本發(fā)明涉及光電信網(wǎng)絡中的光調(diào)制。

背景技術：

頻譜高效的調(diào)制格式依賴于利用整個復平面的星座，諸如x-QAM(正交幅度調(diào)制)。它們通常使用正交的兩個幅度調(diào)制、或者利用相位調(diào)制和強度調(diào)制的組合被生成。為了這樣做，馬赫曾德爾類型的調(diào)制器一般被用于高性能系統(tǒng)。在InP上的單片集成是減少這種復雜發(fā)射器的成本、功耗和占用空間的方式。然而，從LiNbO3架構受啟發(fā)的集成在調(diào)制速度、光損耗和功耗的方面顯出了一些限制。Inuk Kang提出了一種通過在干涉布置中使用短的電吸收調(diào)制器或EAM來生成高級調(diào)制格式的新方式，參見[I.Kang，“Phase-shift-keying and on-off-keying with improved performances using electroabsorption modulators with interferometric effects”，《光學快訊》，卷15編號4，第1467–1473頁，2007年]。確實，如在C.Kazmierski等人的“12.5GB Operation of a Novel Monolithic 1.55μm BPSK Source Based on Prefixed Optical Phase Switching”，OFC 2013，美國Anaheim，論文OW4J8中所示出的，強度調(diào)制器(諸如，電吸收調(diào)制器)在集成方面提供了一些感興趣的潛力，其能夠?qū)е赂弑忍芈?、低成本發(fā)射器的實現(xiàn)，特別是在包括激光器和調(diào)制器時。

一個強度調(diào)制器使得能夠進行開關鍵控、強度調(diào)制格式。利用DAC(數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器)對調(diào)制器進行饋送使得能夠執(zhí)行多電平強度調(diào)制，但是頻譜效率以噪聲靈敏度為代價而到來。為了沿著一根軸的正部分和負部分來調(diào)制光，需要具有相位差π的兩個強度調(diào)制器的組合。在這樣做時，調(diào)制格式(諸如，兩電平BPSK-二相相移鍵控-或者雙極多電平PAM-脈沖幅度調(diào)制-)能夠通過以下操作而被生成：利用DAC來驅(qū)動調(diào)制器，在對輸出求和之前從具有邏輯差分相移π的兩個強度調(diào)制器來進行幅度調(diào)制。對與帶前綴的光相位開關相組合的EAM的使用已經(jīng)被用來生成28-Gb/s的BPSK，參見基于這一原理的C.Kazmierski等人的“56Gb/s PDM-BPSK Experiment with a Novel InP-Monolithic Source Based on Prefixed Optical Phase Switching”，IPRM 2013。

利用相位敏感接收器，BPSK使得能夠相對于2電平OOK(開關鍵控)將噪聲靈敏度改進3dB。移動到4電平PAM使頻譜效率加倍，但是噪聲靈敏度在恒定的符號速率時則被降級7dB。80Gb/s的4-PAM已經(jīng)在C.Kazmierski等人的“80Gb/s Multi-Level BPSK experiment with an InPMonolithic Source Based on Prefixed Optical Phase Switching”，IPRM 2014中被論證。相比而言，假如有3dB的噪聲靈敏度增加，則標準QPSK調(diào)制使得能夠使頻譜效率加倍，但是它通常要求正交的兩個幅度(即，正調(diào)制和負調(diào)制)。為了實現(xiàn)這一種類的利用強度調(diào)制器的調(diào)制，一種解決方案包括使用四個調(diào)制器，一方面針對實軸的調(diào)制具有0和π的相移，并且另一方面針對虛軸的調(diào)制具有π/2和3π/2的相移。這種性能因此以四個調(diào)制器為代價被實現(xiàn)[參見H.Mardoyan等人的“PIC-to-PIC experiment at 130Gb/s Based on a Monolithic Transmitter Using Switching of Prefixed Optical Phases and a Monolithic Coherent Receiver”，Proceedings of OFC 2014，TH5.C.2]。然而，將單個芯片中的被集成設備的數(shù)目保持盡可能低，對保持高制造產(chǎn)量因此減少成本以及占用空間是重要的。

一種替換方式將在于使用僅兩個強度調(diào)制器，具有π/2的相移。作為結(jié)果，光在由正x軸和正y軸定界的象限中被調(diào)制。每調(diào)制器利用兩個電平(例如，0和值a)來調(diào)制光導致了四符號星座，其可以被稱為4正交強度調(diào)制(QIM)。該星座對應于將在存在于x≥0和y≥0的象限中被位移的QPSK(正交相移鍵控)星座。這種解決方案的缺陷是它的低劣性能。利用這種格式，頻譜效率與標準QPSK相同或者兩倍于BPSK，但是相對于BPSK/QPSK分別具有6dB/3dB的靈敏度懲罰(penalty)。該概念可以容易地擴展到x-QIM解決方案，仍然具有甚至更高的實施懲罰，例如對于16QIM相對于標準QPSK是11.5dB的懲罰，比標準16QAM差4.5dB。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種調(diào)制方法和組件，其允許良好的或高的調(diào)制效率、相比已知方法和設備較不昂貴、具有減小的占用空間并且能夠以大規(guī)模工業(yè)過程被生產(chǎn)。

