CN103607245A - 一种混合调制格式的光发射机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种混合调制格式的光发射机，应用于波分复用器和光分路器集成的无源光接入网络以及长距离光传输系统，包括：I/Q调制器1、I/Q调制器2、延时线干涉仪和马赫-曾德尔调制器；I/Q调制器1级联延时线干涉仪再级联I/Q调制器2最后再级联马赫-曾德尔调制器；其中，两I/Q调制器各有两数据输入端口，马赫-曾德尔调制器有一数据输入端口；通过控制数据输入端口的开关、信号幅度以及延时线干涉仪的比特和相位延迟，来控制光发射机输出自适应混合调制格式的光信号。本发明的光发射机能实现QPSK、8QAM和圆形16QAM调制，并能实现多种调制格式任意比例混合传输，可适应于波分复用无源光网络环境下的复杂传输链路并有效提高频谱利用效率。

Description

一种混合调制格式的光发射机

技术领域

本发明涉及一种光发射机，尤其涉及一种混合调制格式的光发射机。

背景技术

无源光网络（Passive Optical Network，PON）的光分配网络中不存在任何有源设备，各个光分支节点均采用无源光分路器。相比于无线及铜线光接入网具有带宽大、损耗低、覆盖能力强等优点。因此PON受到业界的广泛关注，以GPON和EPON为代表PON产品已得到广泛应用。随着互联网数据业务蓬勃发展，对光接入网上下行带宽均提出了更高要求，目前科研界将目标集中新一代波分复用PON技术上，以提供高达10Gbps的数据传输速率。但是，该技术在带宽管理方面不够灵活，可能导致系统效率较低，其中一个解决方案是将波分复用器和高通道光分路器相结合来搭建光分配网络，形成波分复用和时分复用相结合的混合无源光网络，达到在传输速率与效率之间的最佳平衡。

波分复用器和光分路器集成的无源光网络的结构如附图7所示，主要由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网（ODN）组成。光线路终端位于交换局端，光网络单元位于用户端，光分配网为两者的物理连接提供共享光传输介质，通过无源光分路器构成的拓扑光分配网实现数据的透明传输。

在上述网络结构中，从光线路终端到光网络单元传输链路损耗会因光分配网络配置而存在差异，主要包括光线路端到不同分路器端的光纤距离、光分路器的分束比等；另外一方面，根据网络状态以及流量需求的动态变化，对数据传输速率提出自适应改变的需求。因此为保证带宽资源能够充分利用并适应传输链路的不同配置，需要光发射机能够灵活改变混合编码格式实现任意连续谱效率与传输距离/传输损耗之间的有效搭配。

QPSK、8QAM和圆形16QAM调制格式在传输距离和频谱效率上各具特点。QPSK调制格式在三种格式当中传输距离最远，但频谱效率最低；圆形16QAM调制格式频谱效率最高，但抗噪声能力最差，因此能够有效传输距离最短；8QAM调制格式性能均介于另两种调制格式之间。因此这3种调制格式的灵活组合将大大提高光网络的自适应能力。如果能够适应不同传输链路环境性能，对多种调制格式的混合传输，就可以获得更高的频谱利用率，其效率大于单一调制格式光发射机系统。

发明内容

为了解决现有的波分复用无源光网络中任意连续谱效率与传输距离及损耗之间平衡的问题，本发明提供了一种应用于波分复用器和光分路器集成的无源光网络中的自适应的混合调制格式的光发射机，同时该发射机还可应用长距离光传输系统。

本发明通过如下技术方案实现：

一种混合调制格式的光发射机，应用于波分复用器和光分路器集成的无源光网络以及长距离光传输系统，包括：I/Q调制器1、I/Q调制器2、延时线干涉仪和马赫-曾德尔调制器；所述I/Q调制器1级联所述延时线干涉仪，所述延时线干涉仪级联所述I/Q调制器2，所述I/Q调制器2级联所述马赫-曾德尔调制器；其中，两个I/Q调制器各有两个数据输入端口，马赫-曾德尔调制器有一个数据输入端口；通过控制数据输入端口的开关、信号幅度以及所述延时线干涉仪的比特和相位延迟，生成QPSK、8QAM和16QAM调制信号；通过控制上述3种调制格式混合的比例，实现所述光发射机输出自适应的混合调制格式的光信号。

