CN101946428A - 光通信系统、光通信方法和光通信设备 - Google Patents

Abstract

一种使用差分正交相移键控DQPSK方案的发送侧通信设备100，包括：光载波产生部分102，产生光载波，其中光载波的频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换；以及调制部分，以符号周期为间隔根据调制信号对光载波产生装置所产生的光载波进行DQPSK调制。提供了：单个延迟干涉部分121，接收通过对频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换的光载波进行DQPSK调制而得到的光信号，并输出通过使光信号104和光信号104的延迟光信号相互干扰而得到的输出光；以及光电转换部分124，将延迟干涉装置输出的输出光转换成电信号。

Description

光通信系统、光通信方法和光通信设备

技术领域

本发明涉及光通信系统，具体涉及使用DQPSK(差分正交相移键控)作为调制/解调方案的光通信方法和光通信设备，以及使用所述方法和设备的光通信系统。

背景技术

如在R.A.Griffin等的″Optical Differential Quadrature Phase-Shift Key(oDQPSK)for High Capacity Optical Transmission″，Optical Fiber Communication Conference and Exhibit，USA.March 2003，WX6，pp.367-368中描述的，DQPSK方案是一种在波长使用效率、波长色散容限以及极化波长色散容限方面卓越的调制方案，提出了对需要这些优点的多种光通信系统的应用(例如，JP2004-516743A)。以下将参考图1至3来描述一般DQPSK光通信系统的配置和操作，其中，例如如在专利文献1中描述的，DQPSK光通信系统具有使用DQPSK调制方案的光发送设备和光接收设备。

图1是示出了一般光发送设备的调制部分以及一般光接收设备的解调部分的配置示例的框图。图2A是示出了一般DQPSK光发送信号Es(t)的相位状态的信号星座图。图3是示出了DQPSK光发送信号Es(t)和解调信号Rx的时序图。

在图1中，光发送设备900具有DQPSK编码部分901、光载波产生部分902和DQPSK调制部分903。在光载波产生部分902中，通常将激光二极管用作CW(连续波)光源。

光接收设备920具有分光器923、延迟干涉计921和922以及平衡性光电转换器924和925。延迟干涉计921具有臂921a和臂921b，臂921a具有用于实现延迟时间τ的光传输路径，臂921b用于固定地给出π/4相移以及在必要时用于固定地给出精细调节相位φ₀。延迟干涉计922具有臂922a和臂922b，臂922a具有用于实现延迟时间τ的光传输路径，臂922b用于固定地给出-π/4相移以及在必要时用于固定地给出精细调节相位φ₀。

在光发送设备900中，光载波产生部分902产生具有频率ν₀的光载波并将该光载波输出至DQPSK调制部分903。DQPSK调制部分903利用如图2A所示以π/4间隔定位的四个值中的任何一个值对频率为ν₀的光载波进行相位调制，根据信号ET1和ET2产生DQPSK信号Es(t)。DQPSK编码部分901执行对与DQPSK调制相对应的发送数据d1和d2的编码，并将编码信号ET1和ET2输出至DQPSK调制部分903。

如图2A和2B所示，对于每个符号，光信号的相位θ是[π/4，3π/4，5π/4，7π/4]中的任何一个。光信号已被DQPSK编码部分901编码并且被映射到Δθ，Δθ是信号与前一信号之间的相位差。Δθ是四个值[0，π/2，π，3π/2]中的任何一个。由于发送信号Es(t)是通过以相位信息θ(t)调制光载波频率ν₀而得到的信号，所以可以由以下表达式(1)来表示发送信号Es(t)。

[表达式1]

Es(t)＝exp{i[2πν₀t+θ(t)]}...(1)

这里，θ(t)采用值[π/4，3π/4，5π/4，7π/4]中的任何一个。由于每个符号具有四个值，即，2比特信息，所以对于传输容量B[bits/s]，符号速率是B/2[符号/秒]，符号间隔是τ＝2/B[秒]。

当上述表达式(1)所表达的光信号Es(t)到达时，光接收设备920的分光器923将该光信号Es(t)分成两个光信号。将一个光信号发送至延迟干涉计921，将另一个光信号发送至延迟干涉计922。以下将作为示例描述延迟干涉计921的操作。

延迟干涉计921还将输入的光信号分成两个信号，在臂921a处将一个光信号延迟τ，在臂921b处将另一个光信号相移π/4。通过将一个光信号延迟τ，可以使另一个光信号与信号前一个符号间隔的光信号干涉，并提取相位差Δθ(t)＝θ(t)-θ(t-τ)。干涉之前的两个光信号E1(t)和E2(t)可以由以下表达式(2)来表示。

[表达式2]

$E1\left(t\right)=e^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}}\exp \left\{i\right[2\mathrm{\π}{v}_0(t-\mathrm{\π})+\mathrm{\θ}(t-\mathrm{\τ})\left]\right\}$

