CN105610516A - 基于超奈奎斯特系统的光调制方法及其相应的解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM的光调制方法及其相应的解调方法，光调制方法如下：两个偏振态的同向I和正交Q支路的二级制数据转化为四进制数据信号，经I类部分响应脉冲成形滤波，产生成形后基带信号，调制IQ正交调制器，获得调制后信号；相应解调方法在VA-based？MLSD检测时采用的网格图是利用前后码元的相关性得到的，解调方法有效可行。本发明在DP-16QAM上结合了I类部分响应脉冲成形技术，引入有规律、可处理的码间干扰，与结合奈奎斯特成形滤波的16QAM对比，信号带宽进一步压缩，实现了超奈奎斯特波分复用系统中的传输，提高系统的频率利用率和传输容量。

Description

基于超奈奎斯特系统的光调制方法及其相应的解调方法

技术领域

本发明属于高速光纤通信领域的数字调制领域，涉及一种基于超奈奎斯特系统的光调制方法及其相应的解调方法，具体地指一种结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM(DP-16QAM)的光调制方法及其相应的解调方法。

背景技术

在波分复用(WDM)系统中，信道密度与光纤传输系统容量直接相关，因此减小WDM系统的信道间隔成为提高传输容量的有效方法。奈奎斯特WDM系统是将奈奎斯特脉冲成形技术融入到双偏振态M进制正交振幅(QAM)调制中，产生信道间隔等于奈奎斯特带宽的传输信号，从而使信道间隔缩小至码元速率值。在此基础上，超奈奎斯特WDM系统的概念应运而生，用以描述信道间隔降至码元速率值以下的WDM系统。

在超奈奎斯特WDM系统中，如果仍然将奈奎斯特脉冲成形技术融入到在双偏振态M进制QAM调制中，产生信道间隔小于奈码元速率值的传输信号，信道间的各种载波信号之间的相互干扰(ICI)异常严重。尽管采用基于数字滤波器的多码元检测算法，可以在一定程度上减小ICI的影响，但其对数字滤波器窗口的稳定性要求很高，否则系统性能会显著恶化；另一方面，为了解决ICI所带来的严重影响，如何尽可能压缩调制后每个信道的信号带宽显得十分重要，相对于码元速率值来说，信号带宽越小，效果越佳。

通过将I类部分响应脉冲成形技术脉冲成形技术和更高阶的QAM调制的合理有效的结合，能有效压缩调制后信号带宽，从而减小WDM系统的信道间隔，获得更高的频谱利用率，最终实现超奈奎斯特系统的信号传输。到目前为止，结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM(DP-16QAM)的光调制方法及其相应的解调方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述背景技术存在的不足，提供一种基于超奈奎斯特系统的光调制方法及其相应的解调方法，具体地讲，提供一种结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM(DP-16QAM)的光调制方法及其相应的解调方法，同时减小WDM系统的信道间隔和调制后的信号带宽，获得更高的频谱利用率，实现超奈奎斯特系统的信号传输。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于超奈奎斯特系统的光调制方法，所述光调制方法结合了I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM(DP-16QAM)，具体步骤如下：

(1)将两个偏振态的同向I和正交Q支路的二级制数据分别转化为四进制数据；

(2)将上述步骤(1)转化得到的四进制数据经过I类部分响应脉冲成形滤波器滤波产生双四进制基带信号；

(3)将上述步骤(2)得到的同向I和正交Q支路的双四进制基带信号经过IQ正交调制器调制，获得已调信号；

(4)将两个偏振态的已调信号经过偏振合光后得到所述调制方式的双偏振复用后信号。

在上述技术方案中，所述步骤(1)中，第n个码元的四进制数据为：

s_I,n＝2b_I,2n+b_I,2n+1

s_Q,n＝2b_Q,2n+b_Q,2n+1

其中，b_I，2n、b_I，2n+1、b_Q，2n、b_Q，2n+1分别为同向I和正交Q支路第2n和第2n+1个比特。

在上述技术方案中，所述步骤(2)中，四进制数据经过I类部分响应脉冲成形滤波器滤波产生双四进制基带信号，具体如下：

$A_I\left(t\right)=\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\Σ}{s}_{I,n}g(t-{\mathrm{nT}}_s)$

$A_Q\left(t\right)=\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\Σ}{s}_{Q,n}g(t-{\mathrm{nT}}_s)$

