CN102549948A - 光学传送设备和方法、以及光学接收设备和方法 - Google Patents

光学传送设备和方法、以及光学接收设备和方法 Download PDF

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CN102549948A CN2010800426907A CN201080042690A CN102549948A CN 102549948 A CN102549948 A CN 102549948A CN 2010800426907 A CN2010800426907 A CN 2010800426907A CN 201080042690 A CN201080042690 A CN 201080042690A CN 102549948 A CN102549948 A CN 102549948A
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郑焕锡
张纯赫
金光俊
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Abstract

本发明涉及一种光学传送设备，其使用具有相应波长的两个光学载波的相位对要传送的信号执行光学调制，并将调制后的信号传送到光学接收装置。该光学接收装置通过幅度调制对相位调制后的光学信号进行解调，以检测通过该光学传送设备传送的信号。

Description

光学传送设备和方法、以及光学接收设备和方法
技术领域
本发明涉及用于传送光的设备和方法、以及用于接收光的设备和方法。
背景技术
由于诸如因特网TV和用户创建内容(UCC)的基于以太网的服务的出现，因特网业务已逐渐增长，使得必须要求扩大网络的区域。
在诸如高性能计算机、服务器、数据中心、娱乐网络、和因特网交换中心的数据业务聚焦点处，为了满足带宽要求，生成每波长40G或更大的信号。为了传送这样的高速信号，光学发射机使用调制光学信号的相位的相移键控(PSK)方法或可以每码元传送2比特或更多的正交相移键控(QPSK)方法。
一般，因为使用单载波传送PSK或QPSK信号，所以在接收终端中应以信道为基础来补偿在光学线路中生成的偏振模色散和多色色散(chromaticdispersion)。例如，当使用QPSK方法时，如果比特率是B，则码元率是被划分为可利用每一码元传送的比特数目的比特率，并由此码元率成为B/2。所以，需要光电子装置的带宽是比特率的1/2。
为了解决这样的问题，提出了同时使用QPSK和光学信号的偏振特性的双偏振正交相移键控(DP-QPSK)。因为DP-QPSK可将码元率降低到B/4，所以可降低光电子装置的带宽，并可抑制在光学线路中生成的光学信号的脉冲色散。然而，为了分离两个偏振并恢复信号，应检测光学信号的相位，并由此接收终端中按照高速操作的模数变换器(ADC)和数字信号处理器(DSP)总是必需的。
提出了使用光学信号的偏振特性而不使用ADC和DSP、将码元传送速率降低到B/4的DP-QPSK方法。DP-QPSK方法将相位调制的光学信号变换为强度调制光学信号，并在接收终端中使用延迟干涉仪来接收光学信号，并由此不需要ADC和DSP。然而，接收终端需要用于分离偏振的复杂的偏振控制器。
发明内容
[技术问题]
已努力作出了本发明，以提供用于传送光的设备和方法以及用于接收光的设备和方法，其具有在不使用ADC、DSP和偏振控制器的情况下按照高传送速度和低码元率速度来传送信号的优点。
[技术方案]
本发明的示范实施例提供一种光学传送设备，包括双载波发生器、串行化装置、第一调制器、第二调制器和信号耦合器。该双载波发生器生成第一和第二光学载波。该串行化装置将多个输入信号多路复用为两对I和Q信号。该第一调制器使用该第一光学载波的相位来调制一对I和Q信号。该第二调制器使用该第二光学载波的相位来调制另一对I和Q信号。该信号耦合器耦合并传送所述第一和第二调制器所调制的信号。
