CN101213775B - Dpsk调制-解调方法及使用该方法的光通信设备和系统 - Google Patents
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Abstract
在便宜、小型、低功耗的使用DPSK调制的光通信设备和光通信系统中，N:1复用器(125)通过对经DPSK调制编码器(115～117)编码的并行信号逐位地进行时分复用来生成串行信号。电-相位调制光信号转换器(127)将该串行信号转换为相位调制光。N位延迟干涉仪(132)通过对相位调制光与N位在前的光信号进行比较对该相位调制光进行DPSK解码。光-电信号转换器(134)将解码后的强度调制光转换为电信号。1:N解复用器(136)逐位地将经光-电信号转换器(134)转换的电信号时分解复用为N个信号。
Description
技术领域
本发明涉及DPSK(差分相移键控)调制-解调方法、光通信设备和光通信系统，更具体地，涉及以低成本对超高速光通信系统应用DPSK调制-解调方法的DPSK调制-解调方法，以及使用该方法的光通信设备和光通信系统。
背景技术
作为在光通信系统中使用的调制-解调方法，DPSK调制-解调方法是接收灵敏度优异的通信方法。因此，尤其期望在长距离光通信系统中的使用(例如参考文献2)。
将参考图14和图15来描述使用DPSK调制-解调方法的普通光通信系统的结构和操作。图14所示的光通信系统包括：发送设备1301，用于发出R(R：与G(吉比特)类似的数)bps(比特每秒)的超高速光信号；接收设备1302，用于接收经长距离传输的Rbps光信号；以及光纤103，用于在这些设备之间传输光信号。
发送设备1301包括N:1复用器1141、DPSK调制编码单元1322和电-光信号转换器(电-相位调制光信号转换器)1143，其中，DPSK调制编码单元1322用于从N:1复用器1141接收Rbps复用信号1321的输入以执行编码。接收设备1302包括Rbps 1位(bit)延迟干涉仪1332、光-电信号转换器1334和1:4解复用器1336。
图15是示出在图14所示的光通信系统中的输入/输出信号串的一个示例的时序图。N:1复用器1141以数目为N的、相互同步的R/N bps信号D1～DN作为输入，对所述信号逐位地进行复用，以输出Rbps输出信号D。DPSK调制编码单元1322以N:1复用器1 141的输出信号D作为输入，执行用于DPSK调制的编码，以输出编码后的Rbps信号(电信号)F。电信号-相位调制光信号转换器1143以Rbps电信号F作为输入，输出具有相位信息的Rbps光信号Q。在图15中，Dij、Fij和D′ij表示在信号Di(i＝1，2，...，N)、Fi和D′i中的第j个信号(指示数据)。
1位延迟干涉仪1332以已经通过光纤103传输的Rbps相位调制光信号Q′作为输入，检测与1位在前信号的相位差，从而输出与相位差相对应的强度调制光信号F′。光-电信号转换器1334以Rbps强度调制光信号F作为输入，并输出Rbps电信号D′。
文献1公开了一种涉及双二进制调制(duobinary modulation)的方法，该方法对发送侧的N个低速信号中的每一个进行编码，从而在编码之后时分复用所获得的信号。这个文献没有叙及在接收侧的DPSK解调方法。
文献1：日本专利早期公开No.11-122205(图1，段落0033～0038，段落0058)。
文献2：Christian Rasmussen et al.，DWDM40G Transmission OverTrans-Pacific Distance(10000km)Using CSRZ-DPSK，Enhanced FEC，andAll-Raman-Amplified 100-km Ultra Wave Fiber Spans，Journal of LightwaveTechnology，U.S.A.，January 2004，vol.22，No.4，pp.203-207。
相关技术中使用DPSK调制-解调方法的光通信系统具有以下问题。
第一个问题是DPSK调制-解调方法使得发送设备成为需要大功耗的高成本设备。原因在于：在DPSK调制中使用的、可超高速工作的DPSK调制编码单元被设计成通过使用高成本、先进的半导体处理技术来向晶体管流入大量电流，从而致使得到最佳性能。特别地，可超高速工作的DPSK调制编码单元主要用于长距离传输，对于这种应用不期望有大量生产，因此，也不可能期望通过大量生产效应来降低成本。
第二个问题是系统结构不适于缩小设备的尺寸。原因在于：在例如图14所示的结构中，超高速信号作为DPSK调制编码单元1322的输入/输出信号而被处理。超高速信号需要高质量的用于连接的连接器和用于连接的电缆，以防止信号质量恶化导致信号错误。因此，需要布图设计空间以阻止密集型封装。
第三个问题是利用例如图14所示的结构，速度不同的系统的同时存在使得整个设备非常昂贵。原因在于：例如当10Gbps系统和40Gbps系统同时存在时，无法共同使用DPSK调制-解调所需要的编码单元，并且对于10Gbps和40Gbps无法共享1位延迟单元，于是需要针对10Gbps和40Gbps来分别准备这些设备。
在这些情况下，本发明的一个目的是提供利用低功耗的DPSK调制的、低成本小尺寸光通信设备和光通信系统。
