用於解調光學dpsk二進位信號的方法和裝置的製作方法

2023-08-09 13:00:26

專利名稱：用於解調光學dpsk二進位信號的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的方法和一種如權利要求17的前序部分所述的裝置。
背景技術：
為了傳輸數據，有不同的調製方法。尤其在光學數據傳輸技術中，一種可能的調製方法是所謂的差分相位轉換方法，英語為differential phase shift keying(差分相移鍵控)，簡稱DPSK。在此，以數據信號的兩個連續比特的相差來編碼信息。一種可能的實現在於，當應該發送邏輯「1」時使連續比特的相位相同，當應該發送邏輯「0」時使之相差180°，或者相反。
為了接收和為了將相位信息轉換為接收側的幅度信息，也即為了再現數據信號，在接收機內例如採用一種幹涉計，被傳輸的比特的光在該幹涉計的輸出端與分別位於其後的比特的光進行疊加。這通常是一種馬赫-錢德爾-裝置，其中馬赫-錢德爾-裝置的兩個支路或臂中的行程差恰好對應於一個比特時延。當兩個幹涉的比特的相位相同時，該馬赫-錢德爾-裝置或馬赫-錢德爾-幹涉計的一個輸出端發出光。當相位相差180°時，馬赫-錢德爾-裝置的另一輸出端有光。
使用馬赫-錢德爾-裝置的兩個輸出端上的信息是有利的，其方式是，兩個輸出端與光電二極體相連接，該光電二極體的信號在差動放大器內被處理。由此實際上勉強地獲得3dB的靈敏度，也即對於相同的誤碼率，需要小3dB的光信噪比(簡稱OSNR)。這是DPSK調製方法相對於其它方法的一個優點。
尤其在光學傳輸技術中，調相方法的公知問題是其相對於交叉調相(簡稱XPM)所帶來的幹擾影響的靈敏性。如果在光譜中除了DPSK信道之外還傳輸調幅的信道，那麼該調幅的信道會因為交叉調相而導致DPSK信道的相位變化，也即在這些信道中傳輸的有效信息被幹擾。這可能到如此程度，使得利用上述方法不能無誤地接收DPSK信道。如果調幅的信道在光譜上位於附近，則DPSK調製格式在該情形下不能被有意義地使用。
迄今為止，通常將交叉調相的影響最小化，在光學傳輸系統中必須遵守DPSK和調幅信道之間的一個光譜間隔，該光譜間隔已降低了傳輸系統的容量和從而還有效率。

發明內容
本發明的任務是改善數據信號、尤其是差分調相數據信號的解調。
該任務通過具有權利要求1的特徵的方法和具有權利要求17的特徵的裝置來解決。
差分相移鍵控二進位信號或者說DPSK二進位信號經常利用馬赫-錢德爾-調製器(簡稱MZM)來產生，其中電控制信號的幅度被如此地選擇，使得MZM從第一傳遞最大值被轉換到或「駛向」第二傳遞最大值，其中所需要的180°相位跳變在光輸出信號中被產生。這裡，當從一個傳遞最大值轉變到另一個傳遞最大值時，也經過或通過位於這些傳遞最大值之間的傳遞最小值。在此，在光輸出信號的幅度中產生降低或陷落。也就是說在每次相位變換時在幅度中產生一個陷落。
本發明的優點在於，用於解調DPSK二進位信號的、也即求出相位信息的接收機另外還求出幅度信息，也即利用幅度解調器求出幅度陷落，並分析相位和幅度信息。可以如此地進行分析，使得相位和幅度信息被組合和/或共同被分析，或者替代地，專門只分析或使用兩個信息中的一個，例如具有更低誤碼率的信息，該誤碼率例如藉助於要用前向糾錯(簡稱FEC)進行校正的差錯的數量來求出。通過分析DPSK信號中所含的幅度信息(該幅度信息準確地含有與相位相同的信息，因為在每次相位跳變時出現一個幅度陷落)，可以使用冗餘信息。因為幅度經常比相位更少地遭受交叉調相的幹擾，所以如此可以實現傳輸的信息的改善的解調和改善的數據傳輸。通過分析光學DPSK二進位信號中的相位信息和幅度信息，可以實現提高相對於尤其交叉調相的幹擾影響的傳輸可靠性。
本發明的優選改進方案在從屬權利要求和實施例中被給出。


下面藉助於附圖來詳細地解釋本發明的實施例。這裡，圖1示出了馬赫-錢德爾-調製器的傳遞特性曲線，圖2示出了用於產生調相光學二進位信號的裝置，該二進位信號具有幅度降，
圖3示出了所產生的具有幅度降的調相信號，圖4示出了具有幅度降的調相光信號用的本發明接收機，圖5-圖8示出了本發明接收機的其它實施方案。
具體實施例方式
