CN101977076B - 一种产生多种16qam码型的发射机 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种产生多种16QAM码型光发射机，由数据源产生两路信号进行功分得到四路数据，然后用其中的两路信号驱动双并行调制器得到四个星座点，然后用另外两个信号叠加得到的四电平驱动相位调制器，最后通过简单的调节可以得到不同的QAM调制码型。本发明所述的产生多种16QAM码型的发射机，采用基于双驱动调制DPMZM和一个级联相位调制器的发射机结构，可以产生三种不同的16QAM调制码型，即：方形-16QAM调制码型，星形-16QAM调制码型和16APSK调制码型，具有很强的灵活性，可以使用于不同的传输系统。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域中的光发射机，具体的说是一种产生多种16QAM码型的发射机。尤指一种产生多种16QAM码型的光发射机，适用于高速光纤通信系统和网络。
背景技术
随着高速以太网的普及和多媒体业务的发展，人们对现有的基于波分复用(WDM)技术的光纤通信系统所能支持的通信容量提出了更高的要求。提高现有的WDM通信系统的容量，主要有两种方案：
一是扩展WDM系统可用的波长范围，如使用L波段。这需要设计相应的L波段的设备和器件，因为现有的通信系统的设备和器件主要是基于C波段的，此方案所需成本很高。
另一种方案就是基于现有的WDM系统，提高每个波长所传输的数据速率，如由现有的10Gb/s提高到40Gb/s、100Gb/s、160Gb/s等。随着技术的发展，现有的光电设备已经能够支持40Gb/s的系统应用。
如果采用传统的二进制调制码型，随着信道速率的提高，其所占的频谱加大，色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)等传输损伤对系统的影响十分严重。采用多进制调制码型(例如16QAM调制码型)，可以在提高系统信道速率的同时，降低系统所占的频带，从而增强其对CD、PMD等传输损伤的抵抗能力。
16QAM调制码型主要分为三类，即方形-16QAM调制码型，星形-16QAM调制码型和16APSK调制码型，使用16QAM调制码型，每个符号速率携带4个比特的信息，与现在广泛研究的QPSK调制码型相比，其频谱利用率提高了一倍。
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100Gb/s)，发射机输出信号的码型特性对传输性能有着重要影响。在现在的研究领域，产生QAM调制码型的发射机方案有很多，下面将给出一些具有代表性的方案。
第一，用一种四并行MZM调制器产生方形-16QAM调制码型的方案：上面两路并行MZM产生QPSK1信号，下面两路并行的MZM产生QPSK2信号，但是二者存在6dB的相位差，然后把两路QPSK信号进行矢量叠加，功率大的QPSK信号决定星座点所在的象限，功率小的QPSK信号决定每个象限星座点的位置，这样可以得到方形-16QAM调制码型。尽管该方案只用一个集成的调制器就可以得到方形-16QAM调制码型，但是该方案也存在问题：从现有的条件来看，要想集成高速率的器件还是非常困难的，因为电速率超过50G以后性能就会就会变得很差，而且非常昂贵。
第二，在专利“基于单个双驱动MZM的16QAM调制码型光发射机”(专利号为200810126898.1)中提出了一种星形-16QAM调制码型的产生方案，该方案使用一个双驱动调制器产生(有两个并行的相位调制器PM组成)，每一个相位调制器由一个四电平信号驱动，分别得到QPSK信号，然后调节两路信号的相位差，使得相位差为45°，然后通过矢量叠加就可以得到星形-16QAM调制码型，这种方案存在如下的缺点：1、需要使用两个四电平信号，增加了光信号的符号间干扰(ISI)问题，降低了系统性能。2、用两个高速率的二电平信号产生质量很好的四电平信号比较困难。3、电信号上的噪声直接映射到光信号的相位上，影响信噪比。