本发明的另一实施例提供了一种光学接收设备，包括第一干涉仪、第二干涉仪、第一和第二平衡光电检测器以及并行化装置。该第一干涉仪通过利用强度调制进行解调，而将输入光学信号恢复为一对I和Q信号分量。该第二干涉仪通过利用强度调制进行解调，而将输入光学信号恢复为另一对I和Q信号分量。所述第一和第二平衡光电检测器通过将所述一对I和Q信号分量变换为电信号，而输出一对I和Q信号。所述第三和第四平衡光电检测器通过将所述另一对I和Q信号分量变换为电信号，而输出另一对I和Q信号。该并行化装置通过解多路复用将所述两对I和Q信号分离为多个信号。
本发明的另一实施例提供了一种用于在光学传送设备中传送光学信号的方法。该方法包括：生成第一和第二光学载波；将多个输入信号多路复用为两对I和Q信号；使用所述第一和第二光学载波的相位来对所述两对I和Q信号进行光学调制；和传送所述两个调制的光学信号。
本发明的另一实施例提供了一种用于在光学接收设备中接收光学信号的方法。该方法包括：通过使用具有不同波长的两个光学信号的相差利用强度调制调制输入的两个光学信号，来将两个光学信号变换为两对I和Q信号，并将所述两对I和Q信号变换为多个信号。
[有利效果]
根据本发明的示范实施例，因为不使用模数变换器(ADC)、高速数字信号处理器(DSP)、和复杂的偏振控制器，所以光学收发机的结构变得简单。
此外，可通过简单结构的光学收发机按照高传送速度和低码元率速度来传送光学信号。所以，可防止光学线路中生成的脉冲色散，同时能够执行在光学通信网络中需要的高速传送。
附图说明
图1是图示了根据本发明示范实施例的光学收发机的图。
图2是图示了图1中示出的调制器的示例的图。
图3是图示了图1中示出的干涉仪的示例的图。
图4是图示了根据本发明示范实施例的使用光学传送设备来传送光的方法的流程图。
图5是图示了双载波发生器的输出的图。
图6是图示了载波分离器所分离的光学载波的图。
图7是图示了两个调制器的输出的图。
图8是图示了信号耦合器的输出的图。
图9是图示了根据本发明示范实施例的接收光的方法的流程图。
图10是图示了信号分离器的输出的图。
图11是图示了图1中示出的双载波发生器的示例的图。
图12是图示了图1中示出的双载波发生器的另一示例的图。
图13是图示了图1中示出的信号耦合器的示例的图。
图14是图示了图1中示出的信号耦合器的另一示例的图。
具体实施方式
在以下详细描述中，仅通过图示而已经示出和描述了本发明的仅某些示范实施例。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施例可按照各种不同方式修改，而全部不脱离本发明的精神或范围。因此，这些图和描述应被看作本质上示意性的而不是限制性的。相同的附图标记贯穿说明书中指定相同的元件。
另外，在整个说明书和权利要求中，除非进行了相反的明确描述，词语“包括(comprise)”以及诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变型将被理解为暗指包括所阐明的元件但是不排除任何其他元件。
现在，将参考图来详细描述根据本发明示范实施例的用于传送光的设备和方法以及用于接收光的设备和方法。
图1是图示了根据本发明示范实施例的光学收发机的图。
参考图1，该光学收发机包括光学传送设备100、光学接收设备200、和控制电路300。
该光学传送设备100包括串行化装置110、双载波发生器120、载波分离器130、调制器140a和140b、以及信号耦合器150。
串行化装置110将输入的n数量的电信号多路复用为四个电信号It1、Qt1、It2和Qt2，以将这些电信号输出到调制器140a和140b。这里，四个电信号It1、Qt1、It2和Qt2是两对同相(I)和正交相位(Q)信号It1/Qt1和It2/Qt2，一对I和Q信号It1/Qt1输入到一个调制器140a，而剩下的一对I和Q信号It2/Qt2输入到另一个调制器140b。
双载波发生器120生成两个光学载波。
载波分离器130分离两个光学载波，将一个光学载波输出到调制器140a，并将剩下的光学载波输出到调制器140b。
