CN102484537A - 窄带dpsk装置、系统、方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于容许由多个可重构光分插复用器(ROADM)级联所产生的紧滤波效应的光通信的系统、装置和方法。示例性系统包括接收机，其被配置为接收窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号。所述接收机包括路径长度差约小于一个比特周期的延迟线干涉仪(DLI)和用于检测所述DLI的输出以形成电信号的检测器。所述NB-DPSK光信号的带宽约小于发射机的第一比特率的一半，其中所述NB-DPSK光信号是从所述发射机接收的。对所述电信号进行处理以解码传输数据。相应的发射机放大具有第一比特率的第一输入信号；并且在放大后驱动DPSK调制器以产生带宽约小于所述第一比特率的一半的所述DB-DPSK光信号。

Description

窄带DPSK装置、系统、方法
技术领域
本发明涉及光传输系统，并且更具体地涉及在包括可重构光分插复用器(ROADM)的光传输系统中使用的系统、装置和技术。
背景技术
光网络不仅要求具有高频谱效率，而且要求能够容纳多个可重构光分插复用器(ROADM)。ROADM允许在光网络的ROADM位置插入和分出信道，从而信道可以从源位置到目的地位置传过整个该网络。例如，40-Gb/s信号需要能够在50-GHz信道间隔的波分复用(WDM)系统中穿过多个ROADM，以便到达期望的目的地。在这种光网络中，ROADM的级联导致了紧(tight)滤波效应。例如，每个ROADM可以被建模成一个滤波器，并且在该光网络中多个ROADM的级联将会降低由此产生的级联滤波器的有效带宽。
存在一些现有的解决方案，以解决这些密集滤波效应。然而，这些现有的解决方案并不是最佳的。一种方案是使用光双二进制，但是光双二进制灵敏度低并且非线性传输性能差。例如，在光双二进制中，接收机灵敏度最好等于不归零(NRZ)开关键控(OOK)信号的灵敏度。第二种方案是使用部分差分相移键控(DPSK)，但是部分DPSK成本效率不高。第三种方案是使用利用高电平调制的相干检测，但是这种方案成本效率不高，而且非线性传输性能可能也差。
发明内容
提供了解决由于多个ROADM级联所造成的紧滤波问题的系统、方法和装置的实施方式，其利用了高效且成本效率高的新的调制格式。这些实施方式涉及能够容许由于光传输系统中多个ROADM级联所造成的紧滤波效应的高频谱效率的调制格式。
一个示例性光通信系统包括接收机，该接收机被配置为接收窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号，所述光信号基本上是幅度调制信号，其中隐含了相位信息。一个示例性接收机包括延迟线干涉仪(DLI)，其中该DLI的两条路径之间的长度差约小于一个比特周期。接收机还可以包括检测器，该检测器被配置为检测该DLI的输出以形成相应的电信号。
在一个实施方式中，NB-DPSK光信号的带宽约小于发射机的第一比特率的一半，其中，NB-DPSK光信号是从该发射机接收的。在另一个实施方式中，NB-DPSK光信号的带宽约小于该第一比特率的四分之一。
在一个实施方式中，示例性接收机包括处理器，其适于从相应的电信号中解码传输数据。该DLI可以是部分差分相移键控(PDPSK)DLI，其两条路径之间的长度差小于一个比特周期。在一种接收机中，该检测器是平衡检测器。对于根据本发明的另一种接收机，该检测器是单端检测器。
光通信系统还可以包括发射机，该发射机接收具有第一比特率R的第一输入信号，并且具有被配置为放大第一输入信号的放大器，以及配置为由放大后的第一输入信号驱动以输出窄带DPSK光信号的DPSK调制器。该发射机还可以包括电滤波器，其被设置为在放大之前、之后或者之前和之后都对第一输入信号进行滤波。在一个实施方式中，该NB-DPSK光信号输出具有约小于发射机的第一比特率的一半(R/2)的带宽。在另一个实施方式中，放大器、可选择的电滤波器以及光调制器的组合带宽约小于该第一比特率的一半(R/2)。在一个实施方式中，该组合放大器、可选择的电滤波器以及光调制器的组合带宽约小于第一比特率的四分之一(R/4)。在另一个实施方式中，输出的DPSK光信号的带宽约小于第一比特率的四分之一(R/4)。该发射机还可以包括连续波(CW)光源。该DPSK调制器可以进一步被配置为接收CW光。