第三，另一种16APSK调制码型的产生方案：用两个级联的相位调制器PM产生QPSK信号，然后再加一个马赫曾德调制器MZM调节强度，这样就得到了16APSK调制码型，其中驱动MZM调制器的四电平电信号是由两路电信号叠加产生的。本方案存在如下的问题：1、需要使用3个调制器，系统结构复杂，成本高；2、在3个调制器驱动信号之间需要精确的同步，调整比较复杂；3、使用3个调制器累计的插入损耗大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种产生多种16QAM码型的发射机，采用基于双驱动调制DPMZM和一个级联相位调制器的发射机结构，可以产生三种不同的16QAM调制码型，即：方形-16QAM调制码型，星形-16QAM调制码型和16APSK调制码型，具有很强的灵活性，可以使用于不同的传输系统。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种多QAM调制码型发射机，包括一个半导体激光器DFB，其特征在于：
在光路上，半导体激光器DFB的输出经过偏振控制器PC后连接到双并行MZM调制器DPMZM，双并行MZM调制器DPMZM的输出端经过光可调时延线TDL连接到相位调制器PM，相位调制器PM的输出端依次与掺饵光纤放大器EDFA和波长可调滤波器TOF连接；
在电路上，来自数据源PPG的一路输出经过第一功分器Divider11后分成两路，其中一路经过第二射频放大器AMP 22后直接与双并行MZM调制器DPMZM的一个电输入口连接，另一路依次经过第一射频放大器AMP 21、第一电移相器PS 31后与双并行MZM调制器DPMZM的另一个电输入口连接；
在电路上，来自数据源PPG的另一路输出经过第二功分器Divider 12后分成两路，其中一路经过第二电移相器PS 32连接到电加法器41的一个输入端，另一路经过电域可调衰减器ATT连接到电加法器41的另一个输入端，电加法器41的输出经过第三射频放大器AMP 23后作为相位调制器PM的电输入信号。
在上述技术方案的基础上，所述半导体激光器DFB用于输出连续激光、提供光源，其波长为1550nm，输出功率为6dBm。
在上述技术方案的基础上，所述双并行MZM调制器DPMZM包括两个平行的马赫曾德调制器MZM-a、MZM-b，其输入和输出光端口并联，且半波电压值相同。
在上述技术方案的基础上，所述波长可调滤波器TOF为1.6nm波长可调滤波器。
在上述技术方案的基础上，所述数据源PPG用于提供数据及时钟信号，数据源PPG提供两路5Gbit/s的输出电信号，电信号的幅度可调，输出信号的数据格式为PRBS。
在上述技术方案的基础上，所述功分器Divider的型号为Anritsu K240。
在上述技术方案的基础上，所述电域可调衰减器ATT为6dB的电域衰减器。
本发明所述的产生多种16QAM码型的发射机，采用基于双驱动调制DPMZM和一个级联相位调制器的发射机结构，可以产生三种不同的16QAM调制码型，即：方形-16QAM调制码型，星形-16QAM调制码型和16APSK调制码型，具有很强的灵活性，可以使用于不同的传输系统。与现有技术现比，本发明的优点在于：
(1)本发明中所使用的各个器件都是现有的商用的器件，而且价格不高，而现有方案一中使用的四并行调制器尚未商用化，且要想提高速率非常之困难。
(2)与现有方案二相比，本发明不需要复杂的电信号处理，因此节约了成本，同时不需要四电平信号作为驱动，提高了系统的性能。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明的结构示意图；
图2为使用本发射机产生方形-16QAM调制码型的结构示意图；
图3为产生的方形-16QAM调制码型的眼图；
图4为使用本发射机产生星形-16QAM调制码型的结构示意图
图5为产生的星形-16QAM调制码型的眼图；
图6为使用本发射机产生16APSK调制码型的结构示意图；
图7为产生的16APSK调制码型的眼图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的产生多种16QAM码型的发射机，其结构如图1所示，包括以下部件：
在光路上，半导体激光器DFB的输出经过偏振控制器PC后连接到双并行MZM调制器DPMZM，双并行MZM调制器DPMZM的输出端经过光可调时延线TDL连接到相位调制器PM，相位调制器PM的输出端依次与掺饵光纤放大器EDFA和波长可调滤波器TOF连接；
