CN103155505A - 16-qam光信号生成 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式关于高速光传输，以及关于使用简单的和/或低成本的结构来生成16正交幅度调制信号的方法和装置。更特别地，本发明的某些实施方式关于使用通过数据信号和时钟信号驱动的平行同相/正交调制器，并且通过强度调制器使脉冲弯曲。16正交幅度调制光信号可在传输之后基于光信号处理通过相干检测器来检测。

Description

16-QAM光信号生成
技术领域
本发明总体上关于高速光传输并且特别是关于一种使用简单的和/或低成本的结构来生成16正交幅度调制信号的方法和装置。更特别地，本发明的某些实施方式关于使用通过数据信号和时钟信号驱动的平行同相/正交调制器，并且通过强度调制器使脉冲弯曲。16正交幅度调制光信号可在传输之后基于光信号处理通过相干检测器来检测。
背景
光正交幅度调制（QAM）和其他多级调制格式对于具有大的频谱效率（SE）的光纤传输而言是有发展前途的。16-QAM特别对于高比特率传输系统是一种好的解决方案，这是因为每个光载体的吞吐量能够被极大地增强。
对于高SE光传输而言，与偏振分割复用（PDM）组合的多级光调制格式以及数据相干检测已引起了很大的兴趣。PDM和多级调制可，例如，极大地增加波分多路复用（WDM）光传输系统的SE。
PDM-归零正交相移键控（RZ-QPSK）和PDM-RZ-8-PSK已在实验上被证明可用于100Gb/s传输：（P.Winzer和A.Gnauck，“112-Gb/sPolarization-Multiplexed16-QAM on a25-GHz WDM Grid”，Proc.ECOC2008，论文Th.3.E.5），（T.Sakamoto、A.Chiba、T.Kawanishi，“50-km SMFtransmission of50-Gb/s16QAM generated by quad-parallel MZM”，论文Tu.l.E.3），（R.Freund、H.Louchet、M.Gruner、L.Molle、M.Seimetz、A.Richter，“80Gbit/s/λPolarization Multiplexed Star-16QAM WDMTransmission over720km SSMF with Electronic Distortion Equalization”，OFC2009），（X.Zhou和J.Yu，“200-Gb/s PDM-16QAM generation using anew synthesizing method”，Proc.ECOC2009，10.3.5），（A.Sano1，“69.1-Tb/s（432x171-Gb/s）C-and Extended L-Band Transmission over240km UsingPDM-16-QAM Modulation and Digital Coherent Detection”，OFC2010，PDPB7）。
M阵列正交幅度调制（M-QAM）也已经使用不同的技术被研究过。例如，为了获得较高的SE而同时允许用于光分插的足够的带宽余量，14Gb/s PDM-128-QAM，30Gb/s64-QAM，和40-Gb/s16QAM已使用任意波形发生器（见Sakamoto、A.Chiba、T.Kawanishi，“50-km SMF transmissionof50-Gb/s16QAM generated by quad-parallel MZM”，论文Tu.E.3）和平行同相/正交（I/Q）调制器（见A.Sanol，“69.1-Tb/s（432x171-Gb/s）C-andExtended L-Band Transmission over240km Using PDM-16-QAM Modulationand Digital Coherent Detection”，OFC2010，PDPB7）来生成。
