專(zhuān)利名稱(chēng)：用于光通信的組合的相位和極化調(diào)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光數(shù)據(jù)通信，更特別地涉及一種在光通信中使用的調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于下一代光WDM (波分復(fù)用)通信系統(tǒng)，目標(biāo)是在50GHz網(wǎng)格 中的40Gb/s信道(在本申請(qǐng)中術(shù)語(yǔ)"40Gb/s"包括不具有前向糾錯(cuò)的 OC-768/SDM-256的數(shù)據(jù)速率和具有前向糾錯(cuò)的OC-768/SDM-256的已 增加數(shù)據(jù))。因?yàn)閷?duì)線(xiàn)性和/或非線(xiàn)性的損耗的不充分容限,提供了 40Gb/s 信道且與50GHz網(wǎng)格相容的當(dāng)前關(guān)注的調(diào)制方案不能夠到達(dá)較長(zhǎng)的傳 送距離。
由線(xiàn)性效應(yīng)造成的損耗(線(xiàn)性損耗)大部分是由色散(CD)、極化 模色散(PMD)和光噪聲引起的。
行信號(hào)傳送的情況下。光材料的折射率隨著強(qiáng)度的增加而增加，這導(dǎo)致 了該材料的非線(xiàn)性表現(xiàn)。非線(xiàn)性效應(yīng)中，影響最大的效應(yīng)是自相位調(diào)制、 四波混頻和交叉相位調(diào)制。光噪聲和該信號(hào)之間的非線(xiàn)性相互作用(稱(chēng) 為非線(xiàn)性相位噪聲)或一個(gè)信號(hào)的兩種極化之間的非線(xiàn)性作用也是不利的。
為了在現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)的50GHz網(wǎng)格中布置下一代40Gb/s信道當(dāng)前關(guān) 注于三種調(diào)制格式DQPSK(差分正交相移鍵:控)，相干PDM-QPSK(極 化分路復(fù)用和每極化正交相移4建控)和PSBT (相位整形二進(jìn)制傳送)。
盡管它們對(duì)于線(xiàn)性損耗具有較高容限，DQPSK和相干PDM-QPSK 對(duì)于非線(xiàn)性損耗分別地具有較低和很低的容限。這主要是由在DQPSK
6和PDM-QPSK情況下相位狀態(tài)之間7T/2的較小相位距以及在 PDM-QPSK情況下極化復(fù)用的使用而引起的。
PSBT示出了對(duì)于非線(xiàn)性損耗的適中容限，然而其對(duì)線(xiàn)性損耗、主 要是光噪聲和PMD的容限較低。
US 2005/0185968 Al 7>開(kāi)了 一種用于發(fā)送交替極化相移4建控?cái)?shù)據(jù) 的方法。這里，光信號(hào)的極化獨(dú)立于數(shù)據(jù)而交替，以減少非線(xiàn)性損失。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到當(dāng)前調(diào)查的調(diào)制機(jī)制對(duì)于下一代WDM系統(tǒng)的所述弊端，本 發(fā)明的目的是提供一種調(diào)制方法，其可以忍受線(xiàn)性和非線(xiàn)性損耗且特別 地適合于40Gb/s信道同時(shí)仍然與現(xiàn)有的50GHz網(wǎng)格相容。本發(fā)明還有 一個(gè)目的是提供分別提供對(duì)應(yīng)的調(diào)制和解調(diào)能力的發(fā)送器和接收器。本 發(fā)明還有一個(gè)目的是提供適當(dāng)?shù)卣{(diào)制過(guò)的光信號(hào)和承載這種信號(hào)的波 導(dǎo)。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制方法、接收器、發(fā)送器、已調(diào)制的信號(hào)和波 導(dǎo)來(lái)獲得這些目的。本文還描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的第一方面涉及一種用于光通信、特別地用于光纖通信的調(diào) 制方法。根據(jù)該方法，生成光信號(hào)，其相位和極化依賴(lài)于待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn) 行調(diào)制。
通過(guò)調(diào)制該光信號(hào)的極化，同樣在極化域中編碼數(shù)據(jù)，從而增加頻 i普效率。這提供了減少與相位調(diào)制相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)速率的機(jī)會(huì)(假定目標(biāo) 是例如40Gb/s的恒定的總數(shù)據(jù)速率)。因此，可以使用比DQPSK或 QPSK更少的相位狀態(tài)(例如，2種相位狀態(tài))的相位調(diào)制機(jī)制(除了 極化調(diào)制之外)。作為選擇地，可以減少相位調(diào)制的速率。相比于DQPSK 和QPSK這兩者，都實(shí)現(xiàn)了對(duì)非線(xiàn)性損耗的更高的容限。
與PDM-QPSK中為使數(shù)據(jù)速率加倍而使用的極化復(fù)用降低了對(duì)非 線(xiàn)性損耗的容限相比，本發(fā)明中使用的極化調(diào)制沒(méi)有降低對(duì)非線(xiàn)性損耗 的容限。在如PDM-QPSK的極化分路復(fù)用格式中，在兩個(gè)極化軸上兩 個(gè)光場(chǎng)的同時(shí)出現(xiàn)導(dǎo)致了復(fù)用信號(hào)分量?jī)烧唛g的非線(xiàn)性相互作用，引起
