光發送機系統和方法

2023-10-22 12:03:52

專利名稱：：光發送機系統和方法光發送機系統和方法本發明與採用光強度調製技術的光雙二進位發送機系統和方法有關。在高比特率的情況下，標準的單模光纖(SSMF)內的色散限制了1550nm窗口內的傳輸距離。業已提出了各種方法來克服這種限制，其中最為常用的是採用預線性調頻調製器，色散補償光纖，線性調頻Bragg柵，中跨度譜倒置，以及諸如色散支持傳輸和雙二進位傳輸之類的專用信號格式。對於沒有或只有極小線性調頻的調製器，即a-O,這種情況下的雙二進位傳輸已有一些研究，例如可參見Gu等人的"在100km的標準光纖上的10Gbit/s不轉發三電平光傳輸"("10Gbit/sunrepeateredthree—levelopticaltransmissionover100kmofstandardfiber"，Electron.Leff.Vol.29，No.25，1993，pp.2209-2211)和May等人的"在1538nm利用雙二進位接收機擴展的10Gbit/s光纖傳輸^巨離"("Extended10Gbit/sfibertransmissiondistanceat1538nmusingaduobinaryreceiver"，IEEE,Phot.Technol.Lett.,Vol.6，No.5，1994，PP648-650)。線性調頻參數a定義為Sep丄^其中cp為光信號相位，而P為光信號強度。雙二進位信號是無直流分量的，它的傳輸頻譜比二進位信號的頻譜窄。如果將雙二進位信號調製到一個載波上，調製後的信號將呈現為一個載波受抑制的雙邊帶信號。採用雙二進位傳輸的主要優點是與普通的二進位傳輸相比傳輸頻譜減窄了。在一個受色散限制的系統中，傳送長度與傳輸頻譜的寬度的平方成反比。這意味著，如果傳輸頻譜降低一半，傳送長度就增加為四倍。此外，由於在雙二進位傳輸頻譜內載波頻率受到抑制，因此可以放寬為了避免在光纖內激勵起Brillouin散射而對輸出光功率所作的限制，光雙二進位傳輸可以看作一種能用普通的二進位接收機檢測的三電平信號傳送方式。在二進位傳輸中的通常傳符(mark)是"O"和"l"，而在雙二進位傳輸中的傳符是、《0"和"1"。在光傳輸的情況下，雙二進位傳符調製為、"0"和,其中P為光的峰值功率。這些傳符將在普通的光電平方律檢波器中變換為"P"、"0"和"P"。構成光雙二進位發送機的常用方式是採用一個雙電報Mach-Zehnder(DEMZ)調製器，例如可參見美國專利5，543，952或國際申請W095/29539。DEMZ調製器也已用於可調的線性調頻應用，見A.H.Gnauck等人的"利用帶可調線性調頻的光調製器降低色散影響，，("Dispersionpenaltyreductionusinganopticalmodulatorwithadjustablechirp,IEEEPhot.Technol.Lett.,Vol.3，No.10，1991，PP916-918")，以及同時2:l多路復用和調製，見P.B.Hansen等人的"用作10Gbit/s同時多路復用和調製的光電邏輯門的雙向驅動Ti:Linbo3Mach-Zehnder調製器"("Adua卜driveTi:LiNb03Mach-ZehnderModulatorusedasanoptoelectriclogicgatefor10Gbit/ssimultaneousmultiplexingandmodulation"，IEEEPhot.Technol.Lett.,Vol.4，No.6，1992，PP592-593)。下面結合如圖1所示原理圖說明以現有技術的DEMZ調製器為基礎的典型光雙二進位發送機。這種發送機的輸入信號是電二進位信號SI和它的補S2=^。這兩個信號分別通過二進位到雙二進位編碼器1、3和AC放大器5、7。可得到的雙二進位(即三電平)信號S3、S4經放大後加到調製器9的兩個電極上，用作驅動信號。來自雷射二極體11的連續光耦合入調製器9後在調製器左部的Y結9a分裂成兩個分量。光調製器的兩個支路9b、9c內的光在調製器的中部受到正或負的相移，這相移由加到調製器的兩個電極上的電壓，即雙二進位驅動信號S3和S4，所引起的線性電光效應控制。上支路內的相移由上電極控制，而下支路內的相移由下電極控制。