在（A.Sanol，“69.1-Tb/s（432x171-Gb/s）C-and Extended L-BandTransmission over240km Using PDM-16-QAM Modulation and DigitalCoherent Detection”，OFC2010，PDPB7）中，160Gb/s16-QAM已经利用两个平行集成I/Q调制器与二进制驱动信号来生成。正交16QAM格式的生成和传输已经通过使用多级驱动信号和单级IQ调制器（见P.Winzer和A.Gnauck，“112-Gb/s Polarization-Multiplexed16-QAM on a25-GHz WDMGrid”，Proc.ECOC2008，论文Th.3.E.5）或者通过使用四平行马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）调制器（MZM）的集成解决方案（见T.Sakamoto、A.Chiba、T.Kawanishi，“50-km SMF transmission of50-Gb/s16QAMgenerated by quad-parallel MZM”，论文Tu.LE.3），（A.Sanol，“69.1-Tb/s（432x171-Gb/s）C-and Extended L-Band Transmission over240km UsingPDM-16-QAM Modulation and Digital Coherent Detection”，OFC2010，PDPB7）得以验证。
在现阶段，这些解决方案的主要挑战在于为IQ-调制器生成高质量驱动信号（见T.Sakamoto、A.Chiba、T.Kawanishi，“50-km SMF transmissionof50-Gb/s16QAM generated by quad-parallel MZM”，论文Tu.1.E.3）以及集成的四平行MZM的性能。
在（X.Zhou和J.Yu，“200-Gb/s PDM-16QAM generation using a newsynthesizing method”，Proc.ECOC2009，10.3.5）中，级联的I/Q调制器和两相位调制器被用于生成16QAM光信号。（见R.Freund、H.Louchet、M.Gruner、L.Molle、M.Seimetz、A.Richter，“80Gbit/s/λPolarizationMultiplexed Star-16QAM WDM Transmission over720km SSMF withElectronic Distortion Equalization”，OFC2009），其已经示出了如何仅基于现有技术的调制器通过使用二进制驱动信号来生成星形16QAM信号。
为了生成星形16QAM信号，已经使用了基于现有技术的调制器的二进制驱动信号。然而，在本发明的某些实施方式中，提出了一种生成16QAM信号的新方案，其已经在实验上经过了验证。
发明内容
在本发明的某些实施方式中，提供了一种光调制设备，其包括：平行同相/正交调制器，其具有第一信号支路和第二信号支路，其中第二信号支路与第一信号支路有相位差，并且其中平行同相/正交调制器被配置成由数据信号驱动；以及，强度调制器，其被配置成使信号在转接点（transit point）处弯曲，其中强度调制器通过时钟信号驱动。
光调制设备可包括平行马赫-曾德尔调制器，其在零点处有偏移，并且用作零啁啾0/π相位调制器。这些平行马赫-曾德尔调制器还可具有相同的驱动电压，所述驱动电压具有例如完全的2Vπ摆动。
光调制设备的数据信号每个都具有相应的比特率。在本发明的某些实施方式中，其中时钟信号是x千兆赫，数据信号的相应比特率中的至少一个是x吉比特/秒，其中x是正实数。
光调制设备还可包括相干检测器。相干检测器可包括偏光器、分集混合调制器、本地振荡器、光电二极管、高速模-数转换器、和/或高速数-模转换器。
在本发明的某些实施方式中，其中提出了一种光调制系统，其包括：平行同相/正交调制器，其具有第一支路和第二支路，其中该第一支路和第二支路有π/2的相位差，并且其中平行同相/正交调制器被配置成通过两个数据信号驱动；强度调制器，其中强度调制器通过时钟信号驱动；以及，相干检测器。
本发明的某些实施方式的调制系统的相干检测器可包括偏光器、分集混合调制器、本地振荡器、光电二极管、高速模-数转换器、和/或高速数-模转换器。
在本发明的某些实施方式中，平行同相/正交调制器包括平行马赫-曾德尔调制器。平行马赫-曾德尔调制器例如在零点处有偏移，并且用作零啁啾0/π相位调制器。然而，平行马赫-曾德尔调制器具有相等的驱动电压，该驱动电压具有例如完全的2Vπ摆动。
两个数据信号每个都具有相应的比特率。在本发明的某些实施方式中，其中时钟信号是x千兆赫，数据信号的相应比特率中的至少一个是x吉比特/秒，其中x是正实数。
本发明的某些实施方式包括用于生成多级幅度和相位编码的光信号的方法。这些方法例如包括生成第一信号和第二信号，其中第二信号相对于第一信号具有π/2的相位差；组合第一信号和第二信号，得到组合信号；通过强度调制器使组合信号在转接点处弯曲，得到弯曲的组合信号；以及，传输该弯曲的组合信号。在本发明的某些实施方式中，该弯曲的组合信号包括归零脉冲。
