CN101212257A

CN101212257A - 一种用于产生多种码型光归零码信号的光发射机及其方法

Info

Publication number: CN101212257A
Application number: CNA2006100637640A
Authority: CN
Inventors: 王国忠; 徐新余
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd; Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd; Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2006-12-31
Filing date: 2006-12-31
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2026-12-31
Also published as: CN101212257B

Abstract

本发明公开了用于产生多种码型光归零码信号的光发射机及其方法。核心在于：以包括归零码数据信号和反转归零码数据信号的混合数据信号作为调制信号，以可控分频器产生的不同频率的时钟信号作为偏置控制信号，利用马赫－曾德调制器的传输特性，将混合数据信号和偏置控制信号作用在连续光信号上，能够产生多种码型的光归零码数据信号。利用本发明，只需一个光调制器即可产生多种码型的光归零码数据信号，不仅减少了光器件的使用数量，降低了光发射机的成本，同时避免了因使用多个光器件导致的光信号对准问题。

Description

一种用于产生多种码型光归零码信号的光发射机及其方法

技术领域

本发明涉及光通信技术，特别涉及一种用于产生多种码型光归零码信号的光发射机及其方法。

背景技术

在高速长距离的光通信系统中，通常采用RZ(Return-to-Zero归零码)信号以提高传输性能。与同速率的NRZ(Non Return-to-Zero非归零码)信号相比，RZ信号的脉冲较窄，峰值功率强，能够利用色散管理和非线性效应管理实现长距离传输。而在超高速光传输系统中，采用CSRZ(CarrierSuppressed Return-to-Zero载波抑制归零码)信号则能有效地降低传输过程中产生的脉冲展宽，以及抑制光纤存在的非线性效应。

目前40Gb/s的高速光纤通信系统正成为业界研究和商用的热点之一，高速码型发射机是高速光通信系统的重要部件。在高速率情况下(40Gb/s或160Gb/s)，发射机输出的归零码信号的相位特性对传输性能有着重要影响。有研究表明，采用相位调制后的归零码信号，其非线性传输特性或滤波性能等可以得到提高和改善。研究还表明：与只进行强度调制的RZ信号相比，经过强度调制和相位调制的RZ信号在高速传输中可以获得更好的抗非线性效应性能。例如，PAP CSRZ(Pairwise Alternating Phase Carrier SuppressedReturn-to-Zero成对相位变化载波抑制归零码)信号可以减小非线性损伤；GAP CSRZ(Group Alternating Phase Carrier Suppressed Return-to-Zero成组相位变化载波抑制归零码)信号可以简化时钟恢复等，因此强度和相位调制相结合的光发射机可以更好的提高RZ信号的传输性能。

现有技术文公开了一种相位自动校准的多码型可调发射机，可以实现产生各种格式的相位调制的RZ信号。下面结合附图对现有技术方案做详细描述。

请参阅图1，图1为现有技术中一种可以实现相位自动校准的多码型可调发射机的结构示意图。如图1所示，该发射机包括：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、可调分频器、监控模块和移相器。数据源输出的数据信号被分成两路，其中一路作为强度调制器的强度调制信号，与强度调制器的一个输入端口相连；另一路与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，移相器的输出作为相位调制信号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。强度调制器实现对光信号幅度的调制。延时线用于完成信号的连接和延时功能。

请参阅图2，图2为图1中可调分频器的组成结构示意图。如图2所示，可调分频器包括：电时钟、低通滤波器、N-1倍频电路、N的调整电路、正弦到方波转换器。可调分频器用于实现对输入的时钟进行频率转换，其输入时钟信号频率为输出时钟信号频率的N倍，输出时钟信号作为相位调制信号，此处N有可调分频器调节。

为了使输出的光信号有良好的性能，强度调制信号和相位调制信号之间必须保证确定的相位差，因此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，实现相位调制信号和数据信号之间相位上的针对不同比特流的自动校准，同时检测并存储数据信号。该发射机可以产生各种格式的相位调制信号，同时引路的监控模块和移相器具有分频调制信号和数据信号之间的时间校准功能。