在电路上，来自数据源PPG的一路输出经过第一功分器Divider11后分成两路，其中一路经过第二射频放大器AMP 22后直接与双并行MZM调制器DPMZM的一个电输入口连接，另一路依次经过第一射频放大器AMP 21、第一电移相器PS 31后与双并行MZM调制器DPMZM的另一个电输入口连接；
在电路上，来自数据源PPG的另一路输出经过第二功分器Divider 12后分成两路，其中一路经过第二电移相器PS 32连接到电加法器41的一个输入端，另一路经过电域可调衰减器ATT连接到电加法器41的另一个输入端，电加法器41的输出经过第三射频放大器AMP 23后作为相位调制器PM的电输入信号。
在上述技术方案的基础上，所述半导体激光器DFB用于输出连续激光、提供光源，其波长为1550nm，输出功率为6dBm。例如：可以选用型号为Santec TSL210-F的半导体激光器DFB。
在上述技术方案的基础上，所述偏振控制器PC用于控制输出连续光的偏振态，通过调节偏振控制器PC，使输出光的偏振态和双并行MZM调制器DPMZM的偏振态保持一致。偏振控制器PC可以实验室自制，亦可采用现有技术实现。
在上述技术方案的基础上，所述双并行MZM调制器DPMZM包括两个平行的Mach-Zehnder调制器(马赫曾德调制器MZM)MZM-a、MZM-b，其输入和输出光端口并联，且半波电压值相同。例如：可以选用型号为JDSU DPMZS11的双并行MZM调制器DPMZM。所述双并行MZM调制器DPMZM包括集成在单个芯片上的两个子调制器MZM-a和MZM-b，双并行MZM调制器DPMZM相当于在一个主调制器(MZM-c)的两臂上嵌入两个子调制器。这两个子调制器具有同样的结构和性能。每个子调制器具有独立的射频输入端口和偏置端口。另外还有一个主偏置端口Bias-c，可用来调节两个子调制器的输出信号的相位差。因此，该调制器一共有两个射频输入端口和三个偏置端口。主调制器结合两个子调制器的输出，当两个子调制器的输出信号的相位完全一致时，发生建设性的线性相长(两个子调制器的输出线性相加)；而当输出信号的相位完全相反时，发生破坏性的线性相消(两个子调制器的输出线性相减)。
在上述技术方案的基础上，所述光可调时延线TDL用于在双并行MZM调制器DPMZM和相位调制器PM之间，调节光路上的信号同步。例如：可以选用型号为General Photonics MDL002的光可调时延线TDL。
在上述技术方案的基础上，所述相位调制器PM可选择北京康冠伟业制造的型号为KGMPZ-LN的相位调制器PM。相位调制器可以用来调制输出的光相位，电压的改变可以使得光相位得到响应的改变，这样，它可以使星座点在相位上发生一定角度的旋转。
在上述技术方案的基础上，所述掺饵光纤放大器EDFA用于补偿插入损耗，对输出光信号进行放大。例如：可以选用武汉邮电设计院的型号为980713的掺饵光纤放大器EDFA。
在上述技术方案的基础上，所述波长可调滤波器TOF为1.6nm波长可调滤波器，用于消除掺饵光纤放大器EDFA带来的噪声，从而提高信号噪声比(OSNR)。例如：可以选用型号为DiconTF-1550-3.2-9/3LT-FC/A-1的波长可调滤波器TOF。
在上述技术方案的基础上，所述数据源PPG用于提供数据及时钟信号，数据源PPG提供两路5Gbit/s的输出电信号，电信号的幅度可调，输出信号的数据格式为PRBS(伪随机比特序列)。例如：可以选用型号为Anritsu MP1763的数据源PPG。
在上述技术方案的基础上，所述功分器Divider的型号为Anritsu K240。型号为Anritsu K240的功分器是Anritsu公司的产品，功分器是为了把电信号进行分路，本发明中用两个功分器把数据源PPG产生的两路电信号分成四路。
在上述技术方案的基础上，所述电域可调衰减器ATT为6dB的电域衰减器。所述电域可调衰减器ATT可选型号为SHX10011806的6dB的电域衰减器(上海华湘公司的产品)，所述电域可调衰减器ATT是为了将电信号进行衰减6dB，从而使峰峰值降为原来的一半。
在上述技术方案的基础上，所述电加法器41的型号为AnritsuK240。型号为Anritsu K240的电加法器(combiner)是Anritsu公司的产品，所述的电加法器是为了将经过第二电移相器PS 32的电信号和经过电域可调衰减器ATT衰减6dB后的电信号进行叠加，进而产生均分的四电平电信号。