7不利的非線(xiàn)性相位失真。當(dāng)使用極化調(diào)制代替極化分路復(fù)用的時(shí)候，容 量加倍的好處仍然存在，但是，由于在一個(gè)時(shí)刻只出現(xiàn)一個(gè)光場(chǎng)，所以 沒(méi)有所述的非線(xiàn)性相互作用的負(fù)面效應(yīng)。這樣，在極化狀態(tài)之間將不會(huì) 發(fā)生非線(xiàn)性相互作用(或者至少是這種非線(xiàn)性相互作用非常有限)。
生成的光信號(hào)包括一串符號(hào)。優(yōu)選地，每個(gè)符號(hào)具有至少兩種不同 相位狀態(tài)中的 一種相位狀態(tài)和兩種不同的正交4 l化狀態(tài)中的 一種正交 極化狀態(tài)。依照該符號(hào)的相位狀態(tài)(或者依照相繼符號(hào)之間的相位狀態(tài) 差異)和該符號(hào)的極化狀態(tài)(或者依照相繼符號(hào)之間的極化狀態(tài)差異) 這兩者編碼待發(fā)送的數(shù)據(jù)流的比特。有利地，符號(hào)的相位狀態(tài)編碼至少 一個(gè)比特。作為選擇地，在差分編碼的情況下，兩個(gè)相繼符號(hào)間的相位 狀態(tài)差異編碼至少一個(gè)比特。同樣，符號(hào)的極化狀態(tài)或兩個(gè)相繼符號(hào)間 的極化狀態(tài)差異編碼一個(gè)比特。
優(yōu)選地，生成的光信號(hào)包括一串光脈沖，以及每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)符 號(hào)。脈沖光信號(hào)的使用防止了在從一種極化狀態(tài)切換到另 一種極化狀態(tài)
時(shí)，兩種正交極化狀態(tài)之間的中間極化(intermediate polarization),其 可能降低接收器的靈壽文度。
有利地，僅使用了由基本上180。 =71所分隔的兩種相位狀態(tài)，即 使用二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)。這種符號(hào)間的較大的180°的相位差異 確保了比具有更多的狀態(tài)以及因此具有更小的相位差異的其他相移鍵 控機(jī)制更好的對(duì)非線(xiàn)性損耗的容限。例如，QPSK或DQPSK具有4種 相位狀態(tài)和較小的90。=丌/2的相位距。這樣，使用BPSK以從對(duì)非線(xiàn) 性損耗的較大容限中獲益，而使用極化切換鍵控以增加頻譜效率。通過(guò) 避免極化分路復(fù)用，由于在極化狀態(tài)之間基本上沒(méi)有發(fā)生非線(xiàn)性相互作 用所以保持了 BPSK對(duì)非線(xiàn)性損耗的較大容限。
為了生成光信號(hào)，依賴(lài)于第一數(shù)據(jù)流(例如，在40Gb/s數(shù)據(jù)信道 的情況下第一 40/2Gb/s=20Gb/s數(shù)據(jù)流)調(diào)制光波的相位。此外，依賴(lài) 于第二數(shù)據(jù)流(例如，在40Gb/s數(shù)據(jù)信道的情況下第二 40/2Gb/s=20Gb/s 數(shù)據(jù)流)調(diào)制光波的極化。
優(yōu)選地，依次執(zhí)行兩種"子調(diào)制"，其中后一調(diào)制適用于從前一調(diào)制中得到的光信號(hào)。這可以通過(guò)串聯(lián)連接兩個(gè)調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地， 極化調(diào)制適用于經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的光信號(hào)，即將極化調(diào)制器連接到相位狀 態(tài)調(diào)制器的下游。為了將光信號(hào)分成上述的脈沖，RZ脈沖發(fā)生器調(diào)制
的信號(hào)。優(yōu)選地，RZ脈沖發(fā)生器調(diào)制器位于極化調(diào)制器的上游。
應(yīng)當(dāng)注意到基本上上面提及的實(shí)施例是可以任意組合的。此外，應(yīng) 當(dāng)注意到本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容還覆蓋除了從屬權(quán)利要求的回引明確給出 的權(quán)利要求組合之外的其他權(quán)利要求組合，即基本上可以以任何次序組 合權(quán)利要求。
本發(fā)明的第二和第三方面涉及用于光數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)、特別地用于光 纖通信系統(tǒng)的發(fā)送器和接收器。發(fā)送器具有調(diào)制裝置以生成按照本發(fā)明 第一方面調(diào)制的光信號(hào)，即信號(hào)的相位和極化均依賴(lài)于待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行 調(diào)制。接收器配置用于接收這種光信號(hào)。此外，接收器具有配置用以解 調(diào)這種信號(hào)的解調(diào)裝置。以上涉及該方法的內(nèi)容及其優(yōu)選實(shí)施例基本上 也適用于發(fā)送器和接收器。
有利地，接收器是使用數(shù)字信號(hào)處理的相干接收器。線(xiàn)性損耗能夠 通過(guò)相干檢測(cè)完全補(bǔ)償，這允許了對(duì)線(xiàn)性損耗(CD和PMD )的較大容 限。
優(yōu)選地，光信號(hào)的符號(hào)展示了兩種正交極化狀態(tài)，接收器包括極化 分離裝置，其配置用以將接收到的信號(hào)分離為與第一極化狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的 第一信號(hào)和與第二極化狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的第二信號(hào)。這樣，第一信號(hào)承載在 第一極化軸中傳輸?shù)南辔恍畔?，第二信?hào)承載在第二極化軸中傳輸?shù)南?位信息。