本发明的另一个目的是辅助从10Gbps系统到40Gbps系统的速度的提高，并提供低成本和小尺寸的光通信设备和光通信系统，即使当具有两个速度的系统共存时也是如此。
发明内容
本发明的一个示例方面，在使用DPSK调制-解调方法的光通信系统中使用的光通信设备包括：编码单元，用于对N(N：正整数)个并行的输入电信号执行DPSK调制编码；复用单元，用于逐位地时分复用经编码单元编码的并行信号，从而生成串行信号；电-相位调制光信号转换单元，用于将由复用单元生成的串行信号转换为相位调制光信号；解码单元，用于通过与N位在前的光信号进行比较来对所述相位调制光信号执行DPSK解码；光-电信号转换单元，用于将经解码单元解码的强度调制光信号转换为电信号；以及解复用单元，用于将经光-电信号转换单元转换的电信号逐位地时分解复用为N个信号。
(本发明的效果)
本发明的第一个效果是降低了使用DPSK调制-解调的超高速光通信设备和光通信系统的成本。
第二个效果是降低了使用DPSK调制的超高速光通信设备和光通信系统的功耗。
附图说明
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的结构的框图；
图2是示出第一示例性实施例的操作的流程图；
图3是示出第一示例性实施例的操作的时序图；
图4是示出根据本发明第二示例性实施例的结构的框图；
图5是示出第二示例性实施例的操作的时序图；
图6是示出本发明的第一示例的框图；
图7是用于说明第一示例的流程图；
图8是用于说明第一示例的时序图；
图9是示出在第一示例和第二示例中使用的用于40Gbps的4位延迟干涉仪的结构的框图；
图10是示出在第一示例中使用的具有信道识别功能的FEC解码器的结构的框图；
图11是示出本发明的第二示例的框图；
图12是示出本发明的第三示例的框图；
图13是示出本发明的第四示例的框图；
图14是普通光通信系统的结构的框图；以及
图15是示出普通光通信系统的操作的时序图。
具体实施方式
(第一示例性实施例)
接下来，将参考附图来详细描述本发明的示例性实施例。
图1是示出根据本发明的光通信系统的第一示例性实施例的框图。如图1所示，根据第一示例性实施例的光通信系统包括：发送设备101，用于发出速率为Rbps的相位调制光信号；接收设备102，用于接收经长距离传输的Rbps相位调制光信号；以及光纤103，用于传输光信号。
发送设备101包括N(N是正整数)个DPSK调制编码单元115～117、N:1复用器125和电-相位调制光信号转换器127。接收设备102包括作为相位调制光信号-强度调制光信号转换器的N位延迟干涉仪132、用于将光强度转换为电的光-电信号转换器134、以及1:N解复用器136。
N个DPSK调制编码单元115～117分别接收速率为R/Nbps的信号输入D1～DN，从而输出编码后的R/Nbps信号E1～EN。N:1复用器125以从DPSK调制编码单元115～117输出的N个R/Nbps信号E1～EN作为输入，逐位地将这些信号进行时分复用，从而生成并输出电信号E，作为一个Rbps串行信号。电-相位调制光信号转换器127将从N:1复用器125输出的Rbps电信号E转换为Rbps相位调制光信号P，并输出所获得的信号。
N位延迟干涉仪132以Rbps相位调制光信号P′作为输入，检测与N位(更具体地是，相当于N位的时间段)在前光信号的相位差，从而根据该相位差来输出强度调制光信号I。光-电信号转换器134以从N位延迟干涉仪132输出的Rbps强度调制光信号I作为输入，并输出与信号光强度相对应的Rbps电信号D′。1:N解复用器136从电信号D′分离出信号D′1～D′N。换而言之，经光-电信号转换器134转换的电信号被逐位地时分解复用为N个信号。
接下来，将参考图1到图3来描述本发明第一示例性实施例的操作。当各个输入信号D1～DN的输入为“1”时，DPSK调制编码单元115～117根据1位在前的输出信号来反转输出信号E1～EN。如图2所示，输入信号D1～DN分别被转换为N个并行的DPSK调制码(步骤A1)。
接下来，N:1复用器125逐位地顺序地复用经DPSK调制编码的N个信号E1～EN。换而言之，该复用器执行时间域复用。然后，生成Rbps串行信号(电信号E)(步骤A2)。因此，逐位地复用的方式在图3的时序图中示出。更具体地，并行输入的N个信号E1～EN被逐位地顺序复用，从而生成复用后的电信号E。如图3所示，在复用后的电信号E中，在步骤A1中生成的各个DPSK调制码每隔N位地出现。在图3中，Dij、Eij、Pij、P′ii和D′ij分别表示信号Di(i＝1，2，...，N)、Ei、Pi、P′i和D′i中的第j个信号(指示数据)。
Rbps串行信号(电信号E)被输入到电-相位调制光信号转换器127。电-相位调制光信号转换器127将电信号E转换为具有与电信号E相对应的相位信息的光信号P，即，相位调制光信号，并将所获得的信号输出到光纤(传输路径)103(步骤A3)。光纤103将从发送设备101输出的相位调制光信号P传输至接收设备102(步骤A4)。
在光纤103上经长距离传输的光信号P′被输入到N位延迟干涉仪132。所接收的信号是每N位独立的DPSK调制码。因此，接收侧对输入光信号的相位与N位在前的光信号的相位进行比较以执行DPSK解调，并输出强度调制光信号I(步骤B1)。然后，从N位延迟干涉仪132输出的强度调制光信号I被输入到光-电信号转换器134，从而光-电信号转换器134将该强度调制光信号I转换为电信号D′(步骤B2)。1:N解复用器136逐位地将信号D′分割成N个，从而获得D′1～D′N。换而言之，执行了时间域的解复用。电信号D′1～D′N对应于输入信号D1～DN。
