CN102158450A - 信号传送系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及信号传送系统及方法。本发明的信号传送方法的一实施例，包含提供光调制器，其包含用于传送第一光载波的第一光波导、用于传送第二光载波的第二光波导、设置于该第一光波导上的第一电极以及设置于该第二光波导上的第二电极；将数字数据转换成该模拟电信号；耦合该模拟电信号及第一电载波至该第一电极以产生第一调制波；耦合该模拟电信号及第二电载波至该第二电极以产生第二调制波，该第一电载波与该第二电载波具有预定相位差；将该第二调制波位移预定相位；耦合该第一调制波及该第二调制波以产生光输出信号，但本发明并不以此为限。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号传送系统及方法，特别涉及一种信号传送系统及方法，其可充分使用数字模拟转换器的频宽，无需使用电混频器即可产生参考光载波，从而个别地调整光载波与信号的光功率比例，使得光功率使用效率达到最优化。
背景技术
目前宽频接取技术正快速的发展，采用铜线的超高速数字用户回路(Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line 2，VDSL2)已经可以达到100Mbps，无线通讯技术的无线局域网络(Wireless LAN，WLAN)和超宽频(Ultra-Wide Band，UWB)技术也都突破100Mbps，并且更宣称要达到1Gbps的传输速率。未来不只是个人电脑与手机，监视照相机、医疗感应器等电子仪器也可以连结上网，传输速度显得特别重要。光纤网络具有稳定、超大频宽且长距离传输的优点，非常适合将各种有线与无线的宽频接取网络连结到局端。然而，目前光纤宽频网络架构(Fiber-to-the-x，FTTx)的频宽只有1至2.5Gbps，在3至5年后势必遭遇到瓶颈，无法适应这些宽频接取网络庞大数据量的需求。
现有的传输系统利用正交频分复用技术(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)将10Gbps的信号载在2GHz频宽之内。FTTx所需使用的10Gbps光收发器可以利用多阶(Multilevel)光调制方式并搭配OFDM多载波传输技术，则可以利用低速激光激光器与光二极管达到10Gbps传输速率。利用多重载波的OFDM技术搭配64正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)，将高速10Gbps的串行数据转为并行的多通道数据，载在0.1至2GHz的频宽之内。如此，不仅可以降低每个子载波(Subcarrier)传输数据速率与占用的频宽以解决光纤色散的问题，同时也可以避免使用单一载波系统所需的反馈均衡(Feedback Equalization)。此外，OFDM系统只需要在每个子载波上放一个乘法器，便可以调整每个子载波通道的增益，以达到几近平坦的通道响应。因此，这种系统也比较容易操作在10Gbps高速的电路。
但是，现有的光学式OFDM在接收端产生互调失真(Inter-modulation Distortion，IMD)干扰现象。一般的光学式OFDM在接收端接收时，因为光接收器在进行光转电的过程中，具有平方器的效果，所以接收的光学式OFDM信号会平方，产生次载波互相拍差(Beat)的现象，这些拍差的信号频率会落在次载波两两之间的频率差，从基频到原本信号所占的频宽都会分布，这些拍差的信号即所谓“互调失真”，因为所分布的频段刚好和所要接收的OFDM信号频段重叠，所以会造成严重干扰，导致信号接收错误。
将欲传送的OFDM信号在传送端予以升频，且升频的频率只要高于原本信号的频宽(也就是IMD所分布的频段)，在接收端就可以避免IMD的干扰。利用下列数学式解释如下：
[(t)cos(ωc+ωRF)t+cosωct]2
＝m2(t)cos2(ωc+ωRF)t+cos2ωct+2m(t)cosωct×cos(ωc+ωRF)t
≈m2(t)+m(t)cosωRFt+high frequency terms
平方括弧中的式子m(t)cos(ωc+ωRF)t+cosωct为传送端光调制之后送出的光信号，m(t)为想要接收的信号，ωc为光载波频率，ωRF为在传送端升频的频率。因为信号在传送端升频至ωRF，所以经过光调制器之后会比光载波高出ωRF的频率。在接收端接收，也就是经过平方器之后，会产生各项的自我平方项，以及两两之间的频率加减项。高频项(highfrequency terms)可以利用滤波器予以滤除，保留2m(t)的IMD，以及实际要接收的信号m(t)cos(ωRFt)。由于m(t)已经升频至ωRF频率，而ωRF频率高于IMD所分布的频段，因此可以解决IMD的干扰。