此外，接收器可以包括極化判定裝置，其位于極化分離裝置的下游 并且接收第一和第二信號(hào)。接收器配置用以持續(xù)地判定接收到的信號(hào)的 實(shí)際極化狀態(tài)。優(yōu)選地，這通過(guò)比較每個(gè)極化軸上的實(shí)際功率以便持續(xù) 地判定哪個(gè)極化軸承載了待檢測(cè)的相位信息來(lái)完成。
有利地，接收器包括選擇裝置，其位于極化分離裝置的下游。選擇 裝置配置用以選擇下面任一項(xiàng)-第一信號(hào)(或依賴(lài)于其上的信號(hào))，或
-第二信號(hào)(或依賴(lài)于其上的信號(hào))。 此外，在相干接收器的情況下，該接收器可以包括相位漂移估算裝 置，用于估算將接收到的光信號(hào)和在相干接收器中使用的光本地振蕩器 信號(hào)進(jìn)行混合所引起的相位漂移。由于信號(hào)載波的頻率和光本地振蕩器 信號(hào)的頻率之間的頻率偏移可能發(fā)生這種相位漂移，導(dǎo)致了連續(xù)的相位 漂移。相位漂移估算裝置配置用以基于處理第一和第二信號(hào)的相位信息 估算相位漂移。使用兩個(gè)信號(hào)的原因是信號(hào)信息不是同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)極
化軸上；這樣 一 一依賴(lài)于數(shù)據(jù)模型 一 一在幾個(gè)連續(xù)的比特期間 一種極化 狀態(tài)上可能沒(méi)有信號(hào)。因此，相位漂移的估算可能是不正確的。
本發(fā)明的第四和第五方面分別涉及按照上面討論調(diào)制的光信號(hào)和 承載這種光信號(hào)的波導(dǎo)。涉及該調(diào)制方法的以上內(nèi)容及其優(yōu)選實(shí)施例也 適用于光信號(hào)和波導(dǎo)管。


下面引用附圖以范例的方式解釋本發(fā)明，其中 圖1例示了經(jīng)過(guò)極化和相位調(diào)制的光信號(hào)的實(shí)施例； 圖2例示了用于調(diào)制如圖l所示的信號(hào)的40Gb/s發(fā)送器的實(shí)施例； 圖 3例示了用于解調(diào)如圖1所示的信號(hào)的相干接收器的光學(xué)部分 的實(shí)施例；以及
圖4例示了相干接收器的電學(xué)部分的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
為了與現(xiàn)有WDM網(wǎng)絡(luò)的50GHz網(wǎng)格相容，下一代40Gb/s數(shù)據(jù)格 式的目標(biāo)是與當(dāng)前用于10Gb/s信道的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)-關(guān)調(diào)制相比增加頻譜效 率?？梢酝ㄟ^(guò)使用每符號(hào)相移4建控多比特，例如QPSK或DQPSK,和/ 或通過(guò)使用極化分路復(fù)用(PDM),來(lái)獲得頻譜效率的增加。但是，在 使用這些格式時(shí)，由于它們對(duì)非線(xiàn)性損耗的較低容限可觀察到急劇的性 能下降。在使用每符號(hào)相移鍵控多比特的情況下相位狀態(tài)之間較小的相位距(在QPSK和DQPSK的情況下是90° )以及在PDM的情況下兩 種極化分量之間的非線(xiàn)性相互作用將引起這一狀況。
通過(guò)使用極化切換鍵控(PolSK)結(jié)合相移鍵控，特別是BPSK, 能夠克服這些問(wèn)題。圖1例示了使用PolSK-BPSK調(diào)制的光信號(hào)的實(shí)施 例。這里，光場(chǎng)是相位狀態(tài)和極化狀態(tài)兩者的函數(shù)。
光信號(hào)包括一串脈沖22a-22k，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)符號(hào)。通過(guò)RZ 調(diào)制(歸零)生成脈沖。每個(gè)脈沖可以處在0相位狀態(tài)(這里在脈沖持 續(xù)時(shí)間中光載波具有0。相對(duì)相移)，也可以處在7T相位狀態(tài)(這里在脈 沖持續(xù)時(shí)間中光載波具有180°相對(duì)相移)。在圖1中將O相位狀態(tài)的脈
沖的相位狀態(tài)標(biāo)記為"0"，將7T相位狀態(tài)的脈沖的相位狀態(tài)標(biāo)記為"TT"。
此外，每個(gè)脈沖可以處在第一極化狀態(tài)，得到在第一極化軸上20 方向上的強(qiáng)度，也可以處在第二極化狀態(tài)，得到在正交第二極化軸上21 方向上的強(qiáng)度。
在非差分編碼的情況下，每個(gè)脈沖承載2比特的信息。通過(guò)脈沖的 極化狀態(tài)編碼每個(gè)兩比特字中的一個(gè)比特，而通過(guò)該脈沖的相位狀態(tài)編 碼每個(gè)兩比特字中的另一個(gè)比特。例如，在極化軸20方向上的第一極 化對(duì)應(yīng)邏輯"0"，在極化軸21方向上的第二極化對(duì)應(yīng)邏輯'T，。此外， 例如，O相位狀態(tài)對(duì)應(yīng)邏輯"0",丌相位狀態(tài)對(duì)應(yīng)邏輯"1"。在使用這 種慣例和同樣指定2比特字的第 一比特是極化編碼和2-比特字的第二比 特是相位編碼的時(shí)候，該脈沖對(duì)應(yīng)圖1中在該脈沖下面直接示出的上面 一串2比特字。例如，脈沖22b具有O相位狀態(tài)并且處在第二極化狀態(tài)， 得到了 2比特字"10"。
