專利名稱：用于光傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及波分復(fù)用(WDM)光傳輸，更具體地，涉及用于生成多級(jí)別編碼的光信號(hào)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
多級(jí)別移幅鍵控(M-ary ASK)提供用于增加傳輸系統(tǒng)的信息頻譜密度或容量的裝置。M-ary ASK通過(guò)對(duì)于給定的比特速率降低碼元速率，也顯著地提高系統(tǒng)對(duì)于色散和偏振模擴(kuò)散(PMD)的容忍度。
在現(xiàn)有技術(shù)中提出和示出了四元(4-ary)ASK調(diào)制格式。在4-aryASK格式中，每個(gè)碼元具有四個(gè)不同的光強(qiáng)度但具有相同的相位。這樣的格式在Walklin和Conradi，”Multilevel Signaling For IncreasingThe Reach of 10 Gb/s Lightwave Systems(用于增加10Gb/s光波系統(tǒng)的作用范圍的多級(jí)別信令)”，Journal of Lightwave Technologies，Vol.17，pp.2235-2248(1999)中進(jìn)行了討論，該文章在此引用，作為參考。然而，這個(gè)格式與具有相同的總的數(shù)據(jù)速率的傳統(tǒng)的二進(jìn)制格式相比較，受到大的功率損失，這阻礙了4-ary ASK用于傳統(tǒng)的DWDM傳輸。與傳統(tǒng)的格式相比較的這個(gè)格式的性能在Conradi，”O(jiān)pticalFiber Telecommunications IVB(光纖電信IVB)”的第16章，AcademicPress中詳細(xì)地討論，其在此引入作為參考。
差分四移相位鍵控(DQPSK)是另一個(gè)多級(jí)別調(diào)制格式，它以良好的接收機(jī)靈敏度提供對(duì)于色散和PMD的改進(jìn)的容忍度。然而，DQPSK，與其他格式相比較，需要更復(fù)雜的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。在DQPSK格式中，每個(gè)碼元具有四個(gè)相等間隔的相位但具有相同的強(qiáng)度。這個(gè)格式在R.A.Griffin等人的“Optical Differential QuadraturePhase-Shift Key(oDQPSK)for High Capacity OpticalTransmission(用于高容量光傳輸?shù)墓獾牟罘炙囊葡辔绘I控(oDQPSK))”，Proceedings of OFC 2002 pp.367-368(2002)中被討論，該文章在此引入作為參考發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用于通過(guò)差分相位移幅鍵控(DP-ASK)調(diào)制生成光的多級(jí)別信號(hào)的系統(tǒng)和方法，其中兩組數(shù)據(jù)，一組使用差分四移相位鍵控(DQPSK)被調(diào)制，另一組使用移幅鍵控(ASK)被調(diào)制，這兩組數(shù)據(jù)被調(diào)制和在單個(gè)波長(zhǎng)上獨(dú)立地同時(shí)發(fā)送。CW載波的強(qiáng)度和相位被調(diào)制，以為給定的信息比特提供四個(gè)可能的碼元。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括步驟用至少兩個(gè)具有相同的數(shù)據(jù)速率的同步的數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)調(diào)制器，生成使用差分移相鍵控和移幅鍵控調(diào)制的光信號(hào)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了光傳輸系統(tǒng)，包括光的4-aryDP-ASK發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)包括至少兩個(gè)適于提供光的4-aryDP-ASK調(diào)制信號(hào)的調(diào)制器。該系統(tǒng)還包括光接收機(jī)，光接收機(jī)包括DPSK接收機(jī)，該DPSK接收機(jī)包括延時(shí)干涉計(jì)和平衡接收機(jī)，用來(lái)檢測(cè)4-aryDP-ASK調(diào)制信號(hào)的DPSK調(diào)制部分。接收機(jī)還包括光強(qiáng)度接收機(jī)，用來(lái)檢測(cè)4-aryDP-ASK調(diào)制信號(hào)的ASK調(diào)制部分。


圖1是描繪按照本發(fā)明的光系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖2的曲線圖是顯示4-aryDP-ASK碼元的星座圖。
圖3a-b是按照本發(fā)明的實(shí)施例的DP-ASK背對(duì)背傳輸?shù)腄PSK部分和ASK部分的接收的電氣的眼圖。
圖4是顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的測(cè)量的BER性能的圖。
