CN105993144A - 发射机装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种装置，包括：配置用于接收数据流并生成多个数字多音频的数字信号处理模块；耦合到所述数字信号处理模块的多个数模转换器；耦合到各自数模转换器的多个驱动器；具有耦合到所述驱动器的输入端和耦合到光纤的输出端的电光调制器；以及耦合到所述电光调制器的多波长光源。

Description

发射机装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月19日提交的申请号为14/219,799、发明名称为“发射机装置和方法”的美国专利申请的优先权，其内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及光通信设备，并且更具体地，涉及一种能够运用单个电光调制器生成多波长光信号的发射机装置。

背景技术

光通信系统被广泛运用于通过光纤在不同地区之间传输信息。光通信系统可包括发射机、接收机和耦合在发射机与接收机之间的光纤。数据流可以电信号形式发送到发射机。发射机可将数据流编码到光载波上。光载波沿着光纤前进，到达接收机。接收机将光信号转换为电信号。此外，接收机还能够将该电信号解码，再现原始数据流。

将电信号形式的数据流转换为光信号的过程是通过各种调制方案实现的。这些调制方案包括最简单的调制格式，如开关键控(OOK)。另一方面，为了提升频谱利用率，出现了多种多样的调制格式。新出现的调制技术包括相移键控(PSK)、频移键控(FSK)、差分正交相移键控(DQPSK)、双偏振正交相移键控(DP-QPSK)和/或类似手段。

随着光通信技术的发展，各种波分复用(WDM)技术已经出现，成为了进一步提高光通信系统传输容量的一种有效替代方案。WDM技术能够在单根光纤上复用多种光载波信号。换言之，数据流在单根光纤上以多个载波波长同时传输。基于WDM的光系统广泛部署在多种应用中，如广域网、海底网、城域网和/或类似应用。

发明内容

本发明的优选实施例提供了一种用于提高光发射机硬件效率的系统、装置和方法，总体上解决或规避了这些及其他问题，并且总体上实现了技术优势。

根据一实施例，一种装置包括：配置用于接收数据流并生成多个数字多音频(tone)的数字信号处理模块；耦合到所述数字信号处理模块的多个数模转换器；耦合到各自数模转换器的多个驱动器；具有耦合到所述驱动器的输入端和耦合到光纤的输出端的电光调制器；以及耦合到所述电光调制器的多波长光源。

根据另一实施例，一种设备包括：配置用于生成N个数字多音频的处理器，其中音频的中心频率与其相邻音频的中心频率之间置有频隙Δfc；耦合到光源的电光调制器，其中所述电光调制器配置用于接收所述N个数字多音频，并且将所述N个数字多音频复制到N个不同波长上；以及耦合到所述电光调制器的滤光器，其中所述滤光器被配置为使得各个波分复用信道处选择单个音频。

根据又一实施例，一种方法包括：提供数据流馈入处理器；基于所述数据流，生成N个数字多音频；由电光单元将所述N个数字多音频复制到N个不同的波分复用信道上；并且在对应的波分复用信道处，从所述N个数字多音频中选择音频。

本发明的一优选实施例的优点在于：发射机的多个波分复用(WDM)信道共用一个单个电光调制器。因此，可降低所述发射机的成本以及功耗。

以上较为宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便于更好地理解下文对本发明的详细描述。以下将对本发明的附加特征和优点进行描述，其构成本发明权利要求的主题。本领域普通技术人员应理解的是，可以很容易地在本公开的构想和具体实施例基础之上修改或设计其他的结构或过程，并从而达成与本发明相同的目的。本领域普通技术人员还应意识到的是，此类同等构造并不背离本发明随附权利要求书所阐明的精神与保护范围。