這兩個電極上都加有偏壓13，使得在沒有驅動信號加到這兩個電極上時兩個支路內的相移相同。兩個支路內的光在調製器右部的Y結9d相干合併。如果分量之間的相移為0°，所有的光都將注入輸出光波導。如果相移為180。，將沒有光注入輸出光波導。在這種情況下，光將輻射入調製器。雙二進位傳輸的編碼過程非常簡單。在圖2中示出了利用兩個觸發器15、17和一個時鐘脈衝信號19將二進位信號Sl變換成雙二進位信號S3的二進位到雙二進位編碼器1。觸發器15、17的二進位輸出信號S5、S6與輸入二進位信號相同，但分別位移了一個比特和兩個比特。二進位輸出信號S5、S6送至具有功能，S3=S5+S6-1的加法器21，從而產生雙二進位信號S3。在圖3中例示了二進位信號Sl的雙二進位調製的輸出信號S3和編碼中間信號S5、S6。可見，在雙二進位調製中決不會出現傳符與"1"之間的直接躍變。二進位到雙二進位編碼器3的結構和功能都與之相同，只是輸入信號S2是二進位信號Sl的補信號。光雙二進位調製器的上、下支路內對於各傳符所引起的相移如圖4a所示。邏輯"1"的傳符相應於一個全振幅、0。相移的光脈衝，"0"傳符相應於兩個分量相位相反相互抵消而沒有光脈衝，而"-1"傳符相應於一個全振幅、180。相移的光脈沖。圖4b示出了光輸出信號軌跡(粗實線)和各雙二進位傳符位置(點)的極座標圖(幅相圖)。光輸出信號的相位在傳符之間的行程中並不改變。因此，按上面所列公式有d(p/dt=0，從而可得a-O。上述雙二進位發送機的主要問題是色散仍然限制了傳輸距離，因此對於長距離光纖傳輸系統來說可能還是一個問題。本發明的一個目的是提供一種在抗色散性能上得到改善的光雙二進位發送機。這個目的和其他目的是通過本發明所提出的一種引入藍移頻線性調頻(blue-shiftfrequencychirp)的獨創性光雙二進位發送機系統和方法來達到的。這種獨創性系統和方法包括一個輸入端、一個驅動電路、一個雙電極光調製器(Mach-Zehnder型)和一個輸出端。輸入端用來接收一個第一二進位信號，驅動電路與所述輸入端連接，用來將第一二進位信號變換成第二和第三二進位驅動信號，所述驅動電路包括多路分路器和串聯連接的第一和第二觸發器之一。雙電極光調製器與驅動電路連接成使得它的上、下電極可由所述第二和第三二進位信號分別驅動，按照這兩個二進位驅動信號調製一個光栽波的振幅和相位，從而提供一個與所述第一二進位信號和一個預定的負調製線性調頻參數相應的光雙二進位信號。最後，與光調製器連接的輸出端將調製可得的光雙二進位信號饋送給光傳輸線。最好，驅動電路包括一個第一和一個笫二邏輯門，這兩個邏輯門的輸出端分別接至雙電極光調製器的相應電極。邏輯門分別可以是"與"或"與非"門和"或"或"或非"門。這兩個邏輯門分別由兩個可以是由第一二進位信號驅動的一個多路分路器或兩個觸發器的輸出的二進位信號驅動。多路分路器配置成將笫一二進位信號，例如為ABCDEFGH，分路為兩個二進位信號，例如分別為AACCEEGG+和tBBDDFFHH，其中*為不定信號傳符。兩個觸發器串聯連接，用來將第一二進位信號，例如為ABCDEFGH，分路為兩個二進位4言號，例如分別為*ABCDEFGH和"ABCDEFGH。此外，第二和第三二進位信號可以光放大後再驅動調製器的相應電極。雙電極光調製器最好配置成對於一個給定的所加電壓使引入兩個分支的光栽波分量產生相同的位移。所提供的三種光雙二進傳符為無光脈衝(或振幅很小的光脈沖)、高振幅的第一光脈衝和高振幅的第二光脈衝。第一和第二光脈衝在相位上是相互相反的。雙電極光調製器還可以配置成提供強度上升時相位具有負的時間導數(即dcp/dt〈0)的已調光。在本發明的另一個實施例中，調製器的上、下電極分別由一個第一和一個第二準三進位信號驅動。最好，第一和第二準三進位信號由非等距傳符構成，例如分別為"1"、"0.25"、"0"和T、"0.75"、"0"，以便獲得預定的負線性調頻量，例如0130時有d(p/dt<0,從而a〈0。這樣，光調製器就配置成提供這樣的已調光，它的相位cp在它的強度增大時具有負的時間導數，即d(p/dt，而在它的強度減小時具有正的時間導數，即dcp/dt〉0'對於所有的軌跡來說，線性調頻參數a都小於零，這意味著發生藍移頻線性調頻。