进一步地，所述延时线干涉仪包括一码元延时和一个相位调制器。

进一步地，所述码元延时1bit，所述相位调制器的相位设置为30°。

进一步地，所述光发射机包括五个马赫-曾德尔调制器，所述马赫-曾德尔调制器与所述数据输入端口相连。

本发明另一方面，提供了一种操作本发明的自适应混合调制格式的光发射机的方法：

I/Q调制器1的两个数据输入端口不加载数据，I/Q调制器2的两个数据输入端口加载数据，马赫-曾德尔调制器的数据输入端口不加载数据，马赫-曾德尔调制器的偏置点设置到输出最大值，所述光发射机输出QPSK调制格式的光信号；

I/Q调制器1和I/Q调制器2的两个数据输入端口均加载数据，所述延时线干涉仪的相位延迟设置为30°，马赫-曾德尔调制器的数据输入端口不加载数据，马赫-曾德尔调制器的偏置点设置到输出最大值，所述光发射机输出8QAM调制格式的光信号，其中，需要对所述I/Q调制器1和I/Q调制器2的数据进行预编码；

I/Q调制器1和I/Q调制器2的两个数据输入端口均加载数据，所述延时线干涉仪的相位延迟设置为30°，马赫-曾德尔调制器的数据输入端口加载数据，马赫-曾德尔调制器的偏置点设置到输出最大值，所述光发射机输出16QAM调制格式的光信号，其中，需要对所述I/Q调制器1和I/Q调制器2的数据进行预编码；

通过控制上述3种调制格式混合的比例，实现所述光发射机输出自适应的混合调制格式的光信号。

进一步地，在生成16QAM格式的光信号时，所述马赫-曾德尔调制器的数据输入端口输入的数据为高电平时输出外圈8个星座点，为低电平时输出内圈8个星座点，根据调制信号高低电平切换生成圆形16QAM调制信号。

进一步地，所述对所述I/Q调制器1和I/Q调制器2的数据进行预编码的过程具体为：将信号分为连续信号相位差为0和π/2的两组信号。

本发明的有益效果是：根据上述方案，通过应用本发明的自适应的混合调制格式的光发射机以及灵活多变的时域多种调制格式，根据实际网络环境和流量按比例混合配置，使得光发射机系统具有自动适应无源光网络环境变化，满足从光线路终端到光网络单元之间点对点不同链路环境与长度传输的需求，保持高频谱利用率的系统性能。

附图说明

图1是本发明的混合调制格式的光发射机的结构示意图；

图2是本发明的混合调制格式的光发射机在第一种配置下生成的调制格式星座图；

图3是本发明的混合调制格式的光发射机在第二种配置下生成的调制格式星座图；

图4是本发明的混合调制格式的光发射机在第三种配置下生成的调制格式星座图；

图5是本发明的混合调制格式的光发射机工作在混合调制下生成的信号序列示意图；

图6是本发明的混合调制格式的光发射机工作在8QAM调制格式所需预编码的结构示意图；

图7是波分复用器和光分路器集成的无源光网络结构示意图；

其中，附图标号为：1-入射光载波、2-I/Q调制器1、3-延时线干涉仪、4-I/Q调制器2、5-马赫-曾德尔调制器。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的混合调制格式的光发射机的结构如附图1所示,它由I/Q调制器1级联一个延时线干涉仪（DLI），再级联一个I/Q调制器2，最后级联一个马赫-曾德尔调制器构成。两个I/Q调制器的结构与传统的QPSK调制格式的发生装置相同。I/Q调制器1、I/Q调制器2和马赫-曾德尔调制均包含两种工作模式，一种为有数据加载，对输入光载波调制的工作模式；另一种没有数据加载，对输入光载波无调制的工作模式。

如附图2所示，I/Q调制器1没有数据加载，I/Q调制器2有数据加载，马赫曾德尔调制器没有数据加载，输入光载波将生成QPSK调制格式。

如附图3所示，I/Q调制器1与I/Q调制器2有经过预编码的数据加载，马赫曾德尔调制器没有数据，输入光载波情况将生成8QAM调制格式。

如附图4所示，I/Q调制器1和I/Q调制器2有经过预编码的数据加载，马赫曾德尔调制器有数据加载，输入光载波将生成圆形16QAM调制格式。

如附图6所示是预编码器的结构图。调制信号与输入信号的关系式如式（1）所示。

$d_{i-1}-I_{i-2}^{\text{\′}}\stackrel{\‾}{I_{i-1}^{\′}}+\stackrel{\‾}{I_{i-2}^{\′}}{I}_{i-1}^{\′}+Q_{i-2}^{\′}\stackrel{\‾}{Q_{i-1}^{\′}}+\stackrel{\‾}{Q_{i-2}^{\′}}{Q}_{i-1}^{\′}$

$s=(\mathrm{ab}+\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b})c+(a\stackrel{\‾}{b}+\stackrel{\‾}{a}b)\stackrel{\‾}{c}$