附图说明

为更全面地理解本发明及其优点，将结合相关附图进行参照描述，其中：

图1示出了根据本公开各实施例的一发射机的方框图；

图2示出了根据本公开各实施例的另一发射机的方框图；

图3示出了根据本公开各实施例的图1和图2所示发射机的工作原理；以及

图4示出了根据本公开各实施例的图3所示机制的应用。

除非另有说明，在不同的附图中，相应的标号和符号代表相应的部分。为了清楚地示出各实施例的有关方面，各附图未必按精确比例绘制。

具体实施方式

以下详细讨论目前优选实施例的实现和使用。应当理解的是，本发明提供了大量可应用的创造性概念，可以在广泛的具体环境中实施。所讨论的具体实施例仅为实现及使用本发明的具体方式的示意，并非限制本发明的范围。

将比照在具体环境中的优选实施例描述本发明，如光通信系统中的相干发射机。但是，本发明也可应用于光通信系统中的各种发射机。以下将参照相应附图，详细说明各实施例。

图1示出了根据本公开各实施例的一发射机的方框图。发射机100包括处理器102、多个数模转换器112、114、116和118、多个驱动器122、124、126和128、电光单元132和光源134。如图1所示，处理器102、数模转换器112、114、116和118、驱动器122、124、126和128以及电光单元132在数据流101和光信号133之间级联连接。

在一些实施例中，处理器102是数字信号处理器。在本文的整个描述中，处理器102可被另称为数字信号处理器102。收到数据流101之后，数字信号处理器102能够将数据流101转换为多个时域数字信号。更具体地，数字信号处理器102可包括多个符号映射器(未示出)。这些符号映射器可将接收到的数据流映射到各种调制格式上，例如双偏振正交相移键控调制和/或类似调制。

在一些实施例中，数字信号处理器102还可包括其他合适的子模块，例如脉冲成形模块、色散(CD)预补偿模块、偏振状态(SOP)旋转模块、TX预补偿模块、非线性均衡器(NLE)模块、数字多音频(DMT)构造模块和/或类似模块。

要注意的是，DMT构造模块可以为数字信号处理器102整体的一部分。DMT构造模块可以在数字信号处理器102的数据路径的早期实现。例如，DMT构造模块可在频域均衡(FDEQ)过程中的脉冲成形功能之后实现。之后，可在各WDM信道之间进行联合CD预补偿过程。

双偏振模块将数据流分成X和Y两个偏振。具体而言，X偏振正交于Y偏振。此外，正交相移键控调制改变数字信号的相位，对数据流做进一步的编码。因此，数字信号处理器102的输出中，包括四路时域数字信号。第一路数字信号XI是X偏振方向上的同相信号。第二路数字信号XQ是X偏振方向上的正交信号。第三路数字信号YI是Y偏振方向上的同相信号。第四路数字信号YQ是Y偏振方向上的正交信号。简言之，利用这些输出信号(如XI、XQ、YI和YQ)携带数据流101的信息。

要注意的是，虽然图1显示了双偏振的QPSK调制方案，但此处示出的调制机制仅限于为了清楚地示出各种实施例的创造性方面。此处的附图仅为示例，不应失当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将意识到多种变型、替代和修改。例如，调制方案可以是单偏振调制方案。

如图1所示，第一路数字信号XI、第二路数字信号XQ、第三路数字信号YI和第四路数字信号YQ被发送到其各自的数模转换器112、114、116和118。采用所述数模转换器112、114、116和118将数字信号XI、XQ、YI和YQ转换为各自的模拟信号。驱动器122、124、126和128可起到放大器的作用，即通过它们将模拟信号放大为具有合适的电平的模拟信号131，以适于由电光单元132处理这些信号。

所述模拟信号131被发送到电光单元132。如图1所示，电光单元132接收模拟信号131，并接收来自光源134的光载波。利用电光单元132将模拟信号131编码到光载波上，以生成光信号133。

在一些实施例中，电光单元132可由四并行马赫曾德(QPMZ)调制器实现。在本文的整个描述中，电光单元132可被另称为QPMZ调制器132。

在一些实施例中，QPMZ调制器132可由合适的电光材料形成，例如铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和/或类似材料。