這一目的借助于根據(jù)權利要求1的方法和根據(jù)權利要求8的光調(diào)制組件而根據(jù)本發(fā)明被實現(xiàn)。

附圖說明

本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將貫穿于參考附圖作出的以下詳細描述而出現(xiàn)，在附圖中：

-圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的調(diào)制組件。

-圖2是圖示了通過這種調(diào)制組件實現(xiàn)的處理的復平面。

-圖3a-3c表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的強度調(diào)制的示例。

-圖4示出了在本發(fā)明的實施例中懲罰隨著角位移的演化。

-圖5是圖示了通過根據(jù)第二實施例的調(diào)制組件實現(xiàn)的處理的復平面。

具體實施方式

這里描述了一種方法，該方法通過使用有限數(shù)目的非正交強度調(diào)制(通常是兩個或三個調(diào)制)的組合來生成復平面中的調(diào)制格式。調(diào)制的兩個方向之間的角位移通常能夠高于π/2，在7π/12與11π/12之間。特別感興趣的特定角位移是2π/3。該角的值是重要的，因為它改變了在可能的平均功率與2D星座中的兩點間最小距離之間的權衡。調(diào)制的特定類型依賴于多電平強度調(diào)制與兩個一維方向上的規(guī)律間隔點的組合，如果我們選取了正交調(diào)制，則其將會導致作為QAM星座的部分的QIM星座。

在圖1上表示了第一實施例，其存在于電信網(wǎng)絡光調(diào)制組件中。如在圖1上所表示的，第一實施例在于使用兩個強度調(diào)制器1和2(在其上數(shù)據(jù)被提供)以及激光器3，并且以如下方式將調(diào)制組合：它們的方向從不同于π/2也不同于π的角度θ被位移，在該情況下，作為結(jié)果的調(diào)制格式將會僅利用復平面中的一個方向。在這種情況中，該處理被限制于調(diào)制復平面的一個象限。更一般地，優(yōu)選的是不同于π/2且非π/2可整除(即，不是被π/2可整除的，即不是π/2的倍數(shù))的角度θ。優(yōu)選地，以絕對值測量的(即，通過正值測量的)角度優(yōu)選地被選取在π/2與π之間。絕對值被考慮，該角度能夠是正的或負的。

圖2示出了強度調(diào)制4和5的兩個軸、兩個方向之間的角度θ、以及復平面的能夠利用將這些調(diào)制組合而被覆蓋的部分6。

一種可能的實施方式涉及類似于馬赫曾德爾干涉儀的結(jié)構，以便設置調(diào)制4和5的兩個方向之間的所期望的角度θ。干涉儀的每個臂包括至少一個強度調(diào)制器1和2，并且兩個臂中的至少一個臂包括一個提供相移的設備。如果信號在馬赫曾德爾結(jié)構的相長輸出端口處被恢復，則第二臂與第一臂之間的相移的差異等于所期望的角度θ，否則等于θ±π。

許多可能性現(xiàn)在可用于將星座點定位在上述區(qū)域6內(nèi)。星座的一個示例包括使用具有在兩個強度調(diào)制上的規(guī)律間隔符號的多電平強度調(diào)制。作為結(jié)果的星座看起來像沿著一個方向被拉伸的QAM星座的一部分。在圖3a-3c上表示了具有不同數(shù)目的符號和相移的非正交強度調(diào)制(下文稱為NQIM)的一些示例，其可以如下地被命名：“角度—Nb符號NQIM”，例如對于4符號星座和2π/3的角度為2π/3-4NQIM。圖3a表示2π/3-4NQIM，圖3b表示2π/3-64NQIM，圖3c表示π/3-16NQIM。

當前系統(tǒng)基于帶前綴的光相位切換而利用純強度調(diào)制器的組合來生成二維復平面中的調(diào)制格式。

角度θ在性能優(yōu)化中發(fā)揮了作用。確實，理論上，在第一近似中，并且假定是相位敏感接收器，針對調(diào)制格式的給定BER(誤比特率)的OSNR(光信噪比)靈敏度與如下比率成比例，該比率是平均信號功率與兩個星座點間最小距離的平方之間的比率。

例如，使用這種類型的NQIM調(diào)制，2π/3的優(yōu)化角度能夠被示出。在這樣做時，復平面中的授權區(qū)域是復平面的三分之一，并且這一區(qū)域的傾斜通過等邊三角形而被實現(xiàn)。理論的OSNR懲罰(基于以給定的最小符號間距離的平均功率的演化)這里在圖4中針對四符號星座作為角度θ的函數(shù)被示出。在懲罰vs角度的曲線中存在三個不同的分區(qū)。第一分區(qū)10對應于低于π/3的角度。第二分區(qū)20對應于π/3與2π/3之間的角度，并且第三分區(qū)30對應于高于2π/3的角度，在2π/3處具有最小值。