在差分編碼的情況下，通過(guò)兩個(gè)相繼脈沖之間的相位差異或變化 (差分編碼BPSK)編碼每個(gè)2比特字的一個(gè)比特，而通過(guò)兩個(gè)相繼脈 沖之間的極化差異或變化(差分編碼PolSK)編碼每個(gè)2比特字的另一 個(gè)比特。這樣，在解碼的時(shí)候，比較兩個(gè)相繼脈沖的相位狀態(tài)和極化狀 態(tài)。不需要檢測(cè)兩個(gè)相繼脈沖的相位并比較兩個(gè)相位，而僅需檢測(cè)相繼 脈沖之間的相位差異；稱(chēng)之為差分編碼BPSK或短DBPSK(差分BPSK) 的差分相干檢測(cè)，見(jiàn)于"數(shù)字通信"，B.Sklar， 2"版，PrenticeHall，段極化狀態(tài)，而只需檢測(cè)相繼脈沖之間的極化差異；可以稱(chēng)之為差分編碼 PolSk或短DPolSK (差分PolSK)的差分相干沖全測(cè)。
例如，兩個(gè)相繼脈沖之間的極化變化對(duì)應(yīng)邏輯"r，而具有相同極 化的兩個(gè)相繼脈沖對(duì)應(yīng)邏輯"o"。此外，可以指定兩個(gè)相繼脈沖之間的 相位狀態(tài)變化對(duì)應(yīng)邏輯"r，而具有相同相位狀態(tài)的兩個(gè)相繼脈沖對(duì)應(yīng)
邏輯"o"。在使用這種慣例和同樣指定2比特字的第一比特是極化編碼
和2比特字的第二比特是相位編碼的時(shí)候，脈沖的編碼信息對(duì)應(yīng)圖i中
下面一串的2比特字。請(qǐng)注意在圖1中將下面一串中的每個(gè)2比特字寫(xiě) 在兩個(gè)相繼脈沖中各自的第二脈沖的下面。例如，脈沖22a和22b具有 不同的極化狀態(tài)和相同的相位狀態(tài)，得到2比特字"10"。
應(yīng)當(dāng)注意到可以混合差分和非差分編碼，即可以差分地編碼相位而 非差分地編碼極化或差分地編碼極化而非差分地編碼相位。
如圖1中用于相位編碼的BPSK(其還包括差分BPSK-DBPSK)僅 有相位差異為丌的兩個(gè)相位狀態(tài)。這種較大的相位差異確保了與每符號(hào) 相移鍵控多比特機(jī)制如QPSK相比對(duì)非線(xiàn)性損耗的更好容限。此外，為 了促使信道帶寬的相容，由于在PolSK中一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上僅使用一種極化
(見(jiàn)圖1),所以使用PolSK代替PDM以避免由后者引起的不利的性能 下降。這樣防止了在PDM情況下兩種極化之間的非線(xiàn)性相互作用。
圖2示出了用于實(shí)現(xiàn)圖1中所示的RZ-PolSK-BPSK調(diào)制格式的 40Gb/S發(fā)送器的實(shí)施例。該發(fā)送器使用用于極化切換鍵控的調(diào)制器
(PolSK調(diào)制器32 )和用于相移鍵控的調(diào)制器(BPSK調(diào)制器33 ),同 時(shí)光學(xué)地串聯(lián)兩個(gè)調(diào)制器。
光學(xué)激光器30用于生成光栽波。光載波饋送到由20GHz時(shí)鐘信號(hào) 控制的RZ脈沖發(fā)生器調(diào)制器31。通過(guò)20GHz時(shí)鐘控制，RZ調(diào)制器31 打開(kāi)和關(guān)閉光載波信號(hào)，導(dǎo)致具有每秒20G脈沖的光信號(hào)(沒(méi)有進(jìn)行任 何信息編碼)。脈沖光信號(hào)的生成不是強(qiáng)制的，因此可以省略RZ調(diào)制器 31。但是，假如沒(méi)有使發(fā)送器的輸出信號(hào)脈沖化，在從一種極化狀態(tài)切 換到另 一種極化狀態(tài)時(shí)兩種正交極化狀態(tài)之間會(huì)發(fā)生更陡或更緩曲線(xiàn)的中間極化。這可能會(huì)降低接收器的靈敏度。
可以使用10GHz的電信號(hào)代替使用20GHz的信號(hào)，以通過(guò)在空傳 送點(diǎn)處偏置RZ調(diào)制器31并由此生成稱(chēng)為CS-RZ (載波抑制歸零)且 在交替脈沖之間具有兀相移的66%寬度的光脈沖，或通過(guò)在其最大值處 偏置RZ調(diào)制器31并生成33%寬度的光脈沖，來(lái)生成20GHz的光脈沖。
脈沖光輸出信號(hào)饋送到BPSK調(diào)制器33 ，其按照第一 20Gb/s數(shù)據(jù) 流調(diào)制該脈沖的相位，將第一 20Gb/s數(shù)據(jù)流與時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行頻率和相 位鎖定。
在PolSK調(diào)制器32中通過(guò)第二 20Gb/s數(shù)據(jù)流對(duì)BPSK調(diào)制器33 的輸出信號(hào)進(jìn)行極化調(diào)制，同時(shí)將第二 20Gb/s數(shù)據(jù)流與20GHz時(shí)鐘信 號(hào)和第一 20Gb/s數(shù)據(jù)流進(jìn)行頻率和相位鎖定。第二 20Gb/s數(shù)據(jù)流的每 個(gè)比特確定分配的脈沖是具有在第一極化軸20方向上的第一極化還是 具有在第二極化軸21方向上的第二極化?？梢詮腣ersawave (參考 http:〃www.versawave.com/product/polarization.html 下的 Versawave 的 40Gb/s極化調(diào)制器)得到這種PolSK調(diào)制器32。此外，US 2005/0185968 Al描述了大量極化調(diào)制器的實(shí)施例。這里通過(guò)引用包含了這一文獻(xiàn)。 在US 2005/0185968中，例如脈沖調(diào)制器用于實(shí)現(xiàn)極化調(diào)制器。當(dāng)將光 信號(hào)發(fā)射到該調(diào)制器且其極化朝著與晶軸成45度的方向時(shí)，輸出極化 是施加到相位調(diào)制器的電壓的函數(shù)。第二 20Gb/s數(shù)據(jù)流用于驅(qū)動(dòng)調(diào)制 器。但是，可能需要將第二 20Gb/s數(shù)據(jù)流的電壓偏移一定量或需要放 大信號(hào)以得到與調(diào)制器相容的驅(qū)動(dòng)電壓。
