CN103607246B - 一种可配置调制方式的光发射机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可配置调制方式的光发射机，应用于波分复用器和高通道光分路器集成的无源光网络，以及波分复用长距离光传输系统，该发射机包括：激光光源、QPSK调制器1、QPSK调制器2、延时线干涉仪、偏振复用器、光分束器、光开关1、光开关2、光开关3、光开关4和光开关5。本发明的可配置调制方式的光发射机，通过控制光开关1-5的开关状态和延迟线干涉仪的外加偏置电压来实现QPSK，PM-QPSK、8QAM、8PSK等调制方式，并实现上述几种调制方式的互相切换，提高了光网络的传输效率，降低了信号发生装置的成本，还可以更好地满足光通信系统多种复杂传输链路环境的要求。该可配置调制方式的光发射机适用单模光纤、多模光纤以及波分复用、光时分复用、偏振复用等光网络传输环境。

Description

一种可配置调制方式的光发射机

技术领域

本发明涉及一种光发射机，尤其涉及一种可配置调制方式的光发射机。

背景技术

基于光网络的全球通信基础设施是现代社会的经济和文化发展的关键。近年来宽带上网，网络存储，在线电视，视频通话等服务正在逐渐消耗现有的光接入网络带宽，网络流量的正在以一个惊人的速度增长，这使得核心网络与光接入网均面临着前所未有的容量压力。所以寻找并设计一个能够解决“传输容量危机”的方案，包括灵活可配置的光发射机，相干检测-数字均衡技术以及光纤链路多种复用模式等技术是现在业内人士致力于研究的热点。

无源光网络（PON）被视为解决光接入网带宽瓶颈的关键技术，其中，WDM-PON由于其容量大，管理方便，协议透明性好及便于更新换代等优势而被广大业内人士认为下一代光接入网的主要可选方案。不同于基于时分复用的光无源接入技术，WDM-PON是基于波分复用技术的新式接入网，这种技术充分利用了光链路终端（OLT）与光网络单元（ONU）之间的光纤。在向该技术演进当中，基于波分复用和高通道光分路器的混合PON网络由于具备极好的带宽升级能力，以及较灵活的带宽管理和利用效率，因此备受青睐并具备较好的实际应用前景。如附图8所示，为一个典型的混合光网络结构示意图。在一个无源光网络当中，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。所以在未来的光网络当中，一个灵活可切换的多码型的光调制结构在动态传输光网络当中具有很大的优势和实用价值。

另一方面由于近期相干探测和高速信号处理技术的成熟运用，使得高阶相移键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）格式在提高光纤通信系统的传输效率方面得到了更加广泛的应用。目前，四相相移键控（QPSK）是一种应用最多的调制格式，它具有很高的非线性容忍度和良好的光信噪比。这些特点使得QPSK调制格式在100Gb/s长距离光纤传输系统中得到了重要的应用。相比而言，光八进制相移键控（D8PSK），光八进制正交调制格式（8QAM）和十六进制正交调制格式（16QAM）具有更高的传输效率，每个信号携带三到四个bit的信息。这些码型不仅具有很高的传输效率，而且针对于不同的光纤传输环境，传输距离以及用户需求，它们各自具有不同的优势，如：8PSK具有良好的非线性容忍度；8QAM对噪声的容忍度比8PSK高1.6db；比16QAM高2db；16QAM传输的每个信号比8PSK，8QAM多携带一个bit的信息等；如果能有一种方案，将这些优秀的码型在不同的光纤传输环境中灵活的切换，那将极大的提高系统传输效率和容量。