尽管现有技术公开的光发射机能够产生多种类型的相位调制RZ信号，但从以上对现有技术的描述可以看出，现有的技术方案存在以下问题：

首先，现有技术公开的光发射机使用了多个光器件，成本高，结构复杂。现有技术公开的光发射机必须同时存在一个强度调制器和一个相位调制器才能实现产生不同码型的RZ信号。由于相位调制器或强度调制器等光器件自身成本较高，并且在使用这些光器件时，必然要增加与其配套的用于处理电信号的器件，这导致光发射机的成本较高，结构过于复杂。

其次，由于现有技术公开的光发射机使用多个光器件，还会引入两个光调制器的调制信号之间相位对准的问题。目前，实现两个调制信号之间的相位对准是相当复杂的。

最后，现有技术的技术方案中使用的可调分频器结构复杂，不能使用现有的成熟器件来实现，这增加了光发射机的复杂程度，更进一步增加了光发射机的成本。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于产生多种码型光归零码信号的光发射机及其方法，用于解决上述现有技术中光发射机的结构复杂，成本高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种用于产生多种码型光归零码信号的光发射机，包括：

脉冲码型发生器，用于将输入的多路低速数据信号合成转化为非归零码数据信号、第一时钟信号和第二时钟信号；

归零码数据生成器，用于将所述非归零码数据信号和所述第一时钟信号合成为归零码数据信号，该归零码数据信号作为第一输入数据信号；

可控分频器，用于按照一定分频比N对所述第二时钟信号进行频率转换，产生输出时钟信号；

分路器1，用于将所述可控分频器产生的输出时钟信号复制成相同的两路信号；

分路器2，用于将所述分路器1产生的一路输出时钟信号再次复制成相同的两路信号；

反向器1，用于将所述归零码数据信号进行反向处理，产生反转归零码数据信号，该反转归零码数据信号作为第二输入数据信号；

反向器2，用于将所述分路器2产生的输出时钟信号进行反向处理，产生反转输出时钟信号；

选择器，以所述反向器2产生的反转输出时钟信号和所述分路器2产生的输出时钟信号分别作为第一、第二控制信号，相应地控制所述第一、第二输入数据信号，交替产生第一、第二输出数据信号；

合路器，用于将所述第一、第二输出数据信号进行合路处理，产生混合数据信号；

激光源，用于产生连续光信号；以及

马赫-曾德调制器，用于以所述分路器1产生的输出时钟信号作为偏置控制信号，将所述偏置控制信号和所述混合数据信号作用到所述连续光信号上，输出经过相位调制和强度调制的光归零码信号。

基于与本发明公开的光发射机的同一构思，本发明实施例还提供一种用于产生多种码型光归零码信号的方法，该方法包括：

将输入的多路低速数据信号合成转化为非归零码数据信号、第一时钟信号和第二时钟信号；

将所述非归零码数据信号和所述第一时钟信号合成为归零码数据信号；

对所述归零码数据信号进行反向处理，产生的反转归零码数据信号；

按照一定的分频比N对所述第二时钟信号进行频率转换，产生输出时钟信号；

对所述输出时钟信号进行反向处理，产生反转输出时钟信号；

以所述归零码数据信号和所述反转归零码数据信号分别作为第一、第二输入数据信号；以所述反转输出时钟信号和所述输出时钟信号分别作为第一、第二控制信号相应地控制所述第一、第二数据信号，交替产生第一、第二输出数据信号；