$E2\left(t\right)=\exp \left\{i\right[2\mathrm{\π}{v}_0\left(t\right)+{\mathrm{\φ}}_0+\mathrm{\θ}\left(t\right)+\frac{\mathrm{\π}}{4}\left]\right\}\·\·\·\left(2\right)$

这里，φ₀是精细调节相位项，当使具有频率ν₀的光载波与前一个载波进行干涉τ时，使两个载波的相位对齐。可以针对π/4移位利用相位调制器来执行调节。

当使两个光信号E1(t)和E2(t)相互干涉时，从延迟干涉计921输出的光信号的强度I1(t)和I2(t)可以由以下表达式(3)来表示。

[表达式3]

$I1={|E1\left(t\right)+e^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}}E2\left(t\right)|}^2\∝1+\cos (2\mathrm{\π}{v}_0\mathrm{\τ}+{\mathrm{\φ}}_0+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{4})$

$I2={|e^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}}E1\left(t\right)+E2\left(t\right)|}^2\∝1-\cos (2\mathrm{\π}{v}_0+{\mathrm{\φ}}_0+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{4})\·\·\·\left(3\right)$

因此，I1(t)与I2(t)之间的差信号可以由以下表达式(4)来表示。

[表达式4]

$I1-I2\∝2\cos (2\mathrm{\π}{v}_0\mathrm{\τ}+{\mathrm{\φ}}_0+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{4})\·\·\·\left(4\right)$

当调节φ₀以使相位与信号前一个符号间隔的载波的相位对准时，满足以下表达式(5)。

[表达式5]

2πν₀τ+φ₀＝2πN(N is an integer.)...(5)

因此，从表达式(4)和(5)得到以下表达式(6)。

[表达式6]

$I1\left(t\right)-I2\left(t\right)\∝\cos (\mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)+\frac{\mathrm{\π}}{4})\·\·\·\left(6\right)$

因此，通过利用平衡型光电转换器924对两个光信号I1和I2进行二乘法检测，得到由以下表达式(7)表示的电信号x(t)。

[表达式7]

$x\left(t\right)\∝I1\left(t\right)-I2\left(t\right)\∝\cos \mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)-\sin \mathrm{\θ}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{for}& \mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)=0,\frac{3\mathrm{\π}}{2}\\ -1& \mathrm{for}& \mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\π}}{2},\mathrm{\π}\end{array}\right.\·\·\·\left(7\right)$

类似地，由于延迟干涉计922导致与通过将短臂922b的信号相移-π/4而得到的信号干涉，所以两个信号之间的差信号由以下表达式(8)来表示。

[表达式8]

$I3\left(t\right)-I4\left(t\right)\∝\cos (2\mathrm{\π}{v}_0\mathrm{\τ}+{\mathrm{\φ}}_0+\mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)-\frac{\mathrm{\π}}{4})\·\·\·\left(8\right)$

由于满足表达式(5)，所以通过由平衡型光电转换器925对两个光信号I3和I4进行二乘法检测来得到由以下表达式(9)来表示的电信号y(t)。

[表达式9]

$y\left(t\right)\∝I3\left(t\right)-I4\left(t\right)\∝\cos \mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)+\sin \mathrm{\θ}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{for}& \mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)=0,\frac{\mathrm{\π\π}}{2}\\ -1& \mathrm{for}& \mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)=\frac{3\mathrm{\π}}{2},\mathrm{\π}\end{array}\right.\·\·\·\left(9\right)$

图3示出了来自上述衡型光电转换器924和925的输出的示例。在发送侧的DQPSK编码部分901，进行编码使得在接收侧得到的电信号x(t)和y(t)与原始信号(发送侧编码前的信号d1和d2)相对应。

发明内容

然而，在上述DQPSK通信系统中，如图1所示，对于DQPSK解调需要两个光模块(光部件)集合，如，延迟干涉计921和922以及平衡型光电转换器924和925，这使得接收侧设备的部件数目增大、配置的复杂度提高、功耗提高以及小型化困难。具体地，由于通过组装光部件来配置上述光解调电路，所以大量部件导致生产过程变得复杂，从而不能预期通过大量生产(如，半导体集成电路的大量生产)来达到降低制造成本的效果。

因此，本发明的目的是提供一种能够实现接收侧设备的配置的简化和小型化的光通信方法和设备。

本发明的光通信系统是一种使用DQPSK(差分正交相移键控)系统的光通信系统，包括：发送侧通信设备，产生光载波并以符号周期为间隔根据调制信号对光载波进行DQPSK调制，其中光载波的频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换；以及接收侧通信设备，接收被发送侧通信设备DQPSK调制的光信号，使接收的光信号和相对于光信号延迟预定时间的延迟光信号相互干涉，以及将相互干涉的光信号转换成电信号。

