用於在極化多路復用方法中藉助差分相位調製來光學傳輸數據信號的方法和裝置的製作方法

2023-09-12 18:43:20 4

專利名稱：用於在極化多路復用方法中藉助差分相位調製來光學傳輸數據信號的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1前序部分的方法。此外，本發明還涉及與此相適合的在權利要求3和4中所述的裝置。
一種適於傳輸光學信號的方法稱為極化多路復用方法(POLMUX)，其中在相互正交的極化平面中傳輸兩個不同的數據信號。現有的通用技術中使用具有後接極化濾波器的可調節的極化控制器，以便能夠最佳地分離兩個極化平面的信號。但這種方法相當複雜，並且在接收側需要較大的硬體開銷。
從而本發明的技術問題在於，提供一種極化多路復用方法，不但具有良好的傳輸特性，而且可以用比較微小的開銷來實現。
這種方法在權利要求1中給出。在獨立權利要求3和4中為了實施該方法而描述了針對發送側以及接收側尤其有利的裝置。
本發明的有利的改進方案在從屬權利要求中給出。
本發明所基於的構思是使用兩個相互正交的調製在一個信道(用一個波長)傳輸兩個數據信號。這避免了極化信號在接收側的分離。
為了獲得良好的傳輸質量，尤其有利的是使用差分相位調製，這種調製相對於目前主要採用的幅度調製而具有遠遠改善的傳輸質量。諸如DPSK-差分相移鍵控的差分相位調製尤其對於傳輸段以及傳輸設備的特徵變化是不敏感的，因為在解調過程中連續的調製片段(比特)均進行相互比較。在DPSK中解調可以尤其簡單地實現，而不需要輔助頻率來解調。
在相位調製中還可以相互正交地調製兩個數據信號。但是這裡需要輔助頻率來進行解調。
出於穩定性原因，如果不但在發送器中的調製器，而且在接收器中的解調器都最大程度對稱地構造，那麼這是有利的；比如在接收側使用所謂的「平衡」解調器，其中這種解調器此外還具有較好的性能，尤其具有較好的信噪比。
現在藉助實施例來詳細解釋本發明。
其中

圖1示出了一種傳輸裝置的電路原理圖，圖2示出了差分相位調製圖和π/2差分相位調製圖，圖3示出了π/2相位調製器/差分相位調製器的電路原理圖，圖4示出了一種並行π/2相位調製器的電路原理圖，圖5示出了一種差分相位調製器的電路原理圖，圖6示出了一種π/2差分相位調製器的電路原理圖。
在圖1中示出了完整的縮減到重要單元的傳輸系統，其具有一個發送裝置TR、一個傳輸信道CH和一個接收裝置RE。
兩個數據信號DS1和DS2應分別在POLMUX系統(極化多路復用系統)的一個信道中利用兩個相互正交的極化P0°和P90°來傳輸。比如由雷射所產生的光學載波信號FT通過第一數據信號DS1以通常的方式在第一調製器MOD1中藉助二級差分相位調製(稱為DBPSK(B-二進位))變換為第一傳輸信號DPS1。
同一載波信號FT還被輸送給一個第二調製器MOD2，並與所述第二數據信號DS2相調製。但是使用了與第一調製「正交的調製」，在此該調製稱為二進位π/2差分相位調製，縮寫為π/2-DBPSK(在相位調製中稱為π/2相位調製)。被調製的「π/2傳輸信號」與另一POLMUX信號成交地進行極化，並作為第二傳輸信號DPS2與第一傳輸信號DPS1一起合併為一個極化多路復用信號PMS(POLMUX信號)，並通過POLMUX信道CH傳輸。