可以將一個(gè)40Gb/s數(shù)據(jù)信號(hào)分離成兩條20Gb/s數(shù)據(jù)流或可以通過(guò) 復(fù)用兩條10Gb/s數(shù)據(jù)流以得到每條20Gb/s數(shù)據(jù)流。如在使用差分編碼 PolSK和/或差分編碼BPSK的情況下， 一條或兩條20Gb/s數(shù)據(jù)流都可 以是差分預(yù)編碼的。由于這一原因，圖2中示出了分離器塊34,其將一 條40Gb/s數(shù)據(jù)流分離成兩條20Gb/s數(shù)據(jù)流?？蛇x擇地，分離器塊34 提供用于差分預(yù)編碼20Gb/s信號(hào)的編碼功能。
應(yīng)當(dāng)注意到兩個(gè)調(diào)制器32和33可以整合為一個(gè)光調(diào)制器，如例如 US 2005/0185968中所討論的。類(lèi)似于相干PDM-QPSK接收器，并且配置用以生成用于兩種正交極化 (極化分集)的下變頻接收信號(hào)的同相和正交相分量(相位分集)。
接收器包括極化光束分離器(PBS ) 1,其將接收到的光信號(hào)2分成 第一光波和第二光波，第一和第二光波的極化是正交的。典型地，第一 光波的信號(hào)不對(duì)應(yīng)第一極化軸20方向上的信號(hào)分量，第二光波的信號(hào) 不對(duì)應(yīng)第二極化軸21方向上的信號(hào)分量。
第一光波饋送到第一相干解調(diào)器3a，而第二光波4f送到第二相干解 調(diào)器3b。第一相干解調(diào)器3a和第二相千解調(diào)器3b接收本地振蕩器(LO) 信號(hào)9以分別將第一光波和第二光波與LO信號(hào)9疊加。這里，使用 intradyne檢測(cè)，即光信號(hào)2的載波頻率和LO信號(hào)9的頻率之間的頻率 偏移處在信號(hào)帶寬內(nèi)(信號(hào)帶寬大致為2x20GHz)。典型地，頻率偏移 是幾百M(fèi)Hz到1或2GHz。
在解調(diào)器3a和3b輸出端的極化器5可以用于增強(qiáng)極化質(zhì)量。在極 化器5之后，在兩個(gè)解調(diào)器3a、 3b的LO輸入端提供了入/4波片6a、 6b。波片6a、 6b用于產(chǎn)生LO信號(hào)9的圓極化，同時(shí)該信號(hào)保持線(xiàn)性極 化。在經(jīng)過(guò)用于疊加LO信號(hào)9和接收到的信號(hào)的半反光鏡7a、7b之后， PBS 8a、 8b每個(gè)都用于生成兩個(gè)正交相位。信號(hào)的極化角度在到達(dá)(hit) 半反光鏡7a、 7b的時(shí)候與PBS8a、 8b的主軸呈45。。
兩個(gè)解調(diào)器3a、 3b的四個(gè)輸出端耦合到四個(gè)光電二極管10a-10d 的輸入端，由此生成4個(gè)電流I他、I1Qb、 I1()c、 I1()d。光電二極管10a的電 流In)a的差拍周期(beat term)對(duì)應(yīng)下變頻信號(hào)的第一極化的正交相分 量。第一極化對(duì)應(yīng)由PBS 1生成的第一光波的極化。光電二極管10b的
電流Iu)b的差拍周期對(duì)應(yīng)下變頻信號(hào)的第一極化的同相分量。光電二極
管10c的電流I1Qc的差拍周期對(duì)應(yīng)下變頻信號(hào)的第二極化的正交相分量。 第二極化對(duì)應(yīng)由PBS 1生成的第二光波的極化。光電二極管lOd的電流 I10d的差拍周期對(duì)應(yīng)下變頻信號(hào)的第二極化的同相分量。
如例示了 PolSK-PSK接收器電學(xué)部分的圖4所示，兩種極化的下變 頻信號(hào)分量饋送到包括4個(gè)對(duì)信號(hào)分量進(jìn)行取樣的ADC lla-lld的ADC
14塊ll。通過(guò)時(shí)鐘恢復(fù)塊12提供的時(shí)鐘信號(hào)給ADC lla-lld定時(shí)。時(shí)鐘 信號(hào)的頻率確定ADC 11 a-11 d的取樣速率。取樣速率可以對(duì)應(yīng)于符號(hào)速 率(同步取樣，即每個(gè)符號(hào)一個(gè)取樣)或者在過(guò)度取樣(例如，每個(gè)符 號(hào)2或4個(gè)取樣)的情況下也可以對(duì)應(yīng)于成倍的符號(hào)速率。這樣，符號(hào) 速率是每秒20G符號(hào)(比特速率除以每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù))。過(guò)度取樣允 許幾乎完全地補(bǔ)償CD和PMD,而同步取樣通常可減少接收器的復(fù)雜 度。
由于PolSK-BPSK的符號(hào)速率是PDM-QPSK的符號(hào)速率的兩倍， PolSK-BPSK相比于PDM-QPSK具有兩倍的ADC取樣速率。
可以以數(shù)字硬件(定制硬件或門(mén)陣列)形式、軟件(數(shù)字信號(hào)處理 器-DSP)形式或通過(guò)兩者的組合實(shí)現(xiàn)接收ADC塊11的輸出信號(hào)的后續(xù) 數(shù)字塊。
ADClla-lld的數(shù)字輸出信號(hào)饋送到兩個(gè)CD補(bǔ)償塊13a、 13b。將 CD補(bǔ)償塊13a分配給第一^L化的同相和正交相信號(hào)分量，而將CD補(bǔ) 償塊13b分配給第二極化的同相和正交相信號(hào)分量。CD補(bǔ)償塊13a、 13b的兩個(gè)復(fù)用輸出信號(hào)x!、 X2饋送到極化分離單元和均衡單元14。
極化分離和均衡單元14用于旋轉(zhuǎn)接收到的信號(hào)分量x2,由此 恢復(fù)分配在第一極化狀態(tài)(在第一極化軸20方向上)的信號(hào)分量和分 配在第二極化狀態(tài)(在第二極化軸21方向上)的信號(hào)分量。