圖5a-b是顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的測(cè)量的BER性能和測(cè)量的信號(hào)頻譜的圖。
圖6a-b是按照本發(fā)明的實(shí)施例的歸零(RZ)DP-ASK背對(duì)背傳輸?shù)腄PSK部分和ASK部分的接收的眼圖。
圖7是顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的測(cè)量的BER性能的圖。
圖8是顯示使用通過(guò)線性調(diào)頻的ASK的預(yù)增強(qiáng)，來(lái)克服由于在非線性傳輸期間自相位調(diào)制(SPM)造成的差分相位眼圖閉合惡化的示意圖。
圖9是顯示使用后非線性移相補(bǔ)償(后-NPSC)，來(lái)補(bǔ)償由于在非線性傳輸期間SPM造成的差分相位眼圖閉合的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于通過(guò)使用兩個(gè)調(diào)制器，一個(gè)用于DPSK調(diào)制和另一個(gè)用于ASK調(diào)制，而生成用于光傳輸系統(tǒng)的傳輸?shù)墓獾?-aryDP-ASK信號(hào)的系統(tǒng)和方法。這樣的系統(tǒng)允許同時(shí)并獨(dú)立地發(fā)送和接收兩個(gè)數(shù)據(jù)支流。優(yōu)選地，兩個(gè)數(shù)據(jù)支流具有相同的數(shù)據(jù)速率以及同步地調(diào)制，這樣，兩個(gè)數(shù)據(jù)支流的比特中心是在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)的(以避免在相鄰的DPSK比特之間躍變期間在ASK中心處的失真)。
圖1上顯示按照本發(fā)明的系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的4-aryDP-ASK發(fā)射機(jī)110。來(lái)自激光器120的光首先通過(guò)使用相位調(diào)制器130用一個(gè)數(shù)據(jù)支流135進(jìn)行DPSK調(diào)制，該相位調(diào)制器130可以是單波導(dǎo)相位調(diào)制器，在零點(diǎn)加偏置實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的Mach-Zehnder調(diào)制器(MZM)等等。MZM可以由各種電-光材料，例如LiNbO3制成，以及優(yōu)選地，在它的零點(diǎn)加偏置，使得光信號(hào)的相位在之0與π間切換。優(yōu)選采用不帶有線性調(diào)頻的MZM，因?yàn)樗a(chǎn)生具有理想的相位值(0與π)的DPSK信號(hào)。
DPSK編碼優(yōu)選地在調(diào)制之前通過(guò)使用差分編碼器140被執(zhí)行。然后，強(qiáng)度調(diào)制器150用第二個(gè)數(shù)據(jù)支流155調(diào)制DPSK信號(hào)。優(yōu)選地，強(qiáng)度調(diào)制器150被驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生約6到9dB的消光比(ER)。強(qiáng)度調(diào)制器150可以是MZM，電吸收調(diào)制器(EAM)等等。對(duì)于MZM，通過(guò)欠驅(qū)動(dòng)MZM和把偏置點(diǎn)移位成遠(yuǎn)離90°相位點(diǎn)而達(dá)到低的ER。對(duì)于用EAM進(jìn)行的調(diào)制，通過(guò)移位偏置點(diǎn)而達(dá)到低的ER。光信號(hào)的DPSK和ASK調(diào)制的次序可以顛倒，而仍舊提供按照本發(fā)明的DP-ASK信號(hào)。
系統(tǒng)100優(yōu)選地也包括接收機(jī)175。在接收機(jī)175中優(yōu)選地使用摻鉺光纖放大器180(EDFA)作為光的前置放大器。優(yōu)選地，在前置放大器180后提供濾色鏡181，以便減小來(lái)自放大的自身發(fā)射(ASE)噪聲的懲罰。放大的信號(hào)然后優(yōu)選地被分離到兩條路徑183，184。一條路徑183把信號(hào)傳輸?shù)紻PSK接收機(jī)190。DPSK接收機(jī)190優(yōu)選地包括1比特延時(shí)干涉計(jì)192，平衡檢測(cè)器194，以及差分RF放大器196，用于檢測(cè)DPSK支流(即，信號(hào)的DPSK調(diào)制部分或分量)。1比特延時(shí)干涉計(jì)192優(yōu)選地被提供來(lái)把路徑183上的光分成兩個(gè)臂，以及把一個(gè)臂延時(shí)約1比特時(shí)間間隔。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看到，按照本發(fā)明，由延時(shí)干涉計(jì)192提供的延時(shí)可以從精確的1比特時(shí)間間隔變化，而仍舊提供足夠的延時(shí)。優(yōu)選地，由延時(shí)干涉計(jì)192提供的延時(shí)是在約0.8和約1.2倍比特時(shí)間間之間。