调制器140a和140b使用光学载波利用差分正交相移键控(DQPSK)方法对输入的I和Q信号It1/Qt1和It2/Qt2进行光学调制。这里，DQPSK是通过按照90°的相差传送信号来改变光学载波的相位并移位四个相位0、90、180、270度的调制方法。
根据本发明示范实施例的调制器140a和140b使用马赫-曾德耳(Mach-Zehnder)调制器。
图2是图示了图1中示出的调制器的示例的图。图2图示了两个调制器140a和140b中的仅一个调制器140a，并且调制器140b可以与调制器140a等同地形成。
参考图2，调制器140a包括马赫-曾德耳调制器142a 1和142a 2以及相位变换器144a。
马赫-曾德耳调制器142a 1接收光学载波以及I信号，并根据输入I信号的比特信息来将I信号的比特信息映射到光学载波的相位0或180°并输出。
马赫-曾德耳调制器142a_2接收光学载波以及Q信号，并根据输入Q信号的比特信息来将输入Q信号的比特信息映射到光学载波的相位0或180°，并将比特信息输出到相位变换器144a。
相位变换器144a将Q信号的比特信息所映射到的光学载波的相位变换90°。由此，Q信号的比特信息被映射到光学载波的相位90°或270°。
所以，I或Q信号被映射到光学载波的相位0、90°、180°和270°的对应相位。
再次参考图1，信号耦合器150组合调制器140a和140b所光学调制的光学信号，以将光学信号传送到光学接收设备200。信号耦合器150可由光学滤波器、光学耦合器或偏振控制器、和光学耦合器形成。
光学接收设备200包括信号划分器210、干涉仪220a和220b、平衡光电检测器(BPD)230a_1、230a_2、220b_1和220b_2、放大器240a_1、240a_2、240b_1和240b_2、和并行化装置250。
信号划分器210接收来自光学传送设备100的光学信号，将所接收的光学信号分离为具有两个波长λ-δλ和λ+δλ的两个光学信号，并将分离的光学信号输出到干涉仪220a和220b。
干涉仪220a和220b将相位调制后的光学信号变换为强度调制后的光学信号。按照该方式，使用该干涉仪的解调技术将干涉仪的一侧路径(one sidepath)延迟码元周期，并由此允许前和后比特引起干涉，从而根据前和后比特的相位差而输出1或0的信号。
根据本发明示范实施例的干涉仪220a和220b使用马赫-曾德耳延迟干涉仪。
图3是图示了图1中示出的干涉仪的示例的图。图3图示了以光学载波为基础分配的干涉仪220a和220b中的仅干涉仪220a，并且可以用相同方法来形成两个干涉仪220a和220b。
参考图3，干涉仪220a包括耦合器222a以及马赫-曾德耳延迟干涉仪(MZDI)224a_1和224a_2。
耦合器222a将输入光学信号划分为两个信号，以将这两个信号输出到MZDI 224a_1和224a_2。
MZDI 224a_1具有两个输出端，将从耦合器222a输入的信号划分为两个分量，将一侧路径延迟信号的码元周期T，并耦合这两个分量。所以，在MZDI224a_1的两个输出端分别发生相长干涉和相消干涉。
类似地，MZDI 224a_2具有两个输出端，将从耦合器222a输入的另一信号划分为两个信号分量，将一侧路径延迟信号的码元周期T，并耦合这两个信号分量。所以，在MZDI 224a_2的两个输出端分别发生相长干涉和相消干涉。在该情况下，在两个MZDI 224a_1和224a_2中，将信号之间的相差连同时间延迟调整为+45°和-45°。由此，可恢复从光学传送设备100传送的I信号分量和Q信号分量，并且在MZDI 224a_1和224a_2中，将其中调制相位的信号变换为其中调制强度的信号。
再次参考图1，BPD 230a_1、230a_2、230b_1和230b_2分别向放大器240a_1、240a_2、240b_1和240b_2输出两对I和Q信号，其中将干涉仪220a和220b利用强度调制所解调的两对I信号分量和Q信号分量变换为电信号。
放大器240a_1、240a_2、240b_1和240b_2放大对应BPD 230a_1、230a_2、230b_1和230b_2的输出信号，以将输出信号输出到并行化装置250。