将描述本示例性实施例的效果。在本示例性实施例中，以相关方法的1/N的速率来并行地执行用于DPSK调制的编码。因此，由于不需要高速可操作的编码单元，所以可以实现比相关方法更大的成本降低。另外，由于可以容易地利用密集型设计来实现R/Nbps的信号连接，所以可以减小设备的尺寸。
虽然可以使用任意正整数作为N，但是由于N取值太大会使得其后将并行执行太大量的处理，所以过程只好被复杂化。N优选地是2的倍数(2，4，8，16，32...)，以便于构造高速N:1复用器和1:N解复用器。
此外，在本示例性实施例中，使用设置成数目为N的、工作速率为1/N的编码单元来取代工作于超高速的编码单元使得可以降低成本、尺寸和功耗。当通过增大N来降低速度时，在特定速度以下的速度处，用于制造一个编码单元所必须的成本、尺寸和功耗将没有任何差异。其结果是，通过增加并行数目而导致的复杂化问题将变得更加严峻。另外，当在1/N的速率处执行编码时，虽然接收设备102需要N位延迟干涉仪132，但是因为N很大的干涉仪将具有很长的延迟时间，所以这种干涉仪的制造非常困难。因此，假设光纤103上的传输速率是高级处理的工作速率，则在该速率的1/2到1/16处的编码最能享有本结构的优点。由于在光通信系统中，传统使用的N:1复用器125中的N是4或16，因此鉴于与现有系统的密切关系，N最优选的是4或16。
(第二示例性实施例)
接下来，将参考附图来描述根据本发明的光通信系统的第二示例性实施例。
图4是示出根据本发明的光通信系统的第二示例性实施例的框图。如图4所示，根据第二示例性实施例的光通信系统与第一示例性实施例的不同之处在于信号源的信号速率为Rbps，并且在接收侧的解码后的信号相应地为Rbps。
在本示例性实施例中，在发送设备371处，来自信号源的信号D被用于基于时间分割来将信号逐位地分割成N个并行信号的1:N解复用器373逐位地分割，从而生成N个并行信号D1～DN。在接收设备372处，取代图1所示的1:N解复用器136，可操作于Rbps的、用于识别和再现电信号以再现原始信号的数据再现器(CDR)374被用于将接收信号恢复成等效于原始信号D的信号D′。
在接收侧的数据再现器374处再现的信号D′的可能排列(alignment)具有N个式样(pattern)。这是因为在发送侧的1:N解复用器373的N个输出信道中，D1～DN的出现顺序有N个式样。此外，当信号被N:1复用器125复用成串行信号时，由于输出信号E的可能排列具有N个式样，所以接收侧的输出信号D′的排列就很可能具有N个式样。排列的N个式样的一个示例由图5所示的与信号D′相关的d1～dN示出。为了将信号排列成与原始信号D相同的式样，应当通过随后阶段的信号处理来改变配置。
光通信系统中的其它组件的操作与第一示例性实施例的那些相同。本示例性实施例所获得的效果与第一示例性实施例的相同。
(第一示例)
接下来，将参考图6到图8、图9和图10来描述本发明的第一示例。图6是示出本发明第一示例的框图。图6所示的结构等效于在图1所示的第一示例性实施例中Rbps和N分别具体设置为40Gbps和4的示例。相当于图1所示的光通信系统中的发送侧的并行输入信号，来自FEC(前向纠错)编码器405的4个10Gbps信号D1～D4被并行地使用，FEC编码器405接收输入信号404的输入。
发送设备401包括FEC编码器405、4个DPSK调制编码单元411～414、4:1复用器421、光源(CW(连续波)光源)428、LN(LitiumNiobate，铌酸锂)调制器429和430、数据驱动器423和时钟驱动器426。接收设备402包括4位延迟干涉仪442、光电探测器(PD)445、1:4解复用器447和FEC解码器452。
如图7流程图所示，来自FEC编码器405的信号D1～D4被输入到4个独立的DPSK调制编码单元411～414。当输入为“1”时，DPSK调制编码单元411～414根据1位在前的输出信号来反转输出信号E1～E4。如图7所示，输入信号D1～D4被转换成DPSK调制码信号E1～E4(步骤A11)。图8的流程图示出了所述信号是如何被转换成DPSK调制码的。
4:1复用器421逐位地复用信号E1～E4(步骤A12)。数据驱动器423将作为4:1复用器421的输出的电信号E放大到LN调制器429进行相位调制所必须的幅度(LN调制器429的Vπ的近似两倍)。
从FEC编码器405输出的时钟信号与4个输出信号D1～D4同步。4:1复用器421加载有时钟加倍功能，并且4:1复用器421将时钟信号的频率加倍成20GHz。时钟驱动器426将来自4:1复用器421的时钟信号放大到具有LN调制器430执行RZ调制所必须的信号幅度(LN调制器430的Vπ的近似两倍)。
LN调制器429通过来自数据驱动器423的电压信号来调制从光源428输出的光的相位，从而输出相位为0或π的光信号。当从数据驱动器423输入到LN调制器429的电压信号输入处在高电平时，来自LN调制器429的输出光信号的相位得到0(或π)，而当从数据驱动器423输入到LN调制器429的电压信号处在低电平时，来自LN调制器429的输出光信号的相位得到π(或0)。
