CN106100752A - 一种光学调制模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学调制模块，可产生FSK/ASK正交调制信号，用于传输信号和标签；包括激光器、双平行调制器、90°相位调制器、余弦信号发生器、乘法器和两个信号发生器；其中，一个信号发生器产生曼彻斯特信号，另一个信号发生器产生双极性NRZ码；余弦信号发生器产生两路余弦信号，一路余弦信号受曼彻斯特信号调制90°相位后生成第一控制信号，另一路余弦信号作为第二控制信号；双极性NRZ码与曼彻斯特信号相乘生成第三控制信号；双平行调制器在三路控制信号的调制下，对激光器输出的激光进行调制，生成FSK/ASK信号。本发明提供的调制模块，相对于现有至少采用两个光调制器的FSK/ASK调制系统，只采用一个光调制器，具有结构简单的特点，并且可以降低衰减、提高传输性能。

Description

一种光学调制模块
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种光学调制模块。
背景技术
光通信中的调制格式包括基于振幅调制的ASK(Amplitude Shift Keying，振幅键控)调制，基于相位调制的PSK(Phase Shift keying，相位键控)调制，基于频率调制的FSK(Frequency Shift keying，频率键控)调制，以及基于偏振的偏振调制。而正交调制格式FSK/ASK分别采用其中的FSK和ASK两种调制方法来携带净荷和标签，由于其良好的传输性能和调制解调的独立性，受到人们越来越多的关注。
现有技术是将FSK信号和ASK信号分别调制，采用至少2个光调制器，采用分步调制的方法；利用其中一个光调制器实现FSK信号调制，另一个光调制器实现ASK信号调制，通过串联调制，产生FSK/ASK信号，仅仅进行串行调制，原理相对简单，实现起来也较为简单；但是这种多级的串联调制需要的器件多，调制模块结构复杂，成本高；并且由于光学调制器对光信号产生大量衰减，两个2个调制器使衰减成倍增加；此外，光学调制器受外界因数影响较大，因此采用多个光学调制器的调制技术，其系统的稳定性和调制性能较低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光学调制模块，其目的在于解决现有调制技术采用多个光调制器生成FSK/ASK信号时，由于多个光调制器导致的高衰减问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光学调制模块，包括余弦信号发生器、第一信号发生器、第二信号发生器、乘法器、90°相位调制器、激光器和双平行调制器；
其中，90°相位调制器的信号输入端连接余弦信号发生器的第一输出端，控制端连接第一信号发生器的第一输出端；
乘法器的第一输入端连接第一信号发生器的第二输出端，乘法器的第二输入端连接第二信号发生器的输出端；
双平行调制器的第一控制端连接90°相位调制器的输出端，双平行调制器的第二控制端连接余弦信号发生器的第二输出端，双平行调制器的第三控制端连接乘法器的输出端，双平行调制器的光输入端连接激光器的输出端，双平行调制器的输出端作为光学调制模块的输出端；
该光学调制模块可根据激光器输出激光生成FSK/ASK正交调制信号；其采用一个双平行调制器实现了FSK信号和曼彻斯特编码信号的同时调制；相对于现有技术采用两个或两个以上的调制器生成FSK/ASK正交调制信号的装置而言，节省光调制器，具有调制模块简单的特点；并且由于减少了光调制器，因而减少了光调制器对光信号的衰减，达到降低调制模块衰减的目的。
优选地，上述光学调制模块，其所述双平行调制器包括第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；
其中，第一控制单元的信号输入端和第二控制单元的信号输入端均与激光器的输出端连接；第三控制单元的第一输入端连接第一控制单元的输出端，第二输入端连接第二控制单元的输出端，第三控制单元的输出端作为双平行调制器的输出端；
第一控制单元的控制端作为双平行调制器的第一控制端；第二控制单元的控制端作为双平行调制器的第二控制端；第三控制单元的控制端作为双平行调制器的第三控制端；
上述三个控制单元在对应的控制信号的作用下，分别用于对光信号的相位进行调节，进而实现对光信号幅度的调节。