光通信的示例性方法包括在延迟线干涉仪(DLI)接收窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号，并通过检测器来检测该DLI的输出以形成电信号。该DLI的两条路径之间的长度差约小于一个比特周期。在一个实施方式中，NB-DPSK光信号的带宽约小于发射机的第一比特率的一半，其中，NB-DPSK光信号是从该发射机接收的。在一个实施方式中，NB-DPSK信号由电带宽约小于第一比特率的一半的发射机产生。
该方法进一步包括处理电信号以解码传输数据。处理可以包括以下至少之一：对电信号进行采样，基于采样后的电信号识别接收到的符号，以及对采样后的电信号执行补偿以解决接收到的光信号中的非线性问题。
在一个实施方式中，方法还可以包括获得比特率为R的第一信号，由放大器来放大第一信号，并利用放大后的第一信号来驱动调制器以输出该NB-DPSK光信号。在这一实施方式中，该NB-DPSK光信号的带宽约小于R/2。该NB-DPSK光信号的带宽可以约小于R/4。在一个实施方式中，放大器和光调制器的组合带宽约小于R/2。在另一个实施方式中，发射机中的放大器、可选择的电滤波器和光调制器的组合带宽可以约小于R/4。
调制器可以是Mach-Zehnder差分相移键控(DPSK)调制器。在进一步的实施方式中，调制器的偏置为零。放大后的信号还可以具有等于2Vπ的峰间电压Vpp，其中Vπ是在调制器的臂之间产生相位偏移π的电压。
在一个实施方式中，该方法包括对波分复用(WDM)光信号进行解复用以获得多个光信号，其中至少一个光信号是窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号。在另一个实施方式中，该方法包括对来自多个发射机的多个输出信号进行复用以产生波分复用(WDM)光信号。
在一个实施方式中，光通信系统包括差分相移键控(DPSK)接收机，其被配置为检测窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号，该DPSK接收机包括两条路径之间的路径长度差约小于一个比特周期的DPSK解调器，该DPSK解调器被配置为对该NB-DPSK光信号进行解调。光通信系统还包括发射机，该发射机用于接收具有第一比特率的第一输入信号，并且具有被配置为放大第一输入信号的放大器；以及被配置为由放大后的第一输入信号来驱动以输出该窄带DPSK光信号的DPSK调制器，放大器、可选择的电滤波器以及光调制器的组合电带宽约小于该第一比特率的一半。
根据本发明的实施方式是高效且成本效率高的。例如，发射机的实施方式的成本效率高，因为它利用了速度大约为一半比特率的组件。此外，发射机的实施方式可以在电域内减少NB-DPSK信号的带宽，并且从而避免进行光滤波。由于传输信号的带宽窄，由多个RODAM级联产生的紧滤波造成的损失较小，所以例如，40-Gb/s窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号可以穿过(也即，经过)信道间隔为50-GHz的WDM系统中的多个RODAM。此外，由于提供的调制格式的带宽窄，所以可以避免用以减少发射机中的串话或者增加端口的复用器或者交织器，这使得根据本发明的系统实施方式的整体成本被降低。此外，相比于光双二进制，NB-DPSK的灵敏度得到很大地改善，而与DPSK和部分DPSK近似。同时，与具有偏振模色散(PMD)补偿器的DPSK系统相比，具有PMD补偿器的NB-DPSK系统可以容许更多的PMD。
附图说明
根据下文给出的详细描述和附图，将会更充分地理解示例实施方式，其中相同的元件由相同的参考数字来表示，这些实施方式仅通过例示的方式给出，而不用于限制本发明，并且其中：
图1是对至少一个信道采用窄带差分相移键控(NB-DPSK)的示例性光传输系统的框图；
图2是NB-DPSK发射机的示例性实施方式的框图；以及
图3是NB-DPSK接收机的示例性实施方式的框图。
