一种正交模分复用信号的接收方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种正交模分复用信号的接收方法，包括：对于传输过来的正交复用信号，首先对模组间的色散进行抑制并且消除不同信号之间的时延，其次，将各个正交模式的信号光进行分离，继而对分离得到的不同模式的光信号进行接收，并采用MIMO技术对接收信号进行数字信号处理。本发明专利技术能够有效的提升系统的传输容量和传输距离；利用相干接收的方法可以提高接收的灵活性，利用外差检测的方式对于提高接收系统的灵敏度有很大的帮助，对于背景噪声的抑制也有很好的效果；相干接收技术可以利用信号光和本振光在探测器光敏面上的相干混频，将接收信号频率从10

【技术实现步骤摘要】
一种正交模分复用信号的接收方法和系统
本专利技术涉及通信
，具体而言涉及一种正交模分复用信号的接收方法和系统。
技术介绍
随着物联网、4K高清视频、云数据、虚拟现实技术(VR)等业务的快速发展，以及到来的5G时代使得人们对于网络带宽的需求不断增长。在波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、时分复用(TDM)，偏振复用(PDM)等一系列的复用技术使用后，使得单模光纤通信系统的传输容量不断接近香农极限。在这样的背景下，科研人员们将关注的重点放在了光纤中尚未被开发的维度。空分复用(SpaceDivisionMultiplexing,SDM)技术利用少模光纤承载的模式数量相对较多，能够稳定的进行模式复用，减弱了不同模式间的耦合，优化系统的参数。相比单模光纤可以极大的提高系统的传输容量，并且拥有很大的模场半径，可以有效抑制光纤的非线性。因此，与单模光纤和多模光纤相比，少模光纤是模分复用技术系统的最佳选择。所谓模式，是电磁波在光波导中的不同光场分布形式。在理想条件下，少模光纤中传输的任意两个模式都满足正交性，但是在实际的条件下，少模光纤由于制备中的瑕疵，在使用是会有拉伸和扭曲等情况，就会导致少模光纤中的各个模式之间出现模场的叠加，从而破坏了少模光纤中传输的各个模式之间的正交性，最终引起各个模式之间的耦合，不仅损伤了传输信号，而且限制了传输的带宽。同时在MDM系统中，由于模式复用器和解复用器会把各个模式的光进行耦合，导致模式之间的差分群时延以及光纤的传输损耗等问题进而导致模式间的串扰，使得信号失真。尽管采取物理信道优化的方法能有效抑制信道的非线性损伤，然而接收端信号模式之间的非线性仍无法完全消除，尤其在存有模间串扰的情况下，模式间的非线性效应十分严重。正交模分复用信号可有效解决前述问题，然而如何快速有效地生成正交模式复用信号，以及基于这种正交模分复用信号的接收和解调的研究相对空缺，目前尚未能有效应用于实际通讯过程中。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种正交模分复用信号的接收方法和系统，可以有效的提升系统的传输容量和传输距离。同时，利用相干接收的方法可以提高接收的灵活性，利用外差检测的方式对于提高接收系统的灵敏度有很大的帮助，对于背景噪声的抑制也有很好的效果。此外，相干接收技术可以利用信号光和本振光在探测器光敏面上的相干混频，将接收信号频率从1014Hz的光信号领域转换为108～109Hz的电信号领域，有利于降低在数字信号处理的复杂度。为达成上述目的，结合图1，本专利技术提出一种正交模分复用信号的接收方法，所述接收方法包括：对于传输过来的正交复用信号，首先对模组间的色散进行抑制并且消除不同信号之间的时延，其次，将各个正交模式的信号光进行分离，继而对分离得到的不同模式的光信号进行接收，并采用MIMO技术对接收信号进行数字信号处理。作为其中的一种优选例，所述正交复用信号的生成过程包括以下步骤：利用空间光调制器产生不同有效半径的模场，经过调制后将各个不同模场半径的光的模式进行光子耦合，形成多个圆环状的复用模场，各个模式的模场之间呈不互相叠加的同心圆环分布，各个模式之间具有正交性。作为其中的一种优选例，所述对模组间的色散进行抑制并且消除不同信号之间的时延的过程包括：探测得到信号光波波前相位信息，生成一相位共轭波前对信号光波前进行校正，使信号光波前恢复成调制前的正交模式光束的波前，从而消除模组间的色散以及信号之间的时延。作为其中的一种优选例，所述将各个正交模式的信号光进行分离的过程包括：对正交模场进行调制，将正交模场分离成一个个有效半径不同的圆形模场。作为其中的一种优选例，所述对分离得到的不同模式的光信号进行接收的过程包括：将不同相位的模式以及X,Y两种偏振态分开接收。作为其中的一种优选例，所述采用MIMO技术对接收信号进行数字信号处理的过程包括：对I路和Q路进行正交化处理；对接收端的采样时钟进行同步处理，使其和发送端的采样时钟一致；将接收信号分成若干个小段，采用FFT将时域信号转变成频域信号，乘上频域的补偿函数，得到频域补偿后的信号，再进行IFFT变换得到时域补偿后的信号；采用归一化LMS算法对接收信号进行MIMO均衡处理。对接收信号进行频偏估计和相位恢复处理。作为其中的一种优选例，所述对接收信号进行频偏估计的过程包括：通过对相邻两个符号之间的相位差做四次方计算，取连续的多个符号的频偏值作为频偏的估计值。结合图2，本专利技术还提及一种正交模分复用信号的接收系统，所述接收系统包括依次连接的波前匹配补偿装置、正交模组匹配分离装置、相干接收装置、数字信号处理模块；所述波前匹配补偿装置与少模光纤连接，用于接收通过少模光纤传输过来的正交复用信号，对模组间的色散进行抑制并且消除不同信号之间的时延；正交模组匹配分离装置用于将各个正交模式的信号光进行分离；所述相干接收装置用于对分离得到的不同模式的光信号进行接收；所述数字信号处理模块用于采用MIMO技术对接收信号进行数字信号处理。作为其中的一种优选例，所述波前匹配补偿装置包括依次连接的波前探测器、波前控制器和波前校正器；所述波前探测器用于探测得到波前相位信息，基于波前相位信息获取波前相位的畸变漂移结果；所述波前控制器用于接收波前探测器发送的波前相位信息，利用共轭光束重构出波前的相位信息来作为控制信号；所述波前校正器与空间光调制器连接，用于根据波前控制器中重构出的波前相位信息，改变空间光调制器的外加电场，继而改变空间光调制器的相位特征以实现对波前的补偿。作为其中的一种优选例，所述相干接收装置包括信号光模式分离模块、本振光模式分离模块、双偏振IQ接收机、X态偏振分集接收机、Y态偏振分离接收机；所述信号光模式分离模块用于对接收光信号做模式分离处理，将分离得到的IQ信号发送至双偏振IQ接收机，将X态偏振态的信号光发送至X态偏振分集接收机，将Y态偏振态的信号光发送至Y态偏振分集接收机；所述本振光模式分离模块用于对本振光信号做模式分离处理，将分离得到的IQ信号发送至双偏振IQ接收机，将X态偏振态的信号光发送至X态偏振分集接收机，将Y态偏振态的信号光发送至Y态偏振分集接收机。以上本专利技术的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：(1)将发射端所产生的同心圆环状的正交模分复用的信号光通过波前匹配补偿装置，抑制模组之间的模式色散以及信号间的时间延迟，然后利用正交模组匹配装置将各个正交模式进行分离，最后通过相干接收器进行接收，实现了具有同心圆环状的模场的正交模分复用的信号光的有效接收。(2)利用相干接收的方法可以提高接收的灵活性，利用外差检测的方式对于提高接收系统的灵敏度有很大的帮助，对于背景噪声的抑制也有很好的效果。(3)采用的相干接收技术可以利用信号光和本振光在探测器光敏面上的相干混频，将接收信号频率从1014Hz的光信号领域转换为108～109Hz的电信号领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正交模分复用信号的接收方法，其特征在于，所述接收方法包括：/n对于传输过来的正交复用信号，首先对模组间的色散进行抑制并且消除不同信号之间的时延，其次，将各个正交模式的信号光进行分离，继而对分离得到的不同模式的光信号进行接收，并采用MIMO技术对接收信号进行数字信号处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种正交模分复用信号的接收方法，其特征在于，所述接收方法包括：
对于传输过来的正交复用信号，首先对模组间的色散进行抑制并且消除不同信号之间的时延，其次，将各个正交模式的信号光进行分离，继而对分离得到的不同模式的光信号进行接收，并采用MIMO技术对接收信号进行数字信号处理。