将所述第一、第二输出数据信号进行合路处理，产生混合数据信号；

以及

以所述输出时钟信号为偏置控制信号，将所述混合数据信号和所述偏置控制信号作用在连续光信号上，输出经过强度调制和相位调制的光归零码信号。

由以上所述可以看出，本发明实施例的技术方案通过使用一个马赫-曾德调制器即可产生经过相位调制和强度调制的光归零码信号，无需使用多个光器件，减少了光器件的使用数量，降低了光发射机的成本，同时避免了因使用多个光器件导致的光信号对准问题。另一方面，通过调整可控分频器的分频比，还可以产生多种码型的归零码数据信号。在对电信号的处理过程中，采用现有的商用电路即可实现对电信号的处理，进一步简化了光发射机的整体结构，减小了光发射机内部结构对信号的影响。利用本发明实施例产生的不同码型的RZ信号的优势和特点，可以满足超高速光通信系统中不同传输系统的性能要求，提高了超高速光通信系统的传输性能。

附图说明

图1为现有技术公开的一种相位自动校准的多码型可调发射机的结构示意图；

图2为图1中可调分频器的组成结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种用于产生多种码型光归零码信号的光发射机的组成结构示意图；

图4为图3中的归零码数据生成器的结构示意图；

图5为图3中可控分频器的结构示意图；

图6为图3中的选择器的结构示意图；

图7为图1中的马赫-曾德调制器对输入的混合数据信号和偏置控制信号的调制过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和本发明的实施例作进一步详细描述。

请参看图3，图3为本发明实施例1提供的产生非归零码的装置的结构示意图。如图3所示，该装置包括：脉冲码型发生器、激光源、马赫-曾德调制器、可控分频器、归零码数据生成器、反向器1、反向器2、分路器1、分路器2、选择器、合路器、调制驱动放大器。

其中，所述脉冲码型发生器，包括非归零码数据源和时钟源，用于将输入的低速数据信号合成转化为非归零码数据信号、第一时钟信号和第二时钟信号；所述所述第一时钟信号和所述第二时钟信号保持频率相同，相位相反。该脉冲码发生器输出的非归零码数据信号和时钟信号的速率可以达到40Gb/s。

所述归零码数据生成器用于将所述第一时钟信号和所述非归零数据信号进行延迟对准，再进行逻辑相与后输出两路相同的归零码数据信号。本实施例中的归零码数据生成器可以产生脉冲占空比从20％到50％的归零码数据信号。所述归零码数据生成器输出的两路相同的归零码数据信号中，一路直接作为所述选择器的第一输入数据信号，另一路经反向器1进行反向处理，产生反转归零码数据信号，作为所述选择器的第二输入数据信号。

具体地，本实施例中的归零码数据生成器，可以包括：相移控制器、与门1、分路器3。请参看图4，图4为图3中的归零码数据生成器的结构示意图。如图4所示，相移控制器对输入的所述第一时钟信号进行延迟对准，使输入与门1的非归零码数据信号和所述第一时钟信号在时间上错开半比特。与门1对接收到的非归零码数据信号和经过延迟对准的第一时钟信号进行逻辑相与操作，产生归零码数据信号，该归零码数据信号再被分路器3复制成相同的两路输出。

所述的可控分频器用于对时钟源产生的所述第二时钟信号进行频率转换，产生输出时钟信号。该输出时钟信号被分路器1复制成相同的两路，一路作为马赫-曾德调制器的偏置控制信号，另一路被分路器2再次复制成两路相同两路信号。分路器2输出的两路信号中，一路信号被反向器2反向处理，产生反转输出时钟信号作为选择器的第一控制信号；另一路信号直接作为选择器的第二控制信号。

在本实施例中，该可控分频器可以包括：一个三选一开关和三个不同分频比的分频电路。请参看图5，图5为图1中可控分频器的结构示意图。如图5所示，当三选一开关分别和2-分频电路、4-分频电路、8-分频电路连通时，可控分频器的输入的所述第二时钟信号频率与输出时钟信号频率的比值分别为2、4、8，即该可控分频器的分频比N分别可以为2、4、8。具体地，本实施例中的三选一开关可以是按键开关，也可以是低阻抗的电控开关。

