一种光收发方法、装置及系统 【技术领域】
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光收发方法、装置及系统。
背景技术
为了提高传输速率，提出了偏振复用相关光收发的技术。在该技术中，将激光器产生的光信号进行偏振处理，即获得一路有两路正交偏振光合成的光信号后，再将数据信号调整在该光信号中发送。同时，在接收这样的光信号时，根据本地激光器产生的光信号对接收的光信号进行相干处理，以便获得正确、稳定的信号。
在实现本发明过程中，发明人发现，目前，对偏振复用相干光的接收多采用一个发射激光器加上一个相干接收激光卡来实现。而由于光发送也需要一个发射激光器，因此，会导致在一个光收发设备中需要设置两个激光器，分别作为发送信号的光源产生装置和接收信号时的相干接收光源产生装置，这样会提高光收发设备的成本，同时不利于保证收发光信号的一致性。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种光收发方法、装置及系统。可以降低光收发设备的成本，同时保证收发光信号的一致性。
为此，一方面，本发明的实施例提供了一种光收发装置，包括：光产生单元，用于产生激光；分光单元，用于将所述光产生单元产生的一路激光分为两路光信号，其中，所述两路光信号中一路为发射光信号，另一路为接收本振光信号：处理发送单元，用于对所述分光单元产生的发射光信号进行偏振处理并发送；接收处理单元，用于接收输入光信号，并根据接收的输入光信号和所述分光单元产生的接收本振光信号进行偏振相干处理，获得反馈控制信号；反馈控制单元，用于根据所述接收处理单元获得的反馈控制信号对所述光产生单元产生的激光进行控制，以使所述处理发送单元发送的光信号与所述接收处理单元接收的输入光信号的光特性一致。
另一方面，本发明的实施例提供了一种光收发系统，包括第一光收发装置和第二光收发装置，所述第一光收发装置，用于产生满足中心波长标准的光信号，并将所述光信号发送至第二光收发装置；所述第二光收发装置包括：光产生单元，用于产生激光；分光单元，用于将所述光产生单元产生的一路激光分为两路光信号，其中，所述两路光信号中一路为发射光信号，另一路为接收本振光信号；处理发送单元，用于对所述分光单元产生的发射光信号进行偏振处理并发送；接收处理单元，用于接收所述第一光收发装置发送的输入光信号，并根据接收的输入光信号和所述分光单元产生的接收本振光信号进行偏振相干处理，获得反馈控制信号；反馈控制单元，用于根据所述接收处理单元获得的反馈控制信号对所述光产生单元产生的激光进行控制，以使所述处理发送单元发送的光信号与所述接收处理单元接收的输入光信号的光特性一致。
同时，本发明的实施例还提供了一种光收发方法，包括：产生激光，并对所述激光进行分路，获得两路光信号，其中，所述两路光信号中一路为发射光信号，另一路为接收本振光信号：对所述两路光信号中的发射光信号进行偏振处理获得发送光信号后发送；对所述两路光信号中的接收本振光信号和接收的输入光信号进行偏振相干处理，获得反馈控制信号；根据所述反馈控制信号对产生的所述激光进行反馈控制，以使所述发送光信号与所述接收的输入光信号的光特性一致。
采用本发明实施例所提供的技术方案，由于在一个光收发装置中只设置一个产生激光的光产生单元，即，只采用一个激光器产生两路光源分别为接收光信号和发送光信号服务，降低了光收发装置的成本，同时，将激光器产生的光信号与光收发装置接收到的光信号进行比较，并将比较结果作为反馈信号对激光器产生的激光的光特性进行调整，保证了接收光和发送光信号的光特性的一致性。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中光收发系统的一种组成示意图；
图2是本发明实施例中光收发系统的另一种组成示意图；
图3是本发明实施例中光收发装置的一种组成示意图；
图4是图3中所示的接收处理单元的一种具体组成示意图；
图5是图4中所示的第一光偏振模块的一种具体组成示意图；
图6是本发明实施例中光收发装置的另一种组成示意图；
图7是图3中所示的处理发送单元的一种具体组成示意图；
图8是本发明实施例中光收发装置的另一种组成示意图；
图9是图8中所示的光电探测器阵列的一种具体组成示意图；
图10是图8中所示的减法器与低通滤波器的一种具体组成示意图；
