CN104509003B - 用于发射多级幅度键控调制信号的光发射机 - Google Patents

用于发射多级幅度键控调制信号的光发射机 Download PDF

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Abstract

一种用于发射多级幅度键控调制信号的光发射机，包括：光调制器(8)，用于利用多级幅度键控调制来调制光信号；以及谱滤波器(11)，被适配为相对于经调制的光信号的中心频率分量而增加该经调制的光信号的高频分量。该多级ASK调制是四进制ASK并且该光调制器的符号率在40G波特以上。光链路(17)将该光发射机连接至平方律直接检测光接收机(15)。

Description

用于发射多级幅度键控调制信号的光发射机
技术领域
本发明涉及光通信系统的技术领域，特别是采用多级幅度键控(ASK)调制方案的通信系统。
背景技术
采用相干检测的光纤传输使得有可能在长距离上实现非常高的数据率，例如通常是每波长信道100Gb/s。然而，相干检测解决方案对于一些应用(例如，短距离传输)而言可能过于昂贵。因此，存在对于如下的光传输技术的需求，这些光传输技术实现了高数据率并且保持兼容于在目的地节点处对信号强度的直接检测，即平方律检测。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种用于发射多级幅度键控调制信号的光发射机，包括：光调制器，用于利用多级幅度键控调制来调制光信号；以及谱滤波器，被适配为相对于经调制的光信号的中心频率分量而增加该经调制的光信号的高频分量。
根据各实施例，这样的光发射机能够包括下面的特征中的一个或多个特征。
在各实施例中，该多级ASK调制是四进制ASK。
在各实施例中，该光调制器的符号率在40G波特以上，例如大约56G波特。
在各实施例中，该经调制的光信号的该高频分量包括高于f0+0.5R的频率，其中f0是该光信号的中心频率并且R是该光调制器的符号率。
在各实施例中，该经调制的光信号的该高频分量包括等于f0+0.7R的频率。
在各实施例中，该谱滤波器包括被布置为过滤驱动该光调制器的基带电信号的前馈滤波器。
在各实施例中，该前馈滤波器包括具有负的可配置的延迟抽头(delay-tap)系数的单个延迟抽头。
在各实施例中，该前馈滤波器包括具有多个可配置的延迟抽头系数的多个延迟抽头。
在各实施例中，该谱滤波器包括用于均衡该经调制的光信号的光谱均衡器。
在各实施例中，该光发射机进一步包括反馈环路，该反馈环路包括用于测量所发射的光信号的质量的质量测量模块以及用于根据所测量的质量来重新配置该谱滤波器的反馈控制器。
在各实施例中，该质量测量模块被适配为测量所发射的光信号的眼图开口。
在各实施例中，该质量测量模块被适配为测量所发射的光信号的高频分量与所发射的光信号的中心频率分量之间的功率比。
在各实施例中，该反馈控制器被适配为，响应于所测量的眼图开口或者功率比低于目标值，而增加该前馈滤波器的负的延迟抽头系数的绝对值。
在各实施例中，该反馈控制器被适配为，响应于所测量的眼图开口或者功率比低于目标值，而增加该光谱均衡器的高频信道的增益。
在各实施例中，该光发射机进一步包括用于生成该光信号的激光源。
在一个实施例中，本发明还提供了一种光通信系统，包括：上面所提到的光发射机，光接收机，以及在光域中将该光接收机连接至该光发射机的光链路。
根据各实施例，这样的光通信系统能够包括下面的特征中的一个或多个特征。
在各实施例中，该光接收机是平方律直接检测接收机。
在各实施例中，该光通信系统的范围小于100km，优选地小于10km。
本发明的各方面基于生成能够利用平方律直接检测接收机成功解调的高速率多级ASK信号的思想。本发明的各方面起源于如下的观测：功率均衡使得有可能减少高速率多级ASK信号中的符号间干扰。本发明的各方面基于采用反馈环路来更新谱滤波器的系数以维持该谱滤波器的最优配置的思想。
附图说明
参考各示图通过示例的方式参考后文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是明显的，并且将参考各示图通过示例的方式参考后文所描述的实施例来阐明本发明的这些和其他方面。
图1是适合用于生成四进制ASK调制光信号的光发射机的功能表示。
图2是示出了四进制ASK调制光信号的功率谱的曲线图。
图3是根据一个实施例的光发射机的功能表示。
图4是图3的光发射机中所采用的前馈滤波器的功能表示。
图5和6是示出了图4的滤波器的对于单个抽头系数的两个不同值而言的传送函数的两个曲线图。
图7是示出了利用图3的发射机可获得的四进制ASK调制光信号的功率谱的曲线图。
图8是示出了由质量评估模块所监测的四进制ASK调制光信号的功率谱和两个谱带的曲线图。
