CN103392309A - 利用偏分复用的光传输 - Google Patents

Abstract

一种用于在光信道上发送数字数据的方法，包括：生成第一基带数字信号和第二基带数字信号(11，12)，根据第一基带数字信号调制第一偏振的光载波分量，根据第二基带数字信号调制第二偏振的光载波分量，其中第二偏振的光载波分量具有与第一偏振的光载波分量正交的偏振，并且将第一调制的光载波分量和第二调制的光载波分量合成到传播介质(9)中，其中第一基带数字信号和第二基带数字信号以相关方式被生成，从而调制的光载波分量被合成为调制的单偏振光载波。

Description

利用偏分复用的光传输

技术领域

本发明涉及使用偏分复用(polarization division multiplexing)的光通信系统的技术领域，并且具体地涉及光分组或者光突发的传输。

背景技术

光分组传输与偏分复用(PDM)的联合因为高数据速率、高度灵活的通信系统的发展而正在受到关注。原先相干接收器已经被设计用于光电路连接。常规的偏振去复用算法的收敛时间典型地需要数千个符号。在分组传输中，每个分组具有它自己的偏振态(SOP)。为每一个分组重复常规收敛过程将消耗大量带宽。

EP-A-2273700教导了在适于光分组接收的相干接收器中用于加速偏振去复用滤波器的收敛的方法。这些方法包括下述光分组的生成，这些光分组包括报头部和有效载荷部，该报头部包括单偏振光信号，并且该有效载荷部包括偏分复用的光信号。为了生成这样的光分组，EP-A-2273700教导了如下方法，这些方法需要接通和关断马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)调制器的驱动器并且在报头部与有效载荷部之间以非常高的速度改变MZ调制器的偏置。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供一种用于在光信道上发送数字数据的方法，该方法包括：

生成第一基带数字信号和第二基带数字信号，

根据第一基带数字信号调制第一偏振的光载波分量，

根据第二基带数字信号调制第二偏振的光载波分量，其中第二偏振的光载波分量具有与第一偏振的光载波分量正交的偏振态，

以及将第一调制的光载波分量和第二调制的光载波分量合成到传播介质中，

其中第一基带数字信号和第二基带数字信号以相关方式被生成，从而调制的光载波分量被合成为调制的单偏振光载波。

根据实施例，这样的方法可以包括以下特征中的一个或者多个特征：

-第一基带数字信号和第二基带数字信号相等或者相反。

-第一偏振的光载波分量和第二偏振的光载波分量具有线性偏振态，并且所得到的单偏振光载波也具有线性偏振态。备选地，偏振的光载波分量可以具有其它偏振态，例如圆偏振态。

-偏振的光载波分量被相位调制。

-相位调制是QPSK调制。

-该调制由马赫-曾德尔调制器执行。

在一个实施例中，本发明还提供一种用于在光信道上生成光分组的方法，光分组包括报头部和有效载荷部，报头部包括单偏振光信号，有效载荷部包括偏分复用的光信号，该方法包括：

利用以上方法生成报头部的单偏振光信号，其中第一基带数字信号和第二基带数字信号的第一部分以相关方式被生成，以获得报头部的单偏振光信号，并且

以实质上不相关的方式生成第一基带数字信号和第二基带数字信号的第二部分，以获得有效载荷部的偏分复用的光信号。

在一个实施例中，该方法还包括在生成报头部与生成有效载荷部之间改变基带信号生成模块的操作模式。

在一个实施例中，该方法还包括用相似方法生成报头部的第二单偏振光信号，其中第一基带数字信号和第二基带数字信号的第三部分以具有与基带数字信号的第一部分不同的相关性的相关方式被生成，以便在与报头部的第一单偏振光信号的偏振态正交的偏振态中获得报头部的第二单偏振光信号。