如果能有一种光发射机能够实现QPSK、PM-QPSK、D8PSK、8QAM等几种码型，就可以提高系统的传输性能，合理地利用传输带宽还可以节约系统搭建成本。

发明内容

为了解决光纤传输网络频谱利用低等实际问题，本发明提供了一种可配置调制方式的光发射机，能够实现各种调制方式并在各种调制方式之间切换。

本发明通过如下技术方案实现：

一种可配置调制方式的光发射机，应用于波分复用器和高通道光分路器集成的无源光网络，以及波分复用长距离光传输系统，该发射机包括：激光光源、QPSK调制器1、QPSK调制器2、延时线干涉仪、偏振复用器、光分束器、光开关1、光开关2、光开关3、光开关4和光开关5；所述激光光源连接光分束器，光分束器直接连接光开关2，同时又通过光开关1连接光开关2，光开关2连接所述QPSK调制器1，所述QPSK调制器1通过光开关3级联所述延时线干涉仪，所述延时线干涉仪通过光开关4级联所述QPSK调制器2，所述QPSK调制器2通过光开关5连接所述偏振复用器，光开关3连接所述偏振复用器，光开关1连接光开关4；通过控制光开关1-5以及延时线干涉仪的比特和相位延迟，实现所述光发射机输出QPSK、PM-QPSK、D8PSK、或8QAM调制方式的光信号并在上述调制方式之间互相切换。

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，通过调整所述延时线干涉仪的外加偏执电压来调整相位偏移。

进一步地，所述光发射机包括至少四个马赫-曾德尔干涉仪，所述马赫-曾德尔干涉仪与所述QPSK调制器1和QPSK调制器2的数据输入端口相连。

进一步地，光载波只经过QPSK调制器1调制，生成QPSK调制格式；光载波经分束器生成的两路光载波信号，分别经过QPSK调制器1和QPSK调制器2调制后，经过光偏振复用器复用能够生成PM-QPSK调制信号；光载波经过QPSK调制器1和外加45°偏置角的延迟干涉仪，后经过QPSK调制器2生成8PSK调制信号；光载波经过QPSK调制器1和外加30°偏置角的延迟干涉仪，后经过QPSK调制器2生成8QAM调制信号。

本发明另一方面，提供了一种操作本发明的可配置调制方式的光发射机的方法：

断开光开关1与光开关4的连接，断开光开关3与延迟干扰仪的连接，断开光开关5与偏振复用器的连接，光载波经过光分束器，使激光光束分为两束相同的激光，其中一路激光通过光开关1后再经过光开关2，另一路激光信号直接经过开关2，两路激光信号同时经过光调制器1加载调制信息，生成QPSK调制信号输出到偏振复用器，生成QPSK调制方式的光信号；

断开光开关3与延迟干扰仪的连接，使得光载波经过光分束器、光开关1后、光开关4后，输入到QPSK调制器2生成QPSK调制信号，该QPSK调制信号再经过开关5和偏振复用器得到X方向偏振的QPSK调制信号；另一路光载波经过光分束器、光开关2后，输入到QPSK调制器1生成QPSK调制信号，该QPSK调制信号再经过开关3和偏振复用器得到Y方向偏振的QPSK调制信号；X方向和y方向偏振的两路QPSK调制信号合成双偏振态的QPSK信号（PM-QPSK）信号；

断开光开关1与光开关4的连接，断开光开关3与偏振复用器的连接，使得光载波经过QPSK调制器1输出QPSK调制信号，再经过相位偏置为45°的延迟干涉仪后，输入QPSK调制器2生成8PSK调制信号，再经过开关5和偏振复用器，生成8PSK调制方式的光信号；

断开光开关1与光开关4的连接，断开光开关3与偏振复用器的连接，使得光载波经过QPSK调制器1输出QPSK调制信号，再经过相位偏置为30°的延迟干涉仪后，生成振幅之比为且相邻信号相位差为45°连续信号，该信号输入QPSK调制器2生成8QAM调制信号，再经过开关5和偏振复用器，生成8QAM调制方式的光信号。

本发明的有益效果是：本发明的可配置调制方式的光发射机，通过控制光开关1-5的开关状态和延迟线干涉仪的外加偏置电压来实现QPSK，PM-QPSK、8QAM、8PSK等调制方式，并实现上述几种调制方式的互相切换，提高了光网络的的传输效率，降低了信号发生装置的成本，还可以更好地满足光通信系统多种复杂传输链路环境的要求。该可配置调制方式的光发射机适用单模光纤、多模光纤以及波分复用（WDM）、光时分复用（OTDM）、偏振复用（pol-mux）等光网络传输环境。