$I_i^{\′}=\stackrel{\‾}{Q_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}^{\′}}s+I_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}s+\stackrel{\‾}{Q_{i-1}^{\′}}{d}_{i-1}\stackrel{\‾}{s}+I_{i-1}^{\′}\stackrel{\‾}{d_{i-1}}\stackrel{\‾}{s}---\left(1\right)$

$Q_i=Q_{i-1}^{\′}\stackrel{\‾}{d_{i-1}}\stackrel{\‾}{s}+I_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}\stackrel{\‾}{s}+Q_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}s+I_{i-1}^{\′}\stackrel{\‾}{d_{i-1}}s$

$I_i=\stackrel{\‾}{d_{i-1}}[a(\mathrm{ib}+\stackrel{\‾}{q}\stackrel{\‾}{b})+\stackrel{\‾}{a}(\stackrel{\‾}{\mathrm{ib}}+\mathrm{qb})]+d_{i-1}[c(\mathrm{ia}+\stackrel{\‾}{i}\stackrel{\‾}{a})+\stackrel{\‾}{c}(\mathrm{qb}+\stackrel{\‾}{q}\stackrel{\‾}{b})]$ $Q_i=\stackrel{\‾}{d_{i-1}}[a(\mathrm{qb}+i\stackrel{\‾}{b})+\stackrel{\‾}{a}(\stackrel{\‾}{q}\stackrel{\‾}{b}+\stackrel{\‾}{i}b)]+d_{i-1}[c(\mathrm{qa}+\stackrel{\‾}{\mathrm{qa}})+\stackrel{\‾}{c}(\stackrel{\‾}{i}b+i\stackrel{\‾}{b})]$

其中，I’_i,Q’_i,为I/Q调制器1上加的驱动信号，I_i,Q_i,为I/Q调制器2上加的驱动信号（i=I_i-1，q=Q_i-1）。a、b、c为要进行传输的数据。如附图2所示，在第一个QPSK调制器当中，根据预编码技术，调制器将要的信号分为相邻信号相位差为0和π/2的两组信号。当I/Q调制器1输出信号经过延迟干涉仪后，两个相邻信号的相位差为π/4，如附图4所示，当我们外加偏置30°偏置角时，会生成相邻信号幅度比为

的信号序列。当信号经过第二个I/Q调制器后被分布在8个不同的星座点上，生成8QAM调制信号。随后的马赫-曾德尔调制器在高电平输出外圈8个星座点，低电平输出内圈8个星座点，根据调制信号高低电平切换生成圆形16QAM调制信号。

本发明提供的自适应多种混合调制格式的光发射机不仅能够分别生成QPSK、8QAM和圆形16QAM调制格式进行传输，还能够通过软件配置混合的方法实现几种调制格式的相互混合传输，包括QPSK格式与8QAM格式混合调制传输，QPSK格式与圆形16QAM格式混合调制传输，8QAM格式与圆形16QAM格式混合调制传输以及QPSK格式、8AQAM与圆形16QAM格式混合调制传输。三种调制格式可以相互组合构成混合调制格式，具体的频谱效率由三种调制格式混合的比例决定，单偏振频谱效率达到2bits/s/Hz到4bits/s/Hz任意值。

如附图5所示，改变几种调制格式在传输序列中所占的比例，使得光发射机系统具有自动适应无源光网络环境变化，满足从光线路终端到光网络单元之间点对点不同链路长度或者损耗的传输需求，保持高频谱利用率的系统性能。

本发明提供的自适应混合调制格式的光发射机生成QPSK、8QAM和圆形16QAM调制格式混合配置包括以下几种：

1.QPSK与8QAM调制格式之间的组合：将QPSK调制格式所需加载序列设置在I/Q调制器2的数据输入端口且其他数据加载端口空置的信号与8QAM调制格式所需经过预编码的序列设置在I/Q调制器1和I/Q调制器2的数据输入端口且马赫-曾德尔调制器数据输入端口空置的信号根据所需比例组合，马赫-曾德尔调制器偏置点设置到最大输出值，光发射机实现QPSK与8QAM调制格式的混合传输；

2.QPSK与圆形16QAM调制格式之间的组合：将QPSK调制格式所需加载序列设置在I/Q调制器2的数据输入端口且其他数据加载端口空置的信号与圆形16QAM调制格式所需经过预编码的序列设置在I/Q调制器1、I/Q调制器2和马赫-曾德尔调制器的数据输入端口的信号根据所需比例组合，光发射机实现QPSK与圆形16QAM调制格式的混合传输；