這種頻率的線性調頻在某些程度上補償了在諸如在SSMF上以1550nm工作的光纖系統之類的反常色散系統中的色散。線性調頻參數ot3dB在光峰值功率的一半處確定，在所說明的這個實施例中等於-l。這個值稍大於最佳值。所提出的這種獨創性調製方式可以用比傳統的雙二進位傳輸鏈路增添極少的電子器件來實現。在發送機方，加法器可以用諸如一個"與，，門和一個"或"門那樣的兩個邏輯門來代替。在接收機方，不需要增添任何器件，可以使用標準的雙二進位接收機。這樣，本發明將雙二進位的窄信號頻譜與線性調頻調製的色散補償特性這兩個優點結合起來。而且，AC放大器在這種情況下是用二進位信號驅動的。與傳統的雙二進位調製方式相比，二進位的驅動信號將放寬對AC放大器的要求。圖8示出了本發明的光雙二進位發送機的第二優選實施例。這種發送機與上述實施例的非常類似，只有驅動電路73是不同的。驅動電路73包括兩個串聯連接的D觸發器75、77和一個時鐘脈衝信號79，來代替多路分路器。D觸發器75、77配置成將一個輸入的二進位信號Sl變換成兩個相應的二進位輸出信號Sll和S13，各具有輸入二進位信號Sl的滿比特率。在這種配置下，一個進入6^信號序列ABCDEFGH相應變換成兩個序列*ABCDEFGH和"ABCDEFGH，也就是等於輸入的二進位脈衝但分別移位了一個比特和兩個比特的二進位輸出信號。在這個實施例中各以兩個二進位輸出信號Sll和Sl2作為輸入的邏輯門61和63產生兩個二進位信號S13和S14，用來驅動雙電極光調製器55的兩個電極。信號S13和S14與信號S9和S10完全一致，倘若邏輯門相同的話。這樣，第一和第二優選實施例的調製器由同樣的信號驅動，產生同樣的雙二進位信號。這樣，在這個實施例中也得到所希望的已調信號藍移頻線性調頻，在圖9中示出了按照本發明的第二優選實施例對一個二進位信號Sl進行雙二進位調製所產生的輸出雙二進位信號S3和編碼中間信號Sll、S12、S13和S14的一個例子。可與本發明兼容的其他可能的驅動電路採用其他類型的邏輯門。例如，如果用LiNb03作為調製器的波導媒體，在適當選擇電極和偏壓類型的情況下可採用表l內所列的任何一種組合。tableseeoriginaldocumentpage12tableseeoriginaldocumentpage13表1可以採用倒相或非倒相的驅動級。取得二進位驅動信號的原理是相同的。調製器波導的其他可用材料有半導體材料，例如InP。利用這些材料較容易使調製器具有相同A(p/At的兩個支路。已經對以下四種不同的調製方式在理論上作了比較研究1.無線性調頻的強度調製；2.帶線性調頻的強度調製；3.無線性調頻的雙二進位調製；以及4.本發明的帶線性調頻的雙二進位調製。第一種調製方式包括一個用兩個同步的二進位信號在它的兩個電極上加以調製的DEMZ調製器。這種調製方式相應於在圖4b的"1"傳符和"0"傳符之間躍變。峰-峰驅動電壓為Vn/2，而所要求的驅動信號的低速率為Vn/2T,其中T為傳符間的時間，而Vn為使光移相180。的電壓。在第二調製方式中，DEMZ調製器用單個二進位信號在它的上電極上加以調製。這種方式相應於在圖7b的"1"傳符和"0"傳符之間躍變。峰-峰驅動電壓為Vn，而所要求的驅動信號慢速率為Vn/T。第三調製方式包括一個用兩個同步的三電平信號加到它的兩個電極上加以調製的DEMZ調製器。這種調製方式與在相關技術中所說明的相同。峰-峰驅動電壓為Vn，而所要求的驅動信號慢速率為Vn/2T。在這種情況下，決不會出現傳符"1"和之間的直接躍變。在第四調製方式中，DEMZ調製器用兩個相互不同相的二進位信號在它的兩個電極上加以調製。這種調製方式與本發明中所提出的相同。峰-峰驅動電壓為Vn，而所要求的驅動信號慢速率為Vn/T。在這種調製方式中，沒有在傳符"1"和"-r，之間的直接躍變。已利用升餘弦型驅動信號作為DEMZ調製器的輸入信號而用四階Bessel濾波器作為按照ITU(國際電信聯盟)規範最佳化的接收機濾波器對這四種調製方式的性能作了分析。比特率設置為10Gbit/s，而光纖的色散參數設置為D=17ps/nm/km，相應於在SSMF工作在1550nm的STM-64(同步傳送模式)系統。光纖模型化成傳遞函數為formulaseeoriginaldocumentpage14的相位旋轉濾波器，其中；i為波長，D為色散參數，L為傳送長度，coc為載波頻率，co為信號頻率，而C為光在真空中的速度。