一种用于高速PON的相干光通信系统及方法技术方案

一种用于高速PON的相干光通信系统及方法，该系统包括第一光发送机、第一波分复用器WDM、第二波分复用器WDM、第一光接收机、第二光发送机和第二光接收机，在第一光发送机和第二光发送机中都用辅助光波对SOA作反向注入，促成了SOA光增益的线性化；在下行ONU第一光接收机联合运用光偏振跟踪、光注入锁定本地激光器和光锁相环，让光相位噪声也得以最小化，实现零差检测；在上行方向OLT的第二光接收机采用光偏振跟踪技术联合运用光混合模块与平方和运算器，放弃传统数字信号处理器中复杂的频率估计和相位估计算法，实现了具有频率偏移和光相位噪声非线性抵消功能的内差检测，使相干接收机硬件和信号处理方法均得到简化。收机硬件和信号处理方法均得到简化。收机硬件和信号处理方法均得到简化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速PON的相干光通信系统及方法


[0001]本申请涉及光通信
，尤其涉及一种用于高速无源光网PON的相干光通信系统，还涉及该系统的通信方法。

技术介绍

[0002]目前通信容量的腾飞导致单靠光波包络(电场幅度)的直接检测已不足以解决信息承载问题，但由于光相干检测技术的硬件、软件复杂又昂贵，迄今光相干通信系统只应用于超长的陆上和海缆干线，在光接入网中则未能得到商用。
[0003]光相干检测的优越性在于光接收机的输出电压比例于接收信号光电场与本地本振光电场的相乘，即使接收信号光很弱，只要本振光足够强就能产生可观的接收机输出，所以接收机灵敏度高，系统损耗容限大。但光相干检测的复杂性来源于发送端激光器与接收端本地(LO)激光器的独立运行，即使采用同一牌号的激光器、同样的电流和温度控制，LO光波在频率和相位上都与信号光波不同，加上信号光波在长距离外线中的偏振态起伏，信号光波电场要实现与LO光波电场的相乘，就必须首先采用偏振混合器和四个平衡光探测器对构成的偏振分集光接收机。然后对接收机输出在模数(A/D)转换后做复杂的数字信号处理，先做载波频偏估计和补偿，再做相位估计和抑制，还要进行色散补偿、信道均衡和数据解调等，系统复杂度高，功耗大，因此这种被称为内差检测的传统相干通信技术不适合用在对成本要求特别严格的高速PON中。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种用于高速PON的相干光通信系统及方法，以解决现有相干光通信的硬件系统结构复杂、成本高、功耗大以及通信方法复杂，不适合用在高速PON中的问题。
[0005]本申请采用的技术方案如下：
[0006]一种用于高速PON的相干光通信系统，所述相干光通信系统包括：
[0007]第一光发送机、第一波分复用器WDM108、第二波分复用器WDM109、第一光接收机、第二光发送机和第二光接收机；
[0008]所述第一光发送机的输出端连接第一半导体光放大器SOA105，用于在光线路终端OLT的下行链路中发出放大的信号光波；
[0009]所述第一半导体光放大器SOA105的输出端分别连接第一SOA增益箝制装置和第一波分复用器WDM108；
[0010]所述第一波分复用器WDM108与第二波分复用器WDM109之间通过馈线光纤相连接，所述第一波分复用器WDM108连接所述第二光接收机；
[0011]所述第二波分复用器WDM109连接所述第一光接收机；
[0012]所述第一光接收机包括依次相连的第一外反馈偏振跟踪模块、光注入锁定装置和零差检测装置，用于接收来自所述第一光发送机的信号光波，并在光网络单元ONU完成零差检测；
[0013]所述第一外反馈偏振跟踪模块连接所述第二波分复用器WDM109，用于调节接收到的信号光波的偏振方向，使其稳定在输出保偏光纤的慢轴方向；
[0014]所述第二光发送机的输出端连接第二半导体光放大器SOA204，用于在光网络单元ONU的上行链路中发出放大的信号光波；
[0015]第二半导体光放大器SOA204的输出端分别连接第二SOA增益箝制装置和所述第二波分复用器WDM109；
[0016]所述第二光接收机包括依次相连的第二外反馈偏振跟踪模块和内差检测装置，用于接收来自所述第二光发送机的信号光波，并在光线路终端OLT完成内差检测；
[0017]所述第二外反馈偏振跟踪模块的输入端连接所述第一波分复用器WDM108，用于将接收到的上行信号光波的偏振方向控制到与上行本振光波一致。
[0018]优选地，所述第一光发送机包括第一激光器101、第一铌酸锂MZM光调制器104和第一驱动放大器103；
[0019]所述第一激光器101连接第一铌酸锂MZM光调制器104的光信号输入端，用于发射强度连续光载波，经所述第一铌酸锂MZM光调制器104转换为强度已调信号光波；
[0020]所述第一驱动放大器103连接第一铌酸锂MZM光调制器104的电信号输入端，用于将线路编码后的数据电信号通过所述第一驱动放大器103进行信号放大，然后在所述第一铌酸锂MZM光调制器104中调变输入光载波的强度形成信号光波；