在接收側不需要極化調節，並分離為兩個極化的信號DPS1和DPS2，因為正交調製的傳輸信號在解調時不受影響。被接收的POLMUX信號被分離為兩個POLMUX子信號(優選的是相同的功率)TS1和TS2，其中這兩個子信號被直接輸送給解調器DEM1以及DEM2。該第一解調器DEM1被構造用於常規的差分相位調製(或相位調製)，並從第一POLMUX子信號TS1恢復第一數據信號DS1。該第二傳輸信號在此由於其正交的調製而沒有造成幹擾。
由該第二POLMUX子信號TS2來恢復第二數據信號DS2。該第二解調器DEM2因此必須考慮對第二傳輸信號DPS2進行特殊的解調，以便能夠將其解調，另外第一傳輸信號DPS1的部分如此處理，使得它不影響第二傳輸信號DPS2的調製。
藉助圖2通常應首先一般地解釋藉助正交差分相位調製或相位調製的傳輸。左邊的圖示出了藉助已知的相位調製或差分相位調製的二進位數據的傳輸。在二進位相位調製中，信息存在於載波信號的兩個不同相位狀態中，而在差分相位調製中，其存在於相位差分連續調製片段中；這兩個相位狀態比如通過相位0°和相位180°來示出。在差分相位調製中，數據信號的比特序列，也即二進位狀態0和1的序列，按照標準被分配為相位不同的連續的調製片段。則比如可以通過相位的不變化來傳輸邏輯0，而通過相位變化180°來傳輸邏輯1。
在發送裝置TR的下面的信號支路中的調製是複雜的。應藉助π/2-DBPSK來解釋。其開始點是一個第一調製片段(奇數的)B1具有相位0°。下一(偶數的)位再次是一個邏輯0，這在通常的DBPSK中在該下一調製片段B2期間將導致保持該相位。而在所使用的π/2-DBPDK中相位變化了(比如左旋)90°，而用90°的相位來發送第二調製片段B2。在下一調製片段中，相位首先繼續左旋變化90°。然後如果再次傳輸一個邏輯0，則這時相位位於180°相位，相反如果傳輸一個邏輯1，則進行一個180°的附加相位變化；然後用360°＝0°的相位差來傳輸一個調製片段B3，等等。因此所有的奇數調製片段B1、B3、B5、...具有0°或180°的相位，而所有的偶數調製片段B2、B4、B6、...具有90°和270°的相位。如前面所解釋的，由於相位不同，第二傳輸信號DPS2對第一數據信號DS1的解調沒有影響，並且是反向的。
但是首先應藉助圖3來解釋π/2-DPSK調製器的原理構造。第二數據信號DS2被輸送給一個常規的差分相位調製器(或相位調製器)MOD(其中每第二位都稍後反轉進入模2加法器M2A)，該MOD將其轉換為常規的差分相位信號。每第二位-在切換信號US的控制下-在通過一個延遲機構DL後-在後接於調製器MOD的相位調製器PHM中產生一個90°的附加相位變化(-π/4；+π/4或0；π/2)，使得奇數位分配了相位狀態0°和180°，而偶數位分配了相位90°和270°。調製器MOD和PHM在相應的控制中可以被替換位一個4相位調製器。
前述的各π/2的相位旋轉可以通過調節兩個不同的相位變化(或延遲時間)並通過數據信號每第二位的反轉來實現，這在下文進行解釋。
通常形式的編碼形式是
(1)---ak=bkak-1exp(j2)]]>其中bk∈{-1；1}，是信息位，ak∈{1；exp(jπ/2)；-1；exp(-jπ/2)}是在第k個傳輸間隔被傳輸的字符。
在引入被傳輸信號脈衝p(t)的載波頻率f0以及信號周期T後，就獲得在第k個調製間隔中被傳輸的信號(2)sk(t)＝Re{akp(t-kT)exp(j2πf0t)}.