可以按照下列濾波器才喿作指定具有輸出信號(hào)y" y2 (其對(duì)應(yīng)分配到 第一和第二極化狀態(tài)的信號(hào)分量)的極化分離器的這一基本旋轉(zhuǎn)函數(shù)
、
COS
r cosP sin^
洲
為了提高濾波器的準(zhǔn)確度和為了信號(hào)均衡使用濾波器，濾波器也可 以使用來(lái)自大量取樣的信息。
通過(guò)恒模算法(CMA)計(jì)算濾波器的抽頭系數(shù)hij。在文獻(xiàn)"Digital Equalisation of 40Gb/s per Wavelength Transmission over 2480km of Standard Fibre without Optical Dispersion Compensation", S丄Savory等 人，ECOC 2006會(huì)議記錄，嘎納，法國(guó)，論文Th2.5.5, 2006年9月中
15討論了 CMA。
由于頻率偏移和載波相位波動(dòng)，具有未鎖定本地振蕩器信號(hào)2的光 信號(hào)2的差拍導(dǎo)致需要補(bǔ)償?shù)南辔黄?。為了補(bǔ)償，使用了估算塊15 和減法塊16a、 16b。分配到兩種極化狀態(tài)的兩個(gè)信號(hào)yl、 y2的相位信 息用于共同地(即，基于兩種極化狀態(tài)的信息)估算相位漂移。和
PDM-QPSK的情況一樣由于在PolSK-BPSK的情況下信號(hào)信息不會(huì)同 時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)極化軸上，這有助于改善估算處理；這樣一一依賴(lài)于數(shù)據(jù) 模型 一 一在幾個(gè)連續(xù)的比特期間 一種極化狀態(tài)上可能沒(méi)有信號(hào)。從而， 與典型地包括兩個(gè)單獨(dú)的估算塊(每個(gè)對(duì)單個(gè)極化分量的相位信息進(jìn)行 處理)的PDM-QPSK接收器相比，這里優(yōu)選地4吏用分析兩種極化狀態(tài) 的相位信息的共同估算算法。
為了消除相位漂移，首先使用頻率估算器15a確定接收到的信號(hào)2 的載波和LO信號(hào)9之間的頻率偏移△ f,其導(dǎo)致了在時(shí)間間隔△ t中△ e=27iAf' At的相移。隨后，估算載波相位e。。由于光載波相位6c 比調(diào)制相位改變得更慢，可以通過(guò)在大量符號(hào)間隔(在補(bǔ)償頻率偏移之 后)上平均接收到的相位信息取消調(diào)制相位。估算的頻率漂移(即相移 △ 6和估算的載波相位6e)饋送到第一相位減法塊16a和第二相位減法 塊16b。在相位減法塊16a中從信號(hào)yi的相位中減去估算的脈沖漂移， 在相位減法塊16b中從信號(hào)y2的相位中減去估算的脈沖漂移。代替每個(gè) 極化狀態(tài)有一個(gè)相位減法塊，可以提供兩個(gè)相位減法塊， 一個(gè)分配到頻 率估算處理， 一個(gè)分配到載波相位估算處理。
同樣在文獻(xiàn)"Real-time implementation of 4.4Gbit/s QPSK intradyne receiver using field programmable gate array" ， A. Leven等人,Electronic Letter, 2006年11月23日，Vol.42.， No.24中描述了頻率和載波相位 估算，同時(shí)這里通過(guò)引用包含該文獻(xiàn)中涉及頻率和載波相位估算的內(nèi)谷。
請(qǐng)注意在極化分離和均衡單元14中處理第一極化狀態(tài)和第二極化 狀態(tài)之間的所有的其他相位漂移(例如由PMD引起的)。這類(lèi)相位漂移
16相比于載波相位漂移來(lái)說(shuō)改變地非常緩慢(ms相比于ps ),并且能夠有
效地減少這些相位漂移。
相位減法塊16a和16b的已修正相位的輸出信號(hào)饋送到兩個(gè)相位判 定塊17a和17b,相位判定塊17a配置以判定在第一極化狀態(tài)中的相位， 相位判定塊17b配置以判定在第二極化狀態(tài)中的相位。為了判定哪個(gè)極 化軸承載待檢測(cè)相位信息，提供了極化判定塊18，其接收分配到第一極 化狀態(tài)的信號(hào)力的振幅信息和分配到第二極化狀態(tài)的信號(hào)y2的振幅信 息。在極化判定塊18中比較在兩條極化軸上的功率，以持續(xù)地判定接 收到的信號(hào)的實(shí)際極化狀態(tài)。持續(xù)的極化判定對(duì)應(yīng)圖2中饋送到PolSK 調(diào)制器32的第二 20Gb/s數(shù)據(jù)流。極化判定也用于控制將要選擇哪條相 位信號(hào)路徑。因此，極化判定饋送到接收分配到第一極化軸的已判定的 相位和分配到第二極化軸的已判定的相位的選擇器19。選擇器19的輸 出信號(hào)對(duì)應(yīng)圖2中饋送到BPSK調(diào)制器33的第一 20Gb/s數(shù)據(jù)流。極化 判定塊18的20Gb/s輸出信號(hào)和選擇器19的20Gb/s輸出信號(hào)可選擇地 饋送到復(fù)用器塊40。復(fù)用器塊40復(fù)用兩個(gè)20Gb/s信號(hào)以生成對(duì)應(yīng)圖2 中饋送到分離器塊34的40Gb/s數(shù)據(jù)信號(hào)的40Gb/s信號(hào)。在差分編碼數(shù) 據(jù)的情況下，復(fù)用器塊40還配置用以解碼差分編碼數(shù)據(jù)。
上面所討論的傳送系統(tǒng)允許當(dāng)前系統(tǒng)在不失去對(duì)線(xiàn)性和非線(xiàn)性損 耗容限的條件下從10Gb/s升級(jí)到40Gb/s。這樣，總的容量能夠增加4 倍。預(yù)計(jì)對(duì)光噪聲的容限處在理論極限。預(yù)計(jì)對(duì)非線(xiàn)性的容限非常好(比 40Gb/sPDM-QPSK好超過(guò)6dB以及至少和20Gb/sDPSK —樣好)。相干 接收器使用允許完全補(bǔ)償線(xiàn)性損耗的數(shù)字信號(hào)處理。這樣，獲得了對(duì)線(xiàn) 性損耗(CD和PMD)的較大容限。此外，由于每秒20G符號(hào)的符號(hào)速 率使得頻譜帶寬與50GHzROADM (可重構(gòu)型光插分復(fù)用器)的光帶寬 相容，本調(diào)制方法與50GHz的ROADM相容。