圖1示出了馬赫-錢德爾-調製器MZM的傳遞特性曲線圖。在該圖的水平軸上繪出了電壓U，在垂直軸上繪出了傳遞T。傳遞T具有位於0～1之間的數值範圍，也即在0時不傳遞，而在1時完整地傳遞經過馬赫-錢德爾-調製器MZM的光信號。馬赫-錢德爾-調製器MZM具有依賴於頻率的正弦傳遞特性曲線(周期特性)。在第一電壓或第一電壓值U1時，以及在第二電壓或第二電壓值U2時，傳遞具有最大值，並在最佳情況下達到值1。在大約位於中心處或大約位於第一和第二電壓U1、U2間的中心處的第三電壓U3時，傳遞具有最小值，並在理想情況下達到值0。
圖2示出了由產生光學載波信號的光學載波信號源LD(例如雷射二極體)所組成的裝置。該載波信號源與馬赫-錢德爾-調製器MZM相連接，使得光學載波信號被輸入到馬赫-錢德爾-調製器MZM。馬赫-錢德爾-調製器MZM的電控制輸入端被連接到控制電路SS上，該控制電路又可以與要傳輸的數據信號的未示出的數據信號源相連接。通常在馬赫-錢德爾-調製器MZM的輸出端上連接了用於傳輸光學數據信號的未示出的傳輸線路或裝置。
DPSK二進位信號的特徵在於，信息被包含在相差或相位跳變之中。也就是說，在接收時不必求出絕對相位，而只須求出相差。每個相差被分配一個第一邏輯狀態，而缺少的相差被分配一個第二邏輯狀態。
通過以下方式來產生光學DPSK二進位信號，即通過控制電路SS的電控制信號如此地控制馬赫-錢德爾-調製器MZM，使得通過控制信號的第一電壓值U1或更高的第二電壓值U2產生所述光學二進位信號的與第一邏輯狀態相對應的第一電平，其中所述傳遞特性曲線在這些電壓值時具有傳遞最大值。所述光學二進位信號的與第二邏輯狀態相對應的第二電平通過在兩個電壓值之間的轉變來產生，由此產生光信號的相位變化，因為兩個傳遞最大值輸出不同相位的光信號。另外，通過所述的轉變而經過馬赫-錢德爾-調製器的傳遞特性曲線的傳遞最小值，由此產生被發出的二進位信號的幅度變化或者說幅度陷落。
圖3示出了在利用馬赫-錢德爾-調製器產生時所出現的、光學調相二進位信號中的幅度陷落。
圖4示出了本發明接收機的一個實施例。在此，接收側的在相位變換時具有幅度降或幅度陷落的調相輸入信號/DPSK二進位信號一方面被輸入到由馬赫-錢德爾-裝置或馬赫-錢德爾-幹涉計MZI組成的相位解調器，在該相位解調器中兩個臂中的行程差恰好相當於一個比特時延。
馬赫-錢德爾-幹涉計MZI的輸出信號分別被輸入第一和第二光電二極體FD1、FD2。在此，非倒相輸出端與第一光電二極體FD1相連，倒相輸出端與第二光電二極體FD2相連。第一和第二光電二極體FD1、FD2的電信號又被輸入到差動放大器Diff1，其中第一光電二極體FD1與差動放大器的正輸入端相連，第二光電二極體FD2與差動放大器的負輸入端相連。
根據本發明，被調相的輸入信號/DPSK二進位信號的一部分被輸入到幅度解調器，該幅度解調器由延遲裝置TAU和第三光電二極體FD3的串聯電路構成。利用延遲裝置TAU將幅度陷落置於比特組(Bitlot)的中心，以便將相位解調器的輸出信號幅度附加地提高或降低幅度解調器的輸出信號幅度。在此，延遲裝置TAU既可以用光的方式也可以用電的方式實現，也即前接或後接於光電二極體。幅度解調器的電輸出信號又被輸入到差動放大器Diff1，在該情形下是被輸入到差動放大器Diff1的另一個正輸入端。在差動放大器Diff1之後連接一個判定器E，該判定器例如可以被實現為施密特觸發器，並且從差動放大器Diff1的輸出信號中產生一個改善的二進位信號。
通過這種裝置，用差動放大器Diff1既分析相位信息又分析幅度信息。尤其是，兩個解調器的電信號通過正輸入端(藉助於延遲裝置)被時間正確地相加，以便由此實現被傳輸的信息的更好檢測。
圖5示出了如圖4所示的裝置，區別是被幅度解調的信號被加入到差動放大器的輸出信號中。
圖6示出了圖4所示的本發明接收機的另一種實施方案，區別是被幅度解調的信號被加入到第一光電二極體的輸出信號中並被輸入到差動放大器的正輸入端。當不存在相位變換時，在接收DPSK二進位信號時的功能如下。在缺少相位變換時，在馬赫-錢德爾-幹涉計的非倒相輸出端輸出一個連續信號或一個光學連續幅度。該連續信號或光學連續幅度通過第一光電二極體被轉換成電的連續信號。通過幅度解調器或第三光電二極體FD3同樣輸出一個連續信號。該兩個電的連續信號被相加，以便具有提高的幅度的信號被輸入到差動放大器Diff1的正輸入端。馬赫-錢德爾-幹涉計的倒相輸出端在該情形下不提供輸出信號。如果DPSK二進位信號缺少相位變換利用邏輯1編碼，那麼該連續狀態由差動放大器作為連續信號或二進位信號輸出，並由判定器進行分析，該判定器輸出一個相應的二進位序列。
