CN107466448B - 光收发器节点中实现的方法以及光收发器节点 - Google Patents

Abstract

第一光收发器节点包括：激光器，用于发射输入光信号；第一分光器，耦合到该激光器，并用于将该输入光信号分离为本振(LO)光信号和未调制光信号；以及接收器，耦合到该第一分光器，并用于：从该第一分光器接收该LO光信号；从第二光收发器节点接收调制光信号，其中该调制光信号为该未调制光信号的调制后版本；并使用该LO光信号来执行该调制光信号的相位噪声消除。

Description

光收发器节点中实现的方法以及光收发器节点

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及使用自零差检测(SHD)和远程调制的光收发。

背景技术

由于高可靠性和大可用带宽，使用光纤作为数字数据传输的介质变得越来越受欢迎。在诸如城域网、接入网和数据中心网络的短距离网络中，流量正在显著增长，并且将可能主导长途网络中的流量。因此，需要为短距离网络设计大容量光收发器。短距离网络可以指具有相对短的传输距离的网络，并且可以没有中继器。长途网络可以指具有数百或数千公里(km)的传输距离的网络，并且可能需要中继器。城域网可指传输距离介于短距离网络和长途网络之间的网络，并且可以有中继器，也可以没有。

电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers，IEEE)正在开发每秒400千兆比特(Gb/s)以太网标准，其使用8个或16个信道实现强度调制和直接检测(intensity modulation and direct detection，IM-DD)。然而，对于达到每秒1百万兆比特(Tb/s)和更高的数据速率的需要，IM-DD需要的信道数量将是不现实的。

发明内容

在一个实施例中，本公开包括一种第一光收发器节点，包括：激光器，用于发射输入光信号；第一分光器，耦合到所述激光器并且用于将所述输入光信号分离为本振(localoscillator，LO)光信号和未调制光信号；以及接收器，耦合到所述第一分光器，并用于：从所述第一分光器接收所述LO光信号；从第二光收发器节点接收调制光信号，其中所述调制光信号是所述未调制光信号的调制后版本；以及使用所述LO光信号来执行所述调制光信号的相位噪声消除。在一些实施例中，所述第一光收发器还包括第一端口，所述第一端口耦合到所述第一分光器，并用于：从所述第一分光器接收所述未调制光信号；以及将所述未调制光信号发送到所述第二光收发器节点；所述第一光收发器节点还包括第二端口，所述第二端口耦合到所述接收器，并用于：从所述第二光收发器节点接收所述调制光信号；以及将所述调制光信号传递到所述接收器；所述第一光收发器节点还包括：耦合到所述第一分光器的第二分光器；以及耦合到所述第二分光器的端口；所述第二分光器用于：从所述第一分光器接收所述未调制光信号；将所述未调制光信号传递到所述端口；从所述端口接收所述调制光信号；以及将所述调制光信号传递到所述接收器；所述端口用于：从所述第二分光器接收所述未调制光信号；将所述未调制光信号发送到所述第二光收发器节点；从所述第二光收发器节点接收所述调制光信号；以及将所述调制光信号传递到所述第二分光器。所述激光器和所述接收器被共同配置用于使用远程调制以实现自零差检测(self-homodynedetection，SHD)；所述激光器为线宽大于100千赫兹(kHz)的非制冷分布反馈(distributedfeedback，DFB)激光器。