如图1所示，可将一对同相信号(如XI和YI)和正交信号(如XQ和YQ)馈入QPMZ调制器132。QPMZ调制器132能够将所接收的信号的实部分量和虚部分量进行光学合成，从所接收的电信号中产生合适的信号。取决于应用和设计的需要，所述合适的信号可以是任何形式的复信号，如QPSK信号、16-QAM信号和/或类似信号。

在一些实施例中，光源134可以是多波长激光器。光源134可提供波长不同的多道光。这样波长不同的光可起到光载波的作用。QPMZ调制器132可将模拟信号131编码到光载波上，从而生成多个WDM信道。所述多个WDM信道通过合适的多路复用处理，转换为光信号133。该光信号133包括数据流101的信息。如此，数据流101在单根光纤上以多个载波波长同时传输。以下将对照图3描述QPMZ调制器132的详细工作方式。

光源134可由多波长激光源实施，例如单个光梳激光源等。在一些实施例中，光源134可产生波长不同的N道光。图1所示发射机100能够响应于所述波长不同的N道光，生成N个WDM信道。如图1所示，发射机100仅包括单个电光组，该电光组包括数模转换器(如数模转换器112、114、116和118)、驱动器(如驱动器122、124、126和128)、电光调制器(如QPMZ调制器132)。相比对于N个WDM信道要求有N个电光组的常规发射机，图1所示发射机100降低了光通信系统的成本和功耗。

此外，由于电光组由多个WDM信道共用，处理器102中涉及电光组的一些功能模块也可以由这多个WDM信道共用。例如，NLE模块和TX预补偿模块可由这多个WDM信道共用。

此外，图1所示发射机100在波长方面可以较为灵活。发射机100可产生固定或灵活的栅格WDM信号。更具体地，可调谐的多波长激光器和滤光器可联合工作，以将WDM信道分配到固定或灵活的栅格上。这样的WDM信号配置可有助于促进波长交换和路由。

总之，图1所示发射机100的有益特征之一在于：共用的电光组可为生成多个WDM信道提供具有硬件效率的解决方案。如果用图1所示发射机100生成N个WDM信道，发射机100的硬件(如上述电光组)可缩减到N分之一。

图2示出了根据本公开各实施例的另一发射机的方框图。图2所示发射机200类似于图1所示发射机100，区别在于QPMZ调制器132的输出端连接有滤光器140。滤光器140用于从QPMZ调制器132所生成的多个WDM信道中选择出特定的WDM信道。图2所示结构的其余部分与图1所示类似，此处不再讨论，以免赘述。

图3示出了根据本公开各实施例的图1和图2所示发射机的工作原理。(图1和图2中所示)处理器102可包括DMT构造模块(未示出)。DMT构造模块可进行复数基带信号的频率变换，然后将其与相邻信道相加。

在一些实施例中，处理器102可生成三个数字多音频，即第一音频302、第二音频304和第三音频306。在一些实施例中，音频302、304和306可相互独立。换言之，音频(如第一音频302)可被设计为具有不同的波特率、调制格式、脉冲波形和/或类似特性。

要注意的是，图3仅示出了处理器102所生成的三个数字音频。此处对示出的数字音频的个数的限定仅为清楚地示出各种实施例的创造性方面。本发明并不局限于任何特定个数的数字音频。

如图3所示，每个音频可具有中心频率。两个邻接音频的中心频率之间的频隙定义为Δfc。要注意的是，图3第一行所示的频隙大体相等。本领域技术人员将意识到：在本发明的范围和精神之内，所述数字多音频可以包括不相等的频隙。

图3第二行显示了(图1和图2中所示)QPMZ 132处的输出信号。光源134可生成具有三个不同波长的光。具体而言，光源134配置用于生成第一波长λ1、第二波长λ2和第三波长λ3。光被发送到QPMZ 132，其中三个音频302、304和306被分别复制到三个不同波长λ1、λ2和λ3上。要注意的是，虽然图3所示的三个不同波长λ1、λ2和λ3彼此相邻，但此处所用三个信道的位置仅以示范为目的而选，并非旨在将本发明的各种实施例限定为任何具体的波长位置。

