CN100459459C - 相位自动校准的多码型可调发射机 - Google Patents

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Abstract

一种相位自动校准的多码型可调发射机，属于光纤通信技术领域。本发明包括：数据源、连续波激光器、强度调制器、延时线、相位调制器、电时钟、可调分频器、监控模块和移相器，数据源的输出分别与强度调制器的一个输入端口和监控模块的输入端口相连，强度调制器的另一个输入端口与连续波激光器的输出相连，电时钟的输出端口与可调分频器的输入端口相连，可调分频器的输出及监控模块的输出分别与移相器的两个输入端口连接，移相器的输出与相位调制器的一个输入端口连接，相位调制器的另一个输入端口通过延时线与强度调制器的输出相连。本发明能够满足不同传输系统的性能要求并解决调相信号的传输性能对比特流的依赖性，进一步提高系统的传输性能。

Description

相位自动校准的多码型可调发射机
技术领域
本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的发射机，具体地说，是一种相位自动校准的多码型可调发射机。
背景技术
光通信的数据传输率是呈指数增长的，1990年AT&T将2.5Gb/s的WDM系统投入使用，1997年Nortel推出10Gb/s系统，朗讯公司于2002年推出40Gb/s的WDM系统，40Gb/s以及160Gb/s系统将是下一代骨干网络的数据率。这是因为高速系统有几个显著的优点：首先是每比特传输成本降低，数据率每增加4倍，终端设备成本仅增加2.5倍；对于同样容量的WDM系统来说，高速率系统可以减少终端数目以降低系统体积和功耗；另外波长数目的减少还可以简化网络管理。发射机是高速光通信系统的重要部件之一，在高速率下(40Gb/s和160Gb/s)，发射机输出信号的相位特性对传输性能有着重要影响。传统的光通信系统采用非归零码(NRZ)或归零(RZ)码型，其相位是固定的，如果采用相位调制的信号，其非线性传输特性或滤波性能等方面可以获得提高和改善。由于在高速系统中，信号脉冲即使经过很短距离传输也很快展宽并相互重迭，因此信道内非线性效应带来的的损伤不容忽视。在采用对称的优化色散图的情况下，信道内交叉相位调制的影响可以得到有效的抑制，此时信道内四波混频(Intra-channel Four Wave Mixing-IFWM)成为主要的限制因素。IFWM会引起比特‘0’上的波动，尤其是当此比特被许多‘1’包围时。
经对现有技术文献的检索发现，美国专利申请号为20030219259，专利名称为：“Phase modulation for an optical transmission system”(光传输系统的相位调制)，该专利提出了一种发射机和相应传输系统，发射机包括光源和调制频率为1/N倍信号频率的调制器，并利用不同的调制频率的相位调制信号来抑制IFWM。但此专利中的发射设备不可调，且传输系统速率针对40Gb/s。由于不同码型的相位调制信号(包括上述两种码性以及长途传输常用的码型即CSRZ信号)分别适用于不同的应用场合，例如PAP CSRZ可以减小非线性损伤，GAP CSRZ可以简化时钟恢复等，所以如果采用固定的相位调制发射机只能在某种特定的传输系统中获得最佳性能。另一方面，当比特流中连续‘1’比特出现的情况不同时，调制频率信号与数据信号之间的对准时间的选择与优化对于以上所述的码型信号的传输性能影响很大。