简言之，为了解决干扰问题，现有技术大多利用电混频器(Mixer)来升频，但是电混频器会严重地降低信噪比。另一解决此干扰问题的现有技术是将信号摆在DAC高频段位置，但此技术只使用DAC的一半频宽，浪费数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)频宽。
发明内容
本发明提供一种信号传送系统及方法，其可充分使用DAC频宽，无需使用电混频器即可产生参考光载波，从而便个别地调整光载波与信号的光功率比例，使得光功率使用效率达到最优化。
本发明的信号传送系统的一实施例，包含数字模拟转换器、光调制器、第一电耦合器、第二电耦合器、光移相器以及光耦合器，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该光调制器包含用于传送第一光载波的第一光波导、用于传送第二光载波的第二光波导、设置于该第一光波导上的第一电极以及设置于该第二光波导上的第二电极；该数字模拟转换器用于将数字数据转换成模拟电信号；该第一电耦合器用于将该模拟电信号及第一电载波耦合至该第一电极而产生第一调制波；该第二电耦合器用于将该模拟电信号及第二电载波耦合至该第二电极而产生第二调制波，该第一电载波与该第二电载波具有预定相位差；该光移相器用于将该第二调制波位移预定相位；该光耦合器，用于耦合该第一调制波及该第二调制波而产生光输出信号，但本发明并不以此为限。
本发明的信号传送方法的一实施例，包含提供光调制器，其包含用于传送第一光载波的第一光波导、用于传送第二光载波的第二光波导、设置于该第一光波导上的第一电极以及设置于该第二光波导上的第二电极；将数字数据转换成该模拟电信号；耦合该模拟电信号及第一电载波至该第一电极以产生第一调制波；耦合该模拟电信号及第二电载波合至该第二电极以产生第二调制波，该第一电载波与该第二电载波具有预定相位差；将该第二调制波位移预定相位；耦合该第一调制波及该第二调制波以产生光输出信号，但本发明并不以此为限。
上文已相当广泛地概述了本发明的技术特征及优点，从而使下文的本发明详细描述得以获得较佳的了解。构成本发明的的其它技术特征及优点将描述于下文。本领域技术人员应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例作为修改或设计其它结构或过程而实现与本发明相同的目的。本领域技术人员也应了解，这类等效建构无法脱离权利要求书所界定的本发明的实质和范围。
附图说明
通过参照前述说明及下列图式，本发明的技术特征及优点得以获得完全了解。
图1例示本发明的升频装置的一实施例；
图2例示本发明的光调制器的转换曲线的一实施例；
图3至图5例示本发明的升频装置的频谱变化的一实施例；
图6例示本发明的信号传送系统的一实施例；以及
图7至图9例示本发明的信号传送系统的频谱变化的一实施例；
主要元件符号说明
10 升频装置
12 光波产生器
14 光分路器
16 电波产生器
18 电移相器
20 光调制器
22 第一光波导
24 第二光波导
26 第一电极
28 第二电极
32 第一电耦合器
34 第二电耦合器
36 光移相器
38 光耦合器
40 参考光载波
42 基板
100 信号传送系统
102 数据源
104 数字模拟转换器
106 光输出信号
具体实施方式
图1例示本发明的升频装置10的一实施例。在本发明的一实施例中，该升频装置10包含光分路器14、电波产生器16、电移相器18、光调制器20、第一电耦合器32、第二电耦合器34、光移相器36以及光耦合器38，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该升频装置10另包含光波产生器12(例如激光光源)，其用于产生激光光波，该光分路器14用于将该光波分成第一光载波及第二光载波。