图11是图8中所示的光偏振控制与分离单元A的一种具体组成示意图；
图12是本发明实施例中信号X2、X3与信号D1、D2的关系示意图；
图13是本发明实施例中光收发方法的一个流程示意图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参考附图对本发明的实施例进行描述。参见图1，为本发明实施例中光收发系统的一种组成示意图，该系统包括第一光收发装置1和第二光收发装置2，其中，所述第一光收发装置1，用于产生满足中心波长标准的光信号，并将所述光信号发送至第二光收发装置2；所述第二光收发装置2，用于接收所述第一光收发装置1发送的光信号，并根据所述第一光收发装置1发送的光信号对所述第二光收发装置2产生的光信号的波长和频偏进行调整，以使所述第二光收发装置2产生的光信号的频偏最小或信号最佳。
另一方面，如果第二光收发装置2产生的光信号不满足所述中心波长标准，且调整效果无法达到预定的阈值时：所述第二光收发装置2还用于向第一光收发装置1发送光信号，并根据所述第二光收发装置2发送的光信号对所述第一光收发装置1产生的光信号的波长和频偏进行调整，以使所述第一光收发装置1产生的光信号的频偏最小或信号最佳。
如图2所示，为本发明实施例中光收发系统的另一组成示意图，在本例中，设第一光收发装置为A站，其包括激光器L0a；设第二光收发装置为B站，其包括激光器L0b。在A站与B站之间还可设置有光合波器、光分波器以及中继放大等装置。
同时，A站和B站不在一起，L0a、L0b这两个激光器是有频偏的，假定A向B发送信号，B站相干接收时，B站的L0b的频率与A站L0a的频率是有偏移的。其中，发送的信号称为OTX，接收的信号称为ORX因此需要进行频率设定与频偏调整：
1、设置A、B站中其中一个站为光频率主站(例如：A站)，另外一个为从站(例如：B站)。
2、根据需要设置A站的激光器的中心频率，使该中心频率满足国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)中心波长标准，同时控制A站的激光器L0a保持频率稳定。
3、设置B站中心频率满足ITU中心波长标准，并与A站保持一致的中心波长。
4、B站根据收到的A站发来的光信号控制B站的激光器L0b，调整B站L0b的频偏，使得频偏最小或者B站接收的光信号经过偏振相干处理后获得数据信号最佳。
5、如果B站L0b中心波长满足ITU标准，但是即使采用上步中的方法进行调整，其调整的效果仍无法达到最佳时，则保持B站L0b频率稳定，B站不再调整，更改为调整A站的L0a频偏，直到A站的频偏最小或者B站接收的光信号进过偏振相干处理后获得数据信号最佳。
其中，上述实施例中的第一光收发装置或第二光收发装置(或是A站或B站)中应包括如图3所示的光收发装置，该光收发装置3包括：
光产生单元30，用于产生激光；如，为激光器；
分光单元32，用于将所述光产生单元30产生的一路激光分为两路光信号，如，为光功率分配单元，其中，所述两路光信号中一路为发射光信号，另一路为接收本振光信号；
处理发送单元34，用于对所述分光单元32产生的发射光信号进行偏振处理并发送；
接收处理单元36，用于接收输入光信号，并根据接收的输入光信号和所述分光单元32产生的接收本振光信号进行偏振相干处理，获得反馈控制信号；
反馈控制单元38，用于根据所述接收处理单元36获得的反馈控制信号对所述光产生单元30产生的激光进行控制，以使所述处理发送单元34发送的光信号与所述接收处理单元36接收的输入光信号的光特性一致；其中，反馈控制单元38可包括第一反馈控制模块，用于当光产生单元30产生的激光的波长固定时，根据所述反馈控制信号对所述光产生单元30产生的激光的频偏进行调整，以使所述处理发送单元34发送的光信号与所述接收处理单元36接收的输入光信号的光特性一致；或，包括第二反馈控制模块，用于当光产生单元30产生的激光的波长不固定时，根据所述反馈控制信号对所述光产生单元30产生的激光的波长和频偏进行调整，以使所述处理发送单元34发送的光信号与所述接收处理单元36接收的输入光信号的光特性一致。其中，所述反馈控制信号中包括所述接收的光信号和所述分光单元32产生的接收本振光信号的光特性差异。