附图说明

图1是本发明的可配置调制方式的光发射机的结构示意图；

图2是本发明的可配置调制方式的光发射机的调制原理图；

图3是本发明的可配置调制方式的光发射机的预编码器的结构；

图4是本发明的光发射机生成QPSK调制格式的原理图；

图5是本发明的光发射机生成PM-QPSK调制格式的原理图；

图6是本发明的光发射机构生成8PSK调制格式的原理图；

图7是本发明的光发射机生成8QAM调制格式的原理图；

图8是包括本发明的光发射机的WDM-PON光接入网络示意图。

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。

本发明的可配置调制方式的的光发射机的结构如附图1所示,它由激光光源、QPSK调制器1、QPSK调制器2、延时线干涉仪、偏振复用器、光分束器、光开关1、光开关2、光开关3、光开关4和光开关5构成；激光光源连接光分束器，光分束器直接连接光开关2，同时又通过光开关1连接光开关2，光开关2连接QPSK调制器1，QPSK调制器1通过光开关3级联延时线干涉仪，延时线干涉仪通过光开关4级联QPSK调制器2，QPSK调制器2通过光开关5连接偏振复用器，光开关3连接偏振复用器，光开关1连接光开关4；通过控制光开关1-5以及延时线干涉仪的比特和相位延迟，实现所述光发射机输出QPSK、PM-QPSK、D8PSK、或8QAM调制方式的光信号并在上述调制方式之间互相切换。

其中，光发射机包括至少四个马赫-曾德尔干涉仪，所述马赫-曾德尔干涉仪与所述QPSK调制器1和QPSK调制器2的数据输入端口相连。延时线干涉仪包括一码元延时和一个相位调制器。通过调整所述延时线干涉仪的外加偏执电压来调整相位偏移。

附图2所示是可配置产生8QAM和8PSK光信号的原理装置图。在实现调制的过程中，还需要配合预编码技术来实现结构的可配置性，如附图3所示，调制信号与输入信号的关系式如式（1）所示。

$\begin{array}{c}{d}_{i-1}=I_{i-2}^{\′}\stackrel{\‾}{I_{i-1}^{\′}}+\stackrel{\‾}{I_{i-2}^{\′}}{I}_{i-1}^{\′}+Q_{i-2}^{\′}\stackrel{\‾}{Q_{i-1}^{\′}}+\stackrel{\‾}{Q_{i-2}^{\′}}{Q}_{i-1}^{\′}\\ s=(\mathrm{ab}+\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b})c+(a\stackrel{\‾}{b}+\stackrel{\‾}{a}b)\stackrel{\‾}{c}\\ I_i^{\′}=\stackrel{\‾}{Q_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}^{\′}}s+I_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}s+\stackrel{\‾}{Q_{i-1}^{\′}}{d}_{i-1}\stackrel{\‾}{s}+I_{i-1}^{\′}\stackrel{\‾}{d_{i-1}}\stackrel{\‾}{s}---\left(1\right)\\ Q_i=Q_{i-1}^{\′}\stackrel{\‾}{d_{i-1}}\stackrel{\‾}{s}+I_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}\stackrel{\‾}{s}+Q_{i-1}^{\′}{d}_{i-1}s+I_{i-1}^{\′}\stackrel{\‾}{d_{i-1}}s\\ I_i=\stackrel{\‾}{d_{i-1}}[a(\mathrm{ib}+\stackrel{\‾}{q}\stackrel{\‾}{b})+\stackrel{\‾}{a}(\stackrel{\‾}{\mathrm{ib}}+\mathrm{qb})]+d_{i-1}[c(\mathrm{ia}+\stackrel{\‾}{i}\stackrel{\‾}{a})+\stackrel{\‾}{c}(\mathrm{qb}+\stackrel{\‾}{q}\stackrel{\‾}{b})\\ Q_i=\stackrel{\‾}{d_{i-1}}[a(\mathrm{qb}+i\stackrel{\‾}{b})+\stackrel{\‾}{a}(\stackrel{\‾}{q}\stackrel{\‾}{b}+\stackrel{\‾}{i}b)]+d_{i-1}[c(\mathrm{qa}+\stackrel{\‾}{\mathrm{qa}})+\stackrel{\‾}{c}(\stackrel{\‾}{i}b+i\stackrel{\‾}{b})]\end{array}$

