CN101494502B - 一种归零交替传号反转光调制信号的产生方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了产生归零交替传号反转的光调制信号的装置，包括：原始数据信号和从原始数据信号中提取出来的同步时钟信号；电域非归零码到归零码转换及放大电路；用于将原始数据信号转换成归零的二进制数据信号；直调激光器，关键的电光转换器件，它受输入的高速归零二进制数据信号驱动，直接将归零的二进制数据信号转换为归零的双二进制光调制信号，并将该双二进制光调制信号输入一个光学滤波器；光学滤波器，用于处理由直调激光器发送来的归零的双二进制光调制信号，将信号中“0”码的相位累积π，“1”码的相位保持不变，从而输出归零交替传号反转的光调制信号。本装置仅用一级光调制技术实现了传统方式下需要两级光调制技术才能实现的归零交替传号反转的光调制信号，不需要进行数据信号的预编码处理，信号传输过程不需要移相装置，最大限度减小现有技术中获得该类型光调制信号的复杂度，降低成本，减小功耗，缩小整个装置的体积，从而真正满足光传输网络对新型调制光信号的需求。

Description

一种归零交替传号反转光调制信号的产生方法和装置

技术领域

本发明提出一种产生归零交替传号反转的光调制信号的产生方法，更具体地涉及到高速光通信系统中归零交替传号反转的光调制信号产生的装置，主要应用于高速光传输系统(比如10Gb/s和40Gb/s光传输系统)，包括密集波分复用(DWDM)光传输系统。 

背景技术

交替传号反转的光调制信号有很多独特的优点：比如在光纤中传输时，它的码间干扰小，色散容忍性高，能够延长高速光传输系统的无电中继传输距离；其次在超高速的光传输系统中，这种光调制信号的谱宽相对较窄，能够应用在50GHz甚至25GHz通道间隔的密集波分复用光传输系统中，可以扩大光传输系统的容量；再次是它的接收系统比较简单，同普通强度调制-直接检测系统一样，只需简单的光强度探测器即可。但是这种非归零的交替传号反转的调制信号也存在一定的缺陷，比如获得这种光调制信号的技术复杂，成本较高，且这种光调制信号应用在光传输系统中的与传统的非归零光调制信号相比光信噪比容限不高，在超长跨距的光传输系统中应用受限等。 

近年来，归零码调制技术引起了人们较大的兴趣，主要原因是这种调制格式能够提高光传输系统的光信噪比容限，归零调制信号的码间干扰小于非归零调制信号，因而具有更高的非线性容限和更大的偏振模色散(PMD)容限，特别适合超长距离的光传输系统。如果将归零码调制格式技术与交替传号反转的码型调制技术结合起来，得到归零的交替传号反转的光调制信号，则可以充分发挥各自的优势，改善非归零交替传号反转的光调制信号的传输性能以及普通归零码(RZ-OOK)的低色散容忍性，是极具吸引力的一种新型光调制技术，在超长距离高速光传输系统中有较大的应用前景。 

传统的产生归零交替传号反转的调制信号一般采用两级调制方法，专利号为US2005/0100346的专利中给出了这种装置的基本描述。其中第一级调制是数据调制，用来产生双二进制光调制信号，第二级调制是时钟调制，为了得到归零的交替传号反转的光调制信号，整个装置的框图如图1所示，包括100原始的数据信号，101原始的时钟信号，102第一级调制单元，103第二级调制单元以及104连续波激光器光源。 

第一级调制单元包括1020差分预编码器，将前级输出的数据信号进行预编码处理，然后将经过预编码后的信号输出给1021编码器编码处理，再经过1022电平偏移得到了三电平的电信号，1023是驱动器，将三电平信号放大到足够的幅度，以驱动1024马赫曾德尔调制器，该调制器偏置在最低点，最大驱动信号幅度为2Vπ，从第一级调制器输出的双二进制光调制信号，第二级调制单元包括时钟驱动器1030，将从原始数据中提取的同步时钟放大去驱动第二级马赫曾德尔调制器1031，该调制器偏置在最低点零点，驱动时钟为原时钟频率的一半，即半频率时钟(halfclock)，最终从第二级调制器输出的是归零的交替传号反转的光调制信号。 

