[发明专利]基于自动相位分集的相位噪声消除系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于自动相位分集的相位噪声消除系统及方法，本发明系统装置包括：光混频模块、同相和正交电流提取模块、幅度不平衡补偿模块、相位不平衡补偿模块、相位噪声消除模块。本发明方法的步骤包括：光混频；提取正交电流；提取同相电流；幅度不平衡补偿；相位不平衡补偿；消除相位噪声。本发明适用于QDPSK系统，克服了现有技术DOPLL系统复杂，不易集成，不稳定的缺点克服了现有方法DOPLL只能消除部分相位噪声的缺点，使得本发明系统简单，易于集成，消除相位噪声范围大，同时克服了载波相位估计方法计算复杂的缺点，使得本发明的方法更适用于高速率数据通信系统。

技术领域

本发明属于相干光通信技术领域，更进一步涉及消除相位噪声技术领域中的一种基于自动相位分集的相位噪声消除系统及方法。本发明可用于正交差分相移键控(QDPSK)零差接收机，获得补偿后的同相、正交电流后利用差分解码器消除相位噪声，实现复杂环境下接收端的准确解调。

背景技术

在相干光通信中采用相位调制时，相位噪声主要源于激光器的线宽、激光器的相位偏移、光路不对称以及环境等引起的相位变化，相位噪声会提升误码率，严重影响光通信系统性能。

Akihiro Fujii等人在其发表的论文“Stable PSK Demodulation Using aDigital Optical Phase-Locked Loop”(IEEE Photonics Technology Letters,2014,26(18):1847-1850)中提出了一种用于正交相移键控(QPSK)的数字光锁相环(DOPLL)消除相位噪声的系统及方法。该系统构造如下：90°光混频器的两个输出端分别连接一个模数转换器(ADC)，两个ADC输出端连接到一个数字信号处理器(DSP)，DSP输出端连接到数模转换器(DAC)，数模转换器输出端连接一个环路滤波器，环路滤波器输出端连接光压控振荡器。该系统存在的不足之处是：DOPLL中使用的ADC，DAC和FPGA由于量化和舍入误差引入的非线性和幅度噪声会导致系统不稳定；系统复杂，光压控振荡器体积大，不易集成，对环境的变化不具有自适应性，所以实际应用少。该方法首先经过90°光混频器提取出同相、正交电流，同相、正交电流输入到模数转换器(ADC)，数字信号在数字信号处理器里进行载波相位恢复和载波频率恢复，最后恢复的载波相位和频率信号输入到数模转换器(DAC)，输出的模拟信号输入到光压控振荡器，光压控振荡器的输出信号作为可调谐激光器的驱动信号，牵引着本振光信号的频率变化，使得信号光与本振光的频差和相差逐渐减小，最终消除激光器线宽和激光器相位偏移造成的相位噪声。该方法存在的不足之处是：DOPLL方法只能消除激光器线宽和激光器相位偏移造成的相位噪声。

武汉邮电科学研究院在其申请的专利文献“一种自适应的载波相位估计方法及系统”(公开号：CN 103036830 B，申请号：201210539427.X，申请日：2012年12月14日)中公开了一种自适应载波相位估计消除相位噪声的方法。该方法基于M-th Power算法，通过重复大量的相乘、相加运算步骤求出最优数据缓存长度L，从而自适应的调整相位估计算法的系统参数。该方法存在的不足之处是：在计算中大量使用乘法运算，对于高速相干光通信系统而言，大量的乘法器资源将被消耗，降低系统的稳定性，而且重复步骤太多，计算量复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于自动相位分集的相位噪声消除系统及方法。本发明以较简单的系统和很少的运算复杂度消除全部相位噪声，获得接近理想的基带信号。

本发明的系统包括光混频模块、同相和正交电流提取模块、幅度不平衡补偿模块、相位不平衡补偿模块、相位噪声消除模块，其中：