偏振穩(wěn)定控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高速光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種偏振穩(wěn)定控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，運(yùn)營商骨干網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量在W~2地/year的速 度增長。送促使高速光纖通信系統(tǒng)的傳輸速度有待進(jìn)一步提高。
[0003] 目前有多種技術(shù)用來提升系統(tǒng)速率，其中，波分復(fù)用是在同一個(gè)波長上利用相互 正交的兩個(gè)偏振態(tài)同時(shí)傳輸兩路信號(hào)，可W在不對(duì)原有通信系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改變的情況 下，使得光通信系統(tǒng)的頻譜效率加倍；另一種方式是采用高階調(diào)制，如多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制 (Multiple Phase Shift Keying,簡稱MPSK)、多進(jìn)制正交帖度調(diào)制（Multiple 如a化ature Ampl;Uude Mo化lation，簡稱MQAM)等來增加頻譜利用效率。為了更好地提高接收靈敏度， 高階調(diào)制系統(tǒng)通常采用相干接收來改善接收機(jī)的靈敏度。但是波分復(fù)用系統(tǒng)和相干接收系 統(tǒng)都對(duì)光信號(hào)的偏振態(tài)敏感，光纖鏈路的不理想和環(huán)境的影響使得光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生隨 機(jī)變化，偏振態(tài)的隨機(jī)變化嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量、降低通信系統(tǒng)的傳輸性能。
[0004] 目前實(shí)現(xiàn)偏振控制和穩(wěn)定的方法主要可W概括為兩類；第一類是；直接在光域?qū)?現(xiàn)偏振態(tài)的控制與穩(wěn)定；第二類是：將光信號(hào)的偏振相關(guān)信息映射到電域，在電域消除偏 振相關(guān)的信號(hào)損傷。
[0005] 目前對(duì)于第一類方法主要有兩種實(shí)現(xiàn)方案。第一種實(shí)現(xiàn)方案是：基于偏振跟蹤直 接檢測，該方案利用偏振分束器（Polarization Beam Splitter,簡稱PB巧在光域提取能夠 表征鏈路中偏振態(tài)隨機(jī)變化的特征量，利用該特征量作為反饋信號(hào)并配合搜索算法去控制 偏振控制器（Polarization Controller,簡稱PC) W實(shí)現(xiàn)偏振穩(wěn)定。該方案響應(yīng)速度快，能 夠檢測鏈路中高速的偏振態(tài)變化，但是該方案對(duì)調(diào)制格式不透明，其能夠解決如移相鍵控 (Phase Shift Keying,簡稱 PSK)、正交相移鍵控（如a化ature F*hase Shift Keying,簡稱 QPSK)等恒功率調(diào)制信號(hào)的偏振態(tài)控制問題，但對(duì)于二進(jìn)制啟閉鍵控的n-Off Keying,簡稱 00K)、正交幅度調(diào)制（如a化ature Ampl;Uude Mo化lation,簡稱QAM)等調(diào)制格式，該方案還 需要高速控制電路才能實(shí)現(xiàn)偏振控制。第二種實(shí)現(xiàn)方案是：基于偏振態(tài)檢測，該方案在光域 利用偏振檢偏器（Polarimeter)得到表征偏振光狀態(tài)的斯巧克斯參量作為反饋信號(hào)并配 合搜索算法控制偏振控制器W實(shí)現(xiàn)偏振檢測和穩(wěn)定。該方案可W將偏振態(tài)穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定 的任意值，但是受限于偏振檢偏器帶寬的影響，該方案所能追蹤的最大偏振態(tài)變化速率不 局，不能跟蹤局速變化的偏振態(tài)。