在本发明的一实施例中，该电波产生器16用于产生第一电载波及第二电载波，该电移相器18用于将该第二电载波位移90度相位，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，该光调制器20包含用于传送该第一光载波的第一光波导22、用于传送该第二光载波的第二光波导24、设置于该第一光波导22上的第一电极26以及设置于该第二光波导24上的第二电极28，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该第一电耦合器32用于将该第一电载波耦合至该第一电极26而产生第一调制波(根据该第一电载波的振幅/相位调制该第一光载波的振幅/相位以产生该第一调制波)，该第二电耦合器34用于将该第二电载波耦合至该第二电极28而产生第二调制波(根据该第二电载波的振幅/相位调制该第二光载波的振幅/相位以产生该第二调制波)，该第一电载波与该第二电载波具有预定相位差(例如90度)，该光移相器36用于将该第二调制波位移预定相位(例如90度)，该光耦合器38用于耦合该第一调制波及该第二调制波而产生参考光载波40，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，该光调制器20是双边带调制器，其包含铌酸锂基板42，该光分路器14是设置于该基板42内的Y型波导，其用于分别耦合该第一光载波及该第二光载波至该第一光波导22及该第二光波导24，该光耦合器38是设置于该基板42内的Y型波导，其用于耦合该第一调制波及该第二调制波而形成该参考光载波40，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该光移相器36是设置于该第二光波导24上的第三电极，其通过施加预定电压而将该第二调制波位移预定相位(例如90度)，但本发明并不以此为限。
图2例示本发明的光调制器20的转换曲线的一实施例。若将该光调制器20的偏压点设定为Vπ，亦即转换曲线的谷底，将导致输出光载波信号消失。相对地，若将该光调制器20的偏压点设定为2Vπ，亦即转换曲线的谷峰，奇数倍频的光次载波信号都消失，只剩下光载波与偶数倍频的光次载波信号(详见本申请发明人的论文：JOURNAL OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY，VOL.26，NO.15，2008年8月1日)。
图3至图5例示本发明的升频装置10的频谱变化的一实施例。参考图3，在本发明的一实施例中，该第一电载波(频率为fRF)通过该第一电耦合器32予以耦合至该光调制器20的第一电极26，调制在该第一电极26下方的第一光波导22内传播的第一光载波而形成该第一调制波，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该光调制器20被偏压于预定偏压(Vπ)，因此该第一光载波(ωc)被抑制不见了，而该第一电载波(ωRF)则被调制到距离该第一光载波(ωc)两旁频率fRF的位置，亦即该第一调制波包含右边带(ωc+ωRF)与左边带(ωc-ωRF)，但本发明并不以此为限。
参考图4，在本发明的一实施例中，该第二电载波(频率为fRF)经由该电移相器18位移90度相位后，通过该第一电耦合器34予以耦合至该光调制器20的第二电极28，调制在该第一电极28下方的第一光波导24内传播的第一光载波而产生该第二调制波，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该光调制器20被偏压于预定偏压(Vπ)，因此该第一光载波(ωc)被抑制不见了，而该第一电载波(ωRF)则被调制到距离该第二光载波(ωc)两旁频率fRF的位置，即该第二调制波包含右边带(ωc+ωRF)与左边带(ωc-ωRF)，但本发明并不以此为限。之后，在本发明的一实施例中，该光移相器36将该第二调制波位移预定相位，使得该左边带(ωc-ωRF)的相位与该右边带(ωc+ωRF)的相位相反，但本发明并不以此为限。
参考图5，在本发明的一实施例中，该光耦合器38用于耦合该第一调制波及该第二调制波而产生参考光载波40，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该第一调制波的左边带(ωc-ωRF)与该第二调制波的左边带(ωc-ωRF)的相位相反，产生破坏性干涉而彼此抵消；相对地，该第一调制波的右边带(ωc+ωRF)与该第二调制波的右边带(ωc+ωRF)的相位相同，产生建设性干涉而形成该参考光载波40，但本发明并不以此为限。简言之，在本发明的一实施例中，该升频装置10将该光波产生器12的光波的频率由ωc升频至ωc+ωRF。
