型中采用雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器作為調(diào)制器進(jìn)行光信號(hào)調(diào)制，降低了調(diào)制器的費(fèi)用，從而能夠有效降低整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的費(fèi)用。

附圖說(shuō)明

圖1為6PolSK-QPSK信號(hào)偏振態(tài)星座圖。這里描述的是光信號(hào)在偏振態(tài)空間的星座圖。對(duì)于6PolSK-QPSK信號(hào)來(lái)說(shuō)，通過(guò)充分利用光信號(hào)的x和y兩個(gè)正交的偏振態(tài)，使星座點(diǎn)處在星座圖中距離相對(duì)較遠(yuǎn)的6個(gè)點(diǎn)，從而在保證信號(hào)星座點(diǎn)歐式距離不變的前提下提高信號(hào)的頻譜效率。

圖2為傳統(tǒng)方法6PolSK-QPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)框圖。這里描述的是傳統(tǒng)的調(diào)制方法，采用的是兩支IQ調(diào)制器完成信號(hào)調(diào)制。

圖3為雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。這里描述的是雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖，在結(jié)構(gòu)上有上下兩個(gè)支路，而且均可單獨(dú)加載射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，具有較高的自由度。

圖4為本實(shí)用新型提出的基于雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。

圖4是本實(shí)用新型提出的基于雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。其對(duì)傳統(tǒng)的6PolSK-QPSK調(diào)制方法進(jìn)行改進(jìn)，利用雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器(DD-MZM)取代IQ調(diào)制器，采用合適的預(yù)編碼方式，完成6PolSK-QPSK信號(hào)調(diào)制，由于DD-MZM價(jià)格與IQ調(diào)制器相比較低，因此可以有效降低光發(fā)射系統(tǒng)的成本。

參見(jiàn)附圖4，6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)包括：波長(zhǎng)1550nm的發(fā)送激光器、兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器DD-MZM、偏振分束器PBS、偏振耦合器PBC、一臺(tái)可進(jìn)行預(yù)編碼的任意波形發(fā)生器AWG、四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器、以及一臺(tái)可進(jìn)行Matlab編程的電腦。其連接結(jié)構(gòu)為：電腦連接任意波形發(fā)生器AWG，任意波形發(fā)生器AWG連接四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端，四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器的輸出端連接到兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的4個(gè)射頻信號(hào)電極端，所述發(fā)送激光器連接偏振分束器PBS的輸入端，偏振分束器PBS的輸出端連接兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的輸入端，兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器輸出端連接偏振耦合器PBC的輸入端。

信號(hào)調(diào)制方法為：首先在電腦上利用Matlab軟件完成信號(hào)的預(yù)編碼工作，系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)送激光器發(fā)出波長(zhǎng)為1550nm的激光，送入偏振分束器，偏振分束器輸出的兩路信號(hào)分別送入兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器，任意波形發(fā)生器根據(jù)預(yù)編碼結(jié)果產(chǎn)生4路電信號(hào)，通過(guò)四通道信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器放大后分別送入兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的4個(gè)射頻信號(hào)電極對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，兩支雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器輸出的信號(hào)，通過(guò)偏振耦合器耦合后送入光信道進(jìn)行傳輸。

信號(hào)的預(yù)編碼方法如下：

為實(shí)現(xiàn)6PolSK-QPSK高階信號(hào)調(diào)制，預(yù)編碼信號(hào)共有24種不同的狀態(tài)。在Matlab中，預(yù)先編碼4路數(shù)據(jù)信號(hào)，根據(jù)調(diào)制原理，4路信號(hào)相互之間具有關(guān)聯(lián)性，如此，得到24種不同的編碼信號(hào)，這里給出24種不同的狀態(tài)編碼結(jié)果：

a1＝[3,1,3,1]'；a2＝[3,1,1,-1]'；a3＝[3,1,-1,-3]'；a4＝[3,1,-3,3]'；a5＝[1,-1,3,1]'；a6＝[1,-1,1,-1]'；a7＝[1,-1,-1,-3]'；a8＝[1,-1,-3,3]'；a9＝[-1,-3,3,1]'；a10＝[-1,-3,1,-1]'；a11＝[-1,-3,-1,-3]'；a12＝[-1,-3,-3,3]'；a13＝[-3,3,3,1]'；a14＝[-3,3,1,-1]'；15＝[-3,3,-1,-3]'；a16＝[-3,3,-3,3]'；a17＝[1,1,1,-3]'；a18＝[3,3,1,-3]'；a19＝[-1,-1,1,-3]'；a20＝[-3,-3,1,-3]'；a21＝[1,-3,1,1]'；a22＝[1,-3,3,3]'；a23＝[1,-3,-1,-1]'；a24＝[1,-3,-3,-3]'。

以上對(duì)本實(shí)用新型做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，在不脫離本實(shí)用新型的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。