[0021]所述第一铌酸锂MZM光调制器104的输出端连接所述第一半导体光放大器SOA105，用于将调制后的信号光波平均强度放大到向光纤线路发送所需的水平；
[0022]所述第一半导体光放大器SOA105的输出端连接第一光环行器106的中间端口p2，所述第一光环行器106的末端口p3连接所述第一波分复用器WDM108。
[0023]优选地，所述第一SOA增益箝制装置包括第二激光器102和光分路器107和所述第一光环行器106；
[0024]所述第二激光器102连接所述光分路器107的输入端，用于发出辅助光波；
[0025]所述光分路器107的第一输出端口连接所述第一光环行器106的首端口p1，用于将辅助光波反向注入所述第一半导体光放大器SOA105，实现增益箝制和增益线性化。
[0026]优选地，所述光注入锁定装置包括第一保偏光分路器111、光带通滤波器OBPF112、第二保偏光分路器113、保偏光环形器114、本地激光器ILL115和第三保偏光分路器116；
[0027]所述第一保偏光分路器111的输入端连接所述第一外反馈偏振跟踪模块；
[0028]所述第一保偏光分路器111的两个输出端分别连接所述零差检测装置和光带通滤波器OBPF112，用于将接收到的信号光波进行分光，形成信号光支路和注入光支路，信号光支路直接产生信号光电场加到所述零差检测装置，注入光支路输出主控光波；
[0029]所述光带通滤波器OBPF112的输出端连接所述第二保偏光分路器113，用于从所述主控光波中提取出纯净的主控载波谱线；
[0030]所述第二保偏光分路器113的第一输出端口连接所述保偏光环形器114的首端口p1，所述保偏光环形器114的中间端口p2连接所述本地激光器ILL115，所述保偏光环形器114的末端口p3连接第三保偏光分路器116的输入端，用于将所述本地激光器ILL115的运行波长锁定到与所述主控载波谱线一致。
[0031]优选地，所述光注入锁定装置内还设置有光锁相环模块，所述光锁相环模块包括
本地激光器ILL115、所述第三保偏光分路器116、光移相器117、光探测器118和PIC环路滤波器119；
[0032]所述第三保偏光分路器116的第一输出端口连接所述光移相器117的输入端；
[0033]所述光移相器117的输出端连接所述光探测器118的第一输入端口，所述第二保偏光分路器113的第二输出端口连接所述光探测器118的第二输入端口，所述光探测器118用于将分别来自所述光移相器117和所述第二保偏光分路器113的两束光波相乘，产生基带光相位噪声；
[0034]所述光探测器118的输出端电连接所述PIC环路滤波器119，所述PIC环路滤波器119电连接所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高速PON的相干光通信系统，其特征在于，所述相干光通信系统包括：第一光发送机、第一波分复用器WDM(108)、第二波分复用器WDM(109)、第一光接收机、第二光发送机和第二光接收机；所述第一光发送机的输出端连接第一半导体光放大器SOA(105)，用于在光线路终端OLT的下行链路中发出放大的信号光波；所述第一半导体光放大器SOA(105)的输出端分别连接第一SOA增益箝制装置和第一波分复用器WDM(108)；所述第一波分复用器WDM(108)与第二波分复用器WDM(109)之间通过馈线光纤相连接，所述第一波分复用器WDM(108)连接所述第二光接收机；所述第二波分复用器WDM(109)连接所述第一光接收机；所述第一光接收机包括依次相连的第一外反馈偏振跟踪模块、光注入锁定装置和零差检测装置，用于接收来自所述第一光发送机的信号光波，并在光网络单元ONU完成零差检测；所述第一外反馈偏振跟踪模块连接所述第二波分复用器WDM(109)，用于调节接收到的信号光波的偏振方向，使其稳定在输出保偏光纤的慢轴方向；所述第二光发送机的输出端连接第二半导体光放大器SOA(204)，用于在光网络单元ONU的上行链路中发出放大的信号光波；第二半导体光放大器SOA(204)的输出端分别连接第二SOA增益箝制装置和所述第二波分复用器WDM(109)；所述第二光接收机包括依次相连的第二外反馈偏振跟踪模块和内差检测装置，用于接收来自所述第二光发送机的信号光波，并在光线路终端OLT完成内差检测；所述第二外反馈偏振跟踪模块的输入端连接所述第一波分复用器WDM(108)，用于将接收到的上行信号光波的偏振方向控制到与上行本振光波一致。2.根据权利要求1所述的一种用于高速PON的相干光通信系统，其特征在于，所述第一光发送机包括第一激光器(101)、第一铌酸锂MZM光调制器(104)和第一驱动放大器(103)；所述第一激光器(101)连接第一铌酸锂MZM光调制器(104)的光信号输入端，用于发射强度连续光载波，经所述第一铌酸锂MZM光调制器(104)转换为强度已调信号光波；所述第一驱动放大器(103)连接第一铌酸锂MZM光调制器(104)的电信号输入端，用于将线路编码后的数据电信号通过所述第一驱动放大器(103)放大，然后在所述第一铌酸锂MZM光调制器(104)中调变输入光载波的强度，形成信号光波；所述第一铌酸锂MZM光调制器(104)的输出端连接所述第一半导体光放大器SOA(105)，用于将信号光波的平均强度通过所述第一半导体光放大器SOA(105)放大到向光纤线路发送所需的水平；所述第一半导体光放大器SOA(105)的输出端连接第一光环行器(106)的中间端口p2，所述第一光环行器(106)的末端口p3连接所述第一波分复用器WDM(108)。3.根据权利要求2所述的一种用于高速PON的相干光通信系统，其特征在于，所述第一SOA增益箝制装置包括第二激光器(102)和光分路器(107)和所述第一光环行器(106)；