在LN调制器429中受到数据调制的光信号进一步被输入到LN调制器430。LN调制器430使该输入光经受频率为40GHz(来自时钟驱动器426的时钟信号的频率的两倍)的光信号的时钟调制，从而将所获得的光转换为具有RZ包络的RZ-DPSK调制光，并输出转换后的光。
在接收设备402中，4位延迟干涉仪是图9所示那样的马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪。更具体地，其包括：光分支部分661，用于将输入光分支为两个；传输路径662，用于在两个信号之间施加时间差；以及定向耦合器663，用于干涉两个分支信号，以将它们转换成光强度信号。在传输路径662上，在两个分支光信号到达干涉仪663之前产生了时间差，该时间差与4位信号相当，即，产生了100ps(皮秒)的延迟。由于100ps是1位10Gbps信号的时间跨度，所以可以使用与10Gbps 1位干涉仪相同的干涉仪来作为4位延迟干涉仪442。
在图9所示的4位延迟干涉仪中，当信号相位与4位(更具体而言，是4位的时间)在前的信号的相位相同时，从其输出(定向耦合器663的一个输出)中获得的是光分支部分661的输出和来自传输路径662的信号相互增强的信号。而从另一个输出获得的是来自光分支部分661的输出和来自传输路径662的信号相互抵消的信号。相反，当信号具有不同的相位时，从定向耦合器663的一个输出中获得的是来自光分支部分661的输出和来自传输路径662的信号相互抵消的信号，而从另一个输出获得的是来自光分支部分661的输出和来自传输路径662的信号相互增强的信号。
因此，当输入光信号P′和4位在前的信号之间的相位差是π时，4位延迟干涉仪442将输入光信号P′转换成具有一个高电平的光信号I和另一个低电平的光信号I′，而当相位差为0时，将输入光信号P′转换成相反的差分信号。
从4位延迟干涉仪442输出的光差分信号I和I′被输入到平衡式PD445。光信号I被输入到PD 454，而I′被输入到PD 455。当光信号I处在高电平而光信号I′处在低电平时，有电流流入PD 454，而没有电流流入PD455。因此，电信号D′获得高电平。当光信号I处在低电平而光信号输入I′处在高电平时，没有电流流入PD 454而有电流流入PD 455。因此，电信号D′获得了低电平。因此，光差分信号I和I′被转换为电压信号。
从平衡式PD 445输出的电信号D′被输入到具有时钟提取功能(CDR)的1:4解复用器447。1:4解复用器447将40Gbps串行信号按逐位地分成信号D′1～D′4，从而输出10Gbps并行信号D′1～D′4。
从1:4解复用器447输出的4个并行信号D′1～D′4对应于从FEC编码器405输出的4个信号D1～D4。对于从1:4解复用器447输出的信号出现在4个输出信道中的哪个中，以四分之一的概率可能呈现4个式样。因此，使用如图10所示的具有信道识别功能的FEC解码器452。在图10所示的FEC解码器452中，在输入阶段设有用于切换路径的路径切换开关722。在随后阶段的FEC解码单元723向路径切换控制单元724发送监测得到的头(header)或信道标识符信息。路径切换控制单元724基于所接收到的信息来切换路径切换开关722的路径。因此，输入到FEC解码单元723的4信道的信号被重新排列成期望的数据串。
通过使用1位延迟单元和异或电路、或者通过使用与(AND)电路和TFF(T触发)电路可以按各种形式来构造DPSK调制编码单元411～414。在本发明中，可以使用任何结构来作为DPSK调制编码单元411～414的结构。
在第一示例中，虽然示出了使用RZ-DPSK作为光调制方法的结构，但是并不限于这种结构。任何可以向光信号加载相位信息的调制方法都可以使用，例如CSRZ-DPSK或DPSK的NRZ调制。
另外，虽然示出了发送侧的信号源是FEC编码器405的情况，但是信号源并不限于这种。当信号源的输出接口速度为低时，可以复用到编码单元的速率。例如在FEC编码器405的输出信号是625Mbps×64的情况下，在通过使用4个16:1复用器来将它们复用成10Gbps×4之后，可以对该10Gbps信号进行编码，并进一步通过4:1复用器将编码后的信号复用成40Gbps，从而执行40Gbps光传输。
(第二示例)
接下来，将参考图11来描述本发明的第二示例。图11是示出本发明第二示例的框图。第二示例对应于第二示例性实施例。图11所示的结构等效于在图4所示的第二示例性实施例中Rbps和N分别被具体设置为40Gbps和4的示例。本示例与第一示例的不同之处在于来自信号源的信号是40Gbps串行信号，而在接收侧恢复的信号也是40Gbps信号。
在图11所示的发送设备558中，用作图4所示的发送设备371中的电-相位调制光信号转换器127的是光调制器429，光调制器429通过数据驱动器423来调制来自光源428的光的相位，数据驱动器423对来自4:1复用器421的信号进行放大。与第一示例的情况类似，用作图4所示的发送设备371中的光-电信号转换器134的是平衡式PD 445。与第一示例的情况类似，用作N位延迟干涉仪132的是4位延迟干涉仪442。
在本示例中，来自信号源的信号D按逐位地被1:4解复用器542解复用，从而生成4个并行信号D1～D4。在接收侧，通过使用可操作于Rbps的数据再现器(CDR)453来将信号恢复成原始信号。