通過相應的改變根據(1)的編碼形式而得出 通過引入被調製的傳輸字符a~k{-1;1},]]>其作為(4)---a~k=bka~k-1(-1)k]]>並引入被調製的信號脈衝， 被傳輸的信號就可以被描述為(6)---sk(t)=Re{a~kp~k(t-KT)exp(j2f0t)}]]>其按照期望地輸送給一個π/2-DPSK調製器，在該調製器中通過相位調製器的兩種不同的調節來代替在同一方向上連續的旋轉而獲得相同的結果。
圖4示出了一種對稱構造的π/2-DBPSK調製器。雷射器LA再次產生載波信號FT，該載波信號在分離器SP1中被分離為π/2-DBPSK調製器的一個上面的信號支路ZM1和一個下面的信號支路ZM2。上面的調製器MOD1或下面的調製器MOD2通過切換信號US並通過光學開關OS交替地與前編碼器EC有效接通。反相器IN在此負責圖3的模2加法器的功能。調製片段的相位在每個信號支路中為0°或180°。在連續的調製片段直接90°的相位變化在此通過兩個固定的相位執行機構(延遲機構)DL1和DL2來實現，其中這兩個相位執行機構DL1和DL2分別接入到上面的和下面的信號支路中。交替產生的輸出信號通過一個第二分離器(組合器)SP2而組合為第二傳輸信號DPS2。該圖應象徵性地來理解，所述延遲也可以通過相應構造的調製器來實現，或者也可以在一個信號支路中通過僅具有載波信號相應π/2相位偏移的一個固定相位執行機構DL1來實現。對稱的布置通常所具有的優點是具有較大的穩定性。
圖5示出了一種用於DBPSK的已公開的「平衡的」解調裝置。其對應於一個具有對稱輸出的幹涉儀。被接收的包含有兩個傳輸信號DPS1和DPS2的極化多路復用信號PMS在一個第一分離器SP3中被分離為一個上面的信號支路ZD1和一個下面的信號支路ZD2，其中這兩個子信號的相位是不同的。在上面的信號支路中布置有由一個延遲機構TB和一個相位執行機構PE組成的串聯電路，其中所述延遲機構TB具有一比特長度的延遲時間τB。這些子信號在輸出側分離器上相重疊。在解調器輸出上重疊的子信號之間的相位差為0°和180°，使得它們在某一相位差時相加，並在變化180°的相位差時相減。通過這種平衡的構造從而使上面的光電二極體FD1產生一個較大的電壓，而下面的光電二極體FD2產生一個較小的(不產生)電壓，並在另外的情況下上面的光電二極體產生一個較小的電壓，而下面的光電二極體產生一個較大的電壓。通過後面的比較電路VG(差分放大器)以及與之前接後或者後接的低通TP，這些「模擬」信號被變換回到二進位數據信號。第二傳輸信號DPS2的正交信號部分在90°相位偏移的情況下在兩個光電二極體中產生相同大小的電壓，並從而對解調信號沒有貢獻。
為了進行最佳的解調，需要在解調器的兩個信號支路ZD1、ZD2中對相位進行精確的調節，在此這通過相位執行機構PE和在相位調節單元PHR中獲得的相位控制信號PHC來實現。該圖應象徵性地來理解，延遲機構和相位執行機構可以任意地來實現。
圖6示出了π/2-DBPSK解調器的電路原理圖，該解調器與圖5中所示解調器唯一的不同在於，相位執行機構PE2造成90°的相位偏移，該相位偏移補償了發送側傳輸信號DPS2的π/2的相位調整，使得第二傳輸信號在輸出側分離器SP4的輸出上體現為常規差分相位調製信號的疊加。應再次設置一個相位控制單元PHR，以保持精確的相位關係。
原則上也可以在一個與調製器相對應的解調器中相反地進行附加相位旋轉，以隨後在傳統的DBPSK解調器中實施解調。然而這需要位同步，並需要一個具有相應控制的附加的相位調製器。第一傳輸信號DPS1的連續的調製片段通過相位執行機構PE2而被相互相位偏移90°，並從而對解調信號沒有貢獻。
還應補充的是，這種傳輸相對於常規的四元差分相位調製由於差分探測而具有改善的信噪比，並由於最大180°的相位間隔而與相位噪聲相比具有擴大的公差。
權利要求
1.用於在極化多路復用方法中藉助差分相位調製進行光學傳輸數據信號(DS1，DS2)的方法，其特徵在於，在發送側一個光學載波信號(TF)與一個第一數據信號(DS1)進行二進位差分相位調製[DBPSK]，並作為具有一個第一極化(P0°)的第一極化傳輸信號(DPS1)來產生，所述光學載波信號(TF)與一個第二數據信號(DS2)進行DBPSK調製，並作為具有正交極化(P90°)的第二極化傳輸信號(DPS2)而被發送，其奇數的調製片段(B1，B3，B5，…)作為兩個相差180°的相位狀態(0°；180°)被傳輸，並且其偶數的調製片段(B2，B4，B6，…)同樣作為相差180°的但相對於偶數位偏移90°的相位狀態(90°，270°)來產生，所述傳輸信號(DPS1、DPS2)被組合為一個極化多路復用信號(PMS)並被傳輸，在接收側所述的極化多路復用信號(PMS)通過一個光學分離器而被分離為一個第一和一個第二POLMUX子信號(TS1，TS2)，所述第一POLMUX子信號(TS1)在一個DBPSK解調器(DEM1)中被解調，所述第二POLMUX子信號(TS2)在一個π/2-DBPSK解調器(DEM2)中被解調，其中該解調器給每第二個接收調製片段的載波信號(TF)相位變化相對於前一位的載波相位補償90°。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述POLMUX子信號(TS1，TS2)的解調通過具有對稱(平衡)輸出的解調器來進行。