在另一实施例中，本公开包括一种第一光收发器节点，包括：第一端口，用于：将第一未调制光信号发送到第二光收发器节点，其中所述第一未调制光信号为第一波长；以及从所述第二光收发器节点接收第一调制光信号，其中所述第一调制光信号为所述第一波长，并且为所述第一未调制光信号的调制后版本；以及第二端口，用于：从所述第二光收发器节点接收第二未调制光信号，其中所述第二未调制光信号为第二波长；以及从所述第二光收发器节点发送第二调制光信号，其中所述第二调制光信号为所述第二波长，并且为所述第二未调制光信号的调制后版本。在一些实施例中，所述第一光收发器节点还包括：激光器，用于发射输入光信号，其中所述输入光信号为所述第一波长；以及第一分光器，耦合到所述激光器，并用于将所述输入光信号分离为第一本振(LO)光信号和所述第一未调制光信号，其中所述第一LO光信号和所述第一未调制光信号为所述第一波长；所述第一光收发器节点还包括第二分光器，所述第二分光器耦合到所述第一分光器和所述第一端口，并用于将所述第一未调制光信号传递到所述第一端口；所述第一光收发器节点还包括接收器，所述接收器被配置用于：从所述第一分光器接收第一LO光信号；从所述第二分光器接收第一调制光信号；以及使用所述第一LO光信号执行所述第一调制光信号的相位噪声消除；所述第一光收发器节点还包括耦合到所述第二端口的分光器，并且所述分光器用于：从所述第二端口接收所述第二未调制光信号；接收所述第二调制光信号；以及将所述第二调制光信号传递到所述第二端口；所述第一光收发器节点还包括调制器，所述调制器用于：从所述分光器接收所述第二未调制光信号；接收电数据信号；使用基于所述电数据信号的振幅信息和相位信息来调制所述第二未调制光信号以所述产生第二调制光信号；以及将所述第二调制光信号传递到所述分光器；所述第一光收发器节点用于通过经由所述第一端口接收所述第一调制光信号，以及经由所述第二端口接收所述第二调制光信号，来降低所述第一调制光信号和所述第二调制光信号之间的宽带背向反射干涉噪声。

在还一个实施例中，本公开包括一种在第一光收发器节点中实现的方法，所述方法包括：发射某波长的第一输入光；将所述第一输入光分为第一未调制光信号和第一本振(LO)光信号，其中所述第一未调制光信号和所述第一LO光信号为在所述波长；调制所述第一未调制光信号，以产生所述波长的第一调制光信号；以及将所述第一LO光信号和所述第一调制光信号发送到第二光收发器节点，用于在所述第二光收发器节点处的自零差检测(SHD)。在一些实施例中，所述的方法还包括：发射所述波长的第二输入光；将所述第二输入光分离为第二LO光信号和第二未调制光信号，其中所述第二LO光信号和所述第二未调制光信号为所述波长；将所述第二未调制光信号发送到第二光收发器节点；从所述第二光收发器节点接收第二调制光信号，其中所述第二调制光信号是所述波长的所述第二未调制光信号的调制后版本；以及使用所述第二LO光信号和所述第二调制光信号执行SHD；所述方法还包括：使用所述第二LO光信号执行所述第二调制光信号的相干检测，以确定模拟检测信号的振幅信息；处理所述模拟检测信号；以及将所述模拟检测信号转换为数字检测信号；所述发送所述第一调制光信号包括使用第一介质发送所述第一调制光信号，并且其中所述接收所述第二调制光信号包括使用第二介质接收所述第二调制光信号；所述方法还包括为所述第一光收发器节点和所述第二光收发器节点提供集中式光源。

通过以下结合附图和权利要求的详细描述，将更清楚地理解这些和其他特征。

附图说明

为了更全面地理解本公开，现在结合附图和详细描述进行下述简要说明，其中相同或相似的附图标记表示相同或相似的部分。

图1为根据本公开实施例的光通信系统的示意图。

图2为根据本公开实施例的另一光通信系统的示意图。

图3为根据本公开实施例的又一光通信系统的示意图。

图4为根据本公开实施例的再一光通信系统的示意图。

图5为实验设置的示意图。

图6为图5设置使用不同的激光器和检测方案时的比特误码率(bit error rates，BER)的曲线图。

图7为另一实验设置的示意图。

图8为图7设置的背向反射干涉噪声的快速傅立叶变换(fast Fouriertransform，FFT)频谱图。

图9示出了根据本公开实施例的SHD和远程调制的方法的流程图。

图10为根据本公开实施例的网络设备的示意图。

具体实施方式

首先应当理解，尽管下面提供了一个或多个实施例的说明性实施方式，但是可以使用任何数量的技术来实现本公开的系统和/或方法，无论该技术当前是否已知或存在。本公开不应限于下面说明的说明性实施方式、附图和技术，包括本文示出和描述的示例性设计和实施方式，而是可以在所附权利要求的范围以及其等同物的全部范围内进行修改。

