CN106170935A - 在电信网络中调制光的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在电信网络中调制光的方法，该方法包括：利用第一强度调制器(1)来调制光的步骤，利用第二强度调制器(2)来调制光的步骤，这两个调制器(1、2)被应用相互的角度定相，该相互的角度定相非正交并且非PI/2可整除。

Description

在电信网络中调制光的方法
技术领域
本发明涉及光电信网络中的光调制。
背景技术
频谱高效的调制格式依赖于利用整个复平面的星座，诸如x-QAM(正交幅度调制)。它们通常使用正交的两个幅度调制、或者利用相位调制和强度调制的组合被生成。为了这样做，马赫曾德尔类型的调制器一般被用于高性能系统。在InP上的单片集成是减少这种复杂发射器的成本、功耗和占用空间的方式。然而，从LiNbO3架构受启发的集成在调制速度、光损耗和功耗的方面显出了一些限制。Inuk Kang提出了一种通过在干涉布置中使用短的电吸收调制器或EAM来生成高级调制格式的新方式，参见[I.Kang，“Phase-shift-keyingand on-off-keying with improved performances using electroabsorptionmodulators with interferometric effects”，《光学快讯》，卷15编号4，第1467–1473页，2007年]。确实，如在C.Kazmierski等人的“12.5GB Operation of a Novel Monolithic1.55μm BPSK Source Based on Prefixed Optical Phase Switching”，OFC 2013，美国Anaheim，论文OW4J8中所示出的，强度调制器(诸如，电吸收调制器)在集成方面提供了一些感兴趣的潜力，其能够导致高比特率、低成本发射器的实现，特别是在包括激光器和调制器时。
一个强度调制器使得能够进行开关键控、强度调制格式。利用DAC(数字模拟转换器)对调制器进行馈送使得能够执行多电平强度调制，但是频谱效率以噪声灵敏度为代价而到来。为了沿着一根轴的正部分和负部分来调制光，需要具有相位差π的两个强度调制器的组合。在这样做时，调制格式(诸如，两电平BPSK-二相相移键控-或者双极多电平PAM-脉冲幅度调制-)能够通过以下操作而被生成：利用DAC来驱动调制器，在对输出求和之前从具有逻辑差分相移π的两个强度调制器来进行幅度调制。对与带前缀的光相位开关相组合的EAM的使用已经被用来生成28-Gb/s的BPSK，参见基于这一原理的C.Kazmierski等人的“56Gb/s PDM-BPSK Experiment with a Novel InP-Monolithic Source Based onPrefixed Optical Phase Switching”，IPRM 2013。
利用相位敏感接收器，BPSK使得能够相对于2电平OOK(开关键控)将噪声灵敏度改进3dB。移动到4电平PAM使频谱效率加倍，但是噪声灵敏度在恒定的符号速率时则被降级7dB。80Gb/s的4-PAM已经在C.Kazmierski等人的“80Gb/s Multi-Level BPSK experimentwith an InPMonolithic Source Based on Prefixed Optical Phase Switching”，IPRM2014中被论证。相比而言，假如有3dB的噪声灵敏度增加，则标准QPSK调制使得能够使频谱效率加倍，但是它通常要求正交的两个幅度(即，正调制和负调制)。为了实现这一种类的利用强度调制器的调制，一种解决方案包括使用四个调制器，一方面针对实轴的调制具有0和π的相移，并且另一方面针对虚轴的调制具有π/2和3π/2的相移。这种性能因此以四个调制器为代价被实现[参见H.Mardoyan等人的“PIC-to-PIC experiment at 130Gb/s Based ona Monolithic Transmitter Using Switching of Prefixed Optical Phases and aMonolithic Coherent Receiver”，Proceedings of OFC 2014，TH5.C.2]。然而，将单个芯片中的被集成设备的数目保持尽可能低，对保持高制造产量因此减少成本以及占用空间是重要的。