并行化装置250将从放大器240a_1、240a_2、240b_1和240b_2输出的两对I和Q信号分离为n数量的输出信号。
控制电路300控制使用光电子装置的偏压(bias)并监视光学收发机的状态。此外，控制电路300控制调制器140a和140b以及干涉仪220a和220b的相位。
图4是图示了根据本发明示范实施例的使用光学传送设备来传送光的方法的流程图。图5是图示了双载波发生器的输出的图，而图6是图示了载波分离器所分离的光学载波的图。此外，图7是图示了两个调制器的输出的图，而图8是图示了信号耦合器的输出的图。
参考图4，双载波发生器120生成具有与该中心波长λ隔开预定波长δλ的波长λ-δλ和λ+δλ的两个光学载波(S410)，如图5中所示。在该情况下，两个光学载波可在与中心波长λ隔开相同间隙的时候生成，并且可在隔开不同间隙的时候生成。
载波分离器130分离具有波长λ-δλ和λ+δλ的两个光学载波，并将这两个光学载波输出到调制器140a和140b(S420)，如图6中所示。
此外，串行化装置110将输入的n数量的电信号多路复用为两对I和Q信号It1/Qt1和It2/Qt2，将一对I和Q信号It1/Qt1输出到调制器140a，并将另一对I和Q信号It2/Qt2输出到调制器140b(S430)。
调制器140a和140b利用DQPSK方法对输入的I和Q信号It1/Qt1和It2/Qt2进行光学调制，并将输入的I和Q信号输出到信号耦合器150(S440)。在该情况下，调制器140a和140b利用DQPSK方法所光学调制的信号可如图7所示表示。
其后，信号耦合器150组合来自调制器140a和140b的光学调制后的信号，以将信号传送到光学接收设备200(S450)。在该情况下，调制器140a和140b利用DQPSK方法所光学调制的信号中的耦合信号可如图8所示表示。
按照该方式，光学传送设备100中光学调制的光学信号经由光学接收设备200中的信号划分器210、干涉仪220a和220b、平衡光电检测器(BPD)230a_1、230a_2、220b_1和220b_2、放大器240a_1、240a_2、240b_1和240b_2、以及并行化装置250被解调为原始信号。
图9是图示了根据本发明示范实施例的接收光的方法的流程图，而图10是图示了信号分离器的输出的图。
参考图9，信号划分器210将从光学传送设备100接收的光学信号分离为具有波长λ-δλ和λ+δλ的光学信号，将具有波长λ-δλ的光学信号输出到干涉仪220a，并将具有波长λ+δλ的光学信号输出到干涉仪220b(S910)，如图10中所示。
干涉仪220a和220b中的每一个利用强度调制对输入光学信号进行解调，以将光学信号输出到BPD 230a_1、230a_2、220b_1和220b_2(S920)。
BPD 230a_1、230a_2、230b_1和230b_2将利用强度调制解调的信号变换为电信号(S930)。在该情况下，一对I和Q信号It1/Qt1由BPD 230a_1和230a_2恢复，而另一对I和Q信号It2/Qt2由BPD 230b_1和230b_2恢复。
放大器240a_1、240a_2、240b_1和240b_2放大从BPD 230a_1、230a_2、220b_1和220b_2输出的信号It1/Qt1和It2/Qt2，以将信号It1/Qt1和It2/Qt2输出到并行化装置250(S940)。
并行化装置250将从放大器240a_1、240a_2、240b_1和240b_2输出的两对I和Q信号It1/Qt1和It2/Qt2分离为n数量的输出信号(S950)。
图11是图示了图1中示出的双载波发生器的示例的图。
参考图11，双载波发生器120包括激光器122、时钟驱动器124、和马赫-曾德耳调制器126。
激光器122输出具有中心波长λ的信号，以将该信号输出到马赫-曾德耳调制器126。
时钟驱动器124将具有波长δλ的脉冲周期的电时钟信号输出到马赫-曾德耳调制器126。