根据本发明，可以简化光接收设备的配置并便于小型化。原因是，可以仅通过提供一个延迟干涉部分和一个光电转换部分来解调DQPSK调制信号。

附图说明

图1示出了一般光发送设备的调制部分和一般光接收设备的解调部分的配置示例的框图；

图2A示出了一般DQPSK光发送信号Es(t)的相位状态的信号星座图；

图2B示出了一般DQPSK光发送信号Es(t)的相位变化的示例的时序图；

图3示出了DQPSK光发送信号Es(t)和解调信号Rx的时序图；

图4示出了根据一个示例实施例的光通信系统的基本配置的框图；

图5A示意性地示出了发送侧的调制操作的时序图；

图5B示意性地示出了接收侧的解调结果的时序图；

图6A示出了作为比较示例，在图1所示的方案中使用的两个延迟干涉计的滤波器特性曲线的图；

图6B示出了在该示例实施例中使用的一个延迟干涉计的滤波器特性曲线的图；

图7示出了根据第一示例实施例的光通信系统的框图；

图8示出了图7的光发送设备的调制系统的操作的时序图；

图9示出了根据第二示例实施例的光通信系统的框图；

图10示出了图9的光发送设备的调制系统的操作的时序图；以及

图11示出了根据第三示例实施例的光通信系统的框图。

具体实施方式

1.一个示例实施例

根据本发明，如上所述，可以通过在发送侧周期性地改变光载波的频率，来在接收侧使用一个延迟干涉仪提取信号。以下将对这种情况进行描述：发送侧通信设备对光载波进行DQPSK调制，同时在ν₁和ν₂之间切换光载波频率，其中，作为示例，在ν₁和ν₂之间每τ/2(即，二分之一符号间隔τ)具有频率差1/4τ。

1.1)配置

图4示出了根据一个示例实施例的光通信系统的基本配置的框图。在本示例实施例中，光发送设备100的调制系统具有DQPSK编码部分101、光载波发出部分102和DQPSK调制部分103。光载波发出部分102向DQPSK调制部分103发送光载波，从而切换频率ν₁和ν₂，ν₁和ν₂在周期τ/2上相对于光载波频率ν₀移位±1/8τ。

光接收设备120的解调系统包括一个延迟干涉计121和一个平衡型光电转换器124。延迟干涉计121具有针对一个臂121a实现延迟时间τ的光传输路径。为另一个臂121b提供精细调节相位调制器122。通过使臂121a的光路径长度物理上比臂12b长来实现延迟时间τ。延迟时间τ等于数据的符号间隔。

这里，为了便于描述，分别描述作为发送侧的光通信设备的光发送设备100和作为接收侧的光通信设备的光接收设备120。然而，可以为一个光通信设备配备光发送设备100的调制系统和光接收设备120的解调系统。即，光通信设备也可以具有光发送设备100的调制系统和光接收设备120的解调系统，以执行与具有类似调制/解调电路的其他光通信设备的DQPSK光发送/接收。

1.2)发送侧的调制操作

图5A示意性地示出了发送侧的调制操作的时序图。以下将参考图4和5A来描述光发送设备100中的调制操作。

在光发送设备100中，DQPSK编码部分101执行对与DQPSK调制相对应的发送数据d1和d2的编码，并将编码信号ET1和ET2发送至DQPSK调制部分103。

如图5A所示，DQPSK调制部分103从光载波发出部分102输入光载波，所述光载波的频率在周期τ/2上在ν₁＝ν₀+1/8τ与ν₂＝ν₀-1/8τ之间切换。DQPSK调制部分903通过根据以符号间隔τ的信号ET1和ET2对这样的光载波进行相位调制来产生DQPSK信号E(t)。DQPSK信号E(t)由以下表达式(10)表示。

[表达式10]

$\left\{\begin{array}{ccc}v=v_1=v_0+\frac{1}{8\mathrm{\&tau;}}& \mathrm{for}& \mathrm{\&tau;N}<t<\frac{\mathrm{\&tau;}}{2}(2N+1)\\ v=v_2=v_0+\frac{1}{8\mathrm{\&tau;}}& \mathrm{for}& \frac{\mathrm{\&tau;}}{2}(2N+1)<t<\mathrm{\&tau;}(N+1)\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(10\right)$

尽管以这种方式产生的DQPSK信号E(t)的相位信息θ(t)每τ改变，然而在一个符号周期τ期间的时间序列中频率在ν₁＝ν₀+1/8τ与ν₂＝ν₀-1/8τ之间切换。

1.3)接收侧的解调操作

图5B示意性地示出了接收侧的解调结果的时序图。以下将参考图4和5B来描述光接收设备120中的解调操作。

首先，假定由表达式(10)表示的DQPSK信号已到达光接收设备120。如上所述，DQPSK信号E(t)的载波频率在周期τ/2上在ν₁＝ν₀+1/8τ与ν₂＝ν₀-1/8τ之间切换。首先将描述具有频率ν₁的载波已到达延迟干涉计121的情况。