图6例示本发明的信号传送系统100的一实施例。在本发明的一实施例中，该信号传送系统100包含数字模拟转换器104、光波产生器12、光分路器14、电波产生器16、电移相器18、光调制器20、第一电耦合器32、第二电耦合器34、光移相器36以及光耦合器38，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，该数字模拟转换器104用于将数据源102的数字数据转换成模拟电信号，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该光波产生器12用于产生光波，该光分路器14用于将该光波分成第一光载波及第二光载波，该电波产生器16用于产生第一电载波及第二电载波，该电移相器18用于将该第二电载波位移90度相位，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，该光调制器20包含用于传送该第一光载波的第一光波导22、用于传送该第二光载波的第二光波导24、设置于该第一光波导22上的第一电极26以及设置于该第二光波导24上的第二电极28，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该第一电耦合器32用于将该第一电载波及该模拟电信号耦合至该第一电极26而产生第一调制波，该第二电耦合器34用于将该第二电载波及该模拟电信号耦合至该第二电极28而产生第二调制波，该第一电载波与该第二电载波具有预定相位差(例如90度)，该光移相器36用于将该第二调制波位移预定相位(例如90度)，该光耦合器38用于耦合该第一调制波及该第二调制波而产生参考光载波40，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，该光调制器20是双边带调制器，其包含铌酸锂基板42，该光分路器14是设置于该基板42内之一Y型波导，其用于分别耦合该第一光载波及该第二光载波至该第一光波导22及该第二光波导24，该光耦合器38是设置于该基板42内的Y型波导，其用于耦合该第一调制波及该第二调制波而形成该参考光载波，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该光移相器36是设置于该第二光波导24上的第三电极，其通过施加预定电压而将该第二调制波位移预定相位(例如90度)，但本发明并不以此为限。
图7至图9例示本发明的信号传送系统100的频谱变化的一实施例。参考图7，在本发明的一实施例中，该第一电载波(频率为fRF)及该模拟电信号通过该第一电耦合器32予以耦合至该光调制器20的第一电极26，调制在该第一电极26下方的第一光波导22内传播的第一光载波而形成该第一调制波，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，该光调制器20被偏压于预定偏压(Vπ)，因此该第一光载波(ωc)被抑制不见了，而该第一电载波(ωRF)则被调制到距离该第一光载波(ωc)两旁频率fRF的位置，亦即该第一调制波包含右边带(ωc+ωRF)与左边带(ωc-ωRF)，但本发明并不以此为限。此外，在本发明的一实施例中，该模拟电信号维持在基频，且DAC频宽不需要分成两半，因此可以充分使用DAC频宽，但本发明并不以此为限。此外，该模拟电信号自始都维持在基频来处理，因此可以大大降低复杂度，但本发明并不以此为限。
参考图8，在本发明的一实施例中，该第二电载波(频率为fRF)经由该电移相器18位移90度相位后，该第二电耦合器34耦合该模拟电信号及移相后的第二电载波至该光调制器20的第二电极28，调制在该第一电极28下方的第一光波导24内传播的第一光载波而产生该第二调制波，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，该光调制器20被偏压于预定偏压(Vπ)，因此该第一光载波(ωc)被抑制不见了，而该第一电载波(ωRF)则被调制到距离该第二光载波(ωc)两旁频率fRF的位置，即该第二调制波包含右边带(ωc+ωRF)与左边带(ωc-ωRF)，但本发明并不以此为限。之后，在本发明的一实施例中，该光移相器36将该第二调制波位移预定相位，使得该左边带(ωc-ωRF)的相位与该右边带(ωc+ωRF)的相位相反，但本发明并不以此为限。
参考图9，在本发明的一实施例中，该光耦合器38用于耦合该第一调制波及该第二调制波而产生输出光信号106，但本发明并不以此为限。在本发明之一实施例中，该第一调制波的左边带(ωc-ωRF)与该第二调制波的左边带(ωc-ωRF)的相位相反，产生破坏性干涉而彼此抵消；相对地，该第一调制波的右边带(ωc+ωRF)与该第二调制波的右边带(ωc+ωRF)的相位相同，产生建设性干涉而形成该输出光信号106，但本发明并不以此为限。此外，在本发明的一实施例中，DAC频宽不需要分成两半，因此可以充分使用DAC频宽，但本发明并不以此为限。此外，该模拟电信号自始都维持在基频来处理，因此可以大大降低复杂度，但本发明并不以此为限。