马赫-曾德耳调制器126接收具有中心波长λ的信号和具有波长δλ的间隙的电时钟信号，并生成两个电信号，即具有与该中心波长λ隔开波长δλ的波长λ-δλ和λ+δλ的两个光学载波。
图12是图示了图1中示出的双载波发生器的另一示例的图。
参考图12，双载波发生器120’包括双激光源122’。双激光源122’包括两个激光器122a和122b，并且每一激光器122a和122b输出具有波长λ-δλ和λ+δλ的信号。因为双载波发生器120’从激光器122a和122b的每一个生成具有波长λ-δλ和λ+δλ的信号，所以不必在载波分离器130中分离信号。所以，激光器122a和122b将具有波长λ-δλ和λ+δλ的信号直接输出到调制器140a和140b。
当使用耦合器再次耦合两个激光器122a和122b的输出信号时，信号可通过载波分离器130再次分离，并输出到调制器140a和140b。
图13是图示了图1中示出的信号耦合器的示例的图。
参考图13，信号耦合器150包括偏振控制器152和偏振组合器154。
偏振控制器152调整来自调制器140a和140b的光学调制后的光学信号之一的偏振，并将光学信号输出到偏振组合器154。在该情况下，偏振控制器152可调整来自调制器140a和140b的光学调制后的光学信号之一的偏振，使得来自调制器140a和140b的两个光学调制后的光学信号的偏振正交。
偏振组合器154耦合来自调制器140a和140b的光学调制的光学信号中的另一个、以及来自偏振控制器152的其中调整偏振的光学信号。当将光学信号的偏振输入到预定偏振轴时，偏振组合器154耦合所述光学信号。
图14是图示了图1中示出的信号耦合器的另一示例的图。
参考图14，信号耦合器150’包括偏振控制器152和偏振维持耦合器154’。即，当使用偏振维持耦合器154’代替图13中所示偏振组合器154来维持偏振时，可耦合来自调制器140a和140b的光学调制后的光学信号中的另一个、以及来自偏振控制器152的其中调整偏振的光学信号。根据本发明的另一示范实施例，可以不使用信号耦合器150和信号分离器210，将两个光学载波直接连接到光学收发机的外部。
所以，根据本发明示范实施例的光学收发机可按照高传送速度和低码元率速度来传送信号，而不使用ADC或DSP。
本发明的示范实施例不仅可通过上述设备和方法实施，而且可通过实现与本发明示范实施例的配置对应的功能的程序或其上记录有该程序的记录介质实施，并可由本领域技术人员根据前面示范实施例的描述而容易地实施。
尽管已结合当前被看作实际示范实施例的内容而描述了本发明，但是应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，意欲覆盖所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等效安排。

Claims (20)

1.一种光学传送设备，包括：
双载波发生器，用于生成第一和第二光学载波；
串行化装置，用于将多个输入信号多路复用为两对同相(I)和正交相位(Q)信号；
第一调制器，用于使用该第一光学载波的相位来调制和输出一对I和Q信号；和
第二调制器，用于使用该第二光学载波的相位来调制和输出另一对I和Q信号。
2.根据权利要求1的光学传送设备，其中所述第一和第二调制器使用差分正交相移键控(DQPSK)调制方法。
3.根据权利要求1的光学传送设备，其中该双载波发生器包括：
激光器，用于生成中心波长的信号；
时钟驱动器，用于生成电时钟信号；和
马赫-曾德耳调制器，用于通过与该中心波长隔开该时钟信号的脉冲周期，而生成所述第一和第二光学载波。
4.根据权利要求3的光学传送设备，进一步包括载波分离器，用于分离所述第一和第二光学载波，以向所述第一和第二调制器输出所述第一和第二光学载波。
5.根据权利要求1的光学传送设备，其中该双载波发生器包括第一和第二激光器，用于生成具有每一波长的所述第一和第二光学载波。
6.根据权利要求1的光学传送设备，进一步包括信号耦合器，用于耦合所述第一和第二调制器所调制的信号，以将耦合的信号传送到光学接收设备。