以上结果表明，该技术不能动态满足不同高速传输系统对性能的要求；同时，针对调相信号的传输性能对比特流的依赖性没有给出解决办法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种相位自动校准的多码型可调发射机，使其可以产生各种格式的相位调制信号并根据传输比特流自动校准调制频率信号与数据信号之间的对准时间，能够满足不同传输系统的性能要求并解决调相信号的传输性能对比特流的依赖性，从而进一步提高系统的传输性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：数据源、连续波激光器、强度调制器、延时线、相位调制器、电时钟、可调分频器、监控模块和移相器，数据源的输出分别与强度调制器的一个输入端口和监控模块的输入端口相连，强度调制器的另一个输入端口与连续波激光器的输出相连，电时钟的输出端口与可调分频器的输入端口相连，可调分频器的输出及监控模块的输出分别与移相器的两个输入端口连接，移相器的输出与相位调制器的一个输入端口连接，相位调制器的另一个输入端口通过延时线与强度调制器的输出相连。
所述的可调分频器的输入为时钟信号，对时钟进行频率转换，输出为时钟频率/N的信号作为相位调制信号。
所述的相位调制信号，有多种格式，可以通过改变分频器的分频比而得到相位调制信号，其中分频比为任意整数。
所述的监控模块，根据数据信号和设定的优化程序控制一个宽带移相器，实现调相信号和数据之间相位上的针对不同比特流的自动校准，以达到最佳传输效果。
所述的监控模块，实时监测并存储数据信号。
所述的数据信号，其长度m由高速传输系统的光纤长度、传输速率、光纤种类参数决定。m大于等于(CDmaxxλ2xBxΔf)/c+1，CDmax是传输过程中经历的最大累积光纤色散，λ是光信号波长，B是数据率，Δf是光信号谱宽，c是光速。
所述的监控模块，根据数据信号的连“0”和连“1”情况以及所要产生的码型选择对准时间，然后通过调整宽带移相器来实现这一时间对准。
所述的对准时间，有多种优化算法实现，但须遵循以下基本原则：监测所存储的比特流，如果发现某个“0”比特两边连续“1”比特的数目最多而且对称，则调整移相器的延时，使得调制频率信号的相位跳变点与这个“0”比特的起始时间对准。
所述的移相器，调整数据和调相信号间的延迟，由监测模块的输出控制得到最佳调制时间点。
连续波激光器的直流光进入强度调制器的输入端，强度调制器由数据源产生的40Gb/s、160Gb/s或更高速率的电信号驱动以得到光数据信号。强度调制器的光输出为高速归零或非归零光信号，通常在此高速率下归零码更为常用，其脉冲占空比从20％到67％不等，信号的相位固定不变。此光信号进入延时线，延时线用于补偿监控模块引入的延时并使得监控模块处理与数据信号的传输同步。由延迟线输出的光数据信号进入相位调制器，相位调制器的驱动信号来源于移相器输出。移相器具有输入端和控制端。输入端是经过可调分频器进行频率转换的时钟信号，即f/N的频率信号，其中f是时钟频率，N为任意整数。码型选择由调节分频器的分频比N来实现。移相器的控制端输入是监控模块的输出，监控模块接收电数据，根据数据信号和设定的优化程序控制移相器的相移，实现调相信号和数据之间相位上的自动对准，以达到最佳传输效果。相位调制器的输出是待传输的光调相数据信号。当N取不同数值时，本发射机可以产生如下所述的码型：
N＝2：载波抑制(Carrier Suppressed RZ-CSRZ)信号，是一种长途传输常用的码型；
N＝4：成对相位变化载波抑制(Pairwise Alternating Phase CSRZ-PAPCSRZ)信号，160G系统出现的新型码型，可以减小非线性损伤；
N＝8：成组相位变化载波抑制(Group Alternating Phase CSRZ-GAP CSRZ)信号，可以减小非线性影响和简化时钟恢复：
N＝其它值：对应于其它新型码型。
由于当数据流中连“0”和连“1”情况变化时，以上所述码型的信号传输性能优劣很大程度上取决于调制频率信号与数据信号之间的时间对准，所以本发明的新型发射机引入一个监控模块对此对准时间进行动态的选择优化。