所述反向器1，具体可以是一个非门，用于将所述归零码数据生成器产生的归零码数据信号进行反向处理，产生反转归零码数据信号。

所述反向器2，具体可以是一个非门，用于将可控分频器的输出时钟信号进行反向处理，产生反转输出时钟信号。

请参看图6，图6为图1中选择器的结构示意图。如图6所示，本实施例中的选择器具体包括与门2和与门3。所述与门2用于对接收到的第一输入数据信号和第一控制信号进行逻辑相与处理，产生第一输出数据信号；所述与门3用于对接收到的第二输入数据信号和第二控制信号进行逻辑相与处理，产生第二输出数据信号。

所述选择器接收到的控制信号决定了某一时刻选择器只有一路通道打开。例如，当通道1接收到的第一控制信号为高电平时，通道1输出的数据信号为归零码数据信号，而同一时刻通道2收到的第二控制信号为低电平，通道2输出的数据信号为零；反之，当通道2收到的第二控制信号为高电平时，通道2输出的数据信号为反转归零码数据信号，而在同一时刻通道1收到的第一控制信号为低电平，通道1的输出的数据信号为零。

所述合路器，用于对选择器的两路通道输出的两路数据信号进行合路处理，产生既有归零码也有反转归零码的混合数据信号。该混合数据信号的周期与可控分频器输出的控制信号的周期相同，且混合数据信号中归零码信号和反转归零码信号的长度相等，各占半个周期。

所述调制驱动放大器，用于对合路器输出的混合数据信号进行放大，产生峰值为V_π/2的射频信号。所述V_π定义为马赫-曾德调制器的2倍的半波电压。

在本实施例中，当混合数据信号足够大时，该调制驱动放大器也可以省略。

所述马赫-曾德调制器，用于将接收到的混合数据信号和偏置控制信号作用到激光源产生的连续光上，对连续光进行信号调制，产生经过强度调制和相位调制的光归零码信号。这里，马赫-曾德调制器的偏置控制信号也可以作为马赫-曾德调制器的相位对准信号，该相位对准信号与混合数据信号保持同步，即混合数据信号的周期与马赫-曾德调制器的相位对准信号的周期相同，且相位差为零。

在本实施例公开的光发射机中，激光源、脉冲码型发生器、马赫-曾德调制器、相移控制器、调制驱动放大器、分路器和合路器都可采用现有的成熟器件来实现。例如，激光源可以采用AVANEX的PowerSourceTM1935TLI；马赫-曾德调制器可以是AVANEX PowerBitTM SD-40的40G强度调制器；相移控制器可以是传统的电延迟线，延迟时间连续可调；调制驱动放大器可以是Narda的FO-MDA；分路器和合路器可以是Agilent的Power Splitter11667C；关键器件如非门、与门、分频器可采用Inphi公司的50系列。

下面结合附图进一步说明本发明实施例中混合数据信号和偏置控制信号的相位调制过程。

请参看图7，图7为马赫-曾德调制器对混合数据信号和偏置控制信号的调制过程示意图。

本实施例中，通过调节归零码数据生成器可以产生脉冲占空比从20％到50％变化的归零码数据信号。由归零码数据生成器产生的两路归零码数据信号一路直接作为选择器的第一输入数据信号，另一路则经反向处理后生成反转归零码数据信号作为选择器的第二输入数据信号，所述第一输入数据信号和第二输入数据信号保持比特同步。可控分频器产生的输出时钟信号和经反响处理产生的反转输出时钟信号分别作为选择器的两路控制信号。这决定了在一个控制信号周期内选择器两路通道交替输出归零码数据信号和反转归零码数据信号。选择器的两路输出经过合路后生成归零码和反转归零码的混合数据信号，该混合信号被调制驱动放大器放大为峰值为V_π/2的射频信号。请参看图7a，图7a为马赫-曾德调制器输入的射频信号的波形示意图。如图7a所示，该混合数据信号中的归零码和反转归零码的长度相同，各占控制信号的半个周期。

请继续参看图7b，图7b为马赫-曾德调制器的偏置端输入的偏置控制信号的波形示意图。从图中可看出，输入马赫-曾德调制器的射频信号和偏置控制信号(相位对准信号)的周期相同，且相位差为零。