具体实施方式
下面将参考附图更充分地描述多种示例实施方式，其中在对附图的整个说明中相同的数字指代相同的元件。
在此披露的具体结构和功能的细节仅仅是代表性的，用于描述示例实施方式。然而，示例实施方式可以体现于多种替代形式中，并且不应被解释为仅限于在此提出的实施方式。
应当理解，尽管第一、第二等术语在此可以被用来描述不同的元件，但是这些元件不应受这些术语限制，因为这些术语仅仅用来区分不同的元件。例如，在不偏离示例实施方式的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。
如本说明书在此所使用的，术语“以及”包括相关的项目列表中的一个或多个项目的任意以及所有组合，并且单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文中有明确相反的指示。还应当理解，在此使用的术语“包含”和“包括”表明存在所陈述的特征、数字、步骤、操作、元件和组件，但是并不排除存在或附加一个或多个其它的特征、数字、步骤、操作、元件、组件或者其组合。
应当理解，当元件被称为“连接”或者“耦合”到另一元件时，它可以直接连接到或者通过存在的中介元件耦合到另一元件。相反地，当一个元件被称为“直接连接”或者“直接耦合”到另一元件时，则不存在中介元件。用来描述元件之间关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“在......之间”相对于“直接在......之间”，“相邻”相对于“直接相邻”，等等)。
除非另有定义，在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例实施方式所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解，诸如在通常使用的词典中定义的那些术语之类的术语应当被解释为具有与相关领域的背景中的含义一致的含义，并且除非在此明确定义，否则其不应当以理想的或者过于正式的方式来解释。
还应注意，在某些可替代的实现方式中，所提到的功能/动作可以不按照附图中所示的顺序进行。例如，以连续方式显示的两个功能/动作实际上可以实质地同时执行，或者有时可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能/动作。
图1是示例性光传输系统100的框图。如下所述，示例性光传输系统的至少一个信道采用了窄带差分相移键控(NB-DPSK)。在图1中，多个发射机10被耦合到复用器20，以产生包括至少一个已调制信道的波分复用(WDM)信号。至少一个该已调制信道是NB-DPSK。发射机1至发射机N(10)每一个都可以向复用器20提供一个已调制信道。
不需要每个发射机都提供NB-DPSK信道。也就是说，至少一个发射机提供NB-DPSK信道。例如，可提供的其它已调制信道可以是偏振分复用(PDM)、相位调制、正交幅度调制(QAM)及它们的某些组合。例如，一个已调制信道可以是PDM-QAM信道。此外，一些发射机可以产生开关键控(OOK)信道，并且一些发射机可以产生相位调制信道，从而WDM信道是OOK信道和相位调制信道的组合。例如，光通信系统可以是混合传输系统，40-Gb/s PDM-QPSK信号与10-Gb/s OOK信道一起在其中传播。
来自复用器20的WDM信号被放大器30放大，放大器30可以是掺铒光纤放大器(EDFA)。该WDM信号从该放大器传送到传输光纤段40。每个光纤段40可以包括一段长度的传输光纤42，传输光纤42之后是用于色散补偿的内嵌式(inline)色散补偿模块(DCM)44，以补偿该WDM信号，从而抑制损害，例如自相位调制(SPM)和信道间交叉相位调制(XPM)。这种补偿也可以包括由放大器46来放大。