图9是示出了一个实施例中的反馈环路的操作的流程图。
图10是根据另一实施例的光发射机的功能表示。
具体实施方式
图1示出了光发射机1，光发射机1用于基于4级幅度键控(4-ASK)来生成100Gb/s的经调制的光信号。这样的4-ASK调制信号能够被用于使用直接检测的短距离传输。
发射机1包括二进制信号生成器2，二进制信号生成器2以28GHz的时钟速率生成四个NRZ-编码的二进制流3。两个复用器4被布置为每个都接收两个二进制流3。复用器4由56GHz的时钟信号5驱动，以将两个二进制流3交织成为56Gb/s的NRZ编码的二进制流6。两个所得到的56Gb/s的二进制流6被馈送给2位的数模转换器7，2位的数模转换器7生成4级驱动信号I和互补的4级信号I来驱动推挽模式中的马赫-曾德尔调制器8(MZM)。
推挽模式意味着，具有彼此相反的相位的二进制驱动信号被输入至MZM 8的数据输入端子和反向数据输入端子，并且这些二进制驱动信号的峰值电压被设置为马赫-曾德尔干涉仪的半波长电压。
MZM 8从激光源9接收光载波并且输出经调制的光信号10，经调制的光信号10携带了以符号率R＝56波特的4-ASK调制，即等效于112Gb/s。
所得到的经调制的信号10的功率谱能够在图2中看到。以这样的高波特率来生成多级调制信号的能力受到光驱动器7与光调制器8的组合带宽的限制。具有低电压驱动的商用光调制器经常具有在35GHz以下的3dB带宽。
发射机的带宽限制引起了对高频分量的大的过滤，产生了相当封闭的4级光眼图。通过图2中距载波频率f0位于0.7×R处的谱分量的12dB衰减，而使得对于56G波特的4-ASK信号10的带宽限制是可见的。这些限制引起了使发射机的性能严重退化的符号间干扰(ISI)。
通过增强高频处的谱内容，均衡能够被采用以缓解这样的带宽限制。例如，前馈均衡器(FFE)能够被使用并且实施在电域或光域中。
参考图3至10，现在将描述类似的光发射机的实施例，其中采用了光谱均衡或者电谱均衡来缓解引起惩罚的符号间干扰(ISI)。与图1的元件相同或类似的元件由如在图1中的相同标号来指示。
在图4的实施例中，通过被布置在数模转换器7与光调制器8之间的前馈均衡器11，在电域中实现谱均衡。放大器也可以被布置在DAC 7与前馈均衡器11之间。
在图4中所描绘的实施例中，FFE 11是具有单个抽头系数a的单个延迟抽头均衡器。在图4中，τ表示一个符号的延迟。这一单个延迟抽头均衡器的传送函数H(f)是：
H(f)＝(1+a.e-i2πfτ)/2 (等式1)
图5和6图示了对于抽头系数a的两个不同值而言的作为频率的函数的滤波器增益。特别地，抽头系数a的负值导致了高频率谱分量相对于f0处的中心频率分量的放大。通过增加延迟抽头系数a的绝对值，高频分量的预加重被增加。确实，图6中的均衡器响应具有比图5中的均衡器响应更加明显的高频分量的预加重。
通过调整延迟抽头系数a，均衡器的传送函数H(f)能够被修改为提供已经被电驱动器衰减过的高频分量的最优放大，例如，位于下式处的高频分量：
f-f0＝0.7R (等式2)
图7示出了与图2中所讨论的相同4-ASK调制信号10的谱，在其中现在利用图6中所示出的传送函数在谱上均衡驱动信号。
该过滤减少了经调制的信号的低频分量与高频分量之间的功率差异。如能够在图7中看到的，经均衡的谱更为平坦从而对应的眼图随之更加打开。
在一个优选的实施例中，均衡器11的带来最佳性能的最优配置根据电驱动器和光调制器两者的特性而自动地被确定。如果在目的地处采用的光接收机15依赖于平方律直接检测，则这是尤其有用的。
为了根据4-ASK发射机1的特性来调整均衡器响应，图3的发射机进一步包括反馈环路20。使用由宽带光电二极管13所跟随的1％光分路器12，质量评估模块21评估经均衡的信号的质量并且将质量测量信号23提供给控制模块22，控制模块22根据该测量来重新配置FFE 11。例如，质量评估模块21通过如由箭头24示出的谱分析来测量谱的平坦度，或者通过如由箭头25示出的时域分析来测量眼图的开口。
控制模块22通过调谐滤波器系数或者通过选择存储在查找表中的预定义滤波器简档，来选择产生4-ASK均衡信号的最佳质量的最优均衡器配置。
在图8和9中所描绘的实施例中，质量评估模块21包括一对带通滤波器31和32，以测量信号在不同频率处的功率谱密度，通常是在接近于载波频率f0的第一频带33以及距载波频率f0位于0.7×R处的第二频带34中。为了评估低频谱分量与高频谱分量之间的平衡性，质量评估模块21计算从这两个测量获得的以dB为单位的功率比，并且将作为测量信号23的该数据提供给控制模块22。控制模块22将所计算的比率与预设的目标值进行比较。能够使用校准过程来定义该目标值。在图7中所示出的示例中，低频分量与高频分量之间的5dB的功率比被考虑为是适合的目标值。