其中，上述的激光的波长固定是指相对固定在一定的范围内，此时还需要根据反馈控制信息进一步调整激光的频偏，即使得产生的激光的频率更加稳定；而当产生的激光的波长不固定时，需要先调整波长，将波长的偏差调整到一个相对较小的范围后，再在这个范围内进一步调整频偏，使得激光的频率更加稳定；即上述两种调整一个是细调、一个是先粗调后细调的过程。
如图4所示，上述接收处理单元36可包括：
第一光偏振模块360，用于接收输入光信号，并对所述输入光信号进行偏振处理获得两路输入偏振光。其中，所接收的输入光信号一般是指其他站点的光发送装置发送的携带有数据的调制后的光信号。
第二光偏振模块362，用于对所述分光单元32产生的接收本振光信号进行偏振处理获得两路本振偏振光。其中，本振光信号是本光收发装置的激光器所产生的光信号。
混频模块364，用于对所述第一光偏振模块360和第二光偏振模块362产生的两路输入偏振光和两路本振偏振光分别进行混频处理，获得输入混频光信号。
根据光信号调制模式的不同混频模块的具体组成也不尽相同，如当调制模式为差分四相相移键控(Differential Quadrature Phase Shift Keying，DQPSK)时，混频模块364为两个光混频器，一个混频器对一路输入偏振光和一路本振偏振光进行混频获得四路混频光信号，另一个混频器对另一路输入偏振光和另一路本振偏振光进行混频获得另四路混频光信号，即总共8路混频光信号。
减法滤波模块366，用于对所述混频模块获得的输入混频光信号进行减法及滤波处理，获得反馈控制信号。同时，减法滤波模块还可以对所述混频模块获得的输入混频光信号进行减法及滤波处理，获得所述接收的输入光信号中调制的数据信号。
根据光信号调制模式的不同减法滤波模块的具体组成也不尽相同。如当调制模式为差分四相相移键控(Differential Quadrature Phase Shift Keying，DQPSK)时，减法滤波模块366为一个光电探测器阵列、一个减法器与低通滤波器的组合，即将混频光信号通过光电探测器阵列进行光电转换后，通过减法器对每两路分别进行相减处理，再通过低通滤波器进行低通滤波即可获得偏振输入信号以及反馈控制信号。
如图5所示，上述第一光偏振模块360可进一步包括：
第一光偏振控制子模块3600，用于接收输入光信号并根据第一偏置控制子模块3604的控制对接收的输入光信号进行调整后输出；
第一偏振光分束器3602，用于将所述第一光偏振控制子模块3600输出的光信号分成两路输入偏振光；
第一偏置控制子模块3604，用于根据所述第一偏振光分束器3602输出的两路输入偏振光对所述第一光偏振控制子模块3600进行反馈控制，以使所述第一偏振光分束器3602输出的两路输入偏振光为均衡的两路偏振光。其中，图5中所示的为对第一光偏振控制子模块3600进行反馈控制的情况。
相应的，上述第二光偏振模块362的组成也可以与图5中的类似，此处不做赘述。
如图6所示，上述的光收发装置3还可包括移相反馈控制单元39，用于根据所述接收处理单元36获得的反馈控制信号获得移相控制信号；相应的，第一光偏振模块360还包括光移相子模块3606，用于根据所述移相控制信号对所述第一偏振光分束器3602获得的两路输入偏振光进行移相处理获得经过移相处理后的两路输入偏振光，以使所述两路输入偏振光的相位与所述混频模块364的相位一致。其中，本图和图7中同一模块输入或输出的一路或多路信号均用一带箭头的单线条表示。
如图7所示，上述的处理发送单元34还可包括：
第三光偏振控制模块340，用于获得所述分光单元32产生的发射光信号；
第三偏振光分束器342，用于将所述发射光信号分成两路输出偏振光；
第三偏置控制模块344，用于根据所述第三偏振光分束器342输出的两路输出偏振光对所述第三光偏振控制模块340进行反馈控制，以使所述第三偏振光分束器342输出的两路输出偏振光为均衡的两路偏振光；
光调制模块346，用于对所述第三偏振光分束器342输出的两路输出偏振光进行调制，获得经调制后的两路输出偏振光；如，该光调制模块可以包含两个光调制器，分别对两路输出偏振光进行调制，并获得经调制后的两路输出偏振光，使得经调制后的两路输出偏振光上承载相应需要传输的数据；根据编码调制方式，上述光调制器的具体组成也不同，如编码调制方式可为差分四相相移键控(Differential Quadrature Phase Shift Keying，DQPSK)、或八相相移键控(eight Phase Shift Keying，8PSK)、或正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)等