在经过一个或多个光纤段后，该WDM信号可被提供给可重构光分插复用器(ROADM)50。在该ROADM，可以分出一个或多个信道(52)，可以插入一个或多个信道(54)，或者可以执行信道分出或者插入的某种组合。该WDM信号再次从该ROADM穿过传输光纤段40，以便在到达解复用器60之前穿过该光传输系统。解复用器60将该WDM信号分成多个独立信道。每个独立信道提供给用于对信号流的数据信息进行解码的接收机70。接收机(即接收机1到接收机N(70)中的每一个)可以是用于对每个独立信道进行解码的相干检测接收机或者直接检测接收机。尽管图1示出了仅一个ROADM以及在WDM信号到达该ROADM之前及之后仅一个光纤段，但是光网络100可以包括多个ROADM 50以及每个ROADM之间的多个传输光纤段40。
发射机10中的一个发射机(例如，Tx 1)产生一个NB-DPSK信道。该NB-DPSK信道的相应接收机70(例如，Rx 1)对该NB-DPSK信道上传输的数据进行解码。NB-DPSK发射机使用一个或多个驱动器以及带宽约为比特率一半的调制器来产生NB-DPSK信号。在一个实施方式中，驱动器和调制器的组合带宽约为提供给该发射机的电二进制信号的比特率的四分之一。在另一个实施方式中，NB-DPSK信号的带宽约为提供给该发射机的电二进制信号的比特率的四分之一。在相应的接收机端，使用DPSK接收机来检测该信号，其中使用两条路径之间的长度差约小于一个比特周期的延迟线干涉仪(DLI)来解调该NB-DPSK信号。该DPSK接收机可以是部分NB-DPSK接收机。
图2是NB-DPSK发射机的示例性实施方式的框图。示例性发射机200包括放大器210，放大器210接收比特率为R的第一电二进制信号220作为输入。可以包括电滤波器215，以使得第一电二进制信号的带宽变窄。尽管在所示的示例性实施方式中，在放大后对该第一二进制信号进行滤波，但在其他实施方式中，该电滤波器可以被插入在放大器之前，以便在放大之前对该第一二进制信号进行预滤波。放大以及可选地预-滤波和/或后-滤波后的第一二进制信号被用来驱动DPSK调制器230。连续波(CW)光发生器240将CW光提供给该DPSK调制器。该调制器利用放大器放大后的输出和CW光来产生NB-DPSK光信号250。在一个实施方式中，该一个或多个驱动器和调制器的组合带宽约小于接收信号220的比特率的一半。也即，该NB-DPSK光信号250的带宽约小于接收信号220的比特率的一半。在另一个实施方式中，该一个或多个驱动器和调制器的组合带宽约小于接收信号220的比特率的四分之一。
因此在一个实施方式中，发射机200的放大器210具有相应的带宽，以便提供带宽分别约小于输入电二进制信号的比特率的一半或四分之一的放大后的电信号。还可以通过电滤波器215来使得信号带宽变窄。例如，在发射机端，比特率为R的第一信号220可以由带宽约小于R/2的电放大器210放大。第一信号是电二进制信号。第一信号还可以被滤波，以使得放大器和滤波器的组合带宽为R/2。放大后的电信号用来驱动带宽大于R/2的差分相移键控(DPSK)调制器230。
在另一个示例性发射机中，比特率为R的第一信号220可以在不使带宽变窄的情况下由电放大器210放大，并且DPSK调制器230的带宽可以约小于R/4，以产生带宽约小于R/4的NB-DPSK光信号。在另一个实施方式中，放大器、可选的滤波器以及调制器的组合带宽约小于R/2或R/4。
在一个实施方式中，该调制器可以是偏置为零且由峰间电压Vpp＝2Vπ的电信号驱动的Mach-Zehnder调制器。Vπ是在调制器的臂之间产生相位偏移π的电压。该调制器的输入是连续波(CW)光和用于传输的电二进制信号，该调制器的输出是光NB-DPSK信号。该发射机还可以包括编码器。
如图1所示，来自该NB-DPSK发射机的该光NB-DPSK信号可以与来自一个或多个其它发射机的一个或多个的输出信号复用，以产生波分复用(WDM)光信号。该WDM光信号然后穿过包括传输光纤段和ROADM的光传输系统，以在解复用器处被解复用。已被解复用的传输NB-DPSK光信号被提供给用于接收该NB-DPSK信号的DPSK接收机。
图3是NB-DPSK接收机300的示例性实施方式的框图。该示例性NB-DPSK接收机接收和解码NB-DPSK信号。该NB-DPSK接收机包括接收NB-DPSK光信号320作为输入的差分相移键控(DPSK)延迟线干涉仪(DLI)310。该DLI解调器的两条路径之间的长度差约小于一个比特周期。信号可以由1比特周期DLI来检测，但是相比于两臂之间小于1比特周期的DLI，其灵敏度降低。从该发射机接收的该NB-DPSK光信号是幅度调制的，但是也包括相位信息，从而使得在检测传输信息时灵敏度得到改善。