其中，t为时间，T_s为一个四进制码元时间，g(t)为I类部分响应成形脉冲，为无限长，即： $g\left(t\right)=\frac{4}{\mathrm{\π}}\left(\frac{cos\mathrm{\π}t/T_s}{1-4t^2/T_s^2}\right).$

在上述技术方案中，所述步骤(3)中，同向I和正交Q支路的双四进制基带信号经过IQ正交调制器调制，获得的已调信号为：

E(t)＝A_I(t)cos(2πf_ct)+A_Q(t)sin(2πf_ct)

其中，f_c为光载波。

在上述技术方案中，所述I类部分响应脉冲成形滤波器采用FIR滤波器实现，FIR滤波器的单位冲击响应为有限长，因此所述g(t)需截短为g_s(t)，具体为：

当t≤T时，g_s(t)＝g(t)；

当t＞T时，g_s(t)＝0；

其中，t为截断长度。

上述基于超奈奎斯特系统光调制的解调方法，将基于维特比算法的最大似然序列检测方法运用于双偏振复用后信号的相干解调中，具体步骤如下：

(1)接收信号依次经过光电转换前端和LPF滤波得到两个偏振态的同向I和正交Q支路基带电信号；

(2)将上述步骤(1)中得到的同向I和正交Q支路基带电信号完成检测前的数字信号(DSP)处理，随后进行VA-basedMLSD检测。利用前后码元的相关性得到网格图，基于网格图利用维特比算法，寻找到最大似然路径，完成检测。

本发明中，将双二进制脉冲成形技术融入双偏振态正交相移键控调制(DP-QPSK)中，可压缩调制后信号带宽，获得更高的频谱利用率，最终实现超奈奎斯特系统的信号传输。本方法可以看成是I类部分响应脉冲成形技术与DP-QPSK调制的结合，虽然，该方法违反了奈奎斯特准则，进而带来码间干扰(ISI)，但由于I类部分响应脉冲的特殊性，使得产生的ISI具有规律，最终可被完全消除。

本发明的有益效果：

(1)本发明的结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM的光调制方法能切实有效的将信道间隔缩小至码元速率值以下，不同于DP-16QAM，可以实现在超奈奎斯特波分复用(Super-Nyquist-WDM)系统中的传输。

(2)本发明的结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM的光调制方法是在DP-16QAM调制前将I、Q支路的四进制数据信号进行I类部分响应脉冲成形滤波，引入有规律、可处理的码间干扰(ISI)，压缩已调信号的频谱带宽，因此使该调制方式的频谱利用率相对于16QAM提高了接近1倍。

(3)本发明的结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM的光调制的解调方法在进行VA-basedMLSD检测时所采用的网格图是利用前后码元的相关性得到的，所述网格图结构特殊，检测效果显著，能高效出色地完成接收信号的解调工作。

附图说明

图1为本发明结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM光调制方式的实现原理图；

图2为本发明结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM光调制的解调方案；

图3为本发明结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM光调制的VA-basedMLSD解调时所用网格图；

图4为本发明中I类部分响应脉冲成形滤波过程的实现方案；

图5为本发明结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM光调制方式与奈奎斯特脉冲成形技术融入16QAM光调制方式的已调信号频谱对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示为本发明的结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM(DP-16QAM)的光调制方法的实现框图，该方法是一种基于超奈奎斯特系统的光调制方法，具体来说，包括如下步骤：(1)将两个偏振态的同向I和正交Q支路的二级制数据分别通过串并转换器和2-4电平转换器转换成四进制数据信号；(2)将上述步骤(1)得到的四进制数据信号经过I类部分响应成形滤波器进行滤波成形，产生双四进制基带信号，所述成形滤波器为FIR滤波器，因此将滤波器单位冲击响应函数g(t)截短为g_s(t)，所述滤波过程的具体实现方案如图4所示，经过上采样，达到滤波器滤波要求速率，FIR滤波器滤波后，经过重采样匹配数模转换器(DAC)速率，再经DAC完成数模转换，形成四进制基带信号A_I(t)、A_Q(t)；(3)将上述步骤(2)得到的同向I和正交Q支路的双四进制基带信号经过IQ正交调制器调制，获得各偏振态已调信号；(4)将上述步骤(3)得到的各偏振态的已调信号最后经过PBC偏振合光后得到双偏振态复用后信号。