偏振光合束器348，用于对所述光调制模块346输出的经调制后的两路输出偏振光进行偏振光合束获得发送光信号。
如图8所示，本发明实施例中光收发装置的另一个组成示意图，本例中采用的编码调制方式为DQPSK。
在发送通路上，该光收发装置4包括：
本振激光器(简称L0)400，用于产生激光；
光功率分配单元401，用于将上述产生的激光进行分为两路光(如图中分别标明为1路光和2路光)，并使两路光的功率比为或接近为50∶50；
光偏振控制与分离单元A 402，用于将1路光进行偏振处理，获得两路偏振光分别为偏振光X1和偏振光Y1；
光调制器A 403，用于对偏振光X1进行调制；
光调制器B 404，用于对偏振光Y1进行调制；
偏振光合束器(简称PBC)416，用于对光调制器A 403和光调制器B 404输出的调制光信号进行偏振光合成，获得发送光信号OTX并发送；
在接收通路上，该光收发装置4包括：
光偏振控制与分离单元B 406，用于将2路光进行偏振处理，获得两路偏振光分别为偏振光X2和偏振光Y2；
光偏振控制与分离单元C 407，用于将接收的输入光信号ORX进行偏振处理，获得两路偏振光分别为偏振光X3和偏振光Y3；
光移相器A 408，用于对偏振光X3进行相移，使得X3的相位与光混频器A410的相位一致；
光移相器B 409，用于对偏振光Y3进行相移，使得Y3的相位与光混频器B411的相位一致；
光混频器A 410，用于对相移后的偏振光X2和X3进行混频，获得四个混频后的光信号为S1、S2、S3、S4；
光混频器B 411，用于对偏振光Y2和Y3进行混频，获得四个混频后的光信号为S5、S6、S7、S8；
光电探测器阵列412，用于对光信号S1、……、S8进行光电转换获得电信号E1、……、E8，如图9所示，为光电探测器阵列412的一种具体组成形式，即由并列的8个光电二极管组成，实现光电转换；
减法器与低通滤波器413，用于对电信号E1，……，E8进行减法处理后分别进行低通滤波，即获得减法处理后的信号为D1、D2、D3、D4，再分别对这四个信号进行滤波获得滤波后的信号Lp1、Lp2、Lp3、Lp4，这四个信号即为接收的ORX光信号中调制的数据信号；另一方，滤波获得的信号中会反映出L0产生的信号与ORT信号中光特性差异，如，反映L0信号与ORT信号频率或和波长差异的信号为F1，以及反映相移差异的信号F2；如图10所示，为减法器与低通滤波器413的一种具体组成的示例，即包括4个减法器和4个低通滤波器；
信号处理与控制1414，用于根据信号F1产生反馈控制信号以对L0产生的激光进行控制，调整L0产生的激光的频偏(或频偏与波长，以使L0产生的信号与ORT信号一致；
信号处理与控制2415，用于根据信号F2产生相移反馈控制信号以对光移相器A 408和光移相器B 409进行相移时相移量进行控制，以使经过相移后的X3与Y3与光混频器A 410与光混频器B 411的相位一致。
其中，上述光偏振控制与分离单元A402、光偏振控制与分离单元B 406以及光偏振控制与分离单元C 407的基本组成一致，均如图11所示，以光偏振控制与分离单元A 402为例，包括：
光偏振控制单元4030，用于输入光信号；
偏振光分束器(简称为PBS)4032，用于上述光信号进行偏振处理，获得两路偏振光X1和Y1，其中，由于PBS与光偏振控制单元的光轴可能出现不完全对准的可能，而使得分出来的偏振光X1和Y1之间由于信号的动态变化导致不稳定，如，偏振光X1和Y1的信号大小和方向等不稳定，因此需要进行反馈控制以减少X1与Y1不稳定的情况，所以光偏振控制与分离单元A 402还需要包括：
两个光分路器(4033和4034)，对PBS输出的两路光进行光分路，一路用于反馈控制，一路作为光偏振控制与分离单元A 402的输出信号；
光电转换单元(本例中为光电二极管4035、4036)，对分路得到光信号进行光电转换，获得与X1与Y1对应的电信号EX1和EY2；
偏置反馈控制单元4037，用于获得电信号EX1和EY2，并根据这两个信号获得偏置反馈控制信号，对光偏振控制单元进行控制，如根据偏置反馈控制信号调整光偏振控制单元的光轴。
如图12所示，为说明上述实施例中信号X2、X3与信号D1、D2的关系示意图。其中，图示中的数字为相应接口处的信号的下标。则光混频器输入处与输出处的6个信号的信号关系如下两式所示：