将已经输入到延迟干涉计121的具有频率ν₁的光载波的光信号分成两个信号。臂121a侧的光信号被延迟τ并且变成延迟光信号E5(t)。关于臂121b侧的光信号，相位由精细调节相位调制器122来精细调节并且变成光信号E6(t)。延迟光信号E5(t)和E6(t)由以下表达式(11)来表示。

[表达式11]

$E5\left(t\right)=e^{i\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}}\exp \left\{i\right[2\mathrm{\&pi;}{v}_1(t-\mathrm{\&tau;})+\mathrm{\&theta;}(t-\mathrm{\&tau;})\left]\right\}$

$E6\left(t\right)=\exp \left\{i\right[2\mathrm{\&pi;}{v}_1\left(t\right)+{\mathrm{\&phi;}}_0+\mathrm{\&theta;}\left(t\right)\left]\right\}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(11\right)$

由于延迟干涉计121使延迟光信号E5(t)和光信号E6(t)相互干涉，所以从延迟干涉计121输出具有输出光信号强度I5(t)和I6(t)的输出光。输出光信号强度I5(t)和I6(t)由以下表达式(12)来表示。

[表达式12]

I5∝1+cos(2πν₁τ+θ₀+Δθ)

]I6∝1-cos(2πν₁τ+θ₀+Δθ)...(12)

这里，Δθ＝θ(t)-θ(t-τ)。表达式(12)是将ν₀替换成ν₁并且将相移量π/4替换成0的表达式(3)。这里，通过代入将ν₁表示为ν₀的函数的表达式(10)，得到以下表达式(13)。

[表达式13]

$I5\&Proportional;1+\cos (2\mathrm{\&pi;}(v_0+\frac{1}{8\mathrm{\&tau;}})\mathrm{\&tau;}+{\mathrm{\&phi;}}_0+\mathrm{\&Delta;\&theta;})=1+\cos (2\mathrm{\&pi;}{v}_0\mathrm{\&tau;}+{\mathrm{\&phi;}}_0+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}+\mathrm{\&Delta;\&theta;})$

$]I6\&Proportional;1-\cos (2\mathrm{\&pi;}(v_0+\frac{1}{8\mathrm{\&tau;}}){+\mathrm{\&phi;}}_0+\mathrm{\&Delta;\&theta;})=1-\cos (2\mathrm{\&pi;}{v}_0\mathrm{\&tau;}+{\mathrm{\&phi;}}_0+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}+\mathrm{\&Delta;\&theta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(13\right)$

当比较表达式(3)和表达式(13)时，已知满足I5＝I1且I6＝I2。即，在图1所描述的光接收设备的延迟干涉计921中，通过利用短臂921b对具有载波ν₀的接收信号相移π/4而得到的干涉结果等于通过对于由表达式(10)表示的具有载波ν₁的信号使短臂121b的相移与0对准而得到的干涉结果。

类似地，在具有频率ν₁的载波到达延迟干涉计121的情况下，表达式(10)中对于ν＝ν₂的输出光信号强度I5(t)和I6(t)被表示为如下表达式(14)

[表达式14]

$I5\&Proportional;1+\cos (2\mathrm{\&pi;}(v_0-\frac{1}{8\mathrm{\&tau;}})\mathrm{\&tau;}+{\mathrm{\&phi;}}_0+\mathrm{\&Delta;\&theta;})=1+\cos (2\mathrm{\&pi;}{v}_0\mathrm{\&tau;}+{\mathrm{\&phi;}}_0-\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}+\mathrm{\&Delta;\&theta;})$

$I6\&Proportional;1-\cos (2\mathrm{\&pi;}(v_0-\frac{1}{8\mathrm{\&tau;}}){\mathrm{\&tau;}+\mathrm{\&phi;}}_0+\mathrm{\&Delta;\&theta;})=1-\cos (2\mathrm{\&pi;}{v}_0\mathrm{\&tau;}+{\mathrm{\&phi;}}_0-\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}+\mathrm{\&Delta;\&theta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(134\right)$

当比较表达式(3)和表达式(14)时，已知满足I5＝I3且I6＝I4。即，在图1所描述的光接收设备的延迟干涉计922中，通过利用短臂922b对具有载波ν₀的接收信号相移-π/4而得到的干涉结果等于通过对于由表达式(10)表示的具有载波ν₂的信号使短臂122b的相移与0对准而得到的干涉结果。

通过使用表达式(5)，根据针对载波频率ν₁的表达式(13)和针对载波频率ν₂的表达式(14)得到以下表达式(15)。

[表达式15]