本文公开了改进的光收发器的实施例。该收发器实现SHD和远程调制。SHD意味着发射器从同一激光器发送本振(local oscillator，LO)光信号和调制光信号，并且当LO光信号和调制光信号之间的光程差足够小时，接收器使用该LO光信号来对调制光信号执行相位噪声消除。SHD省却了对更昂贵的窄线宽激光器的需要，特别是当使用对相位噪声和光谱效率敏感的高阶调制形式时对更昂贵的窄线宽激光器的需要。SHD还消除了对频偏跟踪的需要，从而简化了数字信号处理(digital signal processing，DSP)，并降低了功耗。远程调制意味着具有接收器的第一节点从具有调制器的第二节点接收调制光信号。换句话说，该调制远离第一个节点发生。远程调制简化了收发器节点的设计。最后，本公开的实施例通过消除或显著降低宽带背向反射干扰噪声来实现单波长双向操作，提高了设计灵活性、简化了网络管理并降低库存成本，而且消除了窄带背向反射干扰噪声。

图1为根据本公开实施例的光通信系统100的示意图。系统100通常包括彼此经由LO光纤123和信号光纤125耦合的节点103和节点127。从节点103到节点127的第一方向被称为下行方向或下行链路方向，并且将从节点127到节点103的第二方向称为上行方向或上行链路方向。在一些示例中，节点103、127可以构成短距离光网络。

节点103包括激光器105、接口集成电路(integrated circuit，IC)107、模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)和DSP 110、分光器113、接收器115、LO端口117和信号端口120。激光器105为提供波长为λ的连续波(continuous wave，CW)光的任何激光器。该波长λ可以在从大约1,260纳米(nm)到大约1,360nm的O波段中，或者在从大约1,530nm到大约1,625nm的C/L波段。激光器105是没有温度控制或其他波长控制的分布反馈(distributed feedback，DFB)激光器。在这种情况下，激光器105可以被称为非制冷激光器，并且可以具有大于100千赫兹(kHz)甚至高达1兆赫(MHz)或更高的线宽。或者，激光器105为窄线宽外腔激光器(external cavity laser，ECL)。节点103不需要包括附加的激光器。

接口IC 107处理来自ADC和DSP 110的数字检测信号。该ADC和DSP 110包括相干DSP。因为LO光信号和调制光信号的相位噪声由于SHD而彼此抵消，所以DSP可以具有简化的相位跟踪。ADC和DSP 110从接收器115接收模拟检测信号、处理该模拟检测信号、将该模拟检测信号转换为数字检测信号、并将数字检测信号发送到接口IC 107进行进一步处理。

分光器113将从激光器105传播而来的输入光信号分离为LO光信号和未调制光信号，将LO光信号传递到接收器115，并将未调制光信号传递到LO端口117。分光器113可以是3分贝(dB)分光器或分路器，并且因此可以均匀地分割该输入光信号，使得50％的输入光信号形成LO光信号，并且50％的输入光信号形成未调制光信号。或者，基于系统100的配置，将分割百分比优化为不同的百分比。

接收器115是相干接收器，并且可以是集成相干接收器(integrated coherentreceiver，ICR)。集成意味着所有光电子元件都集成到单个封装中。相干意味着接收器115会还原出振幅信息和相位信息。LO端口117耦合到LO光纤123。信号端口120耦合到信号光纤125。

LO光纤123将LO光信号从节点103下行传送到节点127。信号光纤125将调制光信号从节点127上行传送到节点103。LO光纤123和信号光纤125可以是用于短距离网络的任何适当距离。

节点127包括LO端口130、信号端口133、调制器135和接口IC 137。LO端口130耦合到LO光纤123上。信号端口133耦合到信号光纤125上。

系统100可以称为单向系统。在本文中，单向意味着调制光信号仅在一个方向上传播，要么下行要么上行。在系统100中，该方向是上行。相比之下，双向意味着调制光信号在两个方向传播，即下行和上行。

调制器135为偏振复用同相和正交(in-phase and quadrature，IQ)调制器。调制器135使用振幅信息和相位信息来调制未调制光信号，例如使用高阶正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)，基于来自接口IC 137的电数据信号以产生波长为λ的调制光信号。调制器135也可以使用任何其他合适的调制格式。接口IC 137向调制器135提供电数据信号。

在操作中，激光器105将波长为λ的输入光信号发射到分光器113。分光器113将输入光信号分为LO光信号和未调制光信号，两者都具有λ的波长。分光器113将未调制光信号传递到LO端口117再传向LO光纤123，并且将LO光信号传递到接收器115。调制器135从LO光纤123和LO端口130接收未调制光信号，并且从接口IC 137接收电数据信号。调制器135使用基于电数据信号的振幅信息和相位信息来调制未调制光信号，以产生调制光信号，然后将该波长为λ的调制光信号传递到信号端口133再传向信号光纤125。

