一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法与流程

1.本发明涉及一种滤除带内白噪声的方法，特别涉及一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法。


背景技术：

2.随着互联网技术的发展，光通信系统对于接收机灵敏度的要求越来越高。光接收机灵敏度是系统性能的综合反映，其主要影响因素是噪声。为了降低噪声的影响，光接收机中通常会加入滤波器。常见的滤波器是带通滤波器，但无论是带通滤波器还是低通、高通、带阻滤波器等，它们均是基于频谱滤波作用，即仅在波长层面上对信号进行筛选，留下需要的波段的信号，滤除不需要的波段的信号，进而起到抑制宽谱噪声的作用。
3.频谱滤波方式具有一定的局限性，它只能滤除带外噪声，无法对信号和带内白噪声进行区分。为了尽可能多地滤除噪声，频谱滤波方式的滤波器需要较窄的通带宽度和较好的通带特性，但即使通带足够窄，带内的白噪声仍无法避免，且过窄的通带可能导致信号的失真。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法，以达到在滤除带内白噪声的同时，减小信号失真，从而提高光接收器件或系统的灵敏度的目的。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法。
7.上述方案中，所述方法包括如下过程：
8.(1)设计一个干涉结构，使得白噪声和信号的路径分开；具体来说，白噪声和信号的空间相干性不同，通过干涉结构时两者的传输路径可以分开。
9.该干涉结构包括光纤布拉格光栅或平行平板。
10.在光纤布拉格光栅中，信号沿反射路径传输，而白噪声沿透射路径传输；在平行平板中，信号沿透射路径传输，而白噪声沿反射路径传输，从而可以将白噪声和信号分开。
11.(2)本发明除了利用干涉结构滤除带内白噪声外，还需对该干涉结构进行优化，减小其对信号造成的失真，即使得该结构对信号带内所有频率的幅值谱近似为常数、相位谱近似为线性。
12.如光纤布拉格光栅虽然可以使得信号和白噪声沿不同路径传输，但是其对信号造成了较大失真；厚平行平板使得信号和白噪声沿不同路径传输的同时，也对信号造成了较大失真。
13.优化后的干涉结构包括啁啾光纤光栅或薄平行平板级联系统，啁啾光纤光栅不仅可以区分信号和白噪声，还能避免信号的失真，而薄平行平板级联系统则不仅可以区分信号和白噪声，还能减小信号的失真。
14.更进一步的技术方案中，所述啁啾光纤光栅的长度为40mm，啁啾系数为1e
‑
12，等效折射率为1.47，折射率变化率为3e
‑
4。
15.更进一步的技术方案中，所述薄平行平板级联系统由数个薄平行平板级联组成，薄平行平板厚度为2.29μm。
16.通过上述技术方案，本发明提供的一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法在滤除带内白噪声的同时，还可以减小信号失真，提高光接收器件或系统的灵敏度；同时，本方法还可以滤除带外噪声。
附图说明
17.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。
18.图1a为输入为相干信号时，啁啾光纤光栅的反射率；
19.图1b为输入为相干信号时，啁啾光纤光栅的反射系数的相位；
20.图2为输入为非相干白噪声时，啁啾光纤光栅的透射率；
21.图3为啁啾光纤光栅的噪声系数nf；
22.图4a为输入到啁啾光纤光栅的信号的时域波形；
23.图4b为输入到啁啾光纤光栅的白噪声的时域波形；
24.图4c为输入到啁啾光纤光栅的信号和白噪声的时域波形；
25.图5a为输入到啁啾光纤光栅的信号的频域波形；
26.图5b为输入到啁啾光纤光栅的白噪声的频域波形；
27.图6a为啁啾光纤光栅透射端的输出时域波形；
28.图6b为啁啾光纤光栅透反射端的输出时域波形；
29.图7a为输入为相干信号时，薄平行平板级联系统的透射率；
30.图7b为输入为相干信号时，薄平行平板级联系统的透射系数的相位；
31.图8为输入为非相干白噪声时，薄平行平板级联系统的反射率；
32.图9为薄平行平板级联系统的噪声系数nf；
33.图10a为输入到薄平行平板级联系统的信号的时域波形；
34.图10b为输入到薄平行平板级联系统的白噪声的时域波形；
35.图10c为输入到薄平行平板级联系统的信号和白噪声的时域波形；
36.图11a为输入到薄平行平板级联系统的信号的频域波形；
37.图11b为输入到薄平行平板级联系统的白噪声的频域波形；
38.图12a为薄平行平板级联系统透射端的输出时域波形；
39.图12b为薄平行平板级联系统反射端的输出时域波形。
具体实施方式
40.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。