2.根据权利要求1所述的正交模分复用信号的接收方法，其特征在于，所述正交复用信号的生成过程包括以下步骤：
利用空间光调制器产生不同有效半径的模场，经过调制后将各个不同模场半径的光的模式进行光子耦合，形成多个圆环状的复用模场，各个模式的模场之间呈不互相叠加的同心圆环分布，各个模式之间具有正交性。


3.根据权利要求1所述的正交模分复用信号的接收方法，其特征在于，所述对模组间的色散进行抑制并且消除不同信号之间的时延的过程包括：
探测得到信号光波波前相位信息，生成一相位共轭波前对信号光波前进行校正，使信号光波前恢复成调制前的正交模式光束的波前，从而消除模组间的色散以及信号之间的时延。


4.根据权利要求1所述的正交模分复用信号的接收方法，其特征在于，所述将各个正交模式的信号光进行分离的过程包括：
对正交模场进行调制，将正交模场分离成一个个有效半径不同的圆形模场。


5.根据权利要求1所述的正交模分复用信号的接收方法，其特征在于，所述对分离得到的不同模式的光信号进行接收的过程包括：
将不同相位的模式以及X,Y两种偏振态分开接收。


6.根据权利要求1所述的正交模分复用信号的接收方法，其特征在于，所述采用MIMO技术对接收信号进行数字信号处理的过程包括：
对I路和Q路进行正交化处理；
对接收端的采样时钟进行同步处理，使其和发送端的采样时钟一致；
将接收信号分成若干个小段，采用FFT将时域信号转变成频域信号，乘上频域的补偿函数，得到频域补偿后的信号，再进行IFFT变换得到时域补偿后的信号；
采用归一化LMS算法对接收信号进行MIMO均衡处理。
对接收信号进行频偏估计和相位恢复处理。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，忻向军，任建新，毛雅亚，陈帅东，王瑞春，沈磊，李良川，周锐，王光全，吴泳峰，孙婷婷，赵立龙，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32