一种基于相位敏感放大的QPSK到BPSK全光调制格式转换方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤传输网络中，一种基于相位敏感放大的QPSK到BPSK全光调制格式转换方法，包括相位分解过程和并串转换过程。该方法综合考虑了原始信息完整性、接收机接收复杂度、信道及系统噪声等多种因素。该发明专利技术原理简单，适用范围广泛，在实现一路QPSK信号转换为一路BPSK信号的同时，可有效改善原始信号的误码性能，从而延长信号的传输距离，同时也可适用于软件定义灵活光网络中的灵活发射机及接收机领域等。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位敏感放大的QPSK到BPSK全光调制格式转换方法
本专利技术涉及光纤通信
，尤其涉及一种在光纤传输网络中一路对一路的不同调制格式之间转换的实现方法。该方法主要用于将一路QPSK(quadraturephaseshiftkeying)信号转换为一路BPSK(binaryphaseshiftkeying)信号并保证原始信息的完整性，可有效延长信号传输距离及降低接收机复杂度，并可适用于软件定义灵活光网络

技术介绍
光信号调制是指将电路中的信息以不同的格式携带到光学载波的过程。不同的调制格式具有不同的特点。目前由于对通信容量的需求激增以及日益紧张的频谱资源，高级调制格式如MPSK(multiplephaseshiftkeying)，MQAM(multiplequadratureamplitudemodulation)等以其高传输能力及高频谱利用率成为业界普遍看好的下一代传输手段。然而，在灵活光网络中，高级调制格式信号或简单调制格式信号如OOK(on-offkeying)及BPSK等都有其各自的优势及应用场景。相对于高级调制格式信号，简单调制格式信号虽然频谱利用率不高，但由于其星座状态间拥有更远的欧氏距离，使得其在相同的传输环境下表现出更好的误码性能或者说相同误码要求下可传输更远的距离。此外，相比于高级调制格式信号，其发射接收装置也相对简单。因此，在未来全光灵活网络中，高级及简单调制信号都有其存在价值及应用前景。为应对不同传输场景及灵活的网络需求，调制格式转换的需求应运而生，全光调制格式转换成为目前全光信号处理十分关键的一个研究方向。目前已存在的光调制格式转换方法多是将多路简单调制格式信号转换为一路高级调制格式信号或者将一路高级调制格式转换为多路简单调制格式，考虑到网络实际需求，不管是多路信号转换成一路信号抑或一路信号转换成多路信号均不适用于实际传输。在光网络的传输系统中，传输信息的完整性、灵活性以及系统的引入额外噪声等因素都是会影响到实际系统效果的必须要考虑的问题。考虑到以上问题，本方法在实现QPSK信号向BPSK信号转换时，需考虑到以下几个方面的困难：1)原始信息完整性。传输的准确性或者误码性能是验证一个系统性能最直接的性能指标。光纤作为目前通信传输的主要链路，其传输的准确性是十分重要的。在格式转化过程中，必须要首先考虑的问题即为在转换过程中不能丢失或者修改原始信息即在转换机制上要保证原始信息的完整性。这样才能实现适用于实际传输链路的调制格式转换。2)一路信号对一路信号的转换。信号在光纤链路中传输可看作是以链路为单位，链路与链路之间以节点连接。节点实现对信号的一系列处理，包括功率放大，波形整形，相位再生，逻辑运算，波长转换以及格式转换等。当我们在节点对信号进行格式转换处理时，考虑到为了路由算法的简洁性，更希望是一路信号进入节点，经过格式转换后仍是一路信号，只是以不同的调制格式输出。而不是多路信号在节点被转换为一路或者反过来。因此，在设计格式转换方法时，一路对一路的转换是十分重要的考虑因素。3)信息的接收难度。传输系统的意义在于将信号准确地传输到接收端，接收端则会根据信号的调制格式及调制方法来接收信号。考虑到本方法所涉及的QPSK信号，一般采用的方式为采用IQ(in-phase，quadrature-phase)调制器调制QPSK信号。不管是串联的IQ调制器还是并联的IQ调制器，都是将I路和Q路分别用来表征信号星座点的横纵坐标。因此在接收端，需要将信号的I与Q分量分别检测出来获取原始信息。所以在设计调制格式转换时需要注意的是不能破坏原始信息I、Q两路信息的排列顺序及对应关系以减小接收端的接收难度。4)系统所引入的额外噪声。将链路中的节点看作是一个输入输出系统，而所设计的格式转换装置则是节点系统之中的一个子系统。从传输的原理来看，信号经过一个系统，必然会被系统引入额外的噪声，而且这个噪声往往是由不可避免的因素引入的。因此，在设计格式转换系统时必须考虑到系统可能的噪声源，以及测评系统噪声源对信号信噪比(OSNR)、误码率(BER)及误差矢量幅度(EVM)等性能的影响。从原理上尽量降低引入噪声的机制以及引入额外的功能削减系统引入的额外噪声对信号性能的影响。针对QPSK信号转换为BPSK信号的格式转换，目前已提出的转换方法可大致分为两大类，且这两类方法均主要采用了光纤非线性效应中的四波混频效应来实现。第一种方法是LuGuowei等提出的采用四波混频效应使QPSK信号的相位擦除，使得原本四个相位状态的信号，变成了两个相位状态。