[0006] 對(duì)于第二類方法，其在電域?qū)崿F(xiàn)偏振檢測主要是基于數(shù)字相干接收，由于相干接 收可將光信號(hào)的所有光學(xué)屬性（偏振態(tài)、幅度、相位）映射到電域，我們可W在電域?qū)ζ?態(tài)進(jìn)行跟蹤，利用算法消除與偏振態(tài)有關(guān)的信號(hào)損傷。該方案基于高速數(shù)字電信號(hào)處理，需 要高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和高速數(shù)字電信號(hào)處理芯片，但是受限于當(dāng)前芯片設(shè)計(jì)工藝，高速模 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和高速數(shù)字電信號(hào)處理芯片還很難達(dá)到高速光纖通信系統(tǒng)速率的要求，目前該 方案的研究主要集中在高速離線算法仿真研究與低速硬件實(shí)現(xiàn)。
[0007] 鑒于此，當(dāng)前需要解決的技術(shù)問題為；如何解決光纖通信系統(tǒng)中偏振態(tài)隨機(jī)變化 的問題，并能夠?qū)崿F(xiàn)將光纖鏈路輸出光信號(hào)的偏振態(tài)穩(wěn)定在一個(gè)特定點(diǎn)上，且該實(shí)現(xiàn)方案 與光信號(hào)調(diào)制格式和信號(hào)速率無關(guān)，適應(yīng)性更強(qiáng)，不需要高速電路，結(jié)構(gòu)和方法也更簡單。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種偏振穩(wěn)定控制裝置及方法，可解決光纖 通信系統(tǒng)中偏振態(tài)隨機(jī)變化的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)將光纖鏈路輸出光信號(hào)的偏振態(tài)穩(wěn)定在一個(gè) 特定點(diǎn)上，且該裝置與光信號(hào)調(diào)制格式和信號(hào)速率無關(guān)，適應(yīng)性更強(qiáng)，不需要高速電路，結(jié) 構(gòu)和方法也更簡單。
[0009] 第一方面，本發(fā)明提供一種偏振穩(wěn)定控制裝置，包括：
[0010] 偏振控制器、禪合器、偏振分束器、光電轉(zhuǎn)換模塊、射頻功率探測模塊、處理模塊；
[0011] 所述處理模塊，包括：模數(shù)變換器、數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)模變換器，所述數(shù)字信號(hào) 處理器通過所述模數(shù)變換器與所述數(shù)模變換器連接；
[0012] 所述偏振控制器與所述禪合器、處理模塊的所述數(shù)模變換器分別連接，所述偏振 分束器與所述禪合器、所述光電轉(zhuǎn)換模塊分別連接，所述射頻功率探測模塊與所述光電轉(zhuǎn) 換模塊、處理模塊的所述模數(shù)變換器分別連接；
[0013] 所述射頻功率探測模塊獲取依次通過所述偏振控制器、所述禪合器、所述偏振分 束器、所述光電轉(zhuǎn)換模塊的由光信號(hào)所轉(zhuǎn)換的模擬電信號(hào)，并根據(jù)所述模擬電信號(hào)獲取輸 出光信號(hào)的平均光功率，在所述模擬電信號(hào)為高頻模擬電信號(hào)時(shí)，將所述高頻模擬電信號(hào) 轉(zhuǎn)換為表征所述光纖鏈路中偏振態(tài)隨機(jī)變化的低頻模擬電信號(hào)；在所述模擬電信號(hào)為低頻 模擬電信號(hào)時(shí)，不對(duì)所述模擬電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
[0014] 所述模數(shù)變換器獲取所述低頻模擬電信號(hào)，將所述低頻模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電 信號(hào)；
[0015] 所述數(shù)字信號(hào)處理器將所述數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，獲取所述偏振控制器的數(shù) 字控制電壓；