權(quán)利要求
1. 一種用于光通信的調(diào)制方法，包括以下步驟生成光信號(hào)，其相位和極化依賴(lài)于待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，所述數(shù)據(jù)包括比特，其中所述生成的光信號(hào)包括一串符號(hào)(22a-22k)，每個(gè)符號(hào)(22a-22k)具有至少兩種不同相位狀態(tài)中的一種相位狀態(tài)和兩種不同極化狀態(tài)中的一種極化狀態(tài)，每個(gè)符號(hào)(22a-22k)的所述相位狀態(tài)或每?jī)蓚€(gè)相繼符號(hào)(22a-22k)之間的相位狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的至少一個(gè)比特，以及每個(gè)符號(hào)(22a-22k)的所述極化狀態(tài)或每?jī)蓚€(gè)相繼符號(hào)(22a-22k)之間的極化狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的一個(gè)比特，由所述符號(hào)的相位狀態(tài)或相位狀態(tài)差異編碼的所述數(shù)據(jù)的比特不同于由所述符號(hào)的極化狀態(tài)或極化狀態(tài)差異編碼的所述數(shù)據(jù)的比特。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中僅有兩種所使用相位狀態(tài)具有 基本上為180°的相位差異。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中生成所述光信號(hào)的步驟包括以 下步驟-依賴(lài)于第一數(shù)據(jù)流調(diào)制光波的相位；以及 -依賴(lài)于第二數(shù)據(jù)流調(diào)制光波的極化； 其中-所述調(diào)制相位的步驟適用于從所述調(diào)制極化的步驟中得到的光 波，或-所述調(diào)制極化的步驟適用于從所述調(diào)制相位的步驟中得到的光波。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中通過(guò)分離一條數(shù)據(jù)流生成所述 第 一數(shù)據(jù)流和所述第二數(shù)據(jù)流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中光信號(hào)包括一串光脈沖 (22a-22k)以及每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)符號(hào)。
6. —種用于光數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的發(fā)送器(30， 31， 32, 33 )，所述發(fā) 送器被配置為生成光信號(hào)，所述光信號(hào)的相位和極化依賴(lài)于待發(fā)送數(shù)據(jù) 進(jìn)行調(diào)制，其中所述生成的光信號(hào)包括一串符號(hào)(22a-22k),每個(gè)符號(hào)(22a-22k )具有至少兩種不同相位狀態(tài)中的 一種相位狀態(tài)和兩種不同極 化狀態(tài)中的一種極化狀態(tài)，每個(gè)符號(hào)(22a-22k)的所述相位狀態(tài)或每?jī)?個(gè)相繼符號(hào)(22a-22k)之間的相位狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的至少一個(gè)比 特，以及每個(gè)符號(hào)(22a-22k)的所述極化狀態(tài)或每?jī)蓚€(gè)相繼符號(hào)(22a-22k)之間的極化狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的一個(gè)比特，由所述符號(hào) 的相位狀態(tài)或相位狀態(tài)差異編碼的所述數(shù)據(jù)的比特不同于由所述符號(hào) 的極化狀態(tài)或極化狀態(tài)差異編碼的所述數(shù)據(jù)的比特。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)送器，所述發(fā)送器包括 -用于依賴(lài)于第一數(shù)據(jù)流調(diào)制光波的相位的裝置(33);以及 -用于依賴(lài)于第二數(shù)據(jù)流調(diào)制光波的極化的裝置(32 );其中-所述用于調(diào)制相位的裝置(33)連接以接收由所述用于調(diào)制極 化的裝置(32)生成的光波，或-所述用于調(diào)制極化的裝置(32)連接以接收由所述用于調(diào)制相 位的裝置(33)生成的光波。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)送器，其中所述發(fā)送器被配置為通過(guò)分 離 一條數(shù)據(jù)流生成所述第 一數(shù)據(jù)流和所述第二數(shù)據(jù)流。