接收器115从分光器113接收LO光信号，并从信号光纤125和信号端口120接收调制光信号。接收器115使用LO光信号执行调制光信号的相干检测以确定模拟检测信号。具体地，接收器115从由LO光信号和调制光信号组成的混合信号中检测出振幅信息。接收器115将模拟检测信号传递到ADC和DSP 110的ADC部分，该部分将模拟检测信号转换为数字检测信号。ADC和DSP 110的DSP部分处理数字检测信号，以获得振幅信息和相位信息作为还原出的数据。ADC和DSP110将还原出的数据发送到接口IC 107以进行进一步处理。

图2为根据本公开实施例的另一光通信系统200的示意图。系统200类似于系统100。然而，与使用两个光纤，即LO光纤123和信号光纤125，的系统100不同的是，系统200使用单个信号光纤，LO和信号光纤223。系统200通常包括彼此通过LO和信号光纤223耦合的节点203和节点225。从节点203到节点225的第一方向被称为下行方向，并且从节点225到节点203的第二方向被称为上行方向。系统200是单向系统，因为像系统100一样，调制光信号仅在一个方向上传播，即下行方向。节点203、225可以构成短距离光网络。

节点203包括激光器205、接口IC 207、ADC和DSP 210、分光器213和接收器217，其分别类似于图1中的激光器105、接口IC 107、ADC和DSP 110、分光器113和接收器115。附加的，节点203包括分光器215和LO和信号端口220。分光器215将未调制光信号从分光器213传递到LO和信号端口220，再传向LO和信号光纤223。LO和信号端口220耦合到LO和信号光纤223。

LO和信号光纤223将节点203的LO光信号下行传送到节点225。LO和信号光纤223还将调制光信号从节点225上行传送到节点203。LO和信号光纤223可以是用于短距离网络的任何合适的距离。

节点225包括调制器233和接口IC 235，其分别类似于图1中的调制器135和接口IC137。附加的，节点225包括LO和信号端口227以及分光器230。LO和信号端口227耦合到LO和信号光纤223。分光器230将未调制光信号从LO和信号端口227传递到调制器233，并将调制光信号从调制器233传递到LO和信号端口227。为了减少插入损耗，光环形器可以取代分光器215、230。附加的，反射式调制器可以取代分光器230和调制器233。

在操作中，激光器205将波长为λ的输入光信号发射到分光器213。分光器213将输入光信号分为LO光信号和未调制光信号，两者都具有λ的波长。分光器213将未调制光信号传递到分光器215，并将LO光信号传递到接收器217。分光器215将未调制光信号传递到LO和信号端口220，再传向LO和信号光纤223。分光器230将来自LO和信号光纤223以及LO和信号端口227的未调制光信号传递到调制器233。调制器233从分光器230接收未调制光信号，并从接口IC 235接收电数据信号。调制器233同时使用基于电数据信号的振幅信息和相位信息来调制该未调制光信号，以产生调制光信号，然后将该调制光信号传递到分光器230。分光器230将该调制光信号传递到LO和信号端口227，再传向LO和信号光纤223。

分光器215从LO和信号光纤223以及LO和信号端口220接收调制光信号，并将该调制光信号传递到接收器217。接收器217从分光器213接收LO光信号，并从分光器215接收调制光信号。接收器217使用该LO光信号来对该调制光信号执行相干检测，以确定模拟检测信号。具体地，接收器217从由LO光信号和调制光信号组成的混合信号中检测振幅信息。接收器217将模拟检测信号传递到ADC和DSP 210的ADC部分，该部分将模拟检测信号转换成数字检测信号。ADC和DSP 210的DSP部分处理数字检测信号以获得振幅信息和相位信息作为还原出的数据。ADC和DSP 210将还原出的数据发送到接口IC 207以进行进一步处理。

与典型的收发器节点相比，节点203、225被简化了。具体地，节点203、225不需要激光器、ICR或用于ICR的DSP。消除这些组件可显著降低功耗。这对于具有有限的功率预算的远程节点或运行于恶劣环境中的远程节点尤其有用。

图3为根据本公开实施例的又一光通信系统300的示意图。系统300通常包括彼此经由LO和信号光纤333、335耦合的节点303和节点337。将从节点303到节点337的第一方向称为下行方向，并且将从第将节点337到向节点303的第二方向称为上行方向。系统300是双向系统，因为不同于系统100、200，调制光信号在两个方向上传播，即下行和上行。节点303、337可以构成短距离光网络。