在上述技术方案的基础上，所述电移相器PS是为了调节分路后的两路电信号的延时量，经过移相器调节后得到的两路电信号是去相关的。可选用上海华湘公司的型号为SHX-BPS-S-12的电移相器PS。
在上述技术方案的基础上，所述射频放大器AMP是为了放大电信号，进而用放大后的电信号作为调制器的驱动信号，其型号可以为SHF-100CP。
本发明提出了一种可以产生三种不同16QAM调制码型的发射机，其核心结构是一个双并行MZM调制器DPMZM和一个级联的相位调制器PM。
当要产生方形-16QAM调制码型时，半导体激光器DFB发出的光经过双并行MZM调制器DPMZM后得到偏置在第一象限的QPSK，具体的讲：双并行MZM调制器DPMZM的上路MZM-a和下路MZM-b都产生一个具有一定消光比的2ASK信号，然后调节两路相位差为90°，经过叠加后便可以得到偏置在第一象限的QPSK，然后再将该信号经过相位调制器PM来实现QPSK调制就可以得到方形-16QAM调制码型，其中相位调制器是由四电平信号驱动的。
当要产生星形-16QAM调制码型时，半导体激光器DFB发出的光经过双并行MZM调制器DPMZM后得到4APSK信号，具体的讲：上路MZM-a和下路MZM-b都产生一个具有BPSK信号，但是两个BPSK信号的相差6dB；然后调节两路相位差为0，经过叠加后便可以得到4APSK信号，然后再将该信号经过相位调制器来实现星形-16QAM调制码型，其中相位调制器是由四电平信号驱动的。
当要产生16APSK调制码型时，半导体激光器DFB发出的光经过双并行MZM调制器DPMZM后得到4ASK信号，具体的讲：上路MZM-a产生一个具有一定消光比的2ASK信号，而下路MZM-b产生一个具有无限消光比的2ASK信号，然后调节两路相位差单位0°，经过叠加后便可以4ASK信号，然后再将该信号经过相位调制器来实现QPSK调制就可以得到16APSK调制码型，其中相位调制器是由四电平信号驱动的。
图2是产生方形-16QAM调制码型的示意图，具体实现如下：
待发送的四路数据为Data1、Data2、Data3和Data4(由型号为Anritsu MP1763的数据源PPG产生(数据源PPG产生的两路5Gbit/s电信号又分别用功分器进行了分路，这样就成了四路电信号)，将它们分为两组，Data1和Data2为一组，Data3和Data4为一组。光信号从半导体激光器DFB(Santec TSL210-F)发出后，首先经过双并行MZM调制器DPMZM(JDSU DPMZS11)。Data1和Data2分别经过射频放大器AMP(SHF100-CP)，放大后的两路信号分别加载到双并行MZM调制器DPMZM的两个射频端口，驱动该调制器内部的两个马赫-曾德调制器MZM-a、MZM-b。调节Bias-a，将MZM-a的偏置点放置在MZM传输曲线的中间点，加载Data1后，可以得到有一定消光比的2ASK1信号，同理调节Bias-b到MZM传输曲线的中间点，加载Data2后，得到2ASK2信号，再调节Bias-c，使得MZM-a和MZM-b之间的相位差为
这样，相位差为
的ASK1和ASK2合路后，就得到偏置在第一象限的QPSK信号。
从双并行MZM调制器DPMZM出来的偏置QPSK信号，再经过相位调制器(KGMPZ-LN)。Data3和Data4在电上进行相加然后经过射频放大器(SHF100-CP)，使四电平的幅度达到(0，
Vp，
)，然后用这样的四电平信号调制相位调制器，就可以得到方形-16QAM调制码型。
图3是产生的方形-16QAM调制码型的眼图，它有三个level，从星座图的角度来看，得到的眼图和实际情况相符合。
图4是产生星形-16QAM调制码型的示意图，具体实现如下(具体各个器件同上)：
待发送的四路数据为Data1、Data2、Data3和Data4，将它们分为两组，Data1和Data2一组，Data3和Data4一组。光信号从半导体激光器DFB发出后，首先经过双并行MZM调制器DPMZM。Data1和Data2各经过射频放大器AMP，放大后的两路信号分别加载到双并行MZM调制器DPMZM的两个射频端口，驱动该调制器内部的两个马赫-曾德调制器。调节Bias-a，将MZM-a的偏置点放置在MZM传输曲线的最低点，加载Data1后，可以得到BPSK1信号，同理调节Bias-b到MZM传输曲线的最低点，加载Data2后，得到BPSK2信号，它比BPSK1小3dB，再调节Bias-c，使得MZM-a和MZM-b之间的相位差为0。这样，干涉相加的BPSK1和BPSK2合路后，就得到了4APSK信号。
