CN104506241A - 双臂驱动四级脉冲幅度调制器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双臂驱动四级脉冲幅度调制器，包括马赫曾德强度调制器、第一OOK电信号驱动器和第二OOK电信号驱动器；第一OOK电信号驱动器通过可调电信号衰减器连接到马赫曾德强度调制器的上臂驱动电极上，第二OOK电信号驱动器通过可调电延迟线连接到下臂驱动电极上；第一、第二OOK电信号驱动器同步产生第一、第二驱动信号，可调电信号衰减器将第一驱动信号的电压峰值降低为第二驱动信号的一半；可调电延迟线将第二、第一驱动信号时序的上升沿或者下降沿在时间上调整为同步；光信号由马赫曾德强度调制器的输入端输入，经过第一、第二驱动信号脉冲幅度调制后输出PAM4光信号。本发明没有采用DAC芯片，降低了发送端的复杂度以及光通信系统的成本。

Description

双臂驱动四级脉冲幅度调制器及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及双臂驱动四级脉冲幅度调制器及方法。

背景技术

随着社会的不断进步和发展，人类对信息的需求量越来越大，从而使得现代社会信息数据量呈现指数式的爆发增长。光通信网络技术的迅猛发展为这一难题的解决提供了有效可靠的方案。

随着光通讯技术的不断发展，传输容量已经达到100T比特量级，网络建设中100G已经逐渐成为主流，甚至400G也有部分使用。在如此高速的光网络中，除了各种算法以外，高速电光调制器也是一个至关重要的因素。

高速电光调制器是构建高速光网络的器件基石，它负责整个光通信网络的电信号到光信号的转换。因此调制器的性能直接决定了整个光通信网络中传输的光信号质量。

目前，在长距大容量光通信系统中相干光通信技术被大量的采用，但是中短跨距以及数据中心的光互联系统之间使用相干系统，会使得系统复杂性和成本大幅提升。因此，受到成本的制约，中短距离光通信和数据中心之间的光互联一般使用强度调制和直接探测的技术方案。其中，PAM(脉冲幅度调制)因其具有高光谱效率的优势，而成为一种强度调制格式被广泛采用。然而，对于传统的强度调制器，在PAM调制格式下，发送端需要一个DAC(数模转换)芯片来产生加载到调制器上的射频信号，这种方案，会增加发送端的成本，尤其是高速大带宽的DAC芯片成本较高。

由此可见，需要对现有的强度调制器进行改进，利用一种简单的方案产生PAM信号，不需要对现有的驱动电路做出修改，从而降低发送端的复杂度以降低系统光通信系统的成本。

发明内容

本发明所要解决的问题是现有应用于短跨距以及数据中心的光互联系统中，强度调制器需要DAC芯片来产生加载到调制器上的射频信号，造成发送端成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种双臂驱动四级脉冲幅度调制方法，包括以下步骤：

同步产生的第一驱动信号和第二驱动信号，分别通过可调电信号衰减器将第一驱动信号的电压峰值降低为第二驱动信号的一半，通过可调电延迟线将第二驱动信号的时序延迟，使得第二驱动信号的时序与第一驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步；

光信号由马赫曾德强度调制器的输入端输入，并同时将衰减后的第一驱动信号和延迟后的第二驱动信号加载在马赫曾德强度调制器的上臂驱动电极上和下臂驱动电极上，输入的光信号经过衰减后的第一驱动信号和延迟后的第二驱动信号分别进行脉冲幅度调制，并在进行线性叠加后输出，形成PAM4光信号。

在上述方法中，所述可调电信号衰减器的衰减值在3dB-9dB。

在上述方法中，所述第一驱动信号通过可调电信号衰减器将其电压峰值降低为第二驱动信号的一半，再通过可调电延迟线将第一驱动信号的时序延迟，使得其时序与第二驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步；

或者所述第二驱动信号通过可调电信号衰减器将其电压峰值降低为第一驱动信号的一半，再通过可调电延迟线将第二驱动信号的时序延迟，使其时序与第一驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步。

本发明还提供了一种双臂驱动四级脉冲幅度调制器，包括马赫曾德强度调制器、第一开关键控电信号驱动器和第二开关键控电信号驱动器；

所述第一开关键控电信号驱动器通过可调电信号衰减器连接到所述马赫曾德强度调制器的上臂驱动电极上，所述第二开关键控电信号驱动器通过可调电延迟线连接到所述马赫曾德强度调制器的下臂驱动电极上；

所述第一开关键控电信号驱动器和所述第二开关键控电信号驱动器同步产生第一驱动信号和第二驱动信号，所述可调电信号衰减器将所述第一驱动信号的电压峰值降低为所述第二驱动信号的一半；所述可调电延迟线将第二驱动信号的时序延迟，使得所述第二驱动信号与所述第一驱动信号时序的上升沿或者下降沿在时间上同步；