当截短长度为4T_s、FIR滤波器抽头为9、DAC速率为80GHz时，本发明的结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM(DP-16QAM)的光调制方式与奈奎斯特脉冲成形技术融入16QAM光调制方式的已调信号频谱对比图如图5所示(图中f：频率，f_c：光载波频率，R_s：码元速率＝1/T_s)，从图5中对比后可以发现，本发明的调制方式不同于奈奎斯特脉冲成形技术融入16QAM光调制方式，本发明调制方式的已调信号带宽明显偏小，明显低于奈奎斯特带宽，适合在超奈奎斯特波分复用(Super-Nyquist-WDM)系统中进行传输。

针对本发明的结合I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM的光调制方式的已调信号，同时提出其解调方案，具体如图2所示。所述光电转换前端包括光90°混频器、平衡光电转换器和跨阻放大器，已调信号经过光电前端和低通滤波器(LPF)滤波后，采样得到的两个偏振态的同向I和正交Q支路数字基带电信号，然后进行数字信号处理(DSP)，包括IQ正交化、线性与非线性补偿、自适应均衡、载波频率估计和相位恢复等，最后进行VA-basedMLSD检测，恢复出两个偏振态的同向I和正交Q支路二进制数据，具体的VA-basedMLSD检测所用网格图如图3所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于超奈奎斯特系统的光调制方法，其特征在于，所述光调制方法结合了I类部分响应脉冲成形技术和双偏振16QAM(DP-16QAM)，具体步骤如下：

(1)将两个偏振态的同向I和正交Q支路的二级制数据分别转化为四进制数据；

(2)将上述步骤(1)转化得到的四进制数据经过I类部分响应脉冲成形滤波器滤波产生双四进制基带信号；

(3)将上述步骤(2)得到的同向I和正交Q支路的双四进制基带信号经过IQ正交调制器调制，获得已调信号；

(4)将两个偏振态的已调信号经过偏振合光后得到所述调制方式的双偏振复用后信号。

2.根据权利要求1所述的基于超奈奎斯特系统的光调制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，第n个码元的四进制数据为：

s_I,n＝2b_I,2n+b_I,2n+1

s_Q,n＝2b_Q,2n+b_Q,2n+1

其中，b_I，2n、b_I，2n+1、b_Q，2n、b_Q，2n+1分别为同向I和正交Q支路第2n和第2n+1个比特。

3.根据权利要求1所述的基于超奈奎斯特系统的光调制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，四进制数据经过I类部分响应脉冲成形滤波器滤波产生双四进制基带信号，具体如下：

$A_I\left(t\right)=\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\Σ}}{S}_{I,n}g(t-{\mathrm{nT}}_s)$

$A_Q\left(t\right)=\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\Σ}{s}_{Q,n}g(t-{\mathrm{nT}}_s)$

其中，t为时间，T_s为一个四进制码元时间，g(t)为I类部分响应成形脉冲，为无限长，即： $g\left(t\right)=\frac{4}{\mathrm{\π}}\left(\frac{cos\mathrm{\π}t/T_s}{1-4t^2/T_s^2}\right).$

4.根据权利要求1所述的基于超奈奎斯特系统的光调制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，同向I和正交Q支路的双四进制基带信号经过IQ正交调制器调制，获得的已调信号为：

E(t)＝A_I(t)cos(2πf_ct)+A_Q(t)sin(2πf_ct)

其中，f_c为光载波。

5.根据权利要求3所述的基于超奈奎斯特系统的光调制方法，其特征在于：所述I类部分响应脉冲成形滤波器采用FIR滤波器实现，FIR滤波器的单位冲击响应为有限长，因此所述g(t)需截短为g_s(t)，具体为：

当t≤T时，g_s(t)＝g(t)；

当t＞T时，g_s(t)＝0；

其中，t为截短长度。

6.一种权利要求1所述的基于超奈奎斯特系统光调制的解调方法，所述方法将基于维特比算法的最大似然序列检测方法运用于双偏振复用后信号的相干解调中，其特征在于：所述解调方法具体步骤如下：

(1)接收信号依次经过光电转换前端和LPF滤波得到两个偏振态的同向I和正交Q支路基带电信号；

(2)将上述步骤(1)中得到的同向I和正交Q支路基带电信号完成检测前的数字信号(DSP)处理，随后进行VA-basedMLSD检测。利用前后码元的相关性得到网格图，基于网格图利用维特比算法，寻找到最大似然路径，完成检测。