其中，I’i,Q’i,为QPSK调制器1上加的驱动信号，Ii,Qi,为QPSK调制器2上加的驱动信号（i=Ii-1，q=Qi-1）。a，b，c，为想要传递的数据。如附图2所示，在QPSK调制器1中，根据预编码技术，调制器将生成的信号分为相邻信号相位差为0和π/2的两组信号。

当延迟干涉仪外加45度偏置角时，信号经过延迟干涉仪会产生相邻信号相位差为π/4，振幅相等的信号。当这组信号经过QPSK调制器2后，信号被随机分布在8PSK调制格式的8个星座点上，从而生成8PSK调制信号。当延迟干涉仪外加30度偏置角时，信号经过延迟干涉仪会产生相邻信号相位差为π/4，振幅之比为的两组信号。当这组信号经过QPSK调制器2后，信号被随机分布在8QAM调制格式的8个星座点上，从而生成8QAM调制信号。

本发明的可配置调制方式的光发射机，首先根据要生生成的码型调整延迟线干涉仪的外加偏置电压，然后再调整光开关1-5的开关状态以实现多种码型之间的相互切换。

如附图4所示，本发明的可配置调制方式的光发射机生成QPSK调制方式的光信号：激光光源生成的光载波经过光分束器，使激光光束分为两束相同的激光，其中一路激光通过光开关1后再经过光开关2。另一路激光信号直接经过开关2。两路激光信号同时经过调制器1加载调制信息，生成QPSK调制信号。然后生成的信号经过开关3，最后进过偏振复用器后输出即可生成QPSK调制方式的光信号信号。

如附图5所示，本发明可配置调制方式的光发射机生成PM-QPSK调制方式的光信号：激光光源生成的光载波经过光分束器，使激光光束分为两束相同的激光，其中一路激光通过光开关1后再经过光开关4。信号通过调制器2生成QPSK调制信号后再经过开关5最后经过偏振复用器，得到X方向偏振的QPSK信号。从光分束器输出的另一路光信号经过开关2后通过调制器1，加载调制信号可以生成QPSK信号再经过开关3，偏振复用器后生成Y方向偏振的QPSK信号。最后X方向和Y方向偏振的两路QPSK信号组成双偏振态的QPSK信号（PM-QPSK）信号。

如附图6所示，本发明可配置调制方式的光发射机生成8PSK调制方式的光信号：激光光源生成的光载波经过光分束器，使激光光束分为两束相同的激光，其中一路激光通过光开关1后再经过光开关2。另一路激光信号直接经过开关2。两路激光信号同时经过调制器1加载调制信息，生成QPSK调制信号。然后信号经过开关3，再经过外加偏置为45度相位的延迟干涉仪1，生成幅度相同相且相邻信号相位差为45度的连续信号。然后再通过调制器2生成8PSK调制信号，最后经过开关5、偏振复用器得到8PSK调制信号。

如附图7所示，本发明可配置调制方式的光发射机生成8QAM调制方式的光信号：激光光源生成的光载波经过光分束器，使激光光束分为两束相同的激光，其中一路激光通过光开关1后再经过光开关2。另一路激光信号直接经过开关2。两路激光信号同时经过调制器1加载调制信息，生成QPSK调制信号。然后信号经过开关3，再经过外加偏置为30度相位的延迟干涉仪1，生成振幅之比为且相邻信号相位差为45度的连续信号。然后再通过调制器2生成8QAM调制信号，最后经过开关5、偏振复用器生成8QAM调制信号

本发明的可配置调制方式的光发射机，通过控制光开关1-5的开关状态和延迟线干涉仪的外加偏置电压来实现QPSK，PM-QPSK、8QAM、8PSK等调制方式，并实现上述几种调制方式的互相切换，提高了光网络的的传输效率，降低了信号发生装置的成本，还可以更好地满足光通信系统多种复杂传输链路环境的要求。该可配置调制方式的光发射机适用单模光纤、多模光纤以及波分复用（WDM）、光时分复用（OTDM）、偏振复用（pol-mux）等光网络传输环境。