光信号由所述马赫曾德强度调制器的输入端输入，经过所述第一驱动信号和所述第二驱动信号脉冲幅度调制后输出，形成PAM4光信号。

在上述调制器中，所述可调电信号衰减器和所述可调电延迟线同时置于马赫曾德强度调制器的上臂驱动电极上；或者同时置于马赫曾德强度调制器的下臂驱动电极上。

在上述调制器中，所述可调电信号衰减器的衰减值在3dB-9dB。

本发明通过有效的对调制器两臂同时驱动，并且施加驱动的电压峰值比例为2：1，同时直接使用两路OOK信号来产生PAM4信号，避免了使用DAC芯片，实现了无须DAC芯片产生PAM4信号，并且通过替换光IQ调制器中的I路和Q路的强度调制器，也可以在不需要DAC芯片的情况下，很容易的实现16QAM信号的产生；本发明有效地利用了马赫曾德强度调制器的双调制器，不仅避免了浪费，还提高了工作效率，降低发送端的复杂度以及光通信系统的成本，而且适用于短距光传输的直调直检系统和数据中心的光互联系统。

附图说明

图1为本发明提供双臂驱动四级脉冲幅度调制器的结构示意图；

图2为本发明中实施例一在只有上调制臂处于工作状态时，上臂驱动电极上加载的时序脉冲序列示意图；

图3为本发明中实施例一在只有上调制臂处于工作状态时输出光信号眼图；

图4为本发明中实施例一在只有下调制臂处于工作状态时下臂驱动电极上加载的时序脉冲序列示意图；

图5为本发明中实施例一在只有下调制臂处于工作状态时输出光信号眼图；

图6为本发明中实施例一两个调制臂都处在工作状态时，上、下臂驱动电极上加载的两路调制电信号的时序脉冲序列没对准的示意图；

图7为本发明中实施例一两个调制臂都处在工作状态时，上、下臂驱动电极上加载的两路调制电信号同步的时序脉冲序列分布示意图；

图8为本发明中实施例一两个调制臂合成输出的PAM4光信号的PAM4电信号时序幅度分布示意图；

图9为本发明中实施例一两个调制臂合成输出的PAM4光信号眼图。

具体实施方式

现在大量商用的非差分驱动马赫曾德强度调制器一般采用单臂驱动，另外一个调制臂处于空置状态。本发明提供的方案，利用马赫曾德强度调制器闲置的调制臂，大大提高效率并简单的产生了PAM4信号。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的双臂驱动四级脉冲幅度调制器包括马赫曾德强度调制器10、第一OOK(On-Off Keying，开关键控)电信号驱动器20和第二OOK电信号驱动器30。

其中，第一OOK电信号驱动器20通过可调电信号衰减器40连接到马赫曾德强度调制器10的上臂驱动电极11上，第二OOK电信号驱动器30通过可调电延迟线50连接到马赫曾德强度调制器10的下臂驱动电极12上。

在本发明中，可调电信号衰减器40和可调电延迟线50可以分别放置于马赫曾德强度调制器10的两个调制两臂(上臂驱动电极对应的上调制臂和下臂驱动电极对应的下调制臂)上，也可以同时放置于上调制臂上或者下调制臂上，以上三种情况都可以正常工作。

第一OOK电信号驱动器20和第二OOK电信号驱动器30同步产生的第一驱动信号和第二驱动信号，可调电信号衰减器40将第一驱动信号的电压峰值降低为第二驱动信号的一半，可调电延迟线50将第二驱动信号的时序延迟，使得第二驱动信号的时序与第一驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步。

在本发明中可调电信号衰减器40的衰减值一般在3dB-9dB之间，特别是在衰减值为6dB时，较为接近本发明提供的调制器的最佳工作状态。

光信号由马赫曾德强度调制器10的输入端输入，经过第一驱动信号和第二驱动信号脉冲幅度调制后输出，形成PAM4光信号，例如：加载在上臂驱动电极上的第一驱动信号为01011010，加载在下臂驱动电极上的第二驱动信号为20020020，由马赫曾德强度调制器10输出的PAM4光信号为21031030。

本发明还提供了一种双臂驱动四级脉冲幅度调制方法，包括以下步骤：

步骤110：同步产生的第一驱动信号和第二驱动信号，并通过可调电信号衰减器将第一驱动信号的电压峰值降低为第二驱动信号的一半，通过可调电延迟线将第二驱动信号的时序延迟，使得第二驱动信号的时序与第一驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步；

步骤120：光信号由马赫曾德强度调制器的输入端输入，并同时将衰减后的第一驱动信号和延迟后的第二驱动信号加载在马赫曾德强度调制器的两个调制臂的驱动电极(即上臂驱动电极上和下臂驱动电极上)上，输入的光信号经过衰减后的第一驱动信号和延迟后的第二驱动信号分别进行脉冲幅度调制，并再线性叠加后输出，形成PAM4光信号。

下面以实施例一对本发明工作原理进行具体说明。

如图3和5所示，分别为实施例一在只有下调制臂处于工作状态时，第二驱动信号经过电可调延迟线后加载到下臂驱动电极上的时序脉冲序列示意图和相应工作状态下的输出光信号眼图。此时第二驱动信号的电压峰值为Vpp。