$I5\left(t\right)-I6\left(t\right)\&Proportional;\left\{\begin{array}{ccc}\cos (\mathrm{\&Delta;\&theta;}\left(t\right)+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})& \mathrm{for}& v=v_1\\ \cos (\mathrm{\&Delta;\&theta;}\left(t\right)-\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})& \mathrm{for}& v=v_2\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(15\right)$

根据表达式(7)和(9)，当平衡型光电转换器124对这些光信号执行二乘法检测以将这些光信号转换成电信号时，I5和I6之差被转换成电信号z(t)，得到以下表达式(16)。

[表达式16]

$z\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}x\left(t\right)& \mathrm{for}& v=v_1\\ y\left(t\right)& \mathrm{for}& v=v_2\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(16\right)$

即，在从来自图4所示的一个延迟干涉计121的输出光得到的z(t)中，在分时状态下，交替地得到从来自图1所描述的两个延迟干涉计921和922的输出光得到的电信号x(t)和y(t)，可以根据这两个信号来恢复原始信号d1和d2。

1.4)比较

如以下所示的，从滤波器特性的角度来看，可以比较本示例实施例的解调系统中延迟干涉计的载波频率与图1所示解调系统中延迟干涉计的载波频率之间的关系。

图6A示出了作为示例，图1所示方案中使用的两个延迟干涉计的滤波器特性曲线的图。图6B示出了在本示例实施例中使用的一个延迟干涉计的滤波器特性曲线的图。

如图6A所示，在图1所示的解调系统中，解调由两个延迟干涉计921和922执行，延迟干涉计921和922具有滤波器特性241和242，关于具有载波频率ν₀的信号，滤波器特性241和242的峰值分别在ν₀±1/8τ处。

相反，在本示例实施例中，如图6B所示，解调由一个延迟干涉计121执行，延迟干涉计121具有滤波器特性143，关于具有载波频率ν₀±1/8τ的信号，滤波器特性143的峰值在ν₀处，从而可以每τ/2交替地得到与图1所示解调系统的解调结果相类似的解调结果。

1.5)优点

根据本示例实施例，可以简化光接收设备的配置并便于小型化。原因是，可以仅通过为DQPSK解调提供由延迟干涉计和平衡型光电转换器组成的一个集合，来解调DQPSK调制信号。由于仅需要使用由延迟干涉计和平衡型光电转换器组成的一个集合，所以减小了部件的数目，并且可以便于制造并将光部件的数目减半，如果不减少部件数目，则很难实现价格的降低。

2.示例实施例1

图7示出了根据第一示例实施例的光通信系统的框图。这里，将具体描述以下情况：从光发送设备300向光接收设备320发送具有传输容量B＝40G[bit/s]的信号，即，具有符号间隔τ＝2/B＝50ps的信号。

2.1)配置

光发送设备300具有编码部分301、光载波产生部分302和DQPSK调制部分303。编码部分301是已经阐述过的DQPSK编码部分，编码部分301执行对与DQPSK调制相对应的发送数据d1和d2的编码并将编码信号ET1和ET2输出至DQPSK调制部分303。

光载波产生部分302具有激光源(激光二极管)305和相位调制器306，激光源(激光二极管)305产生具有单个频率ν₀的载波Ein(t)351，相位调制器306对该载波执行相位调制。相位调制器306可以控制与调制电压V(t)成比例的相位变化量Δφ(t)。如稍后描述的，从相位调制器306输出的载波Eout(t)316的频率在时间序列中在ν₁＝ν₀+1/8τ与ν₂＝ν₀-1/8τ之间偏移。

DQPSK调制部分303是一般DQPSK调制器，并且具有分光器307、作为一个臂的Mach-Zehnder调制器308、作为另一个臂的Mach-Zehnder调制器309、固定相位调节器310和光耦合部分311。

分别向Mach-Zehnder调制器308和309输入被分光器307分光后的光信号，Mach-Zehnder调制器308和309分别根据来自编码部分301的信号ET1和ET2利用驱动电压来选择性地将相位调制±π弧度。

固定相位调节器310被提供在一个臂上并且为光信号给出相移π/2。光耦合部分311使已经过上述两个臂的光信号彼此耦合，以产生具有20G符号/秒的DQPSK信号E(t)304。

向光接收设备320输入接收光信号E(t)304。光接收设备320具有延迟干涉计321和起到解调器作用的平衡型光检测器324。

Michelson干涉计或Mach-Zehnder干涉计(MZI)可以用作延迟干涉计321。这里，将示出对使用空间光系统的Michelson干涉计进行使用的示例。向平衡型光检测器324输入延迟干涉计321的两个光输出信号I5和I6，衡型光检测器324输出电信号z(t)，电信号z(t)的电压与两个光输出信号之间的强度差成比例。

如上所述，通过使臂321a比臂321b长的距离与延迟干涉计321中的延迟时间τ＝50ps相对应，接收光信号与信号前一个符号的光信号之间的干扰变成可能。臂321b具有精细调节相位调制器322。