一种替换方式将在于使用仅两个强度调制器，具有π/2的相移。作为结果，光在由正x轴和正y轴定界的象限中被调制。每调制器利用两个电平(例如，0和值a)来调制光导致了四符号星座，其可以被称为4正交强度调制(QIM)。该星座对应于将在存在于x≥0和y≥0的象限中被位移的QPSK(正交相移键控)星座。这种解决方案的缺陷是它的低劣性能。利用这种格式，频谱效率与标准QPSK相同或者两倍于BPSK，但是相对于BPSK/QPSK分别具有6dB/3dB的灵敏度惩罚(penalty)。该概念可以容易地扩展到x-QIM解决方案，仍然具有甚至更高的实施惩罚，例如对于16QIM相对于标准QPSK是11.5dB的惩罚，比标准16QAM差4.5dB。
发明内容
本发明的目的是提出一种调制方法和组件，其允许良好的或高的调制效率、相比已知方法和设备较不昂贵、具有减小的占用空间并且能够以大规模工业过程被生产。
这一目的借助于根据权利要求1的方法和根据权利要求8的光调制组件而根据本发明被实现。
附图说明
本发明的其他目的、特征和优点将贯穿于参考附图作出的以下详细描述而出现，在附图中：
-图1描绘了根据本发明的第一实施例的调制组件。
-图2是图示了通过这种调制组件实现的处理的复平面。
-图3a-3c表示根据本发明的实施例的强度调制的示例。
-图4示出了在本发明的实施例中惩罚随着角位移的演化。
-图5是图示了通过根据第二实施例的调制组件实现的处理的复平面。
具体实施方式
这里描述了一种方法，该方法通过使用有限数目的非正交强度调制(通常是两个或三个调制)的组合来生成复平面中的调制格式。调制的两个方向之间的角位移通常能够高于π/2，在7π/12与11π/12之间。特别感兴趣的特定角位移是2π/3。该角的值是重要的，因为它改变了在可能的平均功率与2D星座中的两点间最小距离之间的权衡。调制的特定类型依赖于多电平强度调制与两个一维方向上的规律间隔点的组合，如果我们选取了正交调制，则其将会导致作为QAM星座的部分的QIM星座。
在图1上表示了第一实施例，其存在于电信网络光调制组件中。如在图1上所表示的，第一实施例在于使用两个强度调制器1和2(在其上数据被提供)以及激光器3，并且以如下方式将调制组合：它们的方向从不同于π/2也不同于π的角度θ被位移，在该情况下，作为结果的调制格式将会仅利用复平面中的一个方向。在这种情况中，该处理被限制于调制复平面的一个象限。更一般地，优选的是不同于π/2且非π/2可整除(即，不是被π/2可整除的，即不是π/2的倍数)的角度θ。优选地，以绝对值测量的(即，通过正值测量的)角度优选地被选取在π/2与π之间。绝对值被考虑，该角度能够是正的或负的。
图2示出了强度调制4和5的两个轴、两个方向之间的角度θ、以及复平面的能够利用将这些调制组合而被覆盖的部分6。
一种可能的实施方式涉及类似于马赫曾德尔干涉仪的结构，以便设置调制4和5的两个方向之间的所期望的角度θ。干涉仪的每个臂包括至少一个强度调制器1和2，并且两个臂中的至少一个臂包括一个提供相移的设备。如果信号在马赫曾德尔结构的相长输出端口处被恢复，则第二臂与第一臂之间的相移的差异等于所期望的角度θ，否则等于θ±π。
许多可能性现在可用于将星座点定位在上述区域6内。星座的一个示例包括使用具有在两个强度调制上的规律间隔符号的多电平强度调制。作为结果的星座看起来像沿着一个方向被拉伸的QAM星座的一部分。在图3a-3c上表示了具有不同数目的符号和相移的非正交强度调制(下文称为NQIM)的一些示例，其可以如下地被命名：“角度—Nb符号NQIM”，例如对于4符号星座和2π/3的角度为2π/3-4NQIM。图3a表示2π/3-4NQIM，图3b表示2π/3-64NQIM，图3c表示π/3-16NQIM。