如图2和4所示，分别为实施例一在只有上调制臂处于工作状态时，第一驱动信号经过一个可调的电衰减器后加载到上臂驱动电极上的时序脉冲序列示意图和相应工作状态下的输出光信号眼图。由于第一驱动信号经过了一个可调的电衰减器，使得电压峰值下降了一半为0.5Vpp，同时其光信号的眼图上显示消光比也下降了约一半。

本发明提供的方案，同时在马赫曾德强度调制器的两个调制臂的驱动电极上加载幅度不同的调制电信号(第一驱动信号和第二驱动信号)，上臂驱动电极上加载的电压为下臂驱动电极上加载电压的一半；且上臂驱动电极上加载的调制电信号(第二驱动信号)的时序，与下臂驱动电极上加载的调制电信号(第一驱动信号)的上升沿或者下降沿在时间上同步；由于本发明提供的方案是一个线性系统，光信号的整体响应相当于两个调制臂单独工作时响应状态的线性叠加。

在本发明中，上臂驱动电极上加载的电压为下臂驱动电极上加载电压的一半，是通过对上调制臂上的可调电衰减器进行微调实现的，使得上调制臂上的信号响应为下调制臂上的信号响应的一半；而一般情况下，当马赫曾德强度调制器的两个调制臂都处在工作状态时，马赫曾德强度调制器上、下臂驱动电极上加载的两路调制电信号的时序脉冲序列是没有对准的(如图6所示)，为此，本发明提供的方案，需要对下调制臂的可调电延迟线进行调节，直到调整到两个调制臂的两路调制电信号的上升沿或者下降沿在时间上同步为止，马赫曾德强度调制器上、下臂驱动电极上加载的两路调制电信号同步的时序脉冲序列分布如图7所示，因为他们的时钟是一样的，所以只要有一个脉冲对齐其他的就都对齐了；上述两个调制臂合成输出PAM4光信号，经过光电探测器得到的PAM4电信号时序幅度分布如图8所示，对应的PAM4光信号眼图如图9所示。

本发明提供的方案在应用于强度调制时，可避免使用DAC芯片来产生PAM4信号，并且适用于短距光传输的直调直检系统以及数据中心的光互联系统。

另外，利用本发明提供的调制器分别替换光IQ调制器中的I路和Q路的强度调制器，可以在不需要DAC芯片的情况下，很容易的实现16QAM信号的产生。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.双臂驱动四级脉冲幅度调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

同步产生的第一驱动信号和第二驱动信号，分别通过可调电信号衰减器将第一驱动信号的电压峰值降低为第二驱动信号的一半，通过可调电延迟线将第二驱动信号的时序延迟，使得第二驱动信号的时序与第一驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步；

光信号由马赫曾德强度调制器的输入端输入，并同时将衰减后的第一驱动信号和延迟后的第二驱动信号加载在马赫曾德强度调制器的上臂驱动电极上和下臂驱动电极上，输入的光信号经过衰减后的第一驱动信号和延迟后的第二驱动信号分别进行脉冲幅度调制，并在进行线性叠加后输出，形成PAM4光信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可调电信号衰减器的衰减值在3dB-9dB。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一驱动信号通过可调电信号衰减器将其电压峰值降低为第二驱动信号的一半，再通过可调电延迟线将第一驱动信号的时序延迟，使得其时序与第二驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步；

或者所述第二驱动信号通过可调电信号衰减器将其电压峰值降低为第一驱动信号的一半，再通过可调电延迟线将第二驱动信号的时序延迟，使其时序与第一驱动信号的上升沿或者下降沿在时间上同步。

4.双臂驱动四级脉冲幅度调制器，其特征在于，包括马赫曾德强度调制器、第一开关键控电信号驱动器和第二开关键控电信号驱动器；

所述第一开关键控电信号驱动器通过可调电信号衰减器连接到所述马赫曾德强度调制器的上臂驱动电极上，所述第二开关键控电信号驱动器通过可调电延迟线连接到所述马赫曾德强度调制器的下臂驱动电极上；

所述第一开关键控电信号驱动器和所述第二开关键控电信号驱动器同步产生第一驱动信号和第二驱动信号，所述可调电信号衰减器将所述第一驱动信号的电压峰值降低为所述第二驱动信号的一半；所述可调电延迟线将第二驱动信号的时序延迟，使得所述第二驱动信号与所述第一驱动信号时序的上升沿或者下降沿在时间上同步；

光信号由所述马赫曾德强度调制器的输入端输入，经过所述第一驱动信号和所述第二驱动信号脉冲幅度调制后输出，形成PAM4光信号。

5.如权利要求4所述的调制器，其特征在于，所述可调电信号衰减器和所述可调电延迟线同时置于马赫曾德强度调制器的上臂驱动电极上；或者同时置于马赫曾德强度调制器的下臂驱动电极上。

6.如权利要求4所述的调制器，其特征在于，所述可调电信号衰减器的衰减值在3dB-9dB。