还有一种产生归零交替传号反转的调制信号的方法与前面所述的方法类似，仍然采用两级调制的方式，如图2所示，所不同的是在第一级调制单元采用滤波的方法得到三电平电信号，将原始数据信号进行预编码器处理后，再经过一个带宽较窄的滤波器，一般为四分之一信号速率带宽，设计成贝塞尔低通滤波器，得到一个三电平的信号，再将此三电平电信号放大，驱动第一级马赫曾德尔调制器，第一级马赫曾德尔调制器的偏置电压设置与第一种方法完全相同，第二级马赫曾德尔调制与前面所述的方法完全相同。 

传统的产生归零交替传号反转的光调制信号装置，在产生双二进制光调制信号时，由于采用了低通滤波器，在眼图的空号(“0”电平)时形成纹波301，如图3所示，通常这些纹波导致在归零交替传号反转的光调制信号的接收端的接收灵敏度的恶化。 

US2005/0100346的专利公开了将传统产生归零交替传号反转的光调制信号产生装置中的低通滤波器去掉，第一级马赫曾德尔调制采用差分输入的铌酸锂调制器代替单端输入的铌酸锂调制器，可以解决了传统方法中空号纹波问题，但该专利的核心是提出在最后输出的光调制信号前加入一个光滤波 器，仅用来降低空号时的产生的纹波，另外这种方式没有摆脱两级调制方式，采用该专利实现的光发射机价格高、体积大，两级调制存在光纤熔接的问题，可实现性较差。 

CN1777068A的专利公开了一种新型的归零交替传号反转的反相光发射机及产生所属光信号的方法，如图4所示，该方法仅用数据信号获得归零交替传号反转的光调制信号，有一定新颖性，而且解决了传统方法中空号时产生的纹波问题。但是该专利仍然采用两级调制单元，只不过用一级电吸收调制代替了原来的第一级马赫曾德尔调制，且没有用时钟信号来驱动调制器，产生光调制信号。具体来说包括401原始数据信号单元S1，402预编码器单元，403原始数据信号单元S2，404第一级电吸收调制器单元，407第二级马赫曾德尔调制器单元。 

具体来说原始数据信号S1和S2是从高速驱动器差分输出的高速调制信号，S1驱动电吸收调制器，获得电吸收调制光输出信号给第二级调制器的输入端，S2经过预编码器处理后，驱动第二级马赫曾德尔调制器，最后从第二级调制器输出的就是归零的交替传号反转的光调制信号。 

由于传统方法中通常采用的时钟驱动调制器的方法获得归零信号，而上述专利中采用电吸收调制器的输出光调制信号来产生归零信号，所以有必要将眼图的交叉点尽量压低，为此两级调制器需要分别采用独立的驱动电路；同时由于电吸收调制和铌酸锂调制对驱动信号的幅度要求不同，显然后者对驱动信号幅度峰峰值要求更高一些，也必然需要分别采用独立的驱动电路，增加了系统的复杂性，成本也相应增加；另外该专利技术仍然不能避免采用两级光调制技术来实现归零的交替传号反转的光调制信号，两级调制之间高速信号之间的相位移调整环节也需要增加。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种产生归零交替传号反转的光调制信号的装置，最大限度减小现有技术中获得该光调制信号的复杂度，降低成本，减小功耗，缩小整个装置的体积，从而真正满足光传输网络对新型调制光信号的需求。 

为了解决上述问题，本发明提供了一种产生归零交替传号反转的调制信 号的装置，包括： 

原始数据信号，原始时钟信号，是从低速转数据信号发生设备输出的非归零二进制调制信号和时钟信号； 

归零转换及放大电路，用于将原始的数据信号和时钟信号“相与”，获得归零的二进制电信号，并将该信号放大到一定幅度去驱动直调激光器； 

直调激光器，用于将所输入的归零的二进制电信号，转换为归零的光二进制调制信号，并将所述非归零的光调制二进制信号输入至光学滤波器； 

光学滤波器，用于处理由所述直调激光器发送来的归零光调制二进制信号，调整滤波器的中心频率，使得在所述信号中‘0’码和‘1’码归零期间的相位累积为π的基数倍，在所述信号中‘1’码的非归零期间相位保持不变，从而输出非归零的交替传号反转的光调制信号； 

进一步的，本发明所述的装置，其中，所述输入直调激光器的高速归零二进制数据信号，由原始数据信号发生设备产生； 

进一步的，本发明所述的装置，其中，所述数据信号发生设备，用于产生原始数据信号，并从原始数据信号中提取时钟信号，将原始数据信号和时钟信号输出给所述驱动器进行下一步处理； 

