基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统

本发明涉及自相干光通信技术以及无源光通信接入网络领域，尤其是涉及一种基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统。

背景技术：

1、随着例如高质量的视频流媒体服务(例如8k/16k视频)、虚拟现实/增强现实(vr/ar)和云游戏等新兴互联网应用的不断发展。光接入网络的研发正在全球范围内迅速增长。

2、如公开号为cn103178904a的中国专利文献公开了一种全双工高速单纤双向波分复用无源光接入网络，包括光网络单元onu、双向光纤链路和光链路终端olt，双向光纤链路一端连接onu，另一端连接olt；所述olt包括光源、色散补偿模块、光带通滤波模块、光电探测模块、实时采样模块和编码数据处理模块。该专利采用了数字信号处理技术，能够在单根光纤链路上实现10gb/s以上的上下行对称速率的双向业务传输。

3、公开号为cn106341190a的中国专利文献公开了一种无源光网络系统，包括：半导体激光器，用于选择锁定外部注入光若干波长中的一个特定波长并发射出该特定波长的单模相干光源；半导体光放大器，用于生成并放大宽谱光源，将上行数据调制到所述特定波长的单模相干光源；其中，半导体光放大器为量子点半导体光放大器。该专利基于量子点半导体光放大器的超快增益恢复保证了上行信号的高速信号调制，可使得每个用户的高速上行数据调制10gb/s。

4、在ieee 802.3和itu-t分别开发的高速25g/50g无源光接入网络(pon)标准化之后，人们开始讨论100g及以上的超高速pon技术。

5、由于色散补偿(cd)和信号间拍频噪声(ssbn)消除方面的挑战，传统的基于强度调制与直接检测(im/dd)方案可能无法满足如此高的带宽需求。单波长相干pon(c-pon)由于其卓越的接收机灵敏度和成熟的技术，可能成为合适的候选方案。

6、然而，在光网络单元(onu)端的低成本分布式反馈激光器(dfb-laser)存在着数十ghz的激光频率漂移和相对较大的相位噪声问题，而在onu端部署昂贵的可调谐相干激光器由于其成本限制仍然对c-pon构成了很大限制。

7、因此，人们迫切需要探索不同的解决方案，以满足接入网络中高达29db需求的功率预算，同时，避免在onu端使用昂贵的可协调相干激光器。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，既能如相干无源光接入网那样满足下一代光接入网的大带宽(100g及以上)、高灵敏度需求，又能如同im/dd方案那样避免使用昂贵的可协调相干激光器，从而极大程度上降低用户端硬件成本，具有十分重要的研究价值和应用前景。

2、一种基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，包括发射端、光分布网络模块和用户接收端；

3、其中，发射端包括二维斯托克斯发射机模块和信号放大模块；用户接收端包括信号预放大模块、斯托克斯接收模块和数字信号处理解调模块；

4、发射端中，二维斯托克斯发射机模块与信号放大模块相连，用于产生斯托克斯空间的调制信号并将其放大到入光纤功率；

5、光分布网络模块与信号放大模块相连，用于将放大后的信号通过分布网络传递到指定的用户接收端；

6、用户接收端中，信号预放大模块与分配式光网络相连，用于对经过链路后的信号进行预补偿；

7、斯托克斯接收模块与预放大模块相连，用于将预补偿后的信号通过斯托克斯空间的参量描述；

8、数字信号处理解调模块与斯托克斯接收模块相连，用于对基于斯托克斯空间的信号进行解调恢复。

9、进一步地，所述的二维斯托克斯发射机模块包括激光器、光分束器、数模转换模块、iq调制器、可调光衰减器和偏振合束器；

10、激光器的出光经过光分束器按1：1分光，其中一路光输入到iq调制器，iq调制器由数模转换模块驱动，数模转换模块将数字信号转化为模拟信号，并将其输入到iq调制器，iq调制器将电信号调制到激光器分束后的光载波上，完成电信号到光载波的加载，此路记为信号光x；另一路光经过可调光衰减器输出为载波y；两路正交的x和y经过偏振合束器耦合在一起。