在一个实施例中，本发明还提供一种用于生成偏分复用的光信号的光发射器，该光发射器包括：

基带信号生成模块，用于生成第一基带数字信号和第二基带数字信号，

第一调制器，用于根据第一基带数字信号调制第一偏振的光载波分量，

第二调制器，用于根据第二基带数字信号调制第二偏振的光载波分量，其中第二偏振的光载波分量具有与第一偏振的光载波分量正交的偏振，以及

光合成器，用于将第一调制的光载波分量和第二调制的光载波分量合成到传播介质中，

其中基带信号生成模块适于操作在第一操作模式和第二操作模式中，

其中在第一操作模式中的基带信号生成模块以相关方式生成第一基带数字信号和第二基带数字信号，从而调制的光载波分量在传播介质中被合成为调制的单偏振光载波，并且

其中在第二操作模式中的基带信号生成模块以实质上不相关的方式生成第一基带数字信号和第二基带数字信号，从而调制的光载波分量被合成为偏分复用的光信号。

在一个实施例中，该光发射器还包括用于将第一偏振的光载波分量和第二偏振的光载波分量形成为光分组的分组形成模块。

在一个实施例中，本发明还提供一种用于生成偏分复用的光信号的光发射器，该光发射器包括：

基带信号生成模块，用于生成第一基带数字信号和第二基带数字信号，

第一调制器，用于根据第一基带数字信号调制第一偏振的光载波分量，

第二调制器，用于根据第二基带数字信号调制第二偏振的光载波分量，其中第二偏振的光载波分量具有与第一偏振的光载波分量正交的偏振，以及

光合成器，用于将第一调制的光载波分量和第二调制的光载波分量合成到传播介质中，

第一光门，选择性地可操作在用于将第一偏振的光载波分量传递至光合成器的传递状态中，或者在用于阻塞第一偏振的光载波分量的阻塞状态中，

以及门控控制器，适于在阻塞状态与传递状态之间切换第一光门，以在传播介质中获得在由仅第二偏振的光载波分量以及第一偏振的光载波分量和第二偏振的光载波分量的合成构成的组中选择的发送的光信号。

根据实施例，这样的光发射器可以包括以下特征中的一个或者多个特征：

-第二光门，选择性地可操作在用于将第二偏振的光载波分量传递至光合成器的传递状态中，或者在用于阻塞第二偏振的光载波分量的阻塞状态中，

其中门控控制器适于也在阻塞状态与传递状态之间切换第二光门，以在传播介质中获得在由仅第一偏振的光载波分量、仅第二偏振的光载波分量以及第一偏振的光载波分量和第二偏振的光载波分量的合成构成的组中选择的发送的光信号。

-门控控制器适于切换光门，以便形成包括报头部和有效载荷部的光分组，报头部包括单偏振光信号，有效载荷部包括偏分复用的光信号。

-所述或者每个光门包括半导体光放大器。

本发明的方面源于如下观察：以高速度改变MZ调制器的偏置可以生成可能对调制的光信号的质量施加严格限制的非期望瞬态。

本发明的方面基于如下思想：操作PDM光发射器以选择性地生成单偏振或者双偏振光信号而不改变MZ调制器的偏置。

附图说明

由于通过示例的方式参照附图在下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是清楚的，并且参照这些实施例本发明的这些和其它方面被阐明。

图1是根据第一实施例的PDM光发射器的功能表示。

图2是能够用图1的发射器获得的光分组的示意表示。

图3是根据第二实施例的PDM光发射器的功能表示。

具体实施方式

参照图1，适于生成PDM光信号的光发射器被示意地示出。发射器1包括用于在适合于WDM传输的选定波长生成光载波的激光源2。分束器3将光载波分离为在相应的波导4和5中传播的两个载波分量。相应的光调制器6和7被布置在波导4和5中的每个波导上，以根据相应基带信号11和12在对应载波分量上给予调制，相应基带信号11和12由基带信号生成器以相同的数据速率生成。光调制器6和7可以是任何类型的调制器。在一个优选实施例中，光调制器6和7是适于生成PSK调制、例如二进制相移键控或者四进制相移键控的MZ调制器布置。这样的布置在本领域中是已知的。特别地，基带信号11和12可以包括NRZ编码的信号，这些NRZ编码的信号驱动MZ调制器，从而每个信号转变在对应载波分量中引起90°或者180°相移。

在波导4和5的输出处，偏振光束合成器8选择来自波导4的调制的载波分量的x偏振分量和来自波导5的调制的载波分量的y偏振分量，并且将两个偏振分量叠加到输出波导9中，例如连接到通信网络的光纤中。如本文所使用的x和y，如在本领域中所知是指代偏振光束合成器8的物理结构所定义的两个正交偏振态。

在图1中，来自波导4的调制的载波分量由E_in，x表示，并且对应基带信号11由x-数据表示。在图1中，来自波导5的调制的载波分量由E_in，y表示，并且对应基带信号12由y-数据表示。