此外，利用氧化鉺摻雜的光纖放大器(EDFA)作為接收機方的前置放大器(增益G-29dB，噪聲係數F-4.5dB)。EDFA的輸出信號由Fabry-Perot濾》皮器(△;i=2.5nm)進4亍濾波。在圖10中示出了以接收機靈敏度(分貝)與傳送距離(公裡)表示的研究結果。實線相應於無線性調頻的強度調製，虛線相應於帶線性調頻的強度調製，點線相應於無線性調頻的雙二進位調製，而點劃線相應於本發明的帶線性調頻的雙二進位調製。對於這四種不同的調製方式都將比特差錯率設為110'。由圖可見，第四種調製方式，即帶線性調頻的雙二進位調製對於所考慮的所有傳送長度(0至160km)都顯示出具有最好的性能。在本發明的光雙二進位發送機的第三優選實施例中，驅動信號是準三進位的，而不是二進位的。這樣就可以以較複雜的驅動電路為代價來優化線性調頻參數a則。例如，如果希望在3dB點的線性調頻參數為-0.5,在調製器的兩個支路內受到的相移之比應為1:3。這是這樣實現的將一個二進位信號變換成兩個準三進位信號，驅動調製器上支路電極的具有三種傳符"1"、"0.25"和"0"，而驅動調製器下支路電極的具有三種傳符"1"、"0.75"和"0"。在圖lla中示出了對於各傳符在雙二進位調製器的上、下支路內引起的相移。"0"傳符相應於由於兩個分量相位相反而相互抵消的基本上完全無光脈衝，邏輯"1"傳符相應於一個全振幅0。相移的光脈衝，而傳符相應於全振幅180。相移的光脈衝。假設在電極電壓變高時，調製器上支路內的光受到負相移，而下支路內的光受到正相移。由圖lla可見，在這個實施例中，兩個準三進位信號的傳符，因而也就是在調製器的上、下支路內引起的光的相移，是同時改變的。圖llb示出了光輸出信號軌跡(粗實線)和各雙二進位傳符位置(點)的極座標圖(幅相圖)。如在本專利申請中所說明的雙二進位傳輸的新創系統和方法將雙二進位傳輸提供的窄頻譜與線性調頻技術提供的色散補償結合在一起。理論研究表明，按照本發明的一個實施例所執行的調製方式與較早的基於DEMZ調製器的已知調製技術相比在抗色散上呈現全面較好的性能。按照首先說明的本發明實施例，DEMZ電極的驅動器用二進位信號代替三電平信號驅動，這將放寬驅動電路的設計要求。按照最後說明的本發明實施例，DEMZ電報的驅動器用準三進位信號代替通常的雙二進位信號驅動，從而可使線性調頻參數得到優化。雖然以上對本發明作了說明，但顯然可以以多種方式加以改變。這樣的改變並不偏離本發明的範圍。所有的這些修改對於熟悉本
技術領域：
的人員來說都是顯而易見的，因此都應列入所附權利要求書給定的本發明的專利保護範圍。權利要求1.一種光雙二進位發送機系統，其特徵是所述發送機系統包括一個輸入端(51)，用來接收一個第一二進位信號；一個與輸入端連接的驅動電路(53)，用來將所述第一二進位信號變換成第二和第三二進位驅動信號，而不同時改變它們的信號傳符，所述驅動電路包括多路分路器(59)和串聯連接的第一和第二觸發器(75，77)之一；一個雙電極光調製器(55)，所述雙電極光調製器(55)與驅動電路連接，以便上、下電極分別由所述第二和第三二進位驅動信號驅動，所述調製器進一步被配置成按照二進位驅動信號調製一個光載波的振幅和相位，從而提供一個與所述第一二進位信號相應的、具有預定負調製線性調頻參數的光雙二進位信號，調製器上下電極分支的引入相移中的相應變化不是同時的；以及一個與光調製器連接的輸出端(57)，用來將已調光雙二進位信號饋送給光傳輸線。2.如權利要求1所述的光雙二進位發送機系統，其特徵是所述驅動電路包括第一和第二邏輯門(61,63)，它們分別輸出所述第二和笫三二進位驅動信號。3.如權利要求2所述的光雙二進位發送機系統，其特徵是所述驅動電路被配置成將所述第一二進位信號(ABCDEFGH)分路成笫四和第五二進位信號(AACCEEGG*,*BBDDFFHH)，所述第四和第五二進位信號分別用來驅動所述第一和笫二邏輯門。4.如權利要求2所述的光雙二進位發送機系統，其特徵是所述驅動電路被配置成將所述第一二進位信號(ABCDEFGH)變換成第六和第七二進位信號(*ABCDEFGH，"ABCDEFGH),所述第六和笫七二進位信號分別用來驅動所述笫一和第二邏輯門。