NB-DPSK接收机还包括检测器330，检测器330被配置为检测该DLI解调器的输出，以形成相应的电信号335。该检测器可以包括一对光电检测器(photodetector)332以及比较器334。虽然显示了平衡检测器，但是该检测器可以是平衡检测器或者可以是单端检测器。相应的电信号335随后被提供给数字信号处理器340，数字信号处理器340从相应的电信号中解码传输数据，
发射机采用的方法包括在延迟线干涉仪(DLI)接收光信号，其中该DLI的两条路径间的长度差约小于一个比特周期；利用检测器来检测来自该DLI的输出以形成相应的电信号。相应的电信号随后被处理以对光信号中的传输数据进行解码。对相应的电信号的处理可以包括以下至少之一：对电信号进行采样；对采样后的电信号执行补偿，以解决接收到的光信号中的非线性问题；以及基于采样后的电信号来识别接收到的符号。
上述描述的各种功能可以很容易地通过软件、固件和/或硬件(例如处理器和/或处理器装置)来实现，其可以包括在例如通过软件、固件或硬件编程来体现的适当的指令下执行的一个或多个微处理器、集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)、光处理器等。

Claims (10)

1.一种光通信系统，包括：
接收机，被配置为接收窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号，所述接收机包括：
延迟线干涉仪(DLI)，其中所述DLI的两条路径之间的长度差约小于一个比特周期；以及
检测器，被配置为检测所述DLI的输出以形成相应的电信号。
2.根据权利要求1所述的光通信系统，其中所述NB-DPSK光信号的带宽约小于发射机的第一比特率的一半，其中所述NB-DPSK光信号是从所述发射机接收的。
3.根据权利要求1所述的光通信系统，其中所述接收机进一步包括：
处理器，用于从所述相应的电信号中解码传输数据。
4.根据权利要求1所述的光通信系统，进一步包括：
发射机，所述发射机接收具有第一比特率的第一输入信号，所述发射机包括：
放大器，被配置为放大所述第一输入信号；以及
DPSK调制器，配置为由放大后的所述第一输入信号来驱动以输出窄带DPSK光信号，所述NB-DPSK光信号的带宽约小于所述第一比特率的一半。
5.一种光通信方法，包括：
在延迟线干涉仪(DLI)接收窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号，其中所述DLI的两条路径之间的长度差约小于一个比特周期；以及
利用检测器来检测所述DLI的输出以形成电信号。
6.根据权利要求5所述的方法，包括：
处理所述电信号以解码传输数据。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述NB-DPSK光信号的带宽约小于发射机的第一比特率的一半，其中所述NB-DPSK光信号是从所述发射机接收的。
8.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
获得比特率为R的第一信号；
由放大器来放大所述第一信号；
利用所述放大后的所述第一信号来驱动调制器以输出所述NB-DPSK光信号，其中所述NB-DPSK光信号的带宽约小于R/2。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述调制器是偏置为零的Mach-Zehnder差分相移键控(DPSK)调制器，其中所述放大后的信号的峰间电压Vpp＝2Vπ，其中Vπ是在所述调制器的臂之间产生相位偏移π的电压。
10.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
解复用波分复用(WDM)光信号以获得多个光信号，所述光信号中的至少一个是窄带差分相移键控(NB-DPSK)光信号。
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