3.用於在極化多路復用方法中藉助差分相位調製進行光學傳輸數據信號(DS1，DS2)的裝置，其特徵在於，在發送側一個載波頻率信號(FT)和第一數據信號(DS1)被輸送給一個相位調製器(MOD1)，其中該調製器產生一個第一二進位差分相位調製的[DBPSK]傳輸信號(DPS1)，所述光學載波信號(FT)和一個第二數據信號(DS2)被輸送給一個π/2相位調製器(MOD2)，其中該調製器產生一個第二DBPSK調製的傳輸信號(DPS2)，該信號的連續的調製片段相對於前一調製片段變化了±90°相位差，至少一個極化調節器(POLC1，POLC2)後接了所述調製器(MOD1，MOD2)之一，其中該極化調節器相互正交地調節所述傳輸信號(DPS1，DPS2)的極化(P0°，P90°)，並且所述被極化的傳輸信號(DPS1，DPS2)被傳輸給一個極化多路復用器(PCOM)，其中該極化復用器將所述傳輸信號組合為一個極化多路復用信號(PMS)。
4.用於接收在極化多路復用方法中藉助差分相位調製而被傳輸的光學數據信號(DS1，DS2)的裝置，其特徵在於，通過一個光學分離器(SP)把所述被接收的極化多路復用信號(PMS)分離為兩個POLMUX子信號(TS1，TS2)，所述第一POLMUX子信號(TS1)被輸送給一個第一相位解調器(DEM1)，該相位解調器將該子信號轉換回到所述第一數據信號(DS1)，所述第二子信號(TS2)被輸送給一個第二相位解調器(DEM2)，所述第二相位解調器(DEM2)具有一個幹涉儀構造，該幹涉儀構造具有兩個信號支路(ZD1，ZD2)，在一個信號支路(ZD1)中設置有一個相位執行機構(PE)，該執行機構對發送側載波相位的變化進行補償，並把所述第二POLMUX子信號(TS2)變換回到所述第二數據信號(DS2)。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述π/2相位調製器(MOD2)具有一個第一分離器(SP1)，該分離器把所述載波信號(TF)分離到兩個信號支路(ZM1，ZM2)上，所述第一信號支路(ZM1)具有一個第一相位調製器(MOD1)，而所述第二信號支路(ZM2)具有一個第二相位調製器(MOD2)，這兩個調製器交替地逐位被激活並產生相位調製的信號，至少在一個信號支路(ZM1)中設置有一個相位執行機構(DL1，DL2)，該執行機構把所述第一和所述第二信號支路之間的載波信號(TF)的相位狀態變化90°，以及所述兩個信號支路在輸出側與一個組合器(SP2)的輸入相連接，該組合器把所述相位調製的信號組合為所述第二傳輸信號(DSP2)。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，設置有「平衡的」DBPSK解調器(DEM1，DEM2)，該解調器具有兩個信號支路(ZD1，ZD2)和對稱的輸出，其中這兩個信號支路具有不同的延遲時間。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，在π/2-DBPSK解調器(DEM2)的一個信號支路(ZD1)中設置有一個相位執行機構(PE2)，該執行機構造成π/2的相位旋轉。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，在所述解調器(DEM1，DEM2)的一個信號支路(ZD1)中設置有一個受控的相位執行機構(PE)。
全文摘要
兩個數據信號(DS1，DS2)被二進位差分相位調製並作為POLMUX多路復用信號(PMS)被傳輸。選擇調製方式使得它們是相互正交的，並從而在信號解調過程中不相互影響。從而在接收側不需要進行極化調節。
文檔編號H04B10/67GK101032101SQ200580032852
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月20日 優先權日2004年9月28日
發明者S·卡拉布羅, E·-D·施米特 申請人:西門子公司