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 (7)

1.一种可配置调制方式的光发射机，应用于波分复用器和高通道光分路器集成的无源光网络，其特征在于：包括：激光光源、QPSK调制器1、QPSK调制器2、延时线干涉仪、偏振复用器、光分束器、光开关1、光开关2、光开关3、光开关4和光开关5；所述激光光源连接光分束器，光分束器直接连接光开关2，同时又通过光开关1连接光开关2，光开关2连接所述QPSK调制器1，所述QPSK调制器1通过光开关3级联所述延时线干涉仪，所述延时线干涉仪通过光开关4级联所述QPSK调制器2，所述QPSK调制器2通过光开关5连接所述偏振复用器，光开关3连接所述偏振复用器，光开关1连接光开关4；通过控制光开关1-5以及延时线干涉仪的比特和相位延迟，实现所述光发射机输出QPSK、PM-QPSK、D8PSK、或8QAM调制方式的光信号并在上述调制方式之间互相切换。

2.根据权利要求1所述的可配置调制方式的光发射机，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2所述的可配置调制方式的光发射机，其特征在于：通过调整所述延时线干涉仪的外加偏执电压来调整相位偏移。

4.根据权利要求1所述的可配置调制方式的光发射机，其特征在于：所述QPSK调制器1和QPSK调制器2分别由两个马赫-曾德尔干涉仪组成。

5.根据权利要求1所述的可配置调制方式的光发射机，其特征在于：光载波只经过QPSK调制器1调制，生成QPSK调制格式；光载波经分束器生成的两路光载波信号，分别经过QPSK调制器1和QPSK调制器2调制后，经过光偏振复用器复用能够生成PM-QPSK调制信号；光载波经过QPSK调制器1和外加45°偏置角的延时线干涉仪，后经过QPSK调制器2生成8PSK调制信号；光载波经过QPSK调制器1和外加30°偏置角的延时线干涉仪，后经过QPSK调制器2生成8QAM调制信号。

6.一种操作如权利要求1-5任一项所述的可配置调制方式的光发射机的方法，其特征在于：

当断开光开关1与光开关4的连接、断开光开关3与延时线干涉仪的连接、断开光开关5与偏振复用器的连接时，光载波经过光分束器，使激光光束分为两束相同的激光，其中一路激光通过光开关1后再经过光开关2，另一路激光信号直接经过光开关2，两路激光信号同时经过光调制器1加载调制信息，生成QPSK调制信号输出到偏振复用器，生成QPSK调制方式的光信号；

当断开光开关3与延时线干涉仪的连接时，光载波经过光分束器、光开关1后、光开关4后，输入到QPSK调制器2生成QPSK调制信号，该QPSK调制信号再经过光开关5和偏振复用器得到X方向偏振的QPSK调制信号；另一路光载波经过光分束器、光开关2后，输入到QPSK调制器1生成QPSK调制信号，该QPSK调制信号再经过光开关3和偏振复用器得到Y方向偏振的QPSK调制信号；X方向和Y方向偏振的两路QPSK调制信号合成双偏振态的QPSK信号(PM-QPSK)信号；

当断开光开关1与光开关4的连接、断开光开关3与偏振复用器的连接时，光载波经过QPSK调制器1输出QPSK调制信号，再经过相位偏置为45°的延时线干涉仪后，输入QPSK调制器2生成8PSK调制信号，再经过光开关5和偏振复用器，生成8PSK调制方式的光信号；

当断开光开关1与光开关4的连接、断开光开关3与偏振复用器的连接时，光载波经过QPSK调制器1输出QPSK调制信号，再经过相位偏置为30°的延时线干涉仪后，生成振幅之比为且相邻信号相位差为45°连续信号，该信号输入QPSK调制器2生成8QAM调制信号，再经过光开关5和偏振复用器，生成8QAM调制方式的光信号。

7.一种包括权利要求1-5任一项所述的可配置调制方式的光发射机的光通信系统。