优选地，上述光学调制模块，工作时，双平行调制器在三路控制信号的调制下，根据激光器产生的连续光波生成FSK/ASK信号；
90°相位调制器在第一信号发生器产生的曼彻斯特信号的调制下，将余弦发生器产生的一路余弦信号调制生成第一路控制信号，作用于双平行调制器的第一控单元；
余弦发生器产生的另一路余弦信号作为第二路控制信号，作用于双平行调制器的第二控制单元；
乘法器对第一信号发生器产生的曼彻斯特信号与第二信号发生器产生双极性NRZ信号进行相乘处理，生成第三路控制信号，作用于双平行调制器的第三控制单元。
优选地，上述光学调制模块，在第一路控制信号作用下，第一控制单元对激光器产生的连续光波信号进行调制，输出信号
EA＝2E(t)J1(π)[exp(iπwmt+π/2*ASK)+exp(-iπwmt-π/2*ASK)]；
其中，E(t)为激光器输出的连续光波信号，wm为余弦信号频率，J1为第一类第一阶贝塞尔函数，ASK为第一信号发生器产生的曼彻斯特信号，t为时间参量，i是虚数。
优选地，上述光学调制模块，在第二路控制信号的作用下，第二控制单元(72)对激光器产生的连续光波信号进行调制，输出信号
EB＝2E(t)J1(π)[exp(iπwmt)+exp(-iπwmt)]。
优选地，上述光学调制模块，在第三路控制信号作用下，第三控制单元对所述第一控制单元输出的信号EA进行再次调制，获得信号
EA′＝EA*exp[i(π+ASK*FSK*π/2)]；
其中，FSK是第二信号发生器产生的双极性NRZ信号。
优选地，上述光学调制模块，其双平行调制器的输出信号
E＝EA*exp[i(π+ASK*FSK*π/2)]+EB；
当ASK＝0，E＝0；
当ASK＝1、FSK＝1，E＝2E(t)J1(π)exp[iwmt]；
当ASK＝1、FSK＝-1，E＝2E(t)J1(π)exp[-i(wmt)]。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的光学调制模块，采用一个双平行调制器产生FSK/ASK信号，相对于现有的使用2个或者多个光调制器的技术而言，减少了光调制器的个数，简化了系统的结构，提高了集成性，降低了系统的成本；
另一方面，因光学调制器在调制过程中将对光信号产生较大的衰减，现有技术采用多个光调制器将对光信号产生多次衰减，而本发明只采用一个调制器，极大的降低调制模块对光信号的衰减，进而可以产生较大功率的光信号，提高系统的调制性能。
另一方面，由于光调制器易受外部因素的影响，如调制电压的稳定性和外部温度等，因此光信号在调制过程中的稳定性和调制性能会受到干扰，而多次调制将极大的降低调制模块的稳定性和调制性能，因此本模块减少光调制器个数，只采用一个光调制器将提高调制模块的稳定性和调制性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光学调制模块的功能框图；
图2为本发明实施例提供的光学调制模块的双平行调制器的结构图；
图3为本发明实施例提供的光学调制模块的原理示意图；其中，图3(a)为光信号经过双平行调制器第一控制端调制的频谱和相位；图3(b)为光信号经过双平行调制器第一控制单元和第三控制单元调制的频谱和相位；图3(c)为光信号经过双平行调制器第二控制单元调制的频谱和相位；图3(d)为光信号经过第二控制单元和第三控制单元调制的频谱和相位，图3(e)为双平行调制器输出的光信号的频谱和相位；
图4为本发明与现有技术的对比示意图；其中，图4(a)是现有技术生成FSK/ASK的信号流向示意图；图4(b)是实施例提供的光学调制模块生成FSK/ASK的信号流向示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例提供的光学调制模块的功能框图如图1所示，包括余弦信号发生器1，第一信号发生器2，第二信号发生器3，乘法器4，90°相位调制器5，激光器6，和双平行调制器7；
其中，90°相位调制器5的信号输入端连接至余弦信号发生器1第一输出端，90°相位调制器5的控制输入端连接至第一信号发生器2的第一输出端，90°相位调制器5的输出端连接至双平行调制器7的第一控制端；
乘法器4的第一输入端连接第一信号发生器2的第二输出端，乘法器4的第二输入端连接第二信号发生器3的输出端，乘法器4的输出端连接至双平行调制器7的第三控制端；所述余弦信号发生器的第二个输出端连接至双平行调制器7的第二控制端；激光器6的输出端连接至双平行调制器7的光输入端；双平行调制器7的输出端作为光学调制模块的输出端。