41.本发明提供了一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法，具体实施例如下：
42.实施例一：
43.以啁啾光纤光栅为例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。表1给出了啁啾光纤光栅的仿真条件：
44.表1 啁啾光纤光栅的仿真条件
45.参数/符号数值/单位光栅长度l40mm啁啾系数c1e
‑
12等效折射率n
eff
1.47折射率变化率δn
eff
3e
‑446.在上述仿真条件下得到的仿真结果如下：啁啾光纤光栅对相干信号的反射率及反射系数的相位分布情况见图1a和图1b，由图1a可以看出，啁啾光纤光栅对信号带宽内所有频率的光的反射率均为1，由图1b可以看出，啁啾光纤光栅对信号带宽内所有频率的光的时延一样；结合图1a和图1b可以看出，信号通过啁啾光纤光栅后不失真。
47.啁啾光纤光栅对非相干白噪声的透射率分布情况见图2，由图2可以看出，啁啾光纤光栅对带内白噪声的透射率为常数。啁啾光纤光栅的噪声系数nf见图3，可见啁啾光纤光栅可以滤除带内白噪声，即仅包含带内白噪声的信号通过啁啾光纤光栅后可以获得11.4db的信噪比提升。
48.将仅包含带内白噪声的信号(如图4a、图4b、图4c和图5a、图5b所示)入射到上述啁啾光纤光栅中，输出光如图6a和图6b所示。图4c中，输入信噪比很差，信号完全淹没在噪声中；图5a显示输入信号带宽为40g，图5b显示输入噪声是带内白噪声，带宽也为40g。从图6a可以看出，啁啾光纤光栅透射端输出信噪比没有改善，图6b对比图4c可见，啁啾光纤光栅反射端输出信噪比得到了提升，啁啾光纤光栅能滤除带内白噪声，提高信噪比。
49.实施例二：
50.以薄平行平板级联系统为例，进一步清楚、完整地描述本发明中的技术方案。表2给出了其仿真条件：
51.表2 薄平行平板级联系统的仿真条件
[0052][0053]
在上述仿真条件下得到的仿真结果如下：薄平行平板级联系统对相干信号的透射率及透射系数的相位分布情况见图7a和图7b，由图7a可见薄平行平板级联系统对信号带宽内所有频率的光的透射率近似相等，由图7b可见，薄平行平板级联系统对信号带宽内所有频率的光的时延一样；结合图7a和图7b可以看出，信号通过薄平行平板级联系统后近似不
失真。
[0054]
薄平行平板级联系统对非相干白噪声的反射率分布情况见图8，可见薄平行平板级联系统对带内白噪声的透射率近似为常数；薄平行平板级联系统的噪声系数nf见图9，可见薄平行平板级联系统可以滤除带内白噪声，即仅包含带内白噪声的信号通过薄平行平板级联系统后可以获得9.6db的信噪比提升。
[0055]
将仅包含带内白噪声的信号(如图10a、图10b、图10c和图11a、图11b所示)入射到上述薄平行平板级联系统中，输出光如图12a和图12b所示。图10c中可见输入信噪比很差，信号完全淹没在噪声中；图11a可见输入信号带宽为40g，图11b可见输入噪声是带内白噪声，带宽也为40g。图12a对比图10c可见，薄平行平板级联系统透射端输出信噪比得到了提升，薄平行平板级联系统能滤除带内白噪声，提高信噪比，图12b可见薄平行平板级联系统反射端输出信噪比没有改善。
[0056]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下过程：(1)设计一个干涉结构，使得白噪声和信号的传输路径分开；(2)优化所述干涉结构，减小信号失真。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的干涉结构包括光纤布拉格光栅或平行平板。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中优化后的干涉结构包括啁啾光纤光栅或薄平行平板级联系统。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述啁啾光纤光栅的长度为40mm，啁啾系数为1e
‑
12，等效折射率为1.47，折射率变化率为3e
‑
4。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述薄平行平板级联系统由数个薄平行平板级联组成，薄平行平板厚度为2.29μm。
技术总结
本发明公开了一种利用空间相干性滤除带内白噪声的方法，利用信号和白噪声的空间相干性不同滤除带内白噪声，具体而言，使得信号和白噪声通过同一个干涉结构后的传输路径分开，从而在信号输出端可以得到滤除带内白噪声的信号。同时，对上述干涉结构进行优化，减小其对信号造成的失真。本发明所公开的方法在滤除带内白噪声的同时，减小信号失真，从而提高光接收器件或系统的灵敏度。收器件或系统的灵敏度。


技术研发人员：李洵 周玉兰 赵佳 杜刘革 黄卫平
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2021.03.25
技术公布日：2021/6/29