為了理解該曲線的不同部分，可以回到星座的符號。循著調(diào)制的非正交軸，00、10、01、11符號的坐標是(0,0)、(a,0)、(0,a)、(a,a)。當沿著復平面的慣常正交軸投影時，我們分別得到：(0,0)、(a,0)、(acos(θ),a sin(θ))和(a+a cos(θ),a sin(θ))。當增加角度θ時，等于a²+a/2cos(θ)的平均功率總是減少，這趨向于改進靈敏度或減少懲罰。此外，當角度低于π/3時，符號之間的最小距離是符號10與01之間的距離。最小距離從0(當角度為0時)增加到值a(當角度為π/3時)。這還導致了懲罰隨著增加角度而減少。在π/3處，最小距離是10與01之間的距離，但也是00與10之間或00與01之間的距離，即等于a。星座則采取具有π/3銳角的菱形或并置的等邊三角形的形狀。

對于角度包括在π/3與2π/3之間的分區(qū)20，最小距離是恒定的并且等于a，即00與10之間或00與01之間的距離。平均功率隨著增加角度而減小的唯一影響使得懲罰減小。在等于2π/3的角度處，00與11之間的距離也實現(xiàn)了最小距離a并且星座也采取具有π/3銳角的菱形或并置的等邊三角形的形狀。對于更高的角度值，最小距離是00與11之間的距離，其在角度朝著π增長時從a減小到0。作為結(jié)果，在這個區(qū)域中，懲罰增大，而不管平均功率減小。

相比于標準QPSK，2π/3 4NQIM呈現(xiàn)僅1.75dB的懲罰同時僅要求兩個強度調(diào)制器，這將與使用4QIM(即π/2-4NQIM)的3dB懲罰相比較，或者與利用能夠以被位移π的兩個調(diào)制來實現(xiàn)的4PAM的4dB懲罰相比較。利用更復雜的調(diào)制，2π/3的益處關于π/2的角度變得甚至更加重要。利用64個符號，OSNR靈敏度被改進1.9dB。NQIM格式不包含(0,0)點也是一種可能性，(0,0)點通常難以生成和檢測。一些其他星座可以被考慮，諸如偏好某個數(shù)目的截斷環(huán)(即，由于角度限制被截斷)上的符號的星座。當使用相干接收器時，減少環(huán)的數(shù)量能夠?qū)е聶z測算法更容易收斂。

根據(jù)另一實施例，三個強度調(diào)制器被使用。這一實施例使得星座的符號能夠在任何地方并且覆蓋完全的復平面，類似于利用四個強度調(diào)制器的解決方案、或者利用由正交的兩個幅度調(diào)制器組成的已有IQ(同相和正交)調(diào)制器的解決方案。我們在這里依賴于三個調(diào)制方向x、y、z。如圖5上所表示的，y軸從x軸位移角度θ₁并且z軸被位移角度θ₂。θ₂可能不同于θ₁。通過這樣做，假如發(fā)射器能夠每方向生成足夠數(shù)目的強度電平(例如，256)，則傳統(tǒng)星座(諸如x-QAM)也能夠被生成。一種特殊布置假定θ₁＝θ₂＝2π/3。這一設置實際上創(chuàng)建了蜂巢結(jié)構，其是最優(yōu)的。例如，具有強度“a”的三個軸創(chuàng)建了蜂巢結(jié)構的規(guī)則六邊形。利用足夠數(shù)目的強度級別，能夠創(chuàng)建該蜂巢，在其上有可能將符號放置在巢室的中心或交點處。

這些實施例通過優(yōu)化單個芯片中的組件數(shù)目，允許較少的調(diào)制器、移相器和簡單的MMI(多模式干涉)，同時利用僅強度調(diào)制器(可能完全與單頻或可調(diào)諧激光器集成)來提供高性能，而使得能夠設計出成本有效的發(fā)射器。

這些實施例提供了利用減少的數(shù)目的強度調(diào)制器來構建二維復平面中的頻譜高效的調(diào)制格式的方式。最高性能能夠利用以120°角度分離的三個調(diào)制器而被實現(xiàn)，而利用強度調(diào)制器的最佳已有解決方案要求四個調(diào)制器，因此允許附加的能量節(jié)省。低成本介質(zhì)性能解決方案能夠利用具有不同于90°的角度的兩個調(diào)制器而被實現(xiàn)，在四個符號的情況下導致1.25dB的OSNR靈敏度的改進，并且對于64個符號是1.9dB。關于經(jīng)典QPSK或64QAM的懲罰僅為1.7dB和3.3dB，這將與利用90°角度的非常高的3dB和5.2dB懲罰相比較。

這樣的強度調(diào)制器有利地與激光器集成以便構成低成本和高比特率的發(fā)射器，例如以用于城市應用、短距離應用、或互連應用。

本發(fā)明允許從有限數(shù)目的強度調(diào)制器制造成本有效和頻譜高效的發(fā)射器，并且對于實現(xiàn)包括與激光器集成的強度調(diào)制器的接口也是有利的。