适用作为在第一和第二示例中使用的4位延迟干涉仪442的100ps延迟方法(参见图9)的是包括使用光纤作为传输路径662和使用PLC(平面光波电路)在内的各种方法。在本发明中，可以使用能够将关于与延迟信号的相位差的信息转换为光强度信息的任何方法来作为延迟干涉仪的延迟方法。
(第三示例)
接下来将参考图12来描述本发明的第三示例。本示例是WDM光通信系统的一个示例，该系统对来自使用10Gbps DPSK调制方法的通信系统(10Gbps发送设备701)的信号和来自使用40Gbps DPSK调制方法的通信系统(40Gbps发送设备703)的信号进行波长复用，从而将所获得的信号发送到光纤103。在图12所示的结构中，在接收侧的DPSK解调时，在没有执行基于波长的解调的情况下，使用一个10Gbps 1位(100ps)延迟干涉仪(下文中称为1位延迟干涉仪)443。换而言之，在将不同波长的两个光信号一起进行解调之后，再执行波长分离。因为对于波长为λ1和λ2的两个波长信号，可以使用共同的10Gbps 1位延迟干涉仪443，因此不必针对各个接收设备来准备延迟干涉仪。
根据本示例的WDM光通信系统包括：发送设备701，作为用于发送波长为λ1的10Gbps信号的第二相位调制光信号发送单元；发送设备703，作为用于发送波长为λ2的40Gbps信号的第一相位调制光信号发送单元；AWG(阵列波导)709，用于波长复用这两个波长的信号；光纤(用于传输光信号的单模光纤)103；10Gbps 1位延迟干涉仪443；AWG710和711，用于执行波长分离；10Gbps接收设备705；以及40Gbps接收设备707。
10Gbps发送设备701包括10Gbps DPSK调制编码单元712和电-相位调制光信号转换器713，电-相位调制光信号转换器713用于将经DPSK调制编码单元712编码的电信号转换为相位调制光信号。40Gbps发送设备703是这样的40Gbps发送设备，其包括：如第一示例和第二示例所示的那样的4个10Gbps DPSK调制编码单元731～734(在第一示例和第二示例中的DPSK调制编码单元411～414)、用于逐位地时分复用经DPSK调制编码单元731～734编码的并行信号从而生成Rbps信号的复用器735、以及电-相位调制光信号转换器736。在图12所示的示例中，发送设备701设有16:1复用器711，用于复用16个625Mbps的信号。此外，接收设备705设有1:16解复用器774，用于将10Gbps串行信号分成16个信号。
在接收侧，通过光纤103传输的光信号被输入到10Gbps 1位延迟干涉仪443。1位延迟干涉仪443一起对复用的两个波长光信号的相位与100ps在前的信号的相位进行比较。因此，对于波长为λ1的10Gbps信号，相位比较是与1位(更具体而言，是相当于1位的时间段)在前的信号进行的，而对于波长为λ2的40Gbps信号，相位比较是与4位(更具体而言，是相当于4位的时间段)在前的信号进行的。1位延迟干涉仪443基于这些比较结果来输出差分强度调制光信号。
因为所述输出差分强度调制光信号分别包括λ1和λ2的波长成分，所以它们被输入到用于将光信号分离各个波长的强度调制光信号的AWG 710和711，并且分别被分离成波长为λ1的强度调制光信号和波长为λ2的强度调制光信号，并且输出这些信号。来自AWG 710和711的各个输出作为一对具有相同波长的差分信号而被输入到接收设备705和707并被处理。这里，为了维持来自1位延迟干涉仪443的输出中的差分信息，波长为λ1的信号从1位延迟干涉仪443通过AWG 710输入到接收设备705的信号路径的传输路径特性(损耗或延迟时间特性)与波长为λ1的信号从1位延迟干涉仪443通过AWG 711输入到接收设备705的信号路径的传输路径特性应当相同。类似地，波长为λ2的信号的两个信号路径也应当具有相同的传输路径特性。
经AWG 710或711分离的波长为λ1的强度调制光信号被接收设备705的PD 772转换为电信号。经AWG 710或711分离的波长为λ2的强度调制光信号被接收设备707的PD 773转换为电信号，然后被1:4解复用器775恢复成4个原始信号。
(第四示例)
接下来，将参考图13来描述本发明的第四示例。在本示例中，发送设备751被设计成使得所有的DPSK调制编码单元763、781、782和783可以共享电-相位调制光信号转换器769，从而使得可以输出10Gbps信号和40Gbps信号中的任意一个。另外，通过使用多速率CDR 771作为识别和再现电信号的CDR从而再现原始信号，接收设备752可以接收10Gbps信号和40Gbps信号中的任意一个。
发送设备751接收10Gbps电信号(电压信号)或40Gbps电信号的输入。当接收到10Gbps信号的输入时，选择器762被设置成输出该信号。选择器768也被设置成从DPSK调制编码单元763选择信号。这样的设置使得来自10Gbps信号源的信号可以被电-相位调制光信号转换器769转换，并作为DPSK调制光信号而被输出到光纤103。
当接收到40Gbps信号输入时，首先，1:4解复用器761将该信号分成4个10Gbps信号。选择器762被设置成选择来自1:4解复用器761的输出信号。此外，选择器768被设置成选择从复用器767输出的40Gbps信号，复用器767通过时分复用来生成串行信号。这样的设置使得来自40Gbps信号源的信号可以被电-相位调制光信号转换器769转换，并作为DPSK调制光而被输出到光纤103。因此，在本示例中，发送设备751具有以10Gbps信号和40Gbps信号中的任意一个作为输入来发送DPSK相位调制光信号的功能。