本发明的某些实施方式还包括通过相干检测器检测弯曲的组合信号。该检测步骤可包括例如对弯曲的组合信号进行数字处理。
本发明的某些实施方式还包括用于检测多级幅度和相位编码的光信号的方法，该方法包括通过相干检测器接收弯曲的组合光信号的步骤，所述弯曲的组合光信号包括第一信号和第二信号，其中第二信号相对于第一信号具有π/2的相位差。还包括对弯曲的组合光信号进行数字处理的进一步的步骤。
本发明的某些实施方式包括通过编码器设备为16QAM信号编码数据的方法，该方法包括的步骤有：将上升沿编码为01；将下降沿编码为10；将高电平编码为11；以及，将低电平编码为00。
附图简述
因此，已对本发明概括性地进行了描述后，对本发明的更加完整的理解可通过参考附图来实现，这些附图不必按比例绘制。
图1显示了本发明的某个实施方式。
图2显示了被测量出的在根据本发明的某些实施方式的同相/正交调制和强度调制之后的光信号的波形。
图3显示了在根据本发明的某些实施方式的同相/正交调制和强度调制的光谱。
图4显示了通过根据本发明的某些实施方式的相干接收器检测的星图。
图5显示了根据本发明的某些实施方式的编码方案。
图6显示了描绘本发明的某些实施方式的图形。
现在，本发明的某些实施方式将参考附图在后文中更加完整地描述，其中显示了本发明的实施方式的一些例子。事实上，这些发明可以按许多不同的形式来实现，并且不应被解释为限制于此处所阐述的实施方式中；相反，这些实施方式是通过举例说明的方式来提供的，以满足相关法律的需要。相同的数字始终是指相同的元件。
本发明的优选实施方式的详细描述
本发明的某些实施方式的工作原理，例如，所提出的生成16QAM信号的工作原理在图1中示出。16QAM调制器包括平行的I/Q调制器102，其通过两个数据信号103和104驱动。在I/Q调制器102的上下支路之间的相位差，例如对于该I/Q调制器102，设定为π/2。
还示出了两个平行马赫-曾德尔调制器（MZM1和MZM2）。这两个平行马赫-曾德尔调制器例如在零点处有偏移，并且用作两个零啁啾0/π相位调制器。此外，MZM1和MZM2具有相同的驱动电压，该驱动电压具有例如完全的2Vπ摆动。
图1（a）显示了I/Q调制器102之后的波形。如果数据信号103或数据信号104的比特率是例如x Gbit/s，则强度调制器（IM）105通过x GHz的时钟信号所驱动。IM调制器105用于使脉冲弯曲（信号的转折部分）。时钟信号还切割在IM调制器105之后的光波形，如图1（b）中所示。然而，IM调制器105和I/Q调制器102的位置是可互换的。可选地，例如，IM调制器105在信号链中位于I/Q调制器102之前。
在传输一定距离之后，16QAM光信号可随后通过相干接收器106来检测，例如基于数字信号处理（DSP）来检测。
图2示出了被测量出的在I/Q调制器102和IM调制器105之后的光信号的波形。在该所示实验中，16QAM的波特率（baud rate）例如是12.5Gbaud。
图3示出了在I/Q调制器102和IM调制器105之后的光谱。因为，在所示情况下，信号具有归零（RZ）脉冲，则在IM调制器102之后的频谱例如被扩宽。
图4显示了通过根据本发明的某些实施方式的相干接收器106所检测的星图。在所示实施方式中，生成了例如16QAM光信号。如已知的，这些星图是数字调制方案在复平面中的表示。
对于通过该方案和/或本发明的某些实施方式生成的16QAM光信号，数据信号103或数据信号104被独特地编码。图5例如示出了一种根据本发明的实施方式来编码数据的方案。图5的上部数据图示是编码1和0的、常规的二进制相移键控（BPSK）数据的代表。图5的下部图示是在根据本发明的某些实施方式编码之后的新数据的例子。在某些实施方式中，例如，假设上升沿为“01”且下降沿为“10”。在这样一个实施方式中，例如，如果该信号在高电平，并且在一比特时隙中维持高电平，则其被编码为“11”，而若该信号在低电平，并且在一比特时隙中维持低电平，则其被编码为“00”。
图6主要提供了一种描述根据本发明的某些实施方式生成16QAM光信号的图形表示。
如所示，用于根据本发明的某些实施方式的高速光传输的16QAM信号的生成有利地是通过简单的结构实现的。另外，本发明的某些实施方式还有利地是通过低成本的结构实现的。
上述说明书示出和描述了本发明的某些实施方式。要理解的是，本发明能够使用各种其他的组合、修改和环境；并且能够在如此处所描述的发明性概念的范围内进行改变或修改，与以上教导和/或在相关领域中的技术或知识相称。