作为结果，在输出波导9中发送的光信号

可以被表达为：

$\hat{E}=E_{\mathrm{in},x}\hat{x}+E_{\mathrm{in},y}\hat{y},---\left(1\right)$

其中^表示矢量。

在普通PDM传输中，这一原理用来在相应场分量E_in，x和E_in，y上传送实质上独立的数据流，以便与相同基带速率下的单偏振传输比较基本上倍增数据速率。作为结果，输出光信号

的SOP保持改变，并且瞬时SOP在任何给定瞬间依赖于数据流x-数据和y-数据。

然而，观察到当数据流相等时，等式(1)可以被重写为：

$\hat{E}=E_{\mathrm{in},x}(\hat{x}+\hat{y}),---\left(2\right)$

即输出信号

的SOP恒定并且输出信号

是沿着方向

的线性偏振的场。

以相同方式，观察到当数据流彼此相反时，等式(1)可以被重写为：

$\hat{E}=E_{\mathrm{in},x}(\hat{x}-\hat{y}),---\left(3\right)$

即输出信号的SOP恒定并且输出信号

是沿着方向的线性偏振的场。

因此，观察到光发射器10能够被操作，以仅通过改变基带信号11和12的二进制内容，而不修改调制器6和7的操作点，来生成沿着方向的单偏振信号，或者沿着方向

的单偏振信号，或者双偏振光信号。

以上原理能够被利用以生成具有PDM有效载荷的光分组，在该PDM有效载荷之前是，如在本领域中所知的，旨在于加速相干接收器中的偏振去复用滤波器的收敛的单偏振报头。分组报头可以包括一个单偏振部或者具有正交SOP的两个不同的单偏振部。此外，PDM报头部可以被添加，以微调在有效载荷被接收之前在接收器处的滤波器收敛。具有三个部的这样的分组报头20的一个实施例在图2上被示意地示出为时间的函数。

在图2中，报头部21包括沿着方向的线性偏振的场，报头部22包括沿着方向

的线性偏振的场，而23表示PDM报头部。备选地，PDM部23可以是分组有效载荷。将意识到，在每个后续报头部之间或者在分组报头与分组有效载荷之间，在发射器10中需要的仅有操作合计为改变基带信号11和12的二进制内容。这样的改变在电域中进行，并且该改变可以在非常高的速度下被执行而不在光信号中产生损害。此外，通过叠加两个相关的场分量，将意识到，所得到的输出功率和OSNR与单个场分量比较被改善。

为了以光分组的形式生成光信号

，光发射器10可以包括具有半导体光放大器(SOA)或者其它光门的形式的分组整形器(未示出)，该分组整形器被布置在激光源2内、处于激光源2与分束器3之间，或者在任何其它适当位置处。

现在转向图3，示出了适于选择性地生成特别是具有光分组形式的单偏振和双偏振信号的光发射器101的另一实施例。与图1的实施例相似或者相同的元件由增加了100的相同标号标明。

在发射器101中，SOA30和40被分别地安装在波导104和105上。每个SOA30和40在门控控制器50的控制之下作为光门而被操作，以选择性地取消对应载波分量，或者将它传递至偏振光束合成器108。

为了生成具有与图2结构相似结构的光分组，门控控制器50控制SOA的切换状态如下：

·对于第一报头部21，SOA40在阻塞(blocking)状态中，并且SOA30在传递(passing)状态中。所得到的第一报头部21现在沿着方向

而不是

偏振。在这一报头部中，仅有必要生成基带信号111，而基带信号112显然不必要并且无效果。

·对于第二报头部22，SOA30在阻塞状态中，并且SOA40在传递状态中。所得到的第二报头部22现在沿着方向

而不是

偏振。在这一报头部中，仅有必要生成基带信号112，而基带信号111显然不必要并且无效果。

·对于第三报头部23和/或有效载荷，SOA30和40两者均在传递状态中。

·为了在后续光分组之前终止当前光分组并且创建保护带，SOA30和40两者均被切换在阻塞状态中。

备选地，不同于SOA的光门，诸如硅光子光门，能够以与SOA30和40相同的方式被布置和控制。

在所示示例中，调制器106和107是包括两个臂、在每个臂中具有MZ调制器并且在下臂中具有90°相移的QPSK调制器。其它类型的调制器可以以相同方式被使用。

在PDM传输中，x-数据和y-数据被生成为不具有长效相关的独立数据流。然而，编码技术和协议功能可以创建信号之间的暂时相关，即作为冗余编码、帧重传等的结果。

诸如控制单元和信号生成模块的元件可以是，例如硬件装置，像例如ASIC，或者硬件与软件装置的组合，例如ASIC和FPGA，或者至少一个微处理器和具有位于其中的软件模块的至少一个存储器。