7.根据权利要求6的光学传送设备，其中该信号耦合器包括：
偏振控制器，用于调整所述第一和第二调制器光学调制的信号之中的一个信号的偏振；和
偏振组合器，用于组合其中调整偏振的信号、和所述第一和第二调制器所调制的信号之中的另一信号。
8.根据权利要求6的光学传送设备，其中该信号耦合器包括：
偏振控制器，用于调整所述第一和第二调制器光学调制的信号之中的一个信号的偏振；和
偏振维持耦合器，用于耦合其中调整偏振的信号、和所述第一和第二调制器所调制的信号之中的另一信号。
9.一种光学接收设备，包括：
第一干涉仪，用于通过利用强度调制进行解调，而将输入光学信号恢复为一对I和Q信号分量；
第二干涉仪，用于通过利用强度调制进行解调，而将输入光学信号恢复为另一对I和Q信号分量；
第一和第二平衡光电检测器，用于通过将所述一对I和Q信号分量变换为电信号，而输出一对I和Q信号；
第三和第四平衡光电检测器，用于通过将所述另一对I和Q信号分量变换为电信号，而输出另一对I和Q信号；和
并行化装置，用于通过解多路复用将所述两对I和Q信号分离为多个信号。
10.根据权利要求9的光学接收设备，其中所述第一和第二干涉仪中的每一个包括：
耦合器，用于将该输入光学信号分离为两个信号；
第一马赫-曾德耳延迟干涉仪，用于将两个信号之一划分为两个信号分量，并延迟一侧路径的信号分量，并耦合所延迟的信号分量和两个信号分量中的另一信号分量，以输出I信号分量；和
第二马赫-曾德耳延迟干涉仪，用于将两个信号中的另一个划分为两个信号分量，并延迟一侧路径的信号分量，并耦合所延迟的信号分量和两个信号分量中的另一信号分量，以输出Q信号分量，
其中所述第一和第二干涉仪中的每一个按照±45°生成输入光学信号。
11.根据权利要求10的光学接收设备，其中所述第一和第二马赫-曾德耳延迟干涉仪将一侧路径的信号分量延迟码元周期。
12.根据权利要求9的光学接收设备，进一步包括第一到第四放大器，分别用于放大从所述第一到第四平衡光电检测器输出的信号。
13.根据权利要求9的光学接收设备，进一步信号划分器，用于将该输入光学信号分离为具有不同波长的两个光学信号，以向所述第一和第二干涉仪输出所述光学信号。
14.一种用于在光学传送设备中传送光学信号的方法，该方法包括：
生成第一和第二光学载波；
将多个输入信号多路复用为两对I和Q信号；
使用所述第一和第二光学载波的相位来对所述两对I和Q信号进行光学调制；和
传送所述两个调制的光学信号。
15.根据权利要求14的方法，其中对所述两对I和Q信号进行光学调制的步骤包括利用差分正交相移键控(DQPSK)方法来调制所述两对I和Q信号。
16.根据权利要求14的方法，其中所述生成第一和第二光学载波的步骤包括：
生成具有中心波长的信号；
生成电时钟信号；和
通过与该中心波长隔开该时钟信号的脉冲周期，而生成所述第一和第二光学载波。
17.根据权利要求14的方法，其中所述传送所调制的两个光学信号的步骤包括：耦合所述两个光学信号。
18.一种用于在光学接收设备中接收光学信号的方法，该方法包括：
使用具有不同波长的两个光学信号的相差，来将该光学信号变换为I和Q信号；和
将两对I和Q信号分离为多个信号。
19.根据权利要求18的方法，其中所述将该光学信号变换为I和Q信号的步骤包括：
延迟所述两个光学信号之一的相位；
将具有延迟相位的一个光学信号划分为两个第一信号分量；
延迟所述两个第一信号分量的一侧路径的信号，并耦合两个信号分量；
延迟所述两个光学信号中的另一个的相位；
将具有延迟相位的另一光学信号划分为两个第二信号分量；和
延迟所述两个第二信号分量的一侧路径的信号，并耦合两个信号分量。
20.根据权利要求19的方法，其中所述延迟所述两个光学信号之一的相位的步骤和延迟所述两个光学信号中的另一个的相位的步骤包括延迟相位+45°和-45°。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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