接收设备752包括10Gbps 1位延迟干涉仪443、作为光-电信号转换器的平衡式PD 770、以及多速率CDR 771。1位延迟干涉仪443能够对由图11所示的发送设备558、图12所示的发送设备701和703、以及图13所示的发送设备751生成的10Gbps和40Gbps DPSK调制信号中的任意一个进行解码。这里，PD 770是用于40Gbps的宽带基带信号的设备，其也能够接收10Gbps信号。用作多速率CDR 771的是兼容速度10Gbps和40Gbps中的任意一个的CDR。前述结构使得接收设备752可以接收10Gbps DPSK调制光和40Gbps DPSK调制光中的任意一个，从而再现原始信号。
因此，所述结构使得本发明可以实现使用DPSK调制、而不需可超高速工作的编码单元的光通信系统。
此外，通过仅使用发送侧的N个编码单元和例如在接收侧的仅一个N位延迟干涉仪就可以执行解码。采用这样的结构实现了本发明的目的。
根据本发明的示例性实施例的第一个效果是降低了使用DPSK调制-解调的超高速光通信设备和光通信系统的成本。原因在于：可超高速工作的编码单元对于DPSK调制编码不再是必须的，并且仅仅需要使用速率为1/N的编码单元。因为速率为1/N的这样的编码单元可以通过使用成本低于可超高速工作的编码单元的处理来制造，所以可以降低使用该编码单元的光通信设备和光通信系统的成本。
另外，接收设备所需要的Rbps解码单元是用于通过延迟1/R×N位＝N/R sec(秒)来与干涉仪内的光路径中的一条进行干涉的。因为N/R秒等于R/Nbps的1位延迟时间，所以可以使用速率为1/N的1位延迟干涉仪，而不用进行修改。因此，因为对于DPSK编码单元和解码单元两者，都可以使用开发用于速率为1/N的系统的共用设备，所以可以扩展这些设备所适用的市场，从而可以指望通过大量生产效应来降低成本。其结果是，可以预期使用这些设备的光通信设备和光通信系统的成本降低。
用于DPSK、也用于速率为1/N的系统的编码单元和解码单元的普遍使用使得可以以低成本来构造也可操作于1/N的多速率光通信设备。
另外，由于在WDM光通信系统中，解码单元可以与波长邻近的1/N系统共享，所以系统可以很容易地从1/N的速率升级，从而预期系统在总体上的成本降低。
第二个效果是降低了使用DPSK调制的超高速光通信设备和光通信系统的功耗。原因在于：本发明所使用的工作速率为1/N的编码单元消耗的功率比相关结构所需的超高速编码单元所消耗的功率有急剧地减少。相关结构所需的超高速编码单元是通过使用先进的高速半导体处理来制造的。因为为了获得晶体管的最佳性能，这样的超高速设备被设计成具有很高的电源电压并流过大量的电流，所以其功率消耗很大。通过将设备的工作速率从需要先进的半导体处理的速率降低到1/N，本发明使得可以使用能够由低电压和小电流驱动的较低功耗处理来制造编码单元。另外，即使当使用与超高速设备相同的处理来制造时，对1/N的速率的优化也使得可以进行这样的设计，该设计降低了流经晶体管的电流，从而使得可以预期功耗的急剧降低。
第三个效果是提供了用于DPSK调制的稳定且高度可靠的光通信设备和光通信系统。原因在于：可以减少易受ESD(静电放电)影响的超高速设备的数目。许多超高速设备都会包括易受ESD影响的电路架构，以完全展现其高速性能。易受ESD影响的超高速工作部分的数目的减少使得减少了错误并改进了设备的生产。
第四个效果是提供了用于DPSK调制的小型光通信设备和光通信系统。原因在于：与如其原样的超高速信号的连接相比，速率为1/N的编码单元的输入/输出信号的连接适于使用密集型连接方法。将信号速率降低到1/N使得可以不使用兼容超高速信号的同轴电缆连接器，而使用表面封装BGA(ball grid array，球栅阵列)等，用于信号的输入/输出部分。因此，连接器的空间将不必在封装中，从而使得可以降低编码单元的封装尺寸。
此外，由于也可以使用基底(substrate)上的布线来连接输入/输出信号，所以可以降低连接器的布图设计所必须的空间，从而允许更密集的排列。
此外，可以预期，编码功能与其它预处理功能IC(例如，FEC IC)的集成将有助于通过集成来进一步减小尺寸。
虽然已经参考示例性实施例来具体示出和描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施例。本领域普通技术人员将会了解，在不脱离权利要求所限定的、发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种形式上的和细节上的改变。
通过引用的并入
本发明是基于申请日为2005年6月28日、申请号为No.2005-188807的日本专利申请的，并要求该申请的优先权，该申请的内容通过引用而全部结合于此。
Claims (18)
1.一种在使用DPSK调制-解调方法的光通信系统中使用的光通信设备，包括：
编码单元，用于对N个并行的速率为R/Nbps输入电信号执行DPSK调制编码，其中N是正整数；
复用单元，用于逐位地时分复用经所述编码单元编码的并行信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；
电-相位调制光信号转换单元，用于将由所述复用单元生成的串行信号转换为相位调制光信号；