在DPSK二進位信號的相位變換的情況下，DPSK二進位信號的兩個連續的比特在馬赫-錢德爾-幹涉計內進行疊加。因為這些比特被移相，所以產生幹涉相消，並且在非倒相輸出端上沒有信號被輸出。因此沒有信號被輸入到差動放大器的正輸入端。由於在相位變換時出現幅度陷落，所以具有幅度陷落的信號被輸入到差動放大器的正輸入端。倒相輸入端在相位變換時在比特時延內輸出一個信號，該信號被輸入到差動放大器的負輸入端。在正負信號之間的這種狀態變換在輸出端上相應地作為變化的或第二二進位狀態被輸出。接下來，該狀態由判定器進行分析和識別，以便輸出相應的二進位序列。好處在於，在正輸入端上輸入一個更高幅度的二進位信號，該二進位信號類似於在馬赫-錢德爾-幹涉計的輸出信號變換時的相位變換而具有幅度陷落。
作為對此的替代方案，要被幅度解調的信號也可以以光或電的方式、也即在光/電變換之前或之後進行高通濾波。因此，直流成分從信號中被去除，只有幅度陷落作為幅度峰值被輸出。相應的裝置被示於圖7中。該裝置類似於圖6那樣被構造，區別是被高通濾波過的信號被輸入差動放大器的負輸入端，並且因此相位解調器的幅度利用幅度解調器的幅度峰值被附加地提高，使得利用判定器可以更好地檢測該狀態。在此，幅度峰值應該藉助於延遲裝置TAU被如此地延遲，使得幅度峰值有益地與相位解調器的輸出信號疊加，也即出現在比特的中心或近似地出現在比特的中心，使得通過判定器可以更好地分析信號。在此可以在幅度解調支路中的任意位置布置延遲裝置。
作為替代方案，也可以例如通過中間接入的前向糾錯解碼裝置專門地只分析相位信息或幅度信息，所述解碼裝置根據要被糾正的差錯的數量求出具有最低誤碼率的信號，該信號通過判定器作為輸出信號被輸出。在此，分別可以在相位解調器以及幅度解調器之後連接一個前向糾錯解碼器。這種裝置被示於圖9中。幅度解調器的信號被輸入給第二判定器E2，該第二判定器後面連接有第二前向糾錯裝置FEC2。與此類似地，在相位解調支路的差動放大器之後連接第一判定器E1，該第一判定器後面跟著第一前向糾錯裝置FEC1。兩個FEC裝置的輸出端與一個選擇電路AS相連，該選擇電路在其輸出端輸出具有更低誤碼率的信號。
圖8示出了按照圖9的裝置，區別是第一和第二判定器E1、E2的輸出端與一個邏輯電路LS相連，該邏輯電路將所述的兩個信號與邏輯「或」功能或邏輯「與」功能進行邏輯連接，並作為輸出信號輸出該功能的結果。
差動放大器可以被實施為運算放大器或運算放大器電路。
權利要求
1.用於解調光學差分相移鍵控二進位信號或者說DPSK二進位信號的方法，所述二進位信號在相位變換時具有幅度降並且被進行相位解調，其特徵在於被接收的光學DPSK二進位信號另外還被進行幅度解調，並分析如此獲得的相位信息和幅度信息。
2.依照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述光學DPSK二進位信號利用馬赫-錢德爾-調製器(MZM)被產生。
3.依照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述相位解調利用幹涉計來進行，該幹涉計將被傳輸的比特的光與分別在其之後的比特進行疊加，並在其輸出端輸出第一二進位信號信息。
4.依照權利要求3所述的方法，其特徵在於採用馬赫-錢德爾-裝置作為幹涉計。
5.依照權利要求4所述的方法，其特徵在於馬赫-錢德爾-幹涉計的倒相和非倒相輸出端的信號分別被進行光/電轉換，並被輸入一差動放大器。
6.依照上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於所述幅度解調藉助於光/電轉換來執行。
7.依照權利要求6所述的方法，其特徵在於所述幅度解調藉助於光電二極體來執行。
8.依照權利要求6或7所述的方法，其特徵在於所述光學DPSK二進位信號在所述幅度解調之前或之後被延遲。
9.依照權利要求8所述的方法，其特徵在於至少近似地延遲半個比特時延。
10.依照權利要求6、7、8或9所述的方法，其特徵在於所述DPSK二進位信號在所述幅度解調之前或之後被高通濾波。
11.依照上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於被相位解調和被幅度解調的信號被組合和分析。