11、进一步地，所述的斯托克斯接收模块包括偏振分束器、光分束器、90°光混频器、光电探测器、光电平衡探测器；

12、光信号进入偏振分束器，将信号光分为两路正交偏振光，两路偏振光分别经过1:1的光分束器得到x1、x2、y1、y2四路接收光信号；其中x1和y2分别进入光电探测器，经计算得到斯托克斯矢量空间的s1，同时光电探测器也作为偏振调控状态的反馈；x2和y2经过90度光混频器并输出4路光信号，通过平衡光电探测器探测后输出斯托克斯矢量空间的s2和s3，最终斯托克斯矢量的[s1 s2 s3]表示为:

13、

14、式中，re()表示取括号中运算结果的实部，im()表示取括号中运算结果的虚部，*表示共轭操作。

15、优选地，发射端的信号放大模块采用掺铒光纤放大器。

16、优选地，用户接收端的信号预放大模块采用半导体光放大器。

17、进一步地，数字信号处理解调模块对基于斯托克斯空间的信号进行解调恢复，包括重采样、色散补偿和同步均衡。

18、进一步地二维斯托克斯矢量发射机模块产生的光信号经过信号放大模块的放大后，通过光纤进入光分布网络模块，将光信号等分为多路后，每一路再通过光纤分别进入对应的用户接收端。

19、进一步地，所述的发射端还包括与二维斯托克斯发射机模块连接的发射端数字信号处理模块(tx dsp)，用于脉冲成型、符号映射和归一化。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1、自相干无源光接入网络架构。本发明采用光通信自相干架构，该架构既满足了光接口网络较高灵敏度的需求，又避免了在接收端使用昂贵的可协调相干激光器，大大降低了在用户端的硬件成本。

22、2、相对简单的dsp过程。自相干斯托克斯接收机的数字信号处理步骤与已经成熟的相干dsp高度兼容，这意味着这套接收机架构有望与现有的dsp兼容，从而进一步简化在大规模部署过程中硬件架构替换的成本。

23、3、预放大soa的使用。在接收端使用了半导体光放大器(soa)作为信号预放大器来补偿发射端使用另一个偏振态单独传输本振信号导致的灵敏度恶化。与edfa不同，soa的使用成本更低，且有望实现大规模集成。这意味着提出的基于斯托克斯接收机的pon系统能够实现单片集成。

技术特征：

1.一种基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，包括发射端、光分布网络模块和用户接收端；

2.根据权利要求1所述的基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，所述的二维斯托克斯发射机模块包括激光器、光分束器、数模转换模块、iq调制器、可调光衰减器和偏振合束器；

3.根据权利要求1所述的基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，所述的斯托克斯接收模块包括偏振分束器、光分束器、90°光混频器、光电探测器、光电平衡探测器；

4.根据权利要求1所述的基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，发射端的信号放大模块采用掺铒光纤放大器。

5.根据权利要求1所述的基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，用户接收端的信号预放大模块采用半导体光放大器。

6.根据权利要求1所述的基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，数字信号处理解调模块对基于斯托克斯空间的信号进行解调恢复，包括重采样、色散补偿和同步均衡。

7.根据权利要求1所述的基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，二维斯托克斯矢量发射机模块产生的光信号经过信号放大模块的放大后，通过光纤进入光分布网络模块，将光信号等分为多路后，每一路再通过光纤分别进入对应的用户接收端。

8.根据权利要求1所述的基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，其特征在于，所述的发射端还包括与二维斯托克斯发射机模块连接的发射端数字信号处理模块，用于脉冲成型、符号映射和归一化。

技术总结本发明公开了基于预放大斯托克斯接收机的自相干无源光接入网络系统，包括发射端、光分布网络模块和用户接收端；其中，发射端中，二维斯托克斯发射机模块与信号放大模块相连，用于产生斯托克斯空间的调制信号并将其放大到入光纤功率；光分布网络模块与信号放大模块相连，用于将放大后的信号通过分布网络传递到指定的用户接收端；用户接收端中，信号预放大模块与分配式光网络相连，用于对经过链路后的信号进行预补偿；斯托克斯接收模块与预放大模块相连，用于将预补偿后的信号通过斯托克斯空间的参量描述；数字信号处理解调模块对基于斯托克斯空间的信号进行解调恢复。利用本发明，可以满足大带宽(100G及以上)、高灵敏度需求，同时降低成本。技术研发人员：方宇浩,袁浦真,朱浩捷,程雪,刘雷,谢伟受保护的技术使用者：西湖大学光电研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/12