[0016] 所述數(shù)模變換器將所述數(shù)字控制電壓轉(zhuǎn)換為模擬控制電壓，將所述模擬控制電壓 發(fā)送給所述偏振控制器，W實(shí)時(shí)控制所述偏振控制器輸出具有期望輸出的偏振態(tài)的光信 號(hào)，W使所述禪合器將所述具有期望輸出的偏振態(tài)的光信號(hào)分成功率相等的兩束光信號(hào)后 將第一束光信號(hào)作為輸出光信號(hào)從所述裝置中輸出；
[0017] 所述禪合器將所述禪合器分出的第二束光信號(hào)發(fā)送給所述偏振分束器。
[0018] 可選地，所述數(shù)字信號(hào)處理器將所述數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，獲取所述偏振控 制器的數(shù)字控制電壓，包括：
[0019] 所述數(shù)字信號(hào)處理器使用粒子群優(yōu)化算法，將所述數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，獲 取偏振控制器的數(shù)字控制電壓。
[0020] 可選地，所述禪合器為；3地禪合器。
[0021] 可選地，在模擬控制電壓不存在時(shí)，所述偏振控制器輸出的光信號(hào)為：
[0022]
[002引其中，即y為所述偏振控制器輸出的光信號(hào)的振幅，ω。為角頻率(0、(?似.的為相 位角，j為虛數(shù)單位，Τ為光纖鏈路對(duì)光信號(hào)的偏振影響，Τ是通過第一公式計(jì)算得到的； [0024] 其中，第一公式是瓊斯矩陣，為：
[00 巧]
[0026] Θ (t)為光纖鏈路對(duì)光信號(hào)位相角的改變，ε (t)為光纖鏈路對(duì)光信號(hào)楠圓率的 改變；及
[0027] 所述偏振分束器的輸出的光信號(hào)為：
[003引其中，R(T)為光電轉(zhuǎn)換模塊輸出的光信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，δ (ω)為單位脈沖函 數(shù)，
，σ為光探測器量子效率，τ。為光信號(hào)x，y支路相互之間的時(shí)延， Y為光信號(hào)載波半峰寬度，Gf(r)為偏振分束器輸出的光信號(hào)的二階自相關(guān)函數(shù)，是通 過第二公式計(jì)算得到的，Sm(?)是通過第Η公式計(jì)算得到的，或（《)是通過第四公式計(jì)算 得到的；
[0033] 其中，第二公式為：
[0034]
[0035] <*〉為取平均值；
[0036] 第二公式為：
[0037]
[00測第四公式為：
[0039]
[0040] ω。為光信號(hào)載波中必頻率。
[0041] 第二方面，本發(fā)明提供一種使用上述裝置的偏振穩(wěn)定控制方法，包括：
[0042] S1、射頻功率探測模塊獲取依次通過偏振控制器、禪合器、偏振分束器、光電轉(zhuǎn)換 模塊的由光信號(hào)所轉(zhuǎn)換的模擬電信號(hào)，并根據(jù)所述模擬電信號(hào)獲取輸出光信號(hào)的平均光功 率，在所述模擬電信號(hào)為高頻模擬電信號(hào)時(shí)，將所述高頻模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為表征所述光纖 鏈路中偏振態(tài)隨機(jī)變化的低頻模擬電信號(hào)；在所述模擬電信號(hào)為低頻模擬電信號(hào)時(shí)，不對(duì) 所述模擬電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
[0043] S2、處理模塊中的模數(shù)變換器獲取所述低頻模擬電信號(hào)，將所述低頻模擬電信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)；
[0044] S3、處理模塊中的數(shù)字信號(hào)處理器將所述數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，獲取所述偏 振控制器的數(shù)字控制電壓；
[0045] S4、處理模塊中的數(shù)模變換器將所述數(shù)字控制電壓轉(zhuǎn)換為模擬控制電壓，將所述 模擬控制電壓發(fā)送給所述偏振控制器，W實(shí)時(shí)控制所述偏振控制器輸出具有期望輸出的偏 振態(tài)的光信號(hào)，W使所述禪合器將所述具有期望輸出的偏振態(tài)的光信號(hào)分成功率相等的兩 束光信號(hào)后將第一束光信號(hào)作為輸出光信號(hào)從偏振穩(wěn)定控制裝置中輸出；
[0046] S5、所述禪合器將所述禪合器分出