进一步的，本发明所述的装置，其中，所述原始数据信号，为经过光电转换和解复用/复用处理后得到的高速非归零数据信号； 

进一步的，本发明所述的装置，其中，所述驱动器，用于将从所述数据产生装置输入的高速非归零的数据信号和时钟信号“相与”，得到归零的高速数据信号，并将此信号放大，驱动所述直调激光器； 

与现有技术相比，本发明所述装置，替代传统的产生归零交替传号反转所采用的两级调制的装置，不仅不需要经过预编码、编码及电平偏移等复杂的技术环节，也不需要采用低通滤波器等装置，尤其是不需要产生相位信息的马赫曾德尔调制器，仅用一级光调制技术即可实现的归零交替传号反转的光调制信号，不仅降低了产生这种光调制信号的技术复杂度，而且在成本、体积、功耗等方面均有明显的改善，具有较高的实用价值，更重要的是，本 发明所述的整个装置可以集成在一个激光器组件中，不需要控制移相设备，简单实用，是获得归零交替传号反转的光调制信号的很好方法。 

附图说明

图1是现有传统技术所述的两级调制获得归零交替传号反转的光调制信号的装置框图； 

图2是现有传统技术中另一种两级调制获得归零交替传号反转的光调制信号的装置框图； 

图3是传统技术所述装置获得的归零交替传号反转的光调制信号示意图； 

图4是由专利号CN1777068A提出的产生归零交替传号反转的光调制信号的装置； 

图5是本发明提出的产生归零交替传号反转的光调制信号的核心装置； 

图6是以一个原始数据信号‘1010101101110’作为实施例，说明根据本发明核心装置产生归零交替传号反转的光调制信号的过程； 

图7是根据本发明核心装置得到归零交替传号反转的光调制信号的眼图。 

具体实施方式

本发明为了解决传统技术方案存在的弊端，通过以下具体实施例进一步阐述本发明所述的一种产生归零交替传号反转的光调制信号的装置，以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 

如图1所示，为现有技术中两级调制获得归零交替传号反转的光调制信号的装置框图。该装置包括：100原始数据信号，102第一级光信号调制单元，103第二级光调制单元； 

102第一级光信号调制单元中，包括：1020差分预编码器，主要目的对输入的原始非归零数据信号进行预编码处理，然后输出给1021进行编码处理，编码处理过的信号输入给1022电平偏移电路，获得三电平电信号，经 过1023驱动器放大以后驱动1024第一级马赫曾德尔调制器，得到光双二进制调制信号；要求第一级马赫曾德尔调制器工作偏置电压在最低点，驱动信号幅度最大为2Vπ。 

非归零的光双二进制调制信号输入到第二级时钟调制单元103，包括：时钟驱动放大器1030、以及第二级马赫曾德尔调制器1031、第二级调制单元的信号源是101半时钟信号源。要求第二级马赫曾德尔调制器工作偏置电压在最低点，驱动半时钟信号幅度最大为2Vπ。 

104连续波激光器，为整个装置提供光源，经过两级调制以后，从第二级马赫曾德尔调制器输出的就是归零的双二进制调制信号。有时为了保证与数据信号同步，需要在时钟调制环节增加移相单元。 

如图2所示，为现有技术中另一种两级调制获得归零交替传号反转的光调制信号的装置框图。该装置包括：200原始数据信号发生器、202第一级光信号调制单元、以及203第二级光调制单元； 

其中202原始数据信号发生器，包括：差分预编码器2020，主要目的对输入的原始非归零数据信号进行预编码处理，接着是滤波器2021，这是一个四阶的贝塞尔低通滤波器，将输入经过预编码的数据信号滤波处理，得到一个三电平的数据信号，然后在输入到驱动器2022放大后驱动第一级马赫曾德尔调制器2023，得到光双二进制调制信号；同样要求第一级马赫曾德尔调制器工作偏置电压在最低点，驱动信号幅度最大为2Vπ。 

图2中的时钟调制部分与图1完全相同，连续波激光器为整个装置提供光源，有时为了保证与数据信号同步，需要在时钟调制环节增加移相单元。 

如图3所示，为传统方法中采用预编码和编码技术或采用低通滤波器替代编码获得三电平信号，放大后去驱动第一级马赫曾德尔调制器，再通过由时钟驱动的第二级马赫曾德尔调制器，最终获得的归零交替传号反转的光调制信号的眼图，显然，空号(‘0’电平)部分存在较大的纹波，如图中301所示，通常这些纹波会导致在归零交替传号反转的光调制信号的接收端的接 收灵敏度的恶化。 