本发明不限于所描述的实施例。所附权利要求将被解释为体现了本领域技术人员可以想到的、合理地落在这里阐明的基本教导内的所有修改和备选构造等。

动词“包括”或“包含”及其变形的使用不排除不同于权利要求中所陈述的元件或者步骤的元件或者步骤的存在。另外，在元件或者步骤之前的冠词“一”的使用，不排除多个这样的元件或者步骤的存在。

在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (11)

1.一种用于在光信道上发送数字数据的方法，包括：

生成第一基带数字信号和第二基带数字信号(11，12)，

根据所述第一基带数字信号来调制第一偏振的光载波分量，

根据所述第二基带数字信号来调制第二偏振的光载波分量，其中所述第二偏振的光载波分量具有与所述第一偏振的光载波分量正交的偏振态，

以及将第一调制的光载波分量和第二调制的光载波分量合成到传播介质(9)中，

其中所述第一基带数字信号和所述第二基带数字信号以相关方式被生成，从而所述调制的光载波分量被合成为具有恒定偏振态的调制的单偏振光载波(21，22)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一基带数字信号和所述第二基带数字信号相等或者相反。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中所述第一偏振的光载波分量和所述第二偏振的光载波分量具有线性偏振态，并且所得到的单偏振光载波也具有线性偏振态。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述偏振的光载波分量被相位调制。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述相位调制是QPSK调制。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述调制由马赫-曾德尔调制器执行。

7.一种用于在光信道上生成光分组的方法，所述光分组包括报头部(20)和有效载荷部，所述报头部包括单偏振光信号，所述有效载荷部包括偏分复用的光信号，所述方法包括：

利用根据权利要求1至6中的任一项所述的方法生成所述报头部的单偏振光信号(21)，其中所述第一基带数字信号和所述第二基带数字信号(11，12)的第一部分以相关方式被生成，以获得具有恒定偏振态的所述报头部的单偏振光信号，以及

以实质上不相关的方式生成所述第一基带数字信号和所述第二基带数字信号的第二部分，以获得具有依赖于数据变化的偏振态的所述有效载荷部的所述偏分复用的光信号。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述报头部的所述生成与所述有效载荷部的所述生成之间改变基带信号生成模块(10)的操作模式。

9.根据权利要求7或者8所述的方法，还包括利用根据权利要求1至6中的任一项所述的方法生成所述报头部的第二单偏振光信号(22)，其中所述第一基带数字信号和所述第二基带数字信号(11，12)的第三部分以具有与所述基带数字信号的所述第一部分不同的相关性的相关方式被生成，以便在与所述报头部的所述第一单偏振光信号的所述恒定偏振态正交的恒定偏振态中获得所述报头部的所述第二单偏振光信号。

10.一种用于生成偏分复用的光信号的光发射器(1)，包括：

基带信号生成模块(10)，用于生成第一基带数字信号和第二基带数字信号(11，12)，

第一调制器(6)，用于根据所述第一基带数字信号来调制第一偏振的光载波分量，

第二调制器(7)，用于根据所述第二基带数字信号来调制第二偏振的光载波分量，其中所述第二偏振的光载波分量具有与所述第一偏振的光载波分量正交的偏振，以及

光合成器(8)，用于将第一调制的光载波分量和第二调制的光载波分量合成到传播介质(9)中，

其中所述基带信号生成模块(10)适于操作在第一操作模式和第二操作模式中，

其中在所述第一操作模式中的所述基带信号生成模块以相关方式生成所述第一基带数字信号和所述第二基带数字信号，从而所述调制的光载波分量在所述传播介质中被合成为具有恒定偏振态的调制的单偏振光载波，并且

其中在所述第二操作模式中的所述基带信号生成模块以实质上不相关的方式生成所述第一基带数字信号和所述第二基带数字信号，从而所述调制的光载波分量被合成为具有依赖于数据变化的偏振态的偏分复用的光信号。

11.根据权利要求10所述的光发射器，还包括分组形成模块(2)，用于将所述第一偏振的光载波分量和所述第二偏振的光载波分量形成为光分组。

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