节点303包括激光器305、接口IC 307、调制器310、ADC和DSP 313以及接收器325，其分别类似于激光器105、接口IC 107、调制器135、ADC和DSP110以及接收器115。附加的，节点303包括分光器315、317、320以及LO和信号端口327、330。分光器315将波长为λ₂的未调制光信号传递到调制器310，并将波长为λ₂的调制光信号传递到LO和信号端口330。分光器317将来自激光器305的输入光信号分离为波长为λ₁的LO光信号和波长为λ₁的未调制光信号，将波长λ₁的LO光信号传递到接收器325，并将波长为λ₁的未调制光信号传递到分光器320。分光器320将波长为λ₁的未调制光信号传递到LO和信号端口327，并将波长为λ₁的调制光信号传递到接收器325。LO和信号端口327将波长为λ₁的未调制光信号传递到LO和信号光纤333，并将波长为λ₁的调制光信号传递到分光器320。LO和信号端口330将波长为λ₂的未调制光信号传递到分光器315，并将波长λ₂的调制光信号传递到LO和信号光纤335。

LO和信号光纤333将波长为λ₁的LO光信号从节点303传递到节点337，并将波长为λ₁的调制光信号从节点337传递到节点303。LO和信号光纤335将波长为λ₂的LO光信号从节点337传递到节点303，并将波长为λ₂的调制光信号从节点303传递到节点337。LO和信号光纤333、335可以是用于短距离网络的任何合适的距离。

节点337包括接收器350、调制器355、ADC和DSP 357、激光器360和接口IC 363，其分别类似于接收器115、调制器135、ADC和DSP 110、激光器105和接口IC 107。附加的，节点337包括LO和信号端口327、330，以及分光器345、347、353。LO和信号端口340将波长为λ₁的调制光信号传递到LO和信号光纤333，并将波长为λ₁的未调制光信号传递到分光器353。LO和信号端口343将波长为λ₂的调制光信号传递到分光器345，并将波长为λ₂的未调制光信号传递到LO和信号光纤335。分光器345将波长为λ₂的LO光信号传递到LO和信号端口343，并将波长为λ₂的调制光信号传递到接收器350。分光器347将来自激光器360的输入光信号分离为波长为λ₂的LO光信号和波长为λ₂的未调制光信号，将波长为λ₂的LO光信号传递到接收器350，并将波长为λ₂的未调制光信号传递到分光器345。分光器353将波长为λ₁的未调制光信号传递到调制器355，并将波长为λ₁的调制光信号传递到LO和信号端口340。

在第一操作中，激光器305向分光器317发射波长为λ₁的输入光信号。分光器317将输入光信号分离为LO光信号和未调制光信号，两者波长均为λ₁。分光器317将波长为λ₁的未调制光信号传递到分光器320，并将波长为λ₁的LO光信号传递到接收器325。分光器320将波长为λ₁的未调制光信号传递到LO和信号端口327，再传向LO和信号光纤333。分光器353从LO和信号光纤333以及LO和信号端口340接收波长为λ₁的未调制光信号，并将波长为λ₁的未调制光信号传递到调制器355。调制器355从分光器353接收波长为λ₁的未调制光信号，并从接口IC 363接收电数据信号。调制器355使用基于该电数据信号的振幅信息和相位信息，对该波长为λ₁的未调制光信号进行调制，以产生调制光信号，然后将波长为λ₁的调制光信号传递到分光器353。分光器353将波长为λ₁的调制光信号传递到LO和信号端口340，再传向LO和信号光纤333。

分光器320从LO和信号光纤333以及LO和信号端口327接收波长为λ₁的调制光信号，并将波长为λ₁的调制光信号传递到接收器325。接收器325从分光器317接收波长为λ₁的LO光信号，并从分光器320接收波长为λ₁的调制光信号。接收器325使用波长为λ₁的LO光信号对波长为λ₁的调制光信号进行相干检测以确定模拟检测信号。具体地，接收器325从由LO光信号和调制光信号构成的混合信号中检测出振幅信息。接收器325将模拟检测信号传递到ADC和DSP 313的ADC部分，该部分将模拟检测信号转换成数字检测信号。ADC和DSP 313的DSP部分处理数字检测信号，以获得振幅信息和相位信息作为还原出的数据。ADC和DSP 313将该还原出的数据发送到接口IC 307以进行进一步处理。