2.2)操作

图8示出了图7的光发送设备的调制系统的操作的时序图。从激光源305向相位调制器306输入具有单个频率v0＝194.00THz的光载波Ein(t)315，相位调制器306输出根据调制电压V(t)而调制的载波Eout(t)316。

如图8所示，当相位调制器306的调制电压Vπ是10V时，调制电压V(t)重复电压变化，其中，当t在0ps和25ps之间时电压在50ps的周期上从0V到1.25V线性增大。因此，从相位调制器306输出的载波Eout(t)316给出了与调制电压V(t)成比例的相位变化量Δφ(t)。通过给出该线性相位变化，产生了频移。即，相位差分给出了光瞬时频率。如图8所示，当相位以25ps的时间间隔在0和π/8之间线性增大或减小时，频移量由以下表达式(17)给出。

[表达式17]

$\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\frac{\mathrm{d\&Delta;\&phi;}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\frac{\frac{\mathrm{\&pi;}}{8}}{2\mathrm{\&pi;}}=2.5\mathrm{GHz}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(17\right)$

该表达式(17)与表达式(10)所示的频移量1/8τ相对应。

DQPSK调制器303是如上所述的一般DQPSK调制器，DQPSK调制器303根据DQPSK调制信号ET1(t)和ET2(t)对载波Eout(t)316进行DQPSK调制。DQPSK调制信号ET1(t)和ET2(t)与相位调制器306的调制信号V(t)同步，调制所产生的光信号E(t)304，使得符号切换时序与载波频率切换时序相对应。

光接收设备320的延迟干涉计321和平衡型光检测器324被输入光信号E(t)304，并输出由表达式(15)表示的输出信号z(t)。这样，通过使用所用的一个延迟干涉计321，每τ/2(25ps)顺序地输出解调信号串z(t)。

示例实施例2

3.第二示例实施例

图9示出了根据第二示例实施例的光通信系统的框图。

这里，将具体描述以下情况：从光发送设备330向光接收设备360发送具有传输容量B＝40G[bit/s]的信号，即，具有符号间隔τ＝2/B＝50ps的信号。

2.1)配置

图9所示的光发送设备330具有编码部分331、光载波产生部分332和DQPSK调制部分333。编码部分331是已经阐述的DQPSK编码部分，编码部分331对与DQPSK调制相对应的发送数据d1和d2执行编码并将编码信号ET1(t)和ET2(t)输出至DQPSK调制部分333。

光载波产生部分332具有两个DFB(分布式反馈)激光器336和337、两个EA(电吸收)调制器338和339、以及光耦合器340。EA调制器338和339分别由驱动电压V1(t)和V2(t)驱动，EA调制器338和339能够根据驱动电压值使入射光被发送或遮蔽。

EA调制器338发送/遮蔽从DFB激光器336输出的具有频率ν₁的CW光，发送的CW光输出至耦合器340。因此，通过使EA调制器338和339利用驱动电压V1(t)和V2(t)在周期τ/2上交替地执行发送或遮蔽，载波ET0(t)的频率可以在ν₁和ν₂之间切换。

DQPSK调制部分333具有一般DQPSK调制配置。然而，这是与第一示例实施例不同的示例，DQPSK调制部分333具有Mach-Zehnder调制器341和相位调制器342。Mach-Zehnder调制器341被配置为根据驱动电压将相位选择性地调制±π弧度。由于相位已被Mach-Zehnder调制器341调制到0或π的光信号作为输入，相位调制器342还根据驱动电压选择性地将相位调制仅±π/2弧度。如上所述，DQPSK调制部分333产生根据DQPSK调制信号ET1(t)和ET2(t)的DQPSK信号E(t)334。

向光接收设备360输入接收光信号E(t)334。光接收设备360具有延迟干涉计361和起到解调器作用的平衡型光电转换器364。已示出将Mach-Zehnder调制器(MZI)用作延迟干涉计361的情况。例如可以利用单模光纤来制造延迟干涉计361。还可以利用硅基板、玻璃基板、砷化镓或铌酸锂来制造延迟干涉计361。在这种情况下，延迟干涉计361是波导型的。如已经阐述的一样，通过使臂361a比臂361b长的距离与延迟干涉计361中的延迟时间τ＝50ps相对应，接收光信号与信号前一个符号的光信号之间的干涉变为可能。臂361具有精细调节相位调制器362。由于延迟干涉计361和平衡型光检测器364的基本配置和操作与第一示例实施例的相类似，所以将省略其细节。

2.2)操作

图10示出了图9的光发送设备的调制系统的操作的时序图。DFB激光器336和337分别输出具有光载波频率ν₁＝194.0025THz和ν₂＝193.9975THz的两个CW光。