从双并行MZM调制器DPMZM出来的4APSK信号，再经过相位调制器。Data3和Data4在电上进行相加然后经过射频放大器，使四电平的幅度达到(0，
)，然后用这样的四电平信号调制相位调制器，就可以得到星形-16QAM调制码型。
图5是产生的星形-16QAM调制码型的眼图，它有两个level，从星座图的角度来看，得到的眼图和实际情况相符合。
图6是产生的16APSK调制码型的示意图，具体实现如下(具体各个器件同上)：
待发送的四路数据为Data1、Data2、Data3和Data4，将它们分为两组，Data1和Data2一组，Data3和Data4一组。光信号从半导体激光器DFB发出后，首先经过双并行MZM调制器DPMZM。Data1和Data2各经过射频放大器，放大后的两路信号分别加载到双并行MZM调制器DPMZM的两个射频端口，驱动该调制器内部的两个马赫-曾德调制器。调节Bias-a，将MZM-a的偏置点放置在MZM传输曲线的中间点，加载Data1后，可以得到有一定消光比的2ASK1信号，同理调节Bias-b到MZM传输曲线的中间点，加载Data2后，得到无限消光比的2ASK2信号，它比2ASK再调节Bias-c，使得MZM-a和MZM-b之间的相位差为0。这样，干涉相加的2ASK1和2ASK2合路后，就得到了4ASK信号。
从双并行MZM调制器DPMZM出来的4APSK信号，再经过相位调制器。Data3和Data4在电上进行相加然后经过射频放大器，使四电平的幅度达到(0，
)，然后用这样的四电平信号调制相位调制器，就可以得到16APSK调制码型。
图7是产生的16APSK调制码型的眼图，它有四个level，从星座图的角度来看，得到的眼图和实际情况相符合。
Claims (7)
1.一种产生多种16QAM码型的发射机，包括一个半导体激光器DFB，其特征在于：
在光路上，半导体激光器DFB的输出经过偏振控制器PC后连接到双并行MZM调制器DPMZM，双并行MZM调制器DPMZM的输出端经过光可调时延线TDL连接到相位调制器PM，相位调制器PM的输出端依次与掺饵光纤放大器EDFA和波长可调滤波器TOF连接；
在电路上，来自数据源PPG的一路输出经过第一功分器Divider(11)后分成两路，其中一路经过第二射频放大器AMP(22)后直接与双并行MZM调制器DPMZM的一个电输入口连接，另一路依次经过第一射频放大器AMP(21)、第一电移相器PS(31)后与双并行MZM调制器DPMZM的另一个电输入口连接；
在电路上，来自数据源PPG的另一路输出经过第二功分器Divider(12)后分成两路，其中一路经过第二电移相器PS(32)连接到电加法器(41)的一个输入端，另一路经过电域可调衰减器ATT连接到电加法器(41)的另一个输入端，电加法器(41)的输出经过第三射频放大器AMP(23)后作为相位调制器PM的电输入信号。
2.如权利要求1所述的产生多种16QAM码型的发射机，其特征在于：所述半导体激光器DFB用于输出连续激光、提供光源，其波长为1550nm，输出功率为6dBm。
3.如权利要求1所述的产生多种16QAM码型的发射机，其特征在于：所述双并行MZM调制器DPMZM包括两个平行的马赫曾德调制器MZM-a、MZM-b，其输入和输出光端口并联，且半波电压值相同。
4.如权利要求1所述的产生多种16QAM码型的发射机，其特征在于：所述波长可调滤波器TOF为1.6nm波长可调滤波器。
5.如权利要求1所述的产生多种16QAM码型的发射机，其特征在于：所述数据源PPG用于提供数据及时钟信号，数据源PPG提供两路5Gbit/s的输出电信号，电信号的幅度可调，输出信号的数据格式为伪随机比特序列PRBS。
6.如权利要求1所述的产生多种16QAM码型的发射机，其特征在于：所述功分器Divider的型号为Anritsu K240。
7.如权利要求1所述的产生多种16QAM码型的发射机，其特征在于：所述电域可调衰减器ATT为6dB的电域衰减器。
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