如图4所示，为专利号CN1777068A中提出的产生归零交替传号反转的光调制信号发射装置框图。 

该装置包括：401原始数据信号S1，402高速预编码器、以及403原始数据信号S2，404集成CW激光器的电吸收调制器，405第二级马赫曾德尔调制器； 

原始数据信号S1和S2是从原始数据信号发生设备中产生并经驱动器放大后的高速数据信号，S1经过预编码器处理后驱动铌酸锂调制器，S2直接驱动电吸收激光器，从第二级马赫曾德尔调制器输出的即是归零交替传号反转的光调制信号。 

如图5所示，为本发明的核心装置图。 

包括501原始数据信号，502原始时钟信号，503为非归零二进制信号转换为归零二进制信号电路，以及504集成光学滤波器的直调激光器组件，原始非归零的数据信号和时钟信号来源于原始数据信号发生装置，其中时钟信号是从原始的数据信号中提取出来的同步时钟信号，他们输入到503后得到放大的归零二进制电信号，此信号驱动直调激光器组件并经过光学滤波处理后得到归零交替传号反转的光调制信号。 

如图6所示，为本发明实施例。 

假定这一数字序列信号为‘1010101101110’，是一个非归零的数据信号，经过归零驱动器处理并放大以后直接用来调制直调激光器，由于‘0’码和‘1’码在调制激光器时载流子浓度变化而产生频率啁啾，如图6中的第三行信号所示，这种频率啁啾经过光学滤波器处理后引起相位的变化，调节光学滤波器的参数，使得‘0’码和‘1’码归零期间引起的相位累积为3π，而‘1’码在非归零期间通过时保持相位不变，得到图5中第五行相位变化关系图。假定第一个‘1’码在通过时的相位为参考值0，则归零后的 ‘1’和‘0’码经过时，累积产生3π的相位变化，下一个‘1’码通过时，保持此相位值不变，直到下一个‘0’码经过时又累积产生3π的相位变化，这时候数字序列中第三个‘1’码保持6π的相位，依此类推，直到数字序列最后‘0’码通过时已累积产生18π的相位变化，从滤波器输出的调制信号的强度如图6中第5行所示，其中‘0’码和‘1’码所包含的相位信息也分别标识出来，可以看到数字序列信号中任何两个‘1’码携带的相位信息正好相差π，显然这就是归零交替传号反转的光调制信号数字序列。 

如图7所示，为根据本专利核心装置产生的归零交替传号反转的光调制信号眼图。该信号既保留了交替传号反转的光调制信号的相位信息，又是归零码的信号，是应用于高速长距离光传输系统中非常重要的光调制信号。从眼图可以看出空号时的纹波已经完全消除。 

同理，应用本发明所述的装置，如果输入为10Gb/s同步数字等级业务信号时，采用本发明所述的方法和装置，可以得到10Gb/s归零的交替传号反转的光调制信号； 

如果输入为40Gb/s同步数字等级业务信号时，采用本发明所述的方法和装置，可以得到40Gb/s归零的交替传号反转的光调制信号。 

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (4)

1.一种产生归零交替传号反转的光调制信号的装置，其特征在于，包括：

原始数据信号，原始时钟信号，分别是从原始数据信号发生装置输出的非归零二进制的数据信号和时钟信号；

归零转换及放大电路，用于将原始的数据信号和时钟信号“相与”，获得归零的二进制电信号，并将该信号放大到一定幅度去驱动直调激光器；

直调激光器，用于将所输入的归零的二进制电信号，转换为归零的光二进制调制信号，并将所述归零的光二进制调制信号输入至光学滤波器；

光学滤波器，用于处理由所述直调激光器发送来的归零的光二进制调制信号，将所述信号中“0”码的相位累积π，使所述信号中“1”码的相位保持不变，从而输出归零的交替传号反转的光调制信号到电吸收调制器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原始数据信号，为经过光电转换和解复用/复用处理后得到的高速非归零数据信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原始时钟信号是从原始数据信号中提取出来的同步时钟信号。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括将直调激光器与光滤波器集成在一起的装置。

Images