9. 一種用于光數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的接收器，所述接收器被配置為接收和 解調(diào)光信號(hào)(2 ),所述光信號(hào)的相位和極化依賴(lài)于所發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制， 其中所述接收的光信號(hào)包括一串符號(hào)(22a-22k),每個(gè)符號(hào)(22a-22k) 具有至少兩種不同相位狀態(tài)中的一種相位狀態(tài)和兩種不同極化狀態(tài)中 的一種極化狀態(tài)，每個(gè)符號(hào)(22a-22k)的所述相位狀態(tài)或每?jī)蓚€(gè)相繼符 號(hào)(22a-22k)之間的相位狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的至少一個(gè)比特，每個(gè) 符號(hào)(22a-22k)的所述極化狀態(tài)或每?jī)蓚€(gè)相繼符號(hào)(22a-22k)之間的 極化狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的一個(gè)比特，由所述符號(hào)的相位狀態(tài)或相位 狀態(tài)差異編碼的所述數(shù)據(jù)的比特不同于由所述符號(hào)的極化狀態(tài)或極化3狀態(tài)差異編碼的所述數(shù)據(jù)的比特。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的接收器，其中所述接收器是相干接收器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收器，其中所述光信號(hào)具有兩種極化 狀態(tài)，并且所述接收器包括極化分離裝置(14),所述極化分離裝置(14) 配置用以將接收到的信號(hào)分離為與第 一 極化狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的第 一 信號(hào)(yi)和與第二極化狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的第二信號(hào)(y2)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收器，其中所述接收器還包括 -極化判定裝置(18)，其在所述極化分離裝置(14)的下游且配置用以持續(xù)地判定所接收信號(hào)(2 )的實(shí)際極化狀態(tài)；以及-選擇裝置(19)，其在所述極化分離裝置(14)的下游且配置用以基于所述極化判定裝置(18)的判定選擇-所述第一信號(hào)(yi)或依賴(lài)于其上的信號(hào)或 -所述第二信號(hào)(y2)或依賴(lài)于其上的信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收器，其中所述接收器還包括用于復(fù) 用下列內(nèi)容的復(fù)用器(40)-持續(xù)判定的極化狀態(tài)或基于其的信號(hào)；和 -所述選擇裝置的輸出信號(hào)或基于其的信號(hào)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的接收器，還包括 -相位漂移估算裝置(15),用于估算將所接收的光信號(hào)(2)和光本地振蕩器信號(hào)(9)進(jìn)行疊加所引起的相位漂移，其中所述相位 漂移估算裝置(15)配置用以基于處理所述第一信號(hào)(yi)和第二信號(hào)(y2)的相位信息估算所述相位漂移。
15. —種光信號(hào)，其相位和極化依賴(lài)于所述信號(hào)承載的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào) 制，其中所述光信號(hào)包括一串符號(hào)(22a-22k)，每個(gè)符號(hào)(22a-22k)具 有至少兩種不同相位狀態(tài)中的 一 種相位狀態(tài)和兩種不同極化狀態(tài)中的 一種極化狀態(tài)，每個(gè)符號(hào)(22a-22k)的所述相位狀態(tài)或每?jī)蓚€(gè)相繼符號(hào)(22a-22k)之間的相位狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的至少一個(gè)比特，每個(gè)符 號(hào)(22a-22k)的所述極化狀態(tài)或每?jī)蓚€(gè)相繼符號(hào)(22a-22k)之間的極 化狀態(tài)差異編碼所述數(shù)據(jù)的一個(gè)比特，由所述符號(hào)的相位狀態(tài)或相位狀態(tài)差異編 態(tài)差異編碼的所述數(shù)據(jù)的比特。
16. —種承載根據(jù)權(quán)利要求15所述的光信號(hào)的波導(dǎo),
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光通信、特別地用于光纖通信的調(diào)制機(jī)制。根據(jù)本發(fā)明，生成光信號(hào)，其相位和極化依賴(lài)于待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。優(yōu)選地，生成的光信號(hào)包括一串符號(hào)(22a-22k)并且每個(gè)符號(hào)(22a-22k)具有兩種不同相位狀態(tài)中的一種相位狀態(tài)和兩種不同正交極化狀態(tài)中的一種正交極化狀態(tài)。依照符號(hào)的相位狀態(tài)(或者依照相繼符號(hào)之間的相位狀態(tài)差異)和該符號(hào)的極化狀態(tài)(或者相繼符號(hào)之間的極化狀態(tài)差異)這兩者編碼待發(fā)送的數(shù)據(jù)流的比特。
文檔編號(hào)H04B10/61GK101499873SQ200910002808
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
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