如果所计算的比率在该预设目标以上，则控制模块22调整滤波器11，例如，滤波器11的延迟抽头系数a的绝对值被增加。
在一个实施例中，质量评估模块21通过计算如下式所定义的时域质量因子来测量眼图的开口：
其中Ik代表该信号的第k级的均值，并且σk代表它的标准偏差。
在上面的实施例中，使用FFE 11在电域中执行均衡。然而，可以使用光谱均衡器(例如，从美国的Finisar公司可得到的被称为的设备)在光域中执行相同的均衡。在图10中图示了对应的实施例，其中光谱均衡器30被布置在MZM 8与光分路器12之间。不论选取了什么类型的均衡，如图3中的电均衡还是如图10中的光均衡，类似的反馈环路20都能够被应用。在一个实施例中，放大器被布置在DAC 7与光调制器8之间。
上面的发射机已经成功地在具有1km的光链路17的短距离光通信系统中被测试。然而，如由本领域的技术人员将意识到的，这种系统的可实现的范围取决于多种参数。光放大器和电放大器能够被布置在系统中的不同点处以调整该范围。
诸如质量评估模块和控制模块的元件可以是例如硬件装置，像例如ASIC，或者硬件装置和软件装置的组合，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。
本发明不限制于所描述的实施例。所附的权利要求将被解释为具体化了本领域的技术人员可以想到的所有修改和替换构造，它们完全落在此处所阐述的基本教导之内。
对动词“包括”或者“包含”及其词形变化的使用不排除与权利要求中所陈述的那些元件或步骤不同的元件或步骤的存在。此外，对在元件或步骤前面的冠词“一”或者“一个”的使用不排除多个这样的元件或步骤的存在。
在权利要求中，放置在括号之间的任何参考标记不应该被解释为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种用于发射多级幅度键控调制信号的光发射机，包括：
光调制器(8)，用于利用多级幅度键控调制ASK来调制光信号；
谱滤波器(11、30)，被适配为相对于经调制的光信号的中心频率分量(33)而增加所述经调制的光信号的高频分量(34)；以及
反馈环路(20)，所述反馈环路(20)包括用于测量所发射的光信号的质量的质量测量模块(21)以及用于根据所测量的质量来重新配置所述谱滤波器的反馈控制器(22)。
2.根据权利要求1所述的光发射机，其中所述多级ASK调制是四进制ASK。
3.根据权利要求1所述的光发射机，其中所述光调制器的符号率在40G波特以上。
4.根据权利要求1所述的光发射机，其中所述经调制的光信号的所述高频分量(34)包括高于f0+0.5R的频率，其中f0是所述光信号的中心频率并且R是所述光调制器的符号率。
5.根据权利要求4所述的光发射机，其中所述经调制的光信号的所述高频分量(34)包括等于f0+0.7R的频率。
6.根据权利要求1所述的光发射机，其中所述谱滤波器包括被布置为过滤驱动所述光调制器(8)的基带电信号的前馈滤波器(11)。
7.根据权利要求6所述的光发射机，其中所述前馈滤波器(11)包括具有负的可配置的延迟抽头系数的单个延迟抽头。
8.根据权利要求6所述的光发射机，其中所述前馈滤波器包括具有多个可配置的延迟抽头系数的多个延迟抽头。
9.根据权利要求1所述的光发射机，其中所述谱滤波器包括用于均衡经调制的光信号的光谱均衡器(30)。
10.根据权利要求1所述的光发射机，其中所述质量测量模块(21)被适配为测量所发射的光信号的眼图开口(25)。
11.根据权利要求1所述的光发射机，其中所述质量测量模块(21)被适配为测量所发射的光信号的所述高频分量与所发射的光信号的所述中心频率分量之间的功率比(23)。
12.根据权利要求10至11中的任一项所述的光发射机，其中所述谱滤波器包括被布置为过滤驱动所述光调制器(8)的基带电信号的前馈滤波器(11)，并且所述反馈控制器(22)被适配为，响应于所测量的眼图开口或者功率比低于目标值，而增加所述前馈滤波器(11)的负的延迟抽头系数的绝对值。
13.根据权利要求10至11中的任一项所述的光发射机，其中所述谱滤波器包括用于均衡经调制的光信号的光谱均衡器(30)，并且所述反馈控制器(22)被适配为，响应于所测量的眼图开口或者功率比低于目标值，而增加所述光谱均衡器(30)的高频信道的增益。
14.一种光通信系统，包括：
根据权利要求1至13中的任一项所述的光发射机，
光接收机(15)，以及
在光域中将所述光接收机连接至所述光发射机的光链路(17)，其中所述光接收机是平方律直接检测接收机并且其中所述光通信系统的范围小于100km。
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