所述第二激光器(102)连接所述光分路器(107)的输入端，用于发出辅助光波；所述光分路器(107)的第一输出端口连接所述第一光环行器(106)的首端口p1，用于将辅助光波反向注入所述第一半导体光放大器SOA(105)，实现增益箝制和增益线性化。4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于高速PON的相干光通信系统，其特征在于，所述光注入锁定装置包括第一保偏光分路器(111)、光带通滤波器OBPF(112)、第二保偏光分路器(113)、保偏光环形器(114)、本地激光器ILL(115)和第三保偏光分路器(116)；所述第一保偏光分路器(111)的输入端连接所述第一外反馈偏振跟踪模块；所述第一保偏光分路器(111)的两个输出端分别连接所述零差检测装置和光带通滤波器OBPF(112)，用于将接收到的信号光波分光，形成信号光支路和注入光支路，信号光支路直接产生信号光电场加到所述零差检测装置，注入光支路输出主控光波；所述光带通滤波器OBPF(112)的输出端连接所述第二保偏光分路器(113)，用于从所述主控光波中提取出纯净的主控载波谱线；所述第二保偏光分路器(113)的第一输出端口连接所述保偏光环形器(114)的首端口p1，所述保偏光环形器(114)的中间端口p2连接所述本地激光器ILL(115)，所述保偏光环形器(114)的末端口p3连接第三保偏光分路器(116)的输入端，用于将所述本地激光器ILL(115)的运行波长锁定到与所述主控载波谱线一致。5.根据权利要求4所述的一种用于高速PON的相干光通信系统，其特征在于，所述光注入锁定装置内还设置有光锁相环模块，所述光锁相环模块包括本地激光器ILL(115)、所述第三保偏光分路器(116)、光移相器(117)、光探测器(118)和PIC环路滤波器(119)；所述第三保偏光分路器(116)的第一输出端口连接所述光移相器(117)的输入端；所述光移相器(117)的输出端连接所述光探测器(118)的第一输入端口，所述第二保偏光分路器(113)的第二输出端口连接所述光探测器(118)的第二输入端口，所述光探测器(118)用于将分别来自所述光移相器(117)和所述第二保偏光分路器(113)的两束光波相乘，产生基带光相位噪声；所述光探测器(118)的输出端电连接所述PIC环路滤波器(119)，所述PIC环路滤波器(119)电连接所述本地激光器ILL(115)的电驱动端，所述PIC环路滤波器(119)用于将所述光探测器(118)产生的光相位噪声电流反馈给所述本地激光器ILL(115)，使得注入锁定后的本地光波与接收到的信号光波之间的相位差最小化。6.根据权利要求5所述的一种用于高速PON的相干光通信系统，其特征在于，所述零差检测装置包括保偏耦合器(120)、平衡光探测器对(121)、低噪声跨阻放大器TIA(122)、带通滤波器BPF(123)、主放大器(124)和数字信号处理器(125)；所述保偏耦合器(120)的信号端连接所述第一保偏光分路器(111)的其中一个输出端，所述保偏耦合器(120)的本振端连接所述第三保偏光分路器(116)的第二输出端口；所述保偏耦合器(120)的两个输出端分别连接所述平衡光探测器对(121)；所述平衡光探测器对(121)的输出端电连接所述低噪声跨阻放大器TIA(122)；所述低噪声跨阻放大器TIA(122)、带通滤波器BPF(123)、主放大器(124)和数字信号处理器(125)依次电连接；所述数字信号处理器(125)内包括A/D转换单元、均衡单元、时钟恢复单元和判决再生
单元，用于对数据信号做A/D转换、均衡、时钟恢复和判决再生处理。7.根据权利要求6所述的一种用于高速PON的相干光通信系统，其特征在于，所述第一外反馈偏振跟踪模块包括第一外反馈偏振跟踪器PT(110)和第一检波与对数放大器(126)；所述第一外反馈偏振跟踪器PT(110)光纤连接在所述第二波分复用器WDM(109)与所述第一保偏光分路器(111)输入端之间；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林如俭，姚毅，杨健，陈海辉，
申请(专利权)人：凌云天博光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：