控制驱动电压V1(t)和V2(t)，使得当EA调制器338处于发送状态时EA调制器339处于遮蔽状态，相反，当EA调制器338处于遮蔽状态时EA调制器339处于发送状态。即，EA调制器驱动电压V1(t)和V2(t)同步并且反相地操作，从而来自EA调制器338的输出光IT1(t)和来自EA调制器339的输出光IT2(t)也反相地重复ON/OFF。因此，光耦合器340在时间上交替地复用输出光IT1(t)和IT2(t)，IT1(t)和IT2(t)作为载波IT0(t)被输出至DQPSK调制部分333。如图10所示，载波IT0(t)的光强恒定，载波频率每τ/2＝25ps切换。

DQPSK调制器333是如上所述的一般DQPSK调制器，DQPSK调制器333根据DQPSK调制信号ET1(t)和ET2(t)对载波IT0(t)进行DQPSK调制。DQPSK调制信号ET1(t)和ET2(t)与EA调制器驱动电压V1(t)和V2(t)同步，调制所产生的光信号E(t)334，使得符号切换时序与载波频率切换时序相对应。

光接收设备360的延迟干涉计361和平衡型光检测器364被输入光信号E(t)334，并输出由表达式(15)表示的输出信号z(t)。这样，一个延迟干涉计361每τ/2(25ps)顺序地输出解调信号串z(t)。

示例实施例3

4.第三示例实施例

图11示出了根据第三示例实施例的光通信系统的框图。

这里，将具体描述以下情况：从光发送设备370向光接收设备360发送具有传输容量B＝40G[bit/s]的信号，即，具有符号间隔τ＝2/B＝50ps的信号。

图11所示的光发送设备370具有编码部分371、光载波产生部分372和DQPSK调制部分373。编码部分371是已经阐述的DQPSK编码部分，编码部分371对与DQPSK调制相对应的发送数据d1和d2执行编码并将编码信号ET1(t)和ET2(t)输出至DQPSK调制部分373。

光载波产生部分372具有两个DFB(分布式反馈)激光器336和337以及光开关377。分别从DFB激光器336和337输出的具有频率ν₁(例如，194.0025GHz)的CW光和具有频率ν₂(例如，193.9975GHz)的CW光分别进入光开关377的两个输入端口。光开关377可以利用控制信号V3(t)可选地将两个输入端口交替地连接至输出端口。因此，通过控制控制信号V3(t)，光载波产生部分372可以每τ/2＝25ps在ν₁和ν₂之间交替地切换载波频率。

DQPSK调制部分373是一种配置示例，其中两个相位调制器378和379级联。相位调制器378被配置为使得根据驱动电压选择性地将相位仅调制±π弧度。以相位已被相位调制器378调制到0或π的光信号作为输入，相位调制器379根据驱动电压选择性地将相位调制仅±π/2弧度，以产生具有四个值的相位状态的DQPSK信号。如上所述，DQPSK调制部分373产生根据DQPSK调制信号ET1(t)和ET2(t)的DQPSK信号E(t)374。其他操作与第二示例实施例相类似。

光接收设备360具有与图9所示第二示例实施例相同的配置，操作也相同。因此，给出相同的参考数字并省略了对其的描述。

本发明可应用于使用DQPSK调制/解调方法的光通信设备以及包括光通信设备的光通信系统。优选地，本发明尤其适用于接收设备的小型化很重要的非对称光通信系统，如，PON(无源光网络)。

已参考示例实施例描述了本发明。然而，本发明不限于这些示例实施例。在本发明的范围之内，可以对权利要求中限定的本发明的配置和细节进行各种修改，使得本领域技术人员将容易地理解本发明。

本申请要求于2008年2月22日提交的日本专利申请No.2008-040867的优先权，其全部公开一并在此作为参考。

Claims (25)

1.一种使用差分正交相移键控DQPSK方案的光通信系统，包括：

发送侧通信设备，产生光载波并以符号周期为间隔根据调制信号对光载波进行DQPSK调制，其中光载波的频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换；以及

接收侧通信设备，接收被发送侧通信设备DQPSK调制的光信号，使接收光信号和相对于光信号延迟预定时间的延迟光信号相互干涉，以及将相互干涉的光信号转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的光通信系统，其中，当以τ来指示一个符号周期时，发送侧通信设备产生在两个频率之间切换的光载波，所述两个频率彼此相差1/4τ。

3.根据权利要求2所述的光通信系统，其中，接收侧通信设备使光信号和相对于光信号延迟一个符号周期的延迟信号相互干涉。

4.根据权利要求3所述的光通信系统，其中，发送侧通信设备产生彼此频率相差1/4τ的两个连续波，周期性地以反相执行对连续波的发送和遮蔽，并通过复用所发送的连续波来产生光载波。