以上所描述的实施方式还旨在解释实现本发明已知的最佳模式，并且使得本领域中的其他技术人员能够以这些实施方式或其他实施方式利用本发明，以及具有根据发明的特定应用或用途所要的各种改变。此外，应当理解的是，本发明的方法和系统仅利用包括简单的和复杂的计算机的机器和装置来实施。
基于本文中所包含的本发明的描述对本领域中的技术人员而言清楚的已知系统和方法的调整是在权利要求的范围内的。然而，执行在权利要求中阐述的方法和/或组合元素的后来发明或开发的装置是在本发明的范围内。因此，本说明书不旨在将本发明限制在本文中所公开的形式或应用中。本文所引用的所有出版物通过在本申请中整体引用来并入。

Claims (20)

1.一种光调制设备，包括：
平行同相/正交调制器，其具有第一信号支路和第二信号支路，其中所述第二信号支路与所述第一信号支路有π/2的相位差，并且其中所述平行同相/正交调制器被配置成由两个数据信号驱动；以及
强度调制器，其被配置成使信号在转接点弯曲，其中所述强度调制器由时钟信号驱动。
2.如权利要求1所述的光调制设备，其中所述平行同相/正交调制器包括平行马赫-曾德尔调制器。
3.如权利要求2所述的光调制设备，其中所述平行马赫-曾德尔调制器在零点处有偏移，并且用作零啁啾0/π相位调制器。
4.如权利要求2所述的光调制设备，其中所述平行马赫-曾德尔调制器具有相同的驱动电压，所述相同的驱动电压具有完全的2Vπ摆动。
5.如权利要求1所述的光调制设备，其中所述两个数据信号每个都具有相应的比特率；并且其中，所述时钟信号是x千兆赫，并且所述两个数据信号的两个相应比特率中的至少一个是x吉比特/秒，其中x是正实数。
6.如权利要求1所述的光调制设备，还包括相干检测器。
7.如权利要求6所述的光调制设备，其中所述相干检测器还包括偏光器、分集混合调制器、本地振荡器、光电二极管、高速模-数转换器、以及高速数-模转换器中的一个或多个。
8.一种光调制系统，包括：
平行同相/正交调制器，其具有第一支路和第二支路，其中所述第一支路和所述第二支路有π/2的相位差，并且其中所述平行同相/正交调制器被配置成由两个数据信号驱动；
强度调制器，其中所述强度调制器由时钟信号驱动；以及
相干检测器。
9.如权利要求8所述的调制系统，其中所述相干检测器还包括偏光器、分集混合调制器、本地振荡器、光电二极管、高速模-数转换器、以及高速数-模转换器中的一个或多个。
10.如权利要求8所述的光调制设备，其中所述平行同相/正交调制器还包括平行马赫-曾德尔调制器。
11.如权利要求10所述的光调制设备，其中所述平行马赫-曾德尔调制器在零点处有偏移，并且用作零啁啾0/π相位调制器。
12.如权利要求10所述的光调制设备，其中所述平行马赫-曾德尔调制器具有相同的驱动电压，所述相同的驱动电压具有完全的2Vπ摆动。
13.如权利要求8所述的光调制设备，
其中所述两个数据信号每个都具有相应的比特率；并且其中，所述时钟信号是x千兆赫，并且所述两个数据信号的两个相应比特率中的至少一个是x吉比特/秒，其中x是正实数。
14.一种生成多级幅度和相位编码的光信号的方法，所述方法包括以下步骤：
生成第一信号和第二信号，其中所述第二信号相对于所述第一信号具有π/2的相位差；
组合所述第一信号和所述第二信号，得到组合信号；
通过强度调制器使得所述组合信号在转接点处弯曲，得到弯曲的组合信号；以及
传输所述弯曲的组合信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述弯曲的组合信号包括归零脉冲。
16.如权利要求14所述的方法，还包括通过相干检测器检测所述弯曲的组合信号的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，其中检测步骤包括数字处理所述弯曲的组合信号。
18.一种用于检测多级幅度和相位编码的光信号的方法，所述方法包括以下步骤：
通过相干检测器接收弯曲的组合光信号，所述弯曲的组合光信号包括第一信号和第二信号，其中所述第二信号相对于所述第一信号具有π/2的相位差。
19.如权利要求18所述的方法，还包括数字处理所述弯曲的组合光信号的步骤。
20.一种通过编码器设备为16QAM信号编码数据的方法，所述方法包括以下步骤：
将上升沿编码为01；
将下降沿编码为10；
将高电平编码为11；以及
将低电平编码为00。
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