当前系统基于带前缀的光相位切换而利用纯强度调制器的组合来生成二维复平面中的调制格式。
角度θ在性能优化中发挥了作用。确实，理论上，在第一近似中，并且假定是相位敏感接收器，针对调制格式的给定BER(误比特率)的OSNR(光信噪比)灵敏度与如下比率成比例，该比率是平均信号功率与两个星座点间最小距离的平方之间的比率。
例如，使用这种类型的NQIM调制，2π/3的优化角度能够被示出。在这样做时，复平面中的授权区域是复平面的三分之一，并且这一区域的倾斜通过等边三角形而被实现。理论的OSNR惩罚(基于以给定的最小符号间距离的平均功率的演化)这里在图4中针对四符号星座作为角度θ的函数被示出。在惩罚vs角度的曲线中存在三个不同的分区。第一分区10对应于低于π/3的角度。第二分区20对应于π/3与2π/3之间的角度，并且第三分区30对应于高于2π/3的角度，在2π/3处具有最小值。
为了理解该曲线的不同部分，可以回到星座的符号。循着调制的非正交轴，00、10、01、11符号的坐标是(0,0)、(a,0)、(0,a)、(a,a)。当沿着复平面的惯常正交轴投影时，我们分别得到：(0,0)、(a,0)、(acos(θ),a sin(θ))和(a+a cos(θ),a sin(θ))。当增加角度θ时，等于a2+a/2cos(θ)的平均功率总是减少，这趋向于改进灵敏度或减少惩罚。此外，当角度低于π/3时，符号之间的最小距离是符号10与01之间的距离。最小距离从0(当角度为0时)增加到值a(当角度为π/3时)。这还导致了惩罚随着增加角度而减少。在π/3处，最小距离是10与01之间的距离，但也是00与10之间或00与01之间的距离，即等于a。星座则采取具有π/3锐角的菱形或并置的等边三角形的形状。
对于角度包括在π/3与2π/3之间的分区20，最小距离是恒定的并且等于a，即00与10之间或00与01之间的距离。平均功率随着增加角度而减小的唯一影响使得惩罚减小。在等于2π/3的角度处，00与11之间的距离也实现了最小距离a并且星座也采取具有π/3锐角的菱形或并置的等边三角形的形状。对于更高的角度值，最小距离是00与11之间的距离，其在角度朝着π增长时从a减小到0。作为结果，在这个区域中，惩罚增大，而不管平均功率减小。
相比于标准QPSK，2π/3 4NQIM呈现仅1.75dB的惩罚同时仅要求两个强度调制器，这将与使用4QIM(即π/2-4NQIM)的3dB惩罚相比较，或者与利用能够以被位移π的两个调制来实现的4PAM的4dB惩罚相比较。利用更复杂的调制，2π/3的益处关于π/2的角度变得甚至更加重要。利用64个符号，OSNR灵敏度被改进1.9dB。NQIM格式不包含(0,0)点也是一种可能性，(0,0)点通常难以生成和检测。一些其他星座可以被考虑，诸如偏好某个数目的截断环(即，由于角度限制被截断)上的符号的星座。当使用相干接收器时，减少环的数量能够导致检测算法更容易收敛。
根据另一实施例，三个强度调制器被使用。这一实施例使得星座的符号能够在任何地方并且覆盖完全的复平面，类似于利用四个强度调制器的解决方案、或者利用由正交的两个幅度调制器组成的已有IQ(同相和正交)调制器的解决方案。我们在这里依赖于三个调制方向x、y、z。如图5上所表示的，y轴从x轴位移角度θ1并且z轴被位移角度θ2。θ2可能不同于θ1。通过这样做，假如发射器能够每方向生成足够数目的强度电平(例如，256)，则传统星座(诸如x-QAM)也能够被生成。一种特殊布置假定θ1＝θ2＝2π/3。这一设置实际上创建了蜂巢结构，其是最优的。例如，具有强度“a”的三个轴创建了蜂巢结构的规则六边形。利用足够数目的强度级别，能够创建该蜂巢，在其上有可能将符号放置在巢室的中心或交点处。
这些实施例通过优化单个芯片中的组件数目，允许较少的调制器、移相器和简单的MMI(多模式干涉)，同时利用仅强度调制器(可能完全与单频或可调谐激光器集成)来提供高性能，而使得能够设计出成本有效的发射器。