由此实现了原始一路QPSK信号转换为一路BPSK信号。但是由于采用了相位擦除手段，使得原始QPSK信号的信息被抹掉了50％，这虽然在物理上实现了一对一的格式转换，但在实际的光网络传输中是不能被接受的。并且由于相位擦除，使得原本分离的四个相位状态产生了混叠，因此接收端会很难接收到正确的原始信息甚至I、Q之中的任何一路信息。因此这种方式在实际传输之中是无法应用的。这种转换方式实现了一路QPSK信号转换为一路BPSK信号，但是却不能保证原始信息的完整性与接收端接收信息的准确性。另一种方法是GaoMingyi等提出采用四波混频效应实现相位分解的原理，将QPSK信号的I与Q分量分别提取出来，成为两路BPSK信号。这种方法虽然保证了原始信息的完整性且在接收端可以很方便且准确地接收原始信息，但却将一路QPSK信号转换成了两路BPSK信号，仍然不适合实际网络的应用，给节点的路由运算增加了复杂度。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于灵活光网络中的光矢量信号调制格式全光转换方法，旨在解决光网络传输链路中一路QPSK信号转换为一路BPSK信号的问题，且保证了目前使用方法存在的信息丢失问题。经转换过后的BPSK信号相比于原QPSK信号在相同信道中有更好的误码性能，因此本专利技术可有效延长原始信号的传输距离及减小接收机复杂程度。本专利技术提出了一套完整的格式转换方案，其主要思想是将QPSK信号经相位分解后分别提取出I、Q分量，将获得的I、Q分量看作两路并行的BPSK信号，之后将其输入到一个并串转换系统，合成一路BPSK信号。下面介绍本专利技术的三个重要部分：相位分解系统，并串转换系统及系统噪声分析。1)相位分解系统：本专利技术采用相位敏感放大器(phasesensitiveamplifier，PSA)为相位分解系统，其框图、频谱结构及分解过程分别为图1中(a)、(b)、(c)和(d)所示。如图1(a)中所示，将信号与两路泵浦光一同输入到一段高非光纤或半导体光放大器(SOA)等非线性介质之中产生四波混频效应，S、P1和P2分别代表信号波、泵浦波1及泵浦波2，三个波之间满足频率匹配关系即2ωs＝ωp1+ωp2。这个过程中在信号波的频率位置会产生闲频波，闲频波与信号波叠加到一起，实现相位分解的过程。根据光波在光纤中的传输特性可以得到一组耦合波方程来表征光波的幅度与相位特性，采用分步傅里叶法解方程组后可得到如下公式：Bs(z)＝μ(z)Bs(0)+v(z)Bs(0)*(1)公式(1)中Bs(0),Bs(z)表示信号输入输出光纤的复振幅形式，z表示传输距离，μ(z),v(z)是光波在介质中的传递函数。传递函数μ(z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相位敏感放大的QPSK到BPSK全光调制格式转换方法，其特征是主要过程包括：A.QPSK信号在光纤链路中传输，携带一定量高斯噪声，进入到节点，由上层网络发出命令控制链路节点对信号进行格式转换；B.QPSK信号进入到格式转换系统后，由两个PSA进行相位分解过程，将原始QPSK信号分解为分别携带I、Q信息的两路并行BPSK信号；C.QPSK信号在相位分解系统中被分解为两路BPSK信号的同时，其相位噪声被有效抑制；D.两路并行BPSK信号进入到并串转换系统，每条链路分别放置一个调制系数为1的幅度调制器用来切割两路信号。两路并行BPSK信号被切割成两路归零码的BPSK信号，且占空比最低为50％；E.信号被切割后，Q路信号所在链路被延时器延迟半个比特时间，使得两路信号交错排列；F.两路信号经过光耦合器交错叠加到一起，完成一路QPSK信号对一路BPSK信号的转换；G.在原始QPSK信号进入格式转换系统之前应保证原始噪声未能噪声误码，本系统只能改善未有误码信号的误码性能，并不能纠正误码。

【技术特征摘要】
1.一种基于相位敏感放大的QPSK到BPSK全光调制格式转换方法，其特征是主要过程包括：A.QPSK信号在光纤链路中传输，携带一定量高斯噪声，进入到节点，由上层网络发出命令控制链路节点对信号进行格式转换；B.QPSK信号进入到格式转换系统后，由两个PSA进行相位分解过程，将原始QPSK信号分解为分别携带I、Q信息的两路并行BPSK信号；C.QPSK信号在相位分解系统中被分解为两路BPSK信号的同时，其相位噪声被有效抑制；D.两路并行BPSK信号进入到并串转换系统，每条链路分别放置一个调制系数为1的幅度调制器用来切割两路信号。两路并行BPSK信号被切割成两路归零码的BPSK信号，且占空比最低为50％；E.信号被切割后，Q路信号所在链路被延时器延迟半个比特时间，使得两路信号交错排列；F.两路信号经过光耦合器交错叠加到一起，完成一路QPSK信号对一路BPSK信号的转换；G.在原始QPSK信号进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪越峰，崔嘉斌，王宏祥，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11