另一條路徑184發(fā)送信號(hào)到ASK檢測(cè)器，用于檢測(cè)信號(hào)的ASK支流部分。
圖2是顯示4-aryDP-ASK調(diào)制的碼元的星座的圖。在圖上，x軸代表光場(chǎng)的實(shí)部，以及y軸代表光場(chǎng)的虛部。DPSK數(shù)據(jù)支流是通過(guò)在y軸設(shè)置判決閾值，以比較相鄰的比特的正負(fù)號(hào)(或相位)而被恢復(fù)的，其中相鄰的比特的正負(fù)號(hào)的比較是通過(guò)使用延時(shí)干涉計(jì)192和平衡檢測(cè)器194以及設(shè)置判決閾值為0而實(shí)現(xiàn)的。例如，如果兩個(gè)相鄰的比特具有相同的(或相反的)正負(fù)號(hào)，則確定是“1”(或“-1”)。ASK數(shù)據(jù)支流優(yōu)選地是通過(guò)在具有半徑為碼元的較大的和較小的幅度的平均值的圓周210上設(shè)置判決閾值而被檢索的。
本發(fā)明的實(shí)施例已由聚集的20Gb/s非歸零(NRZ)4-aryDP-ASK信號(hào)實(shí)驗(yàn)地說(shuō)明。所使用的連續(xù)波源120是在1550nm運(yùn)行的可調(diào)諧的激光器。10Gb/s DPSK支流由MZM被調(diào)制在連續(xù)波的光上，該MZM在零點(diǎn)被偏置以及在2Vπ處被驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到相位調(diào)制。然后，該光以-8dB ER被強(qiáng)度調(diào)制，以載送10Gb/s ASK支流。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，ASK調(diào)制的ER最好是約9.5dB，以達(dá)到對(duì)于兩個(gè)數(shù)據(jù)支流的相等的接收機(jī)靈敏度。對(duì)于4-aryDP-ASK，在給定的BER下光信號(hào)噪聲比(OSMR)要求被確定為只比具有相同的總的數(shù)據(jù)速率的二進(jìn)制接通-斷開(kāi)鍵控(OOK)格式高1dB。與具有四分功率級(jí)別的4-aryASK相比較，4-aryDP-ASK對(duì)于給定的BER需要約小4.5dB的OSNR。
由于在實(shí)驗(yàn)中使用的DPSK接收機(jī)的有限的動(dòng)態(tài)范圍，確定優(yōu)選的ER是約8dB。低的ER是通過(guò)在約0.9Vπ欠驅(qū)動(dòng)MZM和把偏置點(diǎn)移位成遠(yuǎn)離MZM的90°相位點(diǎn)約0.05Vπ而達(dá)到的。
為了簡(jiǎn)化發(fā)射機(jī)，使用市面上銷售的不帶有線性調(diào)頻的二級(jí)集成的MZ調(diào)制器。兩個(gè)MZM的帶寬約為10GHz。發(fā)射機(jī)的總的插入損耗約為5.5dB。
在接收機(jī)175，使用約4.5dB NF的EDFA作為前置放大器180。在前置放大器180后面的濾色鏡181具有100GHz的3dB帶寬。放大的信號(hào)被分裂成兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)信號(hào)進(jìn)入DPSK接收機(jī)190，包括100ps延時(shí)干涉計(jì)192，平衡檢測(cè)器194，和差分RF放大器196，以及另一個(gè)信號(hào)進(jìn)入ASK檢測(cè)器。兩個(gè)接收機(jī)的有效的RF帶寬約為7GHz。
圖3a-b顯示在DPSK和ASK接收機(jī)190，198處檢測(cè)的眼圖。對(duì)于DPSK支流，通過(guò)使用平衡檢測(cè)器194，判決電平被固定在0。圖4顯示DPSK和ASK對(duì)接收的光的功率(在前置放大器之前)的BER性能。
脈沖圖案生成器被使用來(lái)產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，包含具有27-1的圖案長(zhǎng)度的偽隨機(jī)比特序列(PRBS)和它的倒相的版本。DPSK調(diào)制器130被數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，以及ASK調(diào)制器150由被延時(shí)約30比特的倒相的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，以去相關(guān)到調(diào)制器130，150的兩個(gè)數(shù)據(jù)流?？梢钥吹剑瓜嗟?延時(shí)的數(shù)據(jù)只被使用于生成兩個(gè)數(shù)據(jù)支流的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br> 對(duì)于DPSK和ASK接收機(jī)190，198得到-30.5dBm的接收機(jī)靈敏度(在BER＝10-9下)。該靈敏度比起10Gb/s二進(jìn)制NRZ(對(duì)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例)約壞6dB，或比起理論預(yù)測(cè)的性能約壞2dB，只要由于DPSK接收機(jī)190的有限的動(dòng)態(tài)范圍。