本发明采用可调分频器转换时钟频率得到可调频率的信号，再通过相位调制器对高速脉冲进行不同频率的相位调制，能够产生各种格式的相位调制信号，通过合理利用各种不同码型在非线性传输、时钟恢复等方面的优势，可以满足超高速光通信系统中不同传输系统的性能要求；同时引入的监控模块可以根据当前传输数据流的具体情况自动校准调制频率信号与数据信号之间的对准时间，以最大限度的发挥不同码型的调制信号对信道内非线性效应的抑制，能够进一步提高超高速光通信系统的传输性能。此发射机适用于下一代超高速光纤通信系统。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明实施例中的可调分频器的结构框图。
图3为本发明实施例中的监控模块的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：数据源、连续波激光器、强度调制器、延时线、相位调制器、电时钟、可调分频器、监控模块和移相器，数据源的输出分别与强度调制器的一个输入端口和监控模块的输入端口相连，强度调制器的另一个输入端口与连续波激光器的输出相连，电时钟的输出端口与可调分频器的输入端口相连，可调分频器的输出及监控模块的输出分别与移相器的两个输入端口连接，移相器的输出与相位调制器的一个输入端口连接，相位调制器的另一个输入端口通过延时线与强度调制器的输出相连。
所述的可调分频器的输入为时钟信号，对时钟进行频率转换，输出为时钟频率/N的信号作为相位调制信号。
所述的相位调制信号，有多种格式，可以通过改变分频器的分频比而得到，其中分频比为任意整数。
所述的监控模块，根据数据信号和设定的优化程序控制一个宽带移相器，实现调相信号和数据之间相位上的针对不同比特流的自动校准，以达到最佳传输效果。
所述的监控模块，实时监测并存储数据信号。
所述的数据信号，其长度由高速传输系统的光纤长度、传输速率、光纤种类参数决定。m大于等于(CDmaxxλ2xBxΔf)/c+1，CDmax是传输过程中经历的最大累积光纤色散，λ是光信号波长，B是数据率，Δf是光信号谱宽，c是光速。
所述的监控模块，根据数据信号的连“0”和连“1”情况以及所要产生的码型选择对准时间，然后通过调整宽带移相器来实现这一时间对准。
所述的时间对准，有多种优化算法实现，但须遵循以下基本原则：监测所存储的比特流，如果发现某个“0”比特两边连续“1”比特的数目最多而且对称，则调整移相器的延时，使得调制频率信号的相位跳变点与这个“0”比特的起始时间对准。
所述的移相器，调整数据和调相信号间的延迟，由监测模块的输出控制得到最佳调制时间点。
在上述发射机中，连续波激光器、数据源、强度调制器、延时线、相位调制器、移相器和电时钟都是本领域中所熟知的。比如连续波激光器可以采用AVANEX的PowerSourceTM1935TLI；强度调制器可以是AVANEX PowerBitTMSD-40的40G强度调制器；延时线可以用GENERAL PHOTONICS的VariDelayTMI，延迟时间在0~330ps范围内连续可调；移相器可以采用ANALOG DEVICES的AD9501可编程移相器，精度在ps量级；电时钟可以是AGILENT的VTO-4301-K型40G时钟。
所述的可调分频器可以有多种实现方案，下面给出其中一种。如图2所示，在本实施例中，可调分频器由混频器0、低通滤波器、N-1倍频、N的调整电路和正弦到方波的转换器组成。频率为f的电时钟的输出信号直接与混频器的输入端口之一相连；混频器的输出端口与低通滤波器11的输入端口连接；低通滤波器的输出端口输出f/N信号，并与N-1倍频以及正弦到方波的转换器的输入端口连接；N-1倍频的输出端口与混频器的另一个输入端口相连；N的调整电路的输出与N-1倍频的输入相连；最后正弦到方波的转换器输出端口输出分频后频率为f/N的方波信号。