如图3所示，在第一波长λ1处，可有三个光信号312、314和316。光信号312、314和316包括数字多音频302、304和306所携带的信息。类似的，在第二波长λ2处，可有三个光信号322、324和326。光信号322、324和326也包括数字多音频302、304和306所携带的信息。此外，在第三波长λ3处，可有三个光信号332、334和336。光信号332、334和336也包括数字多音频302、304和306所携带的信息。各波长处的虚线表示从光源134生成的对应光的波长。

图3第三行显示了使用滤光器140从各波长中选择信号。在一些实施例中，滤光器140选择信号316、324和332。因此，滤光器140的输出端可有三个WDM信道，如图3第四行所示。

根据一些实施例，λ1的等价频率定义为fl。类似的，λ2的等价频率定义为f2。λ3的等价频率定义为f3。

在一些实施例中，第一WDM信道可包括信号316。信号316具有中心频率f1+Δfc。第二WDM信道可包括信号324。信号324具有中心频率f2。第三WDM信道可包括信号332。信号332具有中心频率f3-Δfc。

要注意的是，图3所示图仅为示例，不应失当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将意识到多种变型、替代和修改。例如，在第一波长信道处，可以选择信号312而非信号316。

图3所示实施例的有益特征之一在于：多个波长信道(如图3所示三个波长信道)可以共用一套发射机电光调制器(如图1和图2中所示电光单元132)。因此，可降低图1-2所示发射机的实施成本还有功耗。

图4示出了根据本公开各实施例的图3所示机制的应用。如图4所示，数据流被发送到发射机100。根据图3所示机制，该数据流可映射到多个WDM信道上，然后路由到不同的光路。相比于例如超级信道奈奎斯特WDM技术等常规技术，图4所示发射机有助于改进波长路由和交换。

虽然详述了本发明的实施例及其优点，但应当理解的是，在不偏离本文所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提之下，可以做出各种更改、替代和改变。

此外，本申请的范围并非旨在限定为本说明书中所述的过程、机器、制造、物质组合、手段、方法和步骤的具体实施例。正如本领域普通技术人员自本发明的披露中所易于理解的，根据本发明，凡可以执行与本文所述相应实施例大体相同的功能或可以达成大体相同的结果的过程、机器、制造、物质组合、手段、方法或步骤，无论是现已存在或今后将要开发的，均可利用。因此，随附权利要求意在将此类过程、机器、制造、物质组合、手段、方法或步骤包括在其范围之内。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

数字信号处理模块，配置用于接收数据流并生成多个数字多音频；

耦合到所述数字信号处理模块的多个数模转换器；

耦合到各自数模转换器的多个驱动器；

具有耦合到所述驱动器的输入端和耦合到光纤的输出端的电光调制器；以及

耦合到所述电光调制器的多波长光源。

2.如权利要求1所述的装置，其中：

所述数字信号处理模块、所述数模转换器、所述驱动器和所述电光调制器级联连接。

3.如权利要求1所述的装置，其中：

所述电光调制器耦合到光源。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述数字信号处理模块配置用于生成：