图7c为输入马赫-曾德调制器的射频信号(归零码信号和反转归零码混合的数据信号)和偏置控制信号叠加后的信号波形示意图。

图7d为马赫-曾德调制器的传输特性曲线示意图。

将图7c中射频信号和偏置控制信号混合后的信号作用到激光源产生的光载波上后，利用图7d中所示的马赫-曾德调制器的传输特性曲线，可以在马赫-曾德调制器实现数据强度调制的同时实现对数据的相位调制。从而使马赫-曾德调制器射频端输入的混合信号在调制器输出端产生成为强度和相位被调制的光归零码信号。

通过调整可控分频器的分频比，可以获得多种码型的归零码数据信号。例如，当分频比N取不同的数值时，本实施例可以产生如下码型的归零码数据信号：

当N＝2时，可以产生载波抑制信号；

当N＝4时，可以成对相位变化载波抑制信号，可以减小非线性损伤；

当N＝8时，可以成组相位变化载波抑制信号，可以减小非线性影响和简化时钟恢复。图7e所示即为马赫-曾德调制器输出的成组相位变化载波抑制信号的波形示意图。

需要说明的是，本实施例中的40Gb/s脉冲码型发生器可由专用超高速集成电路替代；本实施例中的归零码数据生成器可以由脉冲码型发生器产生；选择器可以由一个1:2复用器代替。

基于与上述用于产生多种码型的光归零码信号的光发射机同一构思，本发明还公开了一种用于产生多种码型的光归零码信号的方法。需要说明的是，由于装置实施例和方法实施例属于同一发明构思，因此有很多相同或相应的技术特征，对于这些相同或相应的技术特征，只简而言之，不再赘述。

本发明公开的一种用于产生多种码型光归零码信号的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将输入的低速数据信号合成转化为非归零码数据信号、第一时钟信号和第二时钟信号；

所述所述第一时钟信号和所述第二时钟信号保持频率相同，相位相反。

步骤2、将所述非归零码数据信号和所述第一时钟信号合成为归零码数据信号；

步骤3、对所述归零码数据信号进行反向处理产生的反转归零码数据信号；

步骤4、按照一定的分频比N对所述第二时钟信号进行频率转换，产生输出时钟信号；

具体地，通过调整分频比N，可以获得多种不同频率的输出时钟信号，并且输入时钟信号的频率为输出时钟信号频率的N倍。

步骤5、对所述输出时钟信号进行反向处理，产生反转输出时钟信号；

步骤6、以所述归零码数据信号和所述反转归零码数据信号分别作为第一、第二输入数据信号；以所述反转输出时钟信号和所述输出时钟信号分别作为第一、第二控制信号相应地控制所述第一、第二数据信号，产生第一、第二输出数据信号；

具体实现时，可对控制信号和输入数据信号进行逻辑相与操作来产生输出数据信号。例如，对所述第一控制信号和所述第一输入数据信号进行逻辑相与操作，产生所述第一输出数据信号；对所述第二控制信号和所述第二输入数据信号进行逻辑相与操作，产生所述第二输出数据信号。

步骤7、将所述第一、第二输出数据信号进行合路处理，产生混合数据信号；

步骤8、将所述混合数据信号放大并转化成射频信号；

当步骤7中输出的混合数据信号强度足够大时，本步骤可以省略。

步骤9、以所述输出时钟信号为偏置控制信号，将所述偏置控制信号和所述射频信号作用在连续光信号上，输出经过强度调制和相位调制的光归零码信号。

由以上对本发明实施例的描述可以看出，本发明实施例的技术方案通过使用一个马赫-曾德调制器即可产生经过相位调制和强度调制的光归零码信号，无需使用多个光器件，减少了光器件的使用数量，降低了光发射机的成本，同时避免了因使用多个光器件导致的光信号对准问题。另一方面，通过调整可控分频器的分频比，还可以产生多种码型的归零码数据信号。