4-aryDP-ASK被理解為對(duì)于色散和光濾波具有高的容忍度。圖5a-b顯示在425ps/nm色散下和在用具有25GHz信道間隔和約20GHz通帶的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的緊密的濾波下，20Gb/s 4-aryDP-ASK的性能。DPSK和ASK支流的色散惡化都是小于1dB，類似于二進(jìn)制10Gb/s NRZ傳輸。通過(guò)濾波，DPSK和ASK支流的接收機(jī)靈敏度分別被改進(jìn)1dB和0.7dB。AWG有效地限制AsE噪聲的帶寬，因此提高接收機(jī)靈敏度。當(dāng)帶寬進(jìn)一步減小到16GHz時(shí)，假設(shè)4-aryDP-ASK可以以大于約100％頻譜效率發(fā)射，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明小于1dB惡化。該實(shí)驗(yàn)是在由X.Liu等提交給ECOC’03的、題目為“QuaternaryDifferential-Phase Amplitude-Shift-Keying for DWDMTransmission(用于DWDM傳輸?shù)牟罘?-ary移幅鍵控)”的文章中詳細(xì)地描述的，該文章在此引用，以供參考。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，4-aryDP-ASK調(diào)制可以是基于歸零(RZ)脈沖格式。RZ4-aryDP-ASK比起NRZ4-aryDP-ASK，可以提供改進(jìn)的接收機(jī)靈敏度。Rz4-aryDP-ASK可以或者光學(xué)地通過(guò)使用例如另一個(gè)調(diào)制器(未示出)來(lái)生成每個(gè)比特時(shí)隙一個(gè)脈沖，或者電學(xué)地通過(guò)使用例如RZ脈沖生成器來(lái)提供RZ RF數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器150而被實(shí)現(xiàn)。
圖6a-b顯示其脈沖為電子生成的、20Gb/s RZ4-aryDP-ASK背對(duì)背傳輸?shù)腄PSK數(shù)據(jù)支流和ASK數(shù)據(jù)支流的接收的電的眼圖。圖7是顯示20Gb/s RZ4-aryDP-ASK背對(duì)背傳輸?shù)腄PSK數(shù)據(jù)支流和ASK數(shù)據(jù)支流的測(cè)量的BER性能的圖。RZ4-aryDP-ASK傳輸?shù)目偟慕邮諜C(jī)靈敏度比NRZ4-aryDP-ASK傳輸好約2dB。
在非線性傳輸中使用4-aryDP-ASK調(diào)制的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，其中自相位調(diào)制(SPM)對(duì)于具有不同的強(qiáng)度的信號(hào)引起不同的相位，以及造成惡化DPSK支流的性能的差分相位眼圖閉合，使用預(yù)增強(qiáng)來(lái)克服SPM惡化。圖8是顯示使用通過(guò)線性調(diào)頻的ASK的預(yù)增強(qiáng)，來(lái)克服SPM惡化的示意圖。線性調(diào)頻的ASK調(diào)制是通過(guò)驅(qū)動(dòng)雙驅(qū)動(dòng)MZM的一個(gè)臂以使得任何高強(qiáng)度“1”具有的移相小于低強(qiáng)度“0”的移相，而實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)這樣做，在非線性傳輸(通過(guò)該傳輸SPM把更多的移相引入到“1”而不是“0”)后，“1”和“0”的總的相位接近于對(duì)于最佳接收機(jī)靈敏度的理想情形下的結(jié)果(如圖2所示)。由于最佳非線性移相在非線性DPSK傳輸中約為1弧度，線性調(diào)頻的ASK調(diào)制最好具有在約5dB與9dB之間的ER。
在非線性傳輸中使用4-aryDP-ASK調(diào)制的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，使用后非線性移相補(bǔ)償(后NPSC)來(lái)補(bǔ)償SPM引起的差分相位眼圖閉合。按照本發(fā)明可被使用的后NPSC的一個(gè)方法在題目為“Nonlinear Phase-Shift Compensation Method and Apparatus(非線性移相補(bǔ)償方法和設(shè)備)”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)No.10/331,217中被揭示，該專利申請(qǐng)?jiān)诖艘?，以供參考。后NPSC方法的詳細(xì)說(shuō)明可以在X.Liu等，”Improving Transmission Performance in DifferentialPhase-Shift-Keyed Systems by Use of Lumped NonlinearCompensation(通過(guò)使用集中非線性補(bǔ)償改進(jìn)差分移相鍵控系統(tǒng)的傳輸性能)”，Optics Letters，Vol.27，pp.1616-1618，(2002)中和在C.Xuand X.Liu，”Postnonlinearity Compensation with Data-Driven PhaseModulators in Phase-Shift-Keying Transmission(移相鍵控傳輸中數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的相位調(diào)制器的后非線性補(bǔ)償)”，Optics Letters，Vol.27，pp.1619-1621，(2002)中找到，這兩篇文章在此引用，以供參考。圖9是顯示使用后非線性移相補(bǔ)償(后-NPSC)，來(lái)補(bǔ)償由于在非線性傳輸期間SPM造成的差分相位眼圖閉合的示意圖。