本发明实施例中，双平行调制器7的内部结构如图2所示，包括第一控制单元71、第二控制单元72、第三控制单元73、和输出端75；第一控制单元71的控制端与90°相位调制器的输出端连接；第二控制单元72的控制端与余弦发生器的输出端连接；第三控制单元73的控制端与乘法器的输出端连接；输入端74与激光器的输出端连接。
其中，输入端74与激光器6的输出端连接；第三控制单元73的第一输入端连接第一控制单元71的输出端，第二输入端连接第二控制单元72的输出端，第三控制单元73的输出端作为双平行调制器7的输出端75。
在本实施例中，余弦信号发生器1用于产生高频余弦信号；激光器6用于产生连续的光载波；第一信号发生器2用于产生曼彻斯特编码数据；第二信号发生器3用于产生双极性NRZ数据；90°相位调制器5，在曼彻斯特数据驱动下调制余弦信号，用于驱动双平行调制器第一控制单元；乘法器4用于将曼彻斯特数据和双极性NRZ数据相乘后，驱动双平行调制器7的第三控制单元。
激光器输出的连续光波在双平行调制器中分为两路光波，其中一路经第一控制单元的调制，产生相位随曼彻斯特信号变化的上路载波拟制波；另一路在第二控制单元的调制下，产生另一种相位的下路载波拟制波；上路载波拟制波经过第三控制单元的调制，产生相位随曼彻斯特信号和双极性NRZ信号变化的载波拟制波；上、下两路调制的载波拟制波经过在双平行输出端耦合后，产生频率随双极性NRZ信号变化，幅度随曼彻斯特信号变化的信号，即为FSK/ASK信号。
图3所示，是实施例提供的光学调制模块的原理示意图；该图包括了光信号在双平行调制器中各点的频谱和相位示意图，从图中可以看出在双平行调制器中，光信号经过各控制端信号的调制后，所产生的不同的频谱和相位。图3(a)为光信号经过双平行调制器第一控制端调制的频谱和相位；图3(b)为光信号经过双平行调制器第一控制单元和第三控制单元调制的频谱和相位；图3(c)为光信号经过双平行调制器第二控制单元调制的频谱和相位；图3(d)为光信号经过第二控制单元和第三控制单元调制的频谱和相位，图3(e)为双平行调制器输出的光信号的频谱和相位；从该图中可以看出，当FSK为1时，频谱为Fm，FSK为-1时，频谱为-Fm，当ASK信号为1时，此时有频谱为Fm或者-Fm，当ASK为0时，此时光信号功率为0；即说明输出信号为FSK/ASK信号。
图4所示，是本发明与现有技术的对比示意图；其中，图4(a)是现有技术生成FSK/ASK的信号流向示意图；其中激光器产生的光信号进入双平行调制器，在NRZ信号的控制下产生光FSK信号，然后此信号进入光调制器，在MC信号的控制下产生FSK/ASK信号，该FSK/ASK信号经过了两次光调制，需要两个光调制器；图4(b)是实施例提供的光学调制模块生成FSK/ASK的信号流向示意图，仅采用一个双平行调制器，在NRZ信号和MC信号的控制下，即可生成FSK/ASK信号，仅需一个光调制器，进行一次调制。
相比较而言，本发明提供的光学调制模块，仅需要一个双平行调制器即可产生FSK/ASK信号，比现有调制方案少一个调制器，少一次光调制过程，减少了光调制器的个数，简化了系统的结构，提高了集成性，降低了系统的成本；
另一方面，因光学调制器在调制过程中将对光信号产生较大的衰减，现有技术采用多个光调制器将对光信号产生多次衰减，而本发明只采用一个调制器，极大的降低调制模块对光信号的衰减，进而可以产生较大功率的光信号，提高系统的调制性能。
另一方面，由于光调制器易受外部因素的影响，如调制电压的稳定性和外部温度等，因此光信号在调制过程中的稳定性和调制性能会受到干扰，而多次调制将极大的降低调制模块的稳定性和调制性能，因此本模块减少光调制器个数，只采用一个光调制器将提高调制模块的稳定性和调制性能。