在对电信号的处理过程中，可控分频器等器件的结构简单，可以采用成熟的商用电路来实现，进一步简化了光发射机的整体结构，减小了光发射机内部结构对信号的影响，同时也降低了光发射机的成本。

利用本发明实施例产生的不同码型的RZ信号的优势和特点，可以满足超高速光通信系统中不同传输系统的性能要求，提高了超高速光通信系统的传输性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于产生多种码型光归零码信号的光发射机，包括：

激光源，用于产生连续光信号；以及

2.如权利要求1所述的光发射机，其特征在于，所述脉冲码型发生器具体包括：

非归零码数据源，用于将输入的多路低速数据信号合成为所述非归零码数据信号；

时钟源，用于将所述低速数据信号中携带的时钟信号转化成所述第一时钟信号和所述第二时钟信号。

3.如权利要求1或2所述的光发射机，其特征在于：

所述第一时钟信号和所述第二时钟信号保持频率相同，相位相反。

4.如权利要求1所述的光发射机，其特征在于，所述归零码数据生成器具体包括：

相移控制器，用于对所述第一时钟信号进行延迟对准，使所述非归零码数据信号和所述第一时钟信号的相位差为半比特；

与门1，用于对所述非归零码数据信号和经过所述相移控制器延迟对准的第一时钟信号进行逻辑相与操作，产生归零码数据信号；

分路器3，用于将所述与门1产生的归零码数据信号复制成相同的两路信号。

5.如权利要求1所述的光发射机，其特征在于，所述可控分频器具体包括：

一个m选一开关和m个不同分频比的分频电路；所述m为大于1的整数；

所述m选一开关用于选择和所述m个不同分频比的分频电路中的一个分频电路连通；

所述分频电路用于按照所述分频比N对输入的所述第二时钟信号进行频率转换，产生输出时钟信号。

6.如权利要求4所述的光发射机，其特征在于：

所述m的值具体为3；所述分频比N具体为2、4或8。

7.如权利要求1、2、4、5、6中任意一项所述的光发射机，其特征在于：

所述反向器1和反向器2具体为非门。

8.如权利要求1所述的光发射机，其特征在于，所述选择器具体包括：

与门2，用于对所述第一控制信号和所述第一输入数据信号进行逻辑相与操作，产生所述第一输出数据信号；

与门3，对所述第二控制信号和所述第二输入数据信号进行逻辑相与操作，产生所述第二输出数据信号。

9.如权利要求1所述的光发射机，其特征在于，进一步包括：

调制驱动放大器，用于将所述混合数据信号进行放大并转化成射频信号，发送给所述马赫-曾德调制器。

10.如权利要求1、8、9所述的光发射机，其特征在于：

在所述第一、第二控制信号的一个周期内，交替产生所述第一、第二输出数据信号，且二者时间长度相等。

11.一种用于产生多种码型光归零码信号的方法，包括：

以及

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的将所述非归零码数据信号和所述第一时钟信号合成为归零码数据信号具体包括：

对所述第一时钟信号进行延迟对准，使所述非归零码数据信号和所述第一时钟信号的相位差为半比特；

对所述非归零码数据信号和经过延迟对准的第一时钟信号进行逻辑相与操作，产生所述归零码数据信号。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的第一、第二控制信号相应地控制所述第一、第二数据信号，产生第一、第二输出数据信号具体包括：

对所述第一控制信号和第一输入数据信号进行逻辑相与操作，产生第一输出数据信号；

对所述第二控制信号和第二输入数据信号进行逻辑相与操作，产生第二输出数据信号。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将所述混合数据信号放大并转化成射频信号；以及

以所述输出时钟信号为偏置控制信号，将所述射频信号和所述射频信号作用在连续光信号上，输出经过强度调制和相位调制的光归零码信号。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

所述偏置控制信号进一步作为所述马赫-曾德调制器的相位对准信号，保持所述偏置控制信号与所述混合数据信号的周期相同，且相位差为零。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：

在所述偏置控制信号的一个周期内，所述混合数据信号中的归零码数据信号和反转归零码数据信号的时间长度相等。