简言之，本发明提出一种新式光升频技术，将该模拟电信号在基频进行光调制，而升频所需的虚拟参考光载波则利用电载波来进行新颖的单边带(Single Sideband)光调制机制产生，因此电载波不需要经过DAC，所以该模拟电信号可以充分利用DAC频宽。此外，电载波和模拟电信号是利用电耦合器予以耦合至光调制器，因此不需要使用电混频器。再者，该参考光载波可以通过调整电载波的功率而个别地调整参考光载波与模拟电信号的光功率比例，使得光功率使用效率达到最优化。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员应了解，在不背离权利要求书所界定的本发明实质和范围内，本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如，上文揭示的许多过程可以不同的方法实施或以其它过程予以取代，或者采用上述二种方式的组合。
此外，本申请的权利范围并不局限于上文揭示的特定实施例的过程、机构、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。本领域技术人员应了解，基于本发明教示及揭示过程、机构、制造、物质的成份、装置、方法或步骤，无论现在已存在或日后开发的，其与本申请实施例揭示的是以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，也可使用于本发明。因此，权利要求书是用以涵盖此类过程、机构、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。
Claims (10)
1.一种信号传送系统，包含：
数字模拟转换器，用于将数字数据转换成模拟电信号；
光调制器，包含：
第一光波导，用于传送第一光载波；
第二光波导，用于传送第二光载波；
第一电极，设置于该第一光波导上；以及
第二电极，设置于该第二光波导上；
第一电耦合器，用于将该模拟电信号及第一电载波耦合至该第一电极而产生第一调制波；
第二电耦合器，用于将该模拟电信号及第二电载波耦合至该第二电极而产生第二调制波，该第一电载波与该第二电载波具有预定相位差；
光移相器，用于将该第二调制波位移预定相位；以及
光耦合器，用于耦合该第一调制波及该第二调制波而产生光输出信号。
2.根据权利要求1所述的信号传送系统，其还包含：
电波产生器，用于产生该第一电载波及该第二电载波；以及
电移相器，用于将该第二电载波位移90度相位。
3.根据权利要求1所述的信号传送系统，其中该光耦合器被偏压于Vπ。
4.根据权利要求1所述的信号传送系统，其中该第一电载波与该第二电载波的预定相位差为90度。
5.根据权利要求1所述的信号传送系统，其中该第一光载波的频率为ωc，该第一电载波的频率为ωRF，该光调制器、该光移相器及该电移相器用于产生参考光载波，其频率为ωc+ωRF。
6.一种信号传送方法，包含下列步骤：
将数字数据转换成该模拟电信号；
提供光调制器，包含：
第一光波导，用于传送第一光载波；
第二光波导，用于传送第二光载波；
第一电极，设置于该第一光波导上；以及
第二电极，设置于该第二光波导上；
耦合该模拟电信号及第一电载波至该第一电极以产生第一调制波；
耦合该模拟电信号及第二电载波至该第二电极产生第二调制波，该第一电载波与该第二电载波具有预定相位差；
将该该第二调制波位移预定相位；以及
耦合该第一调制波及该第二调制波以产生光输出信号。
7.根据权利要求6所述的信号传送方法，其还包含：
产生该第一电载波及该第二电载波；以及
将该第二电载波位移90度相位。
8.根据权利要求6所述的信号传送方法，其还包含将该光调制器偏压于Vπ。
9.根据权利要求6所述的信号传送方法，其中该第一电载波与该第二电载波的预定相位差为90度。
10.根据权利要求6所述的信号传送方法，其中该第一光载波的频率为ωc，该第一电载波的频率为ωRF，该光输出信号包含参考光载波，其频率为ωc+ωRF。
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| WO2017004829A1 (zh) * | 2015-07-09 | 2017-01-12 | 华为技术有限公司 | 收发信号的方法、发射机、接收机和光网络系统 |
| CN107852247A (zh) * | 2015-07-09 | 2018-03-27 | 华为技术有限公司 | 收发信号的方法、发射机、接收机和光网络系统 |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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