5.根据权利要求4所述的光通信系统，其中，发送侧通信设备具有两个电吸收EA调制器，分别用于执行对连续波的发送和遮蔽。

6.根据权利要求2或3所述的光通信系统，其中，发送侧通信设备还包括用于产生具有预定频率的连续波的光源，通过线性增大或减小所产生的连续波的相位变化量，来产生在两个不同频率之间切换的光载波。

7.根据权利要求2或2所述的光通信系统，其中，发送侧通信设备还包括分别用于产生具有不同频率的连续波的两个连续波光源，通过选择性地发送由两个连续波光源产生的连续波并输出所发送的连续波，来产生在不同的两个频率之间切换的光载波。

8.根据权利要求2至7中任一项权利要求所述的光通信系统，其中，发送侧通信设备以间隔τ/2切换光载波的频率。

9.一种在使用差分正交相移键控DQPSK方案的光通信系统中的光通信方法，其中，

发送侧通信设备产生光载波并以符号周期为间隔根据调制信号对光载波进行DQPSK调制，其中光载波的频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换；以及

接收侧通信设备接收被发送侧通信设备DQPSK调制的光信号，使接收光信号和相对于光信号延迟预定时间的延迟光信号相互干涉，以及将相互干涉的光信号转换成电信号。

10.根据权利要求9所述的光通信方法，其中，当以τ来指示一个符号周期时，发送侧通信设备产生在两个频率之间切换的光载波，所述两个频率彼此相差1/4τ。

11.根据权利要求10所述的光通信方法，其中，接收侧通信设备使光信号和相对于光信号延迟一个符号周期的延迟信号相互干涉。

12.根据权利要求10或11所述的光通信方法，其中，发送侧通信设备产生频率以间隔τ/2切换的光载波。

13.一种使用差分正交相移键控DQPSK方案的光通信设备，包括：

光载波产生装置，用于产生光载波，所述光载波的频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换；以及

调制装置，用于以符号周期为间隔根据调制信号对光载波产生装置所产生的光载波进行DQPSK调制。

14.根据权利要求13所述的光通信设备，其中，当以τ来指示符号周期时，光载波产生装置产生在彼此相差1/4τ的两个频率之间切换的光载波。

15.根据权利要求13或14所述的光通信设备，其中，

光载波产生装置包括：

两个连续波光源，用于产生分别具有两个频率的连续波；

发送/遮蔽控制装置，用于以反相对两个连续波光源所产生的连续波周期性地执行发送和遮蔽；以及

复用装置，用于对来自发送/遮蔽控制装置的输出光进行复用以输出光载波。

16.根据权利要求15所述的光通信设备，其中，发送/遮蔽控制装置包括分别与两个连续波光源相连的两个电吸收EA调制器。

17.根据权利要求13或15所述的光通信设备，其中，光载波产生装置包括：

连续波光源，用于产生具有预定频率的连续波；以及

相位调制装置，用于通过线性地增大或减小连续波光源所产生的连续波的相位变化来输出具有两个频率的连续波。

18.根据权利要求13或15所述的光通信设备，其中，

光载波产生装置包括：

两个连续波光源，用于产生分别具有所述两个频率的两个连续波；以及

光切换装置，用于选择性地发送由两个连续波光源产生的两个连续波并将所发送的连续波作为光载波而输出。

19.根据权利要求14至18中任一项权利要求所述的光通信设备，其中，光载波产生装置产生频率以间隔τ/2切换的光载波。

20.一种使用差分正交相移键控DQPSK方案的光通信设备，包括：

单个延迟干涉装置，用于接收通过对频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换的光载波进行DQPSK调制而得到的光信号，以及输出通过使光信号与所述光信号的延迟光信号相互干涉而得到的输出光；以及

光电转换装置，用于将延迟干涉装置所输出的输出光转换成电信号。

21.根据权利要求20所述的光通信设备，其中，延迟干涉装置包括：延迟装置，用于使延迟光信号相对光信号被延迟所述一个符号周期，所述延迟光信号与光信号干涉。

22.根据权利要求20或21所述的光通信设备，其中，当以τ来指示符号周期时，光载波的频率以间隔τ/2切换。

23.一种光通信设备，包括使用差分正交相移键控DQPSK方案的发送系统电路和接收系统电路，所述光通信设备的特征在于：

发送系统电路，产生光载波并以符号周期为间隔根据调制信号对光载波进行DQPSK调制，其中光载波的频率在一个符号周期内在多个不同频率之间切换；以及

接收系统电路，输出通过使接收到的DQPSK调制光信号与所述接收到的DQPSK调制光信号的延迟光信号相互干涉而得到的输出光，并且包括用于将输出光转换成电信号的光电转换装置。

24.根据权利要求23所述的光通信设备，其中，接收系统电路产生在彼此相差1/4τ的两个频率之间切换的光载波。

25.根据权利要求24所述的光通信设备，其中，接收系统电路产生频率以间隔τ/2切换的光载波。

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