12.依照上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於被相位解調和被幅度解調的信號分別被分析，並且具有更低誤碼率的信號被輸出。
13.依照上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於被幅度解調的信號與所述馬赫-錢德爾-幹涉計的非倒相輸出端的被相位解調的信號進行組合，並被輸入所述差動放大器。
14.依照權利要求1-12中任一項所述的方法，其特徵在於被高通濾波和幅度解調的信號與所述馬赫-錢德爾-幹涉計的倒相輸出端的被相位解調的信號進行組合，並被輸入所述差動放大器。
15.依照上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於在所述差動放大器內設置一運算放大器。
16.依照上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於在所述差動放大器之後連接一判定器。
17.用於光學差分相移鍵控二進位信號或者說DPSK二進位信號的接收機，所述二進位信號在相位變換時具有幅度降，所述接收機具有相位解調器，其特徵在於所述接收機另外還具有幅度解調器，其對被接收的光學DPSK二進位信號進行幅度解調，使得如此獲得的相位信息和幅度信息可以被分析。
18.依照權利要求17所述的接收機，其特徵在於所述相位解調被構造為幹涉計，該幹涉計將被傳輸的比特的光與分別在其之後的比特的光進行疊加，並在其輸出端輸出第一二進位信號信息。
19.依照權利要求18所述的接收機，其特徵在於所述幹涉計被構造為馬赫-錢德爾-裝置。
20.依照權利要求19所述的接收機，其特徵在於馬赫-錢德爾-幹涉計(MZI)的倒相和非倒相輸出端分別與一光/電轉換器(FD1，FD2)相連接，所述光/電轉換器另一方面與一輸出第一二進位信號的差動放大器(Diff1)相連接。
21.依照權利要求20所述的接收機，其特徵在於所述差動放大器之後連接一輸出第二二進位信號的第一判定器。
22.依照權利要求17-21中任一項所述的接收機，其特徵在於所述幅度解調器被實施為光/電轉換器。
23.依照權利要求17-22中任一項所述的接收機，其特徵在於所述幅度解調器之前或之後連接一延遲裝置。
24.依照權利要求23所述的接收機，其特徵在於所述延遲裝置至少近似地延遲半個比特時延。
25.依照權利要求17-24中任一項所述的接收機，其特徵在於所述幅度解調器或所述延遲裝置之前或之後連接一高通濾波器。
26.依照權利要求17-25中任一項所述的接收機，其特徵在於在由高通濾波器、延遲裝置和幅度解調器組成的選擇性串聯電路之後連接一輸出第三二進位信號的第二判定器。
27.依照權利要求17-24中任一項所述的接收機，其特徵在於由延遲裝置和幅度解調器組成的串聯電路與所述差動放大器的非倒相輸入端相連，所述差動放大器又與一光/電轉換器的電側相連，所述光/電轉換器與所述馬赫-錢德爾-幹涉計的非倒相輸出端相連。
28.依照權利要求17-26中任一項所述的接收機，其特徵在於包括高通濾波器、延遲裝置和幅度解調器的串聯電路與所述差動放大器的倒相輸入端相連，所述差動放大器又與一光/電轉換器的電側相連，所述光/電轉換器與所述馬赫-錢德爾-幹涉計的倒相輸出端相連。
29.依照權利要求17-28中任一項所述的接收機，其特徵在於所述第一判定器的輸出端和所述第二判定器的輸出端與一個「或」和「與」元件相連。
30.依照權利要求17-28中任一項所述的接收機，其特徵在於所述第一判定器的輸出端和所述第二判定器的輸出端分別與分別求出誤碼率的第一和第二前向糾錯單元或者說FEC單元相連接。
31.依照權利要求30所述的接收機，其特徵在於所述第一和第二FEC單元的輸出端與一選擇單元相連，所述選擇單元輸出具有更低誤碼率的信號。
全文摘要
本發明涉及光學差分相移鍵控二進位信號或者說DPSK二進位信號，所述二進位信號在相位變換時具有幅度降並且被進行相位解調。被接收的光學DPSK二進位信號另外還被進行幅度解調，並分析如此獲得的相位信息和幅度信息。
文檔編號H04B10/66GK1924685SQ200610126649
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月31日 優先權日2005年8月31日
發明者W·謝勒, C·－J·韋斯克 申請人:西門子公司