解码单元，用于通过与N位在前的光信号进行比较来对所述相位调制光信号执行DPSK解码；
光-电信号转换单元，用于将经所述解码单元解码的强度调制光信号转换为电信号；以及
解复用单元，用于将经所述光-电信号转换单元转换的电信号逐位地时分解复用为N个信号。
2.一种在使用DPSK调制-解调方法的光通信系统中使用的光通信设备，包括：
解复用单元，用于将输入电信号逐位地时分解复用为N个速率为R/Nbps的并行信号，其中N是正整数；
编码单元，用于并行地对经所述解复用单元解复用的所述N个信号执行DPSK调制编码；
复用单元，用于逐位地时分复用经所述编码单元编码的并行信号，从而生成速率为R bps的串行信号；
电-相位调制光信号转换单元，用于将由所述复用单元生成的串行信号转换为相位调制光信号；
解码单元，用于通过与N位在前的光信号进行比较来对所述相位调制光信号执行DPSK解码；以及
光-电信号转换单元，用于将经所述解码单元解码的强度调制光信号转换为电信号。
3.一种在使用DPSK调制-解调方法的WDM光通信系统中使用的光通信设备，包括：
第一相位调制光信号发送单元，用于发送Rbps相位调制光信号；
第二相位调制光信号发送单元，用于发送波长与所述Rbps相位调制光信号的波长不同的R/Nbps相位调制光信号，其中N是正整数；
第一复用单元，用于将两个波长的光信号复用在一根光纤上，其中所述两个波长的光信号是所述Rbps相位调制光信号和所述R/Nbps相位调制光信号；
解码单元，用于对已经通过所述光纤传输的两个波长的光信号一起执行DPSK解码；
分离单元，用于将经所述解码单元解码的光信号分离成所述两个波长的强度调制光信号；以及
光-电信号转换单元，用于将经所述分离单元分离的每个波长的强度调制光信号转换成电信号，其中
所述第一相位调制光信号发送单元包括第一编码单元和第二复用单元，其中，所述第一编码单元用于执行N个并行的、速率为R/Nbps的DPSK调制编码，所述第二复用单元用于逐位地时分复用经所述编码单元编码的并行信号，从而生成Rbps信号，并且
所述第二相位调制光信号发送单元包括用于执行速率为R/Nbps的DPSK调制编码的第二编码单元。
4.一种在使用DPSK调制-解调方法的光通信系统中使用的光通信设备，包括：
编码单元，用于执行N个并行的速率为R/Nbps的DPSK调制编码，其中N是正整数；
复用单元，用于逐位地时分复用所述编码单元的输出信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；
选择单元，用于选择所述编码单元的一个输出信号或者由所述复用单元生成的串行信号；
电-相位调制光信号转换单元，用于将由所述选择单元选择的信号转换为相位调制光信号；
解码单元，用于通过与N位在前的光信号进行比较来对所述相位调制光信号执行DPSK解码；
光-电信号转换单元，用于将经所述解码单元解码的强度调制光信号转换为电信号；以及
再现单元，用于识别和再现经所述光-电信号转换单元转换的电信号，其中
所述光-电信号转换单元和所述再现单元可以用于所述串行信号的速率和将输入到所述编码单元的信号的速率中的任意一个速率。
5.如权利要求1到4中任意一项所述的光通信设备，其中，所述解码单元是马赫-曾德型N位延迟干涉仪。
6.如权利要求5所述的光通信设备，其中，所述整数N是2、4、8或16。
7.一种使用DPSK调制-解调方法的光通信系统，包括：
发送设备，该发送设备包括编码单元，用于对N个并行的速率为R/Nbps的输入电信号执行DPSK调制编码，其中N是正整数；复用单元，用于逐位地时分复用经所述编码单元编码的并行信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；以及电-相位调制光信号转换单元，用于将由所述复用单元生成的串行信号转换为相位调制光信号，
发送单元，用于发送所述相位调制光信号，以及
接收单元，该接收单元包括解码单元，用于通过与N位在前的光信号进行比较，对经所述发送单元发送的相位调制光信号执行DPSK解码；光-电信号转换单元，用于将经所述解码单元解码的强度调制光信号转换为电信号；以及解复用单元，用于逐位地将经所述光-电信号转换单元转换的电信号时分解复用为N个信号。
8.一种使用DPSK调制-解调方法的光通信系统，包括：
发送设备，该发送设备包括解复用单元，用于逐位地将输入电信号时分解复用为N个速率为R/Nbps的并行信号，其中N是正整数；编码单元，用于并行地对经所述解复用单元解复用的N个信号执行DPSK调制编码；复用单元，用于逐位地时分复用经所述编码单元编码的并行信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；以及电-相位调制光信号转换单元，用于将由所述复用单元生成的串行信号转换为相位调制光信号，
发送单元，用于发送所述相位调制光信号，以及
接收设备，该接收设备包括解码单元，用于通过与N位在前的光信号进行比较，对经所述发送单元发送的相位调制光信号执行DPSK解码；和光-电信号转换单元，用于将经所述解码单元解码的强度调制光信号转换为电信号。
9.一种在使用DPSK调制-解调方法的WDM光通信系统中的光通信系统，包括：