下面结合具体实例对本发明进一步说明，实施例采用数据速率为40G/s的曼彻斯特信号和2.5G/s的双极性NRZ信号；实施例中采用的激光器的工作波长为1552.5nm(即193.1THz)，带宽为10MHz，连续激光首先进入双平行调制器进行调制；余弦信号产生的信号频率为40GHz，第一信号发生器产生40Gb/s的曼彻斯特信号，第二信号发生器产生2.5Gb/s的双极性NRZ信号；一路40GHz的余弦信号在90°相位调制器中，在40Gb/s的曼彻斯特信号驱动下，产生相位调制的余弦信号，驱动双平行调制器的第一控制单元；一路余弦信号直接驱动双平行调制器的第二控制单元；40Gb/s的曼彻斯特信号和2.5Gb/s的双极性NRZ信号在乘法器中相乘后，驱动双平行调制器的第三控制单元；激光器输出的光信号经3路控制信号的调制后，在双平行调制器的输出端口产生FSK/ASK信号。FSK信号的速率为2.5Gb/s，ASK信号的速率为40Gb/s，频率分别为193.06THz、193.14THz。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光学调制模块，其特征在于，包括余弦信号发生器(1)、第一信号发生器(2)、第二信号发生器(3)、乘法器(4)、90°相位调制器(5)、激光器(6)和双平行调制器(7)；
所述90°相位调制器(5)的信号输入端连接余弦信号发生器(1)的第一输出端，控制端连接第一信号发生器(2)的第一输出端；
所述乘法器(4)的第一输入端连接第一信号发生器(2)的第二输出端，第二输入端连接第二信号发生器(3)的输出端；
所述双平行调制器(7)的第一控制端连接90°相位调制器(5)的输出端，第二控制端连接余弦信号发生器的第二输出端，第三控制端连接乘法器(4)的输出端，光输入端连接激光器(6)的输出端；双平行调制器(7)的输出端作为光学调制模块的输出端。
2.如权利要求1所述的光学调制模块，其特征在于，所述双平行调制器(7)包括第一控制单元(71)、第二控制单元(72)和第三控制单元(73)；
所述第一控制单元(71)的信号输入端和第二控制单元(72)的信号输入端均与激光器(6)的输出端连接；所述第三控制单元(73)的第一输入端连接第一控制单元(71)的输出端，第二输入端连接第二控制单元(72)的输出端，第三控制单元(73)的输出端作为双平行调制器(7)的输出端；
第一控制单元(71)的控制端作为双平行调制器(7)的第一控制端；第二控制单元(72)的控制端作为双平行调制器(7)的第二控制端；第三控制单元(73)的控制端作为双平行调制器(7)的第三控制端。
3.如权利要求2所述的光学调制模块，其特征在于，工作时，双平行调制器(7)在三路控制信号的调制下，根据激光器(1)产生的连续光波生成FSK/ASK信号；
90°相位调制器(5)在第一信号发生器(2)产生的曼彻斯特信号的调制下，将余弦发生器(1)产生的一路余弦信号调制生成第一路控制信号，作用于双平行调制器(7)的第一控制单元(71)；
余弦发生器(1)产生的另一路余弦信号作为第二路控制信号，作用于双平行调制器(7)的第二控制单元(72)；
乘法器(4)对第一信号发生器(2)产生的曼彻斯特信号与第二信号发生器产生双极性NRZ信号进行相乘处理，生成第三路控制信号，作用于双平行调制器(7)的第三控制单元(73)。
4.如权利要求3所述的光学调制模块，其特征在于，在第一路控制信号作用下，所述第一控制单元(71)对激光器产生的连续光波信号进行调制，输出信号EA＝2E(t)J1(π)[exp(iπwmt+π/2*ASK)+exp(-iπwmt-π/2*ASK)]；
其中，E(t)为激光器输出的连续光波信号，wm为余弦信号频率，J1为第一类第一阶贝塞尔函数，ASK为第一信号发生器产生的曼彻斯特信号，t为时间参量，i是虚数。
5.如权利要求4所述的光学调制模块，其特征在于，在第二路控制信号的作用下，所述第二控制单元(72)对激光器产生的连续光波信号进行调制，输出信号EB＝2E(t)J1(π)[exp(iπwmt)+exp(-iπwmt)]。
6.如权利要求5所述的光学调制模块，其特征在于，在第三路控制信号作用下，所述第三控制单元(73)对所述第一控制单元输出的信号EA进行再次调制，获得信号EA′＝EA*exp[i(π+ASK*FSK*π/2)]；
其中，FSK是第二信号发生器产生的双极性NRZ信号。
7.如权利要求6所述的光学调制模块，其特征在于，所述双平行调制器的输出信号E＝EA*exp[i(π+ASK*FSK*π/2)]+EB；
当ASK＝0，E＝0；
当ASK＝1、FSK＝1，E＝2E(t)J1(π)exp[iwmt]；
当ASK＝1、FSK＝-1，E＝2E(t)J1(π)exp[-i(wmt)]。
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