在上述实现方法中，可调分频器中的混频器将输入的两个频率的正弦信号相乘后产生一个频率为两个输入信号频率之和的较高频率信号和一个频率为两个输入信号频率之差的较低频率信号；低通滤波器将其中的差频信号选出；此差频信号经N-1倍频倍频后反馈至混频器的另一个输入端口。经多次反馈之后，低通滤波器输出的信号频率将成为频率为f的输入信号的1/N倍分频信号，此正弦信号经正弦到方波的转换器转换后成为频率为f/N的方波信号，从而完成分频器的功能。利用N的调整电路控制并改变N-1倍频的N值，就可以实现分频器的可调功能。
在本实施例中，图3给出监控模块的一种实现方案，此监控模块由存储器和相位校准算法实现电路组成。输入信号为数据源，输出相位校准控制信号至移相器。存储器的输入端口与数据源的输出相连，输出相位校准控制信号的输入和输出端口分别与存储器的输出和移相器的输入端口连接。存储器存储一定长度的数字信号，存储信号的长度由传输系统的光纤长度、传输速率、光纤种类等参数决定。相位校准算法实现电路实时监测存储器中的比特流，如果发现存储器中第M个“0”比特两边连续“1”比特的数目较多而且比较对称，则调整移相器的延时，使得调制频率信号的相位跳变点与这个“0”比特的起始时间对准。存储器可以采用Dallas Semiconductor/Maxim型号为DS1265W的产品，存储空间为8M。
利用本发明，使一个发射机可以产生多种不同格式的相位调制信号，码型的选择可以十分简单的实现，利用各种不同码型的优势和特点，可以满足超高速光通信系统中不同传输系统的性能要求；同时引入一个监控模块自动校准调制频率信号与数据信号之间的对准时间，进一步抑制了信道内的非线性效应，提高了超高速光通信系统中的传输性能。

Claims (6)

1.一种相位自动校准的多码型可调发射机，包括：数据源、连续波激光器、强度调制器、延时线、相位调制器、电时钟，其特征在于，还包括：可调分频器、监控模块和移相器，数据源的输出分别与强度调制器的一个输入端口和监控模块的输入端口相连，强度调制器的另一个输入端口与连续波激光器的输出相连，电时钟的输出端口与可调分频器的输入端口相连，可调分频器的输出及监控模块的输出分别与移相器的两个输入端口连接，移相器的输出与相位调制器的一个输入端口连接，相位调制器的另一个输入端口通过延时线与强度调制器的输出相连；所述的监控模块，根据数据信号的连“0”和连“1”情况以及所要产生的码型选择对准时间，并根据选择的对准时间来控制与监控模块连接的移相器以实现时间相位调制电信号与数据源输出信号之间相位上的自动校准。
2.根据权利要求1所述的相位自动校准的多码型可调发射机，其特征是，所述的可调分频器，其输入为时钟信号，对时钟进行频率转换，输出为时钟频率/N的信号作为相位调制电信号。
3.根据权利要求1所述的相位自动校准的多码型可调发射机，其特征是，所述的监控模块，根据数据和设定的优化程序控制一个移相器，实现相位调制电信号和数据源输出信号之间相位上的针对不同比特流的自动校准，以达到最佳传输效果。
4.根据权利要求1所述的相位自动校准的多码型可调发射机，其特征是，所述的监控模块，实时监测并存储数据源输出信号。
5.根据权利要求4所述的相位自动校准的多码型可调发射机，其特征是，所述的被存储的数据源输出信号，其长度m由高速传输系统的光纤长度、传输速率、光纤种类参数决定，m大于等于(CDmax·λ2·B·Δf)/c+1，CDmax是传输过程中经历的最大累积光纤色散，λ是光信号波长，B是数据率，Δf是光信号谱宽，c是光速。
6.根据权利要求1所述的相位自动校准的多码型可调发射机，其特征是，所述的对准时间，有多种优化算法实现，但须遵循以下基本原则：监测所存储的数据源输出信号，如果发现某个“0”比特两边连续“1”比特的数目最多而且对称，则调整移相器的延时，使得相位调制电信号的相位跳变点与这个“0”比特的起始时间对准。
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