这些实施例提供了利用减少的数目的强度调制器来构建二维复平面中的频谱高效的调制格式的方式。最高性能能够利用以120°角度分离的三个调制器而被实现，而利用强度调制器的最佳已有解决方案要求四个调制器，因此允许附加的能量节省。低成本介质性能解决方案能够利用具有不同于90°的角度的两个调制器而被实现，在四个符号的情况下导致1.25dB的OSNR灵敏度的改进，并且对于64个符号是1.9dB。关于经典QPSK或64QAM的惩罚仅为1.7dB和3.3dB，这将与利用90°角度的非常高的3dB和5.2dB惩罚相比较。
这样的强度调制器有利地与激光器集成以便构成低成本和高比特率的发射器，例如以用于城市应用、短距离应用、或互连应用。
本发明允许从有限数目的强度调制器制造成本有效和频谱高效的发射器，并且对于实现包括与激光器集成的强度调制器的接口也是有利的。

Claims (15)

1.一种在电信网络中调制光的方法，所述方法包括：利用第一支路上的第一强度调制器(1)来调制光的步骤，利用第二支路上的第二强度调制器(2)来调制光的步骤，所述第一支路和所述第二支路彼此平行，所述强度调制器(1、2)被应用相互的角度相移(θ)，所述方法的特征在于，所述相互的角度相移(θ)非正交并且非PI/2可整除。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述相互的角度相移(θ)在绝对值上严格地被包括在PI/2与PI之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述相互的角度相移(θ)在绝对值上被包括在7PI/12与3PI/4之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述相互的角度相移(θ)在绝对值上合理地等于2PI/3。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中它包括利用第三强度调制器来调制光的步骤。
6.根据前一权利要求所述的方法，其中所述第三强度调制器参考所述第一强度调制器(1)被应用角度相移(θ2)，其在绝对值上被包括在7PI/12与3PI/4之间。
7.根据前一权利要求所述的方法，其中所述第三强度调制器参考所述第一强度调制器(1)被应用角度相移(θ2)，其在绝对值上合理地等于2PI/3。
8.一种光调制组件(1、2)，包括第一支路和第二支路，所述第一支路上放置有第一强度调制器(1)，所述第二支路上放置有第二强度调制器(2)，所述第一支路和所述第二支路彼此平行，所述强度调制器(1、2)被应用相互的角度相移(θ)，所述光调制组件(1、2)的特征在于，所述相互的角度相移(θ)非正交并且非PI/2可整除。
9.根据权利要求8所述的光调制组件(1、2)，其中它包括集成电路，所述第一强度调制器和所述第二强度调制器(1、2)被集成在所述集成电路中。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的光调制组件(1、2)，其中所述相互的角度相移(θ)在绝对值上严格地被包括在PI/2与PI之间。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的光调制组件(1、2)，其中所述相互的角度相移(θ)在绝对值上被包括在7PI/12与3PI/4之间。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的光调制组件(1、2)，其中所述相互的角度相移(θ)在绝对值上合理地等于2PI/3。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的光调制组件(1、2)，其中它包括第三强度调制器。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的光调制组件(1、2)，其中它包括激光器组件。
15.一种电信网络，包括根据权利要求8至14中任一项所述的光调制组件(1、2)。
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