雖然本發(fā)明是按照所顯示的實(shí)施例描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員容易看到，對(duì)于實(shí)施例可以作出變形，以及這些變形將落在由所附的權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于多級(jí)別編碼的光信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ欧椒ǎㄒ韵虏襟E用至少兩個(gè)具有相同的數(shù)據(jù)速率的同步的數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)調(diào)制器，生成使用差分移相鍵控和移幅鍵控調(diào)制的光信號(hào)。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括提供后非線性移相補(bǔ)償，以便顯著地減小在非線性傳輸期間由自相位調(diào)制造成的損失。
3.權(quán)利要求1的方法，其中移幅鍵控調(diào)制生成不帶有線性調(diào)頻的光信號(hào)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中移幅鍵控調(diào)制生成線性調(diào)頻的光信號(hào)。
5.權(quán)利要求1的方法，其中移幅鍵控調(diào)制具有在約5dB與約10dB之間的消光比。
6.一種用于生成差分相位移幅鍵控的光信號(hào)的發(fā)射機(jī)設(shè)備，包括調(diào)制器裝置，包括用具有相同的數(shù)據(jù)速率的同步的數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的至少兩個(gè)調(diào)制器，適于生成使用差分移相鍵控和移幅鍵控調(diào)制的光信號(hào)。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，還包括脈沖生成器，該脈沖生成器操作上耦合到調(diào)制器裝置，允許生成RZ光信號(hào)。
8.一種光傳輸系統(tǒng)，包括第一調(diào)制器，適于接收第一數(shù)據(jù)信號(hào)；第二調(diào)制器，被耦合到第一調(diào)制器，以及適于接收第二數(shù)據(jù)信號(hào)；其中第一和第二數(shù)據(jù)信號(hào)是同步的且具有相同的數(shù)據(jù)速率；以及其中第一和第二調(diào)制器適于生成使用差分移相鍵控和移幅鍵控調(diào)制的多級(jí)別編碼的光信號(hào)。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，還包括接收機(jī)，該接收機(jī)包括平衡檢測(cè)器，該平衡檢測(cè)器用于檢測(cè)光信號(hào)的差分移相鍵控部分。
10.一種光傳輸系統(tǒng)，包括光的4-aryDP-ASK發(fā)射機(jī)，包括至少兩個(gè)調(diào)制器，該調(diào)制器適于提供光的4-aryDP-ASK調(diào)制信號(hào)；以及光接收機(jī)，包括DPSK接收機(jī)，包括延時(shí)干涉計(jì)和平衡接收機(jī)，用以檢測(cè)4-aryDP-ASK調(diào)制信號(hào)的DPSK調(diào)制部分；以及光強(qiáng)度接收機(jī)，用來(lái)檢測(cè)4-aryDP-ASK調(diào)制信號(hào)的ASK調(diào)制部分。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于生成多級(jí)別編碼的光信號(hào)以便光傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。該方法包括用具有相同的數(shù)據(jù)速率的同步的數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)制器，以生成使用差分移相鍵控和移幅鍵控調(diào)制的多級(jí)別光信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/18GK1604514SQ200410011748
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者高婉華, 劉翔, 衛(wèi)星 申請(qǐng)人:朗迅科技公司