发送设备，该发送设备包括第一相位调制光信号发送单元，用于发送Rbps相位调制光信号；第二相位调制光信号发送单元，用于发送波长与所述Rbps相位调制光信号的波长不同的R/Nbps相位调制光信号，其中N是正整数；以及第一复用单元，用于复用两个波长的光信号，其中所述两个波长的光信号是所述Rbps相位调制光信号和所述R/Nbps相位调制光信号，
发送单元，用于发送经所述第一复用单元复用的光信号，以及
接收设备，该接收设备包括解码单元，用于对经所述发送单元发送的、两个波长的光信号一起执行DPSK解码；分离单元，用于将经所述解码单元解码的光信号分离成所述两个波长的强度调制光信号；以及光-电信号转换单元，用于将经所述分离单元分离的每个波长的强度调制光信号转换为电信号，其中
所述第一相位调制光信号发送单元包括第一编码单元和第二复用单元，其中，所述第一编码单元用于执行N个并行的、速率为R/Nbps的DPSK调制编码，所述第二复用单元用于逐位地时分复用经所述编码单元编码的并行信号，从而生成Rbps信号，并且
所述第二相位调制光信号发送单元包括用于执行速率为R/Nbps的DPSK调制编码的第二编码单元。
10.一种使用DPSK调制-解调方法的光通信系统，包括：
发送设备，该发送设备包括编码单元，用于执行N个并行的速率为R/Nbps的DPSK调制编码，其中N是正整数；复用单元，用于逐位地时分复用所述编码单元的输出信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；选择单元，用于选择所述编码单元的一个输出信号或者由所述复用单元生成的串行信号；以及电-相位调制光信号转换单元，用于将由所述选择单元选择的信号转换为相位调制光信号，
发送单元，用于发送所述相位调制光信号，以及
接收设备，该接收设备包括解码单元，用于通过与N位在前的光信号进行比较来对由所述发送单元发送的所述相位调制光信号执行DPSK解码；光-电信号转换单元，用于将经所述解码单元解码的强度调制光信号转换为电信号；以及再现单元，用于识别和再现经所述光-电信号转换单元转换的电信号，其中
所述光-电信号转换单元和所述再现单元可以用于所述串行信号的速率和将输入到所述编码单元的信号的速率中的任意一个速率。
11.如权利要求7到10中的任意一项所述的光通信系统，其中，所述解码单元是马赫-曾德型N位延迟干涉仪。
12.如权利要求11所述的光通信系统，其中，所述整数N是2、4、8或16。
13.一种DPSK调制-解调方法，包括：
对N个并行的速率为R/Nbps的输入电信号执行DPSK调制编码，其中N是正整数；
逐位地时分复用编码后的并行信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；
将所生成的串行信号转换为相位调制光信号；
发送相位调制光信号；
通过与N位在前的光信号进行比较来对经发送的相位调制光信号执行DPSK解码；
将解码后的强度调制光信号转换为电信号；以及
将转换后的电信号逐位地时分解复用为N个信号。
14.一种DPSK调制-解调方法，包括：
将输入电信号逐位地时分解复用为N个速率为R/Nbps的并行信号，其中N是正整数；
并行地对解复用后的所述N个信号执行DPSK调制编码；
逐位地时分复用编码后的并行信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；
将所生成的串行信号转换为相位调制光信号；
发送相位调制光信号；
通过与N位在前的光信号进行比较来对经发送的相位调制光信号执行DPSK解码；以及
将解码后的强度调制光信号转换为电信号。
15.一种在WDM光通信系统中的DPSK调制-解调方法，包括：
发送Rbps相位调制光信号和波长与所述Rbps相位调制光信号的波长不同的R/Nbps相位调制光信号，其中N是正整数；
复用两个波长的光信号，其中所述两个波长的光信号是所述Rbps相位调制光信号和所述R/Nbps相位调制光信号；
发送复用后的光信号；
对经发送的两个波长的光信号一起执行DPSK解码；
将解码后的光信号分离成所述两个波长的强度调制光信号；以及
将分离后的每个波长的强度调制光信号转换成电信号，其中
在发送Rbps相位调制光信号时，执行了N个并行的、速率为R/Nbps的DPSK调制编码，并且编码后的并行信号被逐位地时分复用，并且
在发送R/Nbps相位调制光信号时，执行了速率为R/Nbps的DPSK调制编码，从而将编码后的信号转换为相位调制光信号。
16.一种DPSK调制-解调方法，包括：
执行N个并行的速率为R/Nbps的DPSK调制编码，其中N是正整数；
逐位地时分复用编码后的信号，从而生成速率为Rbps的串行信号；
选择经并行DPSK编码后的信号中的一个或者所述串行信号；
将所选择的信号转换为相位调制光信号；
发送相位调制光信号；
通过与N位在前的光信号进行比较来对经发送的相位调制光信号执行DPSK解码；
利用光-电信号转换单元来将解码后的强度调制光信号转换为电信号；以及
利用再现单元来识别和再现经转换的电信号，其中
所述光-电信号转换单元和所述再现单元可以用于所述串行信号的速率和将被并行DPSK编码的信号的速率中的任意一个速率。
17.如权利要求13到16中的任意一项所述的DPSK调制-解调方法，其中，在DPSK解码时，使用的是马赫-曾德型N位延迟干涉仪。
18.如权利要求17所述的DPSK调制-解调方法，其中，所述整数是2、4、8或16。
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