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式中，E表示矢量信号，则输出的D1和D1信号为：
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式中，
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即为输入信号X2，
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即为输入信号X3。
同理，可知输入信号Y2、Y3与输出信号D3、D4的关系，此处不做赘述。
从上述实施例的具体描述可知，在本发明实施例所采用的技术方案中，采用一个激光器作为发送和接收光源，降低了设备的成本，同时，为了使发送信号和接收信号的光特性保持一致，设置了反馈控制环节，对设备中的唯一的激光器产生的光信号的光特性进行调整，保证了收发的一致性；另一方面，在需要产生偏振光的环节中也增加了，反馈控制的环节，也使得产生的两路偏振光之间偏差较小，因而降低了接收偏振光的电接收机的信噪比容限要求以及后续的电处理难度；移相环节的反馈控制也进一步提高了信号的稳定性；而接收通路采用差分方式，也有利于提高接收信号的信噪比。
相应的，本发明实施例还提供了一种光收发方法，如图13所示，该方法包括流程：
1301、产生激光，并对所述激光进行分路，获得两路光信号，其中，所述两路光信号中一路为发射光信号，另一路为接收本振光信号；
1302、对所述两路光信号中的发射光信号进行偏振处理获得发送光信号后发送；如，可为：
获得所述发射光信号；将所述发射光信号分成两路输出偏振光；根据所述两路输出偏振光对所述获得所述发射光信号或将所述发射光信号分成两路输出偏振光的过程进行反馈控制，以使所述两路输出偏振光为均衡的两路偏振光；对所述两路输出偏振光进行调制获得经调制后的两路输出偏振光；对所述经调制后的两路输出偏振光进行偏振光合束获得发送光信号。
1303、对所述本振光信号和接收的输入光信号进行偏振相干处理，获得反馈控制信号。其中，接收的输入光信号一般是指其他站点的光发送装置发送的携带有数据的调制后的光信号。
本步可为：
a、接收输入光信号，并对所述输入光信号进行偏振处理获得两路输入偏振光；对所述接收本振光信号进行偏振处理获得两路本振偏振光；
b、对所述两路输入偏振光和两路本振偏振光分别进行混频处理，获得输入混频光信号；
c、对所述输入混频光信号进行减法及滤波处理，获得反馈控制信号或还包括所述接收的输入光信号中调制的数据信号。
其中，上述步骤a中获得偏振光的过程具体可包括：接收输入光信号；对接收的所述输入光信号进行光分路，获得两路输入偏振光；根据所述两路输入偏振光对接收的输入光信号进行反馈控制，以使所述两路输入偏振光为均衡的两路偏振光。
1304、根据所述反馈控制信号对产生的所述激光进行反馈控制，以使所述发送光信号与所述接收的输入光信号的光特性一致。其中，本步中的反馈控制具体可以包括：当产生的所述激光的波长固定时，根据所述反馈控制信号对产生的所述激光的频偏进行调整；或包括，当产生的所述激光的波长不固定时，根据所述反馈控制信号对产生的所述激光的波长和频偏进行调整。
其中，所述反馈控制信号中包括所述接收的输入光信号和所述接收本振光信号的光特性差异。
在以上各步中获得偏振光时也可以不同时进行反馈控制，这也是本发明实施例所包括的范围。
上述实施例中一些处理流程的细节可参考前述的系统及装置实施例，此处不做赘述。
从上述实施例的具体描述可知，在本发明实施例所采用的技术方案中，采用一个激光器作为发送和接收光源，降低了设备的成本，同时，为了使发送信号和接收信号的光特性保持一致，设置了反馈控制环节，对设备中的唯一的激光器产生的光信号的光特性进行调整，保证了收发的一致性；另一方面，在需要产生偏振光的环节中也增加了，反馈控制的环节，也使得产生的两路偏振光之间偏差较小，因而降低了接收偏振光的电接收机的信噪比容限要求以及后续的电处理难度；移相环节的反馈控制也进一步提高了信号的稳定性；而接收通路采用差分方式，也有利于提高接收信号的信噪比。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。