在所述数字信号处理模块的第一输出端处的第一偏振方向上的第一同相信号；

在所述数字信号处理模块的第二输出端处的第一偏振方向上的第一正交信号；

在所述数字信号处理模块的第三输出端处的第二偏振方向上的第二同相信号；以及

在所述数字信号处理模块的第四输出端处的第二偏振方向上的第二正交信号。

5.如权利要求4所述的装置，其中：

所述数字信号处理模块的第一输出端通过第一数模转换器和第一驱动器耦合到所述电光调制器的第一输入端；

所述数字信号处理模块的第二输出端通过第二数模转换器和第二驱动器耦合到所述电光调制器的第二输入端；

所述数字信号处理模块的第三输出端通过第三数模转换器和第三驱动器耦合到所述电光调制器的第三输入端；并且

所述数字信号处理模块的第四输出端通过第四数模转换器和第四驱动器耦合到所述电光调制器的第四输入端。

6.如权利要求1所述的装置，其中：

所述数字多音频中的各个音频均被复制到单个波分复用信道上。

7.一种设备，包括：

处理器，配置用于生成N个数字多音频，其中：

音频的中心频率与相邻音频的中心频率之间置有频隙Δfc；

耦合到光源的电光调制器，其中所述电光调制器配置用于：

接收所述N个数字多音频；并且

将所述N个数字多音频复制到N个不同波长上；以及

耦合到所述电光调制器的滤光器，其中所述滤光器被配置为使得：

在各个波分复用信道处选择单个音频。

8.如权利要求7所述的设备，其中：

所述处理器是数字信号处理器。

9.如权利要求7所述的设备，其中，所述处理器配置用于生成：

在所述处理器的第一输出端处的第一偏振方向上的第一同相信号；

在所述处理器的第二输出端处的第一偏振方向上的第一正交信号；

在所述处理器的第三输出端处的第二偏振方向上的第二同相信号；以及

在所述处理器的第四输出端处的第二偏振方向上的第二正交信号。

10.如权利要求9所述的设备，还包括：

耦合到所述处理器的所述第一输出端的第一数模转换器；

耦合到所述处理器的所述第二输出端的第二数模转换器；

耦合到所述处理器的所述第三输出端的第三数模转换器；以及

耦合到所述处理器的所述第四输出端的第四数模转换器。

11.如权利要求10所述的设备，还包括：

耦合在所述第一数模转换器与所述电光调制器的第一输入端之间的第一驱动器；

耦合在所述第二数模转换器与所述电光调制器的第二输入端之间的第二驱动器；

耦合在所述第三数模转换器与所述电光调制器的第三输入端之间的第三驱动器；以及

耦合在所述第四数模转换器与所述电光调制器的第四输入端之间的第四驱动器。

12.如权利要求11所述的设备，其中：

所述电光调制器耦合到激光源。

13.如权利要求7所述的设备，其中：

所述处理器配置用于生成第一音频、第二音频和第三音频；并且

所述光源配置用于生成具有第一频率f1的第一波长λ1、具有第二频率f2的第二波长λ2和具有第三频率f3的第三波长λ3。

14.如权利要求13所述的设备，其中：

所述电光调制器和所述滤光器被配置为使得：

所述第一音频被选择并复制到第三波长信道，其中所述第三波长信道的中心频率等于f3-Δfc；

所述第二音频被选择并复制到第二波长信道，其中所述第二波长信道的中心频率等于f2；并且

所述第三音频被选择并复制到第一波长信道，其中所述第一波长信道的中心频率等于f1+Δfc。

15.一种方法，包括：

提供数据流馈入处理器；

基于所述数据流，生成N个数字多音频；

由电光单元将所述N个数字多音频复制到N个不同的波分复用信道上；并且

在对应的波分复用信道处，从所述N个数字多音频中选择音频。

16.如权利要求15所述的方法，还包括：

基于所述数据流，在所述处理器的第一输出端处生成第一偏振方向上的第一同相信号；

在所述处理器的第二输出端处生成第一偏振方向上的第一正交信号；

在所述处理器的第三输出端处生成第二偏振方向上的第二同相信号；并且

在所述处理器的第四输出端处生成第二偏振方向上的第二正交信号。

17.如权利要求15所述的方法，还包括：

生成第一音频、第二音频和第三音频，其中相邻两个音频之间置有频隙Δfc；以及

将所述第一音频、所述第二音频和所述第三音频复制到三个不同的波分复用信道λ1、λ2和λ3上。

18.如权利要求17所述的方法，还包括：

在所述信道λ1处滤除所述第一音频和所述第二音频；

在所述信道λ2处滤除所述第一音频和所述第三音频；并且

在所述信道λ3处滤除所述第二音频和所述第三音频。

19.如权利要求15所述的方法，其中：

所述电光单元耦合到光源。

20.如权利要求15所述的方法，其中：

所述处理器是数字信号处理器。