3.8QAM与圆形16QAM调制格式之间的组合：将8QAM调制格式所需经过预编码的序列设置在I/Q调制器1和I/Q调制器2的数据输入端口且马赫-曾德尔调制器端口空置的信号与圆形16QAM调制格式所需经过预编码的序列设置在I/Q调制器1、I/Q调制器2和马赫-曾德尔调制器数据输入端口的信号根据所需混合比例组合，光发射机实现8QAM与圆形16QAM调制格式的混合传输；

4.QPSK、8QAM与圆形16QAM调制格式之间的组合：将QPSK调制格式所需加载序列设置在I/Q调制器2的数据端口，其他数据加载端口空置的信号、8QAM调制格式所需经过预编码的序列设置在I/Q调制器1和I/Q调制器2的数据输入端口，马赫-曾德尔调制器的数据输入端口空置的信号与圆形16QAM调制格式所需经过预编码的序列设置在I/Q调制器1、I/Q调制器2和马赫-曾德尔调制器数据输入端口的信号根据所需比例组合，光发射机实现QPSK、8QAM与圆形16QAM调制格式的混合传输。

以上几种混合方法可以灵活配置，根据网络状态与流量需求随意组合以满足带宽最佳利用率。

本发明的有益效果是：根据上述方案，通过应用本发明的自适应的混合调制格式的光发射机以及灵活多变的时域多种调制格式，根据实际网络环境和流量按比例混合配置，使得光发射机系统具有自动适应无源光网络环境变化，满足从光线路终端到光网络单元之间点对点不同链路环境与长度传输的需求，保持高频谱利用率的系统性能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种混合调制格式的光发射机，应用于波分复用器和光分路器集成的无源光网络以及长距离光传输系统，其特征在于包括：I/Q调制器1、I/Q调制器2、延时线干涉仪和马赫-曾德尔调制器；所述I/Q调制器1级联所述延时线干涉仪，所述延时线干涉仪级联所述I/Q调制器2，所述I/Q调制器2级联所述马赫-曾德尔调制器；其中，两个I /Q调制器各有两个数据输入端口，马赫-曾德尔调制器有一个数据输入端口；通过控制数据输入端口的开关、信号幅度以及所述延时线干涉仪的比特和相位延迟，生成QPSK、8QAM和16QAM调制信号；通过控制上述3种调制格式混合的比例，实现所述光发射机输出自适应的混合调制格式的光信号。

2.根据权利要求1所述的混合调制格式的光发射机，其特征在于：所述延时线干涉仪包括一码元延时和一个相位调制器。

3.根据权利要求1所述的混合调制格式的光发射机，其特征在于：所述码元延时1bit，所述相位调制器的相位设置为30°。

4.根据权利要求1所述的混合调制格式的光发射机，其特征在于：所述I/Q调制器由两个个马赫-曾德尔干涉仪组成。

5.一种操作如权利要求1-4所述的混合调制格式的光发射机的方法，其特征在于：

I/Q调制器1的两个数据输入端口不加载数据， I/Q调制器2的两个数据输入端口加载数据，马赫-曾德尔调制器的数据输入端口不加载数据，马赫-曾德尔调制器的偏置点设置到输出最大值，所述光发射机输出QPSK调制格式的光信号；

I/Q调制器1 和I/Q调制器2的两个数据输入端口均加载数据，所述延时线干涉仪的相位延迟设置为30°，马赫-曾德尔调制器的数据输入端口不加载数据，马赫-曾德尔调制器的偏置点设置到输出最大值，所述光发射机输出8QAM调制格式的光信号，需要对所述I/Q调制器1和I/Q调制器2的数据进行预编码；

I/Q调制器1 和I/Q调制器2的两个数据输入端口均加载数据，所述延时线干涉仪的相位延迟设置为30°，马赫-曾德尔调制器的数据输入端口加载数据，马赫-曾德尔调制器的偏置点设置到输出最大值，所述光发射机输出16QAM调制格式的光信号，需要对所述I/Q调制器1和 I/Q调制器2的数据进行预编码；

通过控制上述3种调制格式混合的比例，实现所述光发射机输出自适应的混合调制格式的光信号。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在生成所述16QAM格式的光信号时，所述马赫-曾德尔调制器的数据输入端口输入的数据为高电平时输出外圈8个星座点，为低电平时输出内圈8个星座点，根据调制信号高低电平切换生成圆形16QAM调制信号。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述对对所述I/Q调制器1和 I/Q调制器2的数据进行预编码的过程具体为，将信号分为连续信号相位差为0和π/2的两组信号。

8.一种包括权利要求1-4所述的混合调制格式的光发射机的光通信系统。

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