5.如權利要求2至4中任一權利要求所述的光雙二進位發送機系統，其特徵是所述第一邏輯門是一個AND門或MND門，而所述第二邏輯門相應是一個OR門或NOR門。6.如權利要求1至5中任一權利要求所述的光雙二進位發送機系統，其特徵是所述第一和第二AC放大器(65,67)被配置成用來對所述第二和第三二進位驅動信號在驅動所述調製器的電極前進行放大。7.如權利要求1至6中任一權利要求所述的光雙二進位發送機系統，其特徵是所述雙電極光調製器是一個Mach-Zehnder型的光調製器。8.—種用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是所述方法包括下列步驟接收一個笫一二進位信號；通過多路分路或者移位後複製將所述第一二進位信號變換成第二和第三二進位驅動信號，而不同時改變它們的信號傳符；按照所述第二和第三二進位驅動信號調製一個光載波的振幅和相位，從而提供一個與所述第一二進位信號相應的、具有預定負調製線性調頻參數的光雙二進位信號，調製器上下電極分支的引入相移中的相應變化不是同時的；；以及將已調光雙二進位信號饋送給光傳輸線。9.如權利要求8所述的用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是所述方法還包括將所述第一二進位信號(*ABCDEFGH*)多路分路成第四和第五二進位信號(AACCEEGG*,BBDDFFHH)的步驟和通過執行邏輯操作將所述第四和第五二進位信號變換成所述第二和第三二進位信號的步驟。10.如權利要求9所述的用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是所述執行邏輯操作的步驟是對所述第四二進位信號執行AND或NAND操作和對所述第五二進位信號執行OR或NOR操作。11.如權利要求8所述的用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是所述方法還包括將所述第一二進位信號(*ABCDEFGH*)移位後拷貝成第六和第七二進位信號(*ABCDEFGH，ABCDEFGH*)的步驟和通過執行邏輯操作將所述第六和第七二進位信號變換成所述第二和第三二進位信號的步驟。12.如權利要求11所述的用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是所述執行邏輯操作的步驟是對所述第六二進位信號執行AND和NAND操作和對所述第七二進位信號執行OR或NOR操作。13.如權利要求8至12中任一權利要求所述的用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是所述第二和第三二進位信號分別經放大後再進行調製。14.如權利要求13所述的用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是提供三種光雙二進位信號傳符(0，1，-1)，分別表示基本上無光脈衝、一個具有大振幅的第一光脈衝和一個具有大振幅的第二光脈衝，所述第一和第二光脈衝的相位彼此相反。15.如權利要求14所述的用於光雙二進位發送機的方法，其特徵是提供具有負的時間導數的已調光，其中dcp/dt〈0，並且當所述已調光的強度上升時，dP/dt>0。全文摘要本發明提出了一種採用光強度調製的光雙二進位發送機系統和方法。這種系統包括一個輸入端(51)，用來接收一個第一二進位信號；一個與輸入端連接的驅動電路(53)，用來將第一二進位信號變換成一個第二和一個第三二進位信號；一個與驅動電路連接的雙電極光調製器(55)，連接成它的上、下電極可分別由所述第二和第三二進位信號驅動，所述調製器配置成按照二進位驅動信號調製一個光載波的振幅和相位，從而提供一個與所述第一二進位信號相應的、具有預定負調製線性調頻參數的光雙二進位信號；以及一個與光調製器連接的輸出端(57)，用來將已調光雙二進位信號饋送給光傳輸線。所述調製器也可以配置成用準三進位信號驅動。文檔編號H04B10/50GK101309116SQ20081008659公開日2008年11月19日申請日期1998年7月8日優先權日1997年8月20日發明者A·迪尤普舍巴卡申請人:艾利森電話股份有限公司