在第二操作中，激光器360向分光器347发射波长为λ₂的输入光信号。分光器347将输入光信号分离为LO光信号和未调制光信号，两者的波长均为λ₂。分光器347将波长为λ₂的未调制光信号传递到分光器345，并将波长为λ₂的LO光信号传递到接收器350。分光器345将波长为λ₂的未调制光信号传递到LO和信号端口343，再传向LO和信号光纤335。分光器315从LO和信号光纤335以及LO和信号端口330接收波长为λ₂的未调制光信号，并将波长为λ₂的未调制光信号传递到调制器310。调制器310从分光器315接收波长为λ₂的未调制光信号，并从接口IC 307接收电数据信号。调制器310使用基于该电数据信号的振幅信息和相位信息来调制波长为λ₂的未调制光信号，以产生调制光信号，然后将波长为λ₂的调制光信号传送到分光器315。分光器315将波长为λ₂的调制光信号传递到LO和信号端口330，再传向LO和信号光纤335。

分光器345从LO和信号光纤335以及LO和信号端口343接收波长为λ₂的调制光信号，并将经波长为λ₂的调制光信号传递到接收器350。接收器350从分光器347接收波长为λ₂的LO光信号，并从分光器345接收波长为λ₂的调制光信号。接收器350使用波长为λ₂的LO光信号对波长为λ₂的调制光信号执行相干检测，以确定模拟检测信号。具体地，接收器350从由LO光信号和调制光信号组成的混合信号中检测出振幅信息。接收器350将模拟检测信号传递到ADC和DSP 357的ADC部分，该部分将模拟检测信号转换为数字检测信号。ADC和DSP 357的DSP部分处理该数字检测信号，以获得振幅信息和相位信息作为还原出的数据。ADC和DSP357将还原出的数据发送到接口IC 363以进一步处理。

如两个示例所示，波长为λ₁的LO光信号和波长为λ₁的调制光信号仅在LO和信号光纤333中传播，而波长为λ₂的LO光信号和波长为λ₂的调制光信号仅在LO和信号光纤335中传播。因此，两个调制光信号不在同一介质中传播和相互干扰。这就消除了或显著降低了在两个调制光信号之间发生的宽带背向反射干扰噪声。因此，激光器305、360可以发射相同波长为或不同波长的光信号，这提高了设计的灵活性，简化了网络管理，并降低了库存成本。

尽管系统300消除或显著降低了宽带反射干扰噪声，但是系统300可能会遇到其他窄带噪声。首先，LO光信号不仅与调制光信号相争(beat)，而且由于来自LO和信号光纤333、335中的连接器的背向反射，还会与其自身相争。窄带背向反射噪声的带宽通常低于100kHz，其主要取决于LO光信号和调制光信号的偏振旋转速度。其次，激光器305、360的跳模效应会带来带宽低于1兆赫兹(MHz)的窄带强度噪声。接收器325、350可以通过在模拟域中包含低速的电感、电阻、电容(LRC)电路或在数字域中使用DSP来消除或显著地减少这两种类型的噪声。

图4为根据本公开实施例的又一光通信系统400的示意图。系统400通常包括彼此经由LO和信号光纤433以及信号光纤435耦合的节点403和节点437。从节点403到节点437的第一方向被称为下行方向，并且将从节点437到节点403的第二方向称为上行方向。系统400为双向系统，因为像系统300一样，调制光信号在两个方向传播，即下行和上行。然而，与系统300不同的是，系统400仅包括单个激光器，即激光器405。节点403、437可组成短距离光网络。

节点403包括激光器405、接口IC 407、调制器413、ADC和DSP 415以及接收器425，其分别类似于激光器105、接口IC 107、调制器135、ADC DSP110以及接收器115。激光器405为系统400中唯一的光信号源，并且因此激光器405为节点403和节点437均提供集中式光源。附加的，节点403包括分光器410、417、420，LO和信号端口427，以及信号端口430。

LO和信号光纤433将波长为λ的LO光信号从节点403的传送到节点437，并将波长为λ的调制光信号从节点437传送到节点403。信号光纤435将波长为λ的调制光信号从节点403传送到节点437。LO和信号光纤433以及信号光纤435可以是适宜于短距离网络的任何距离。

节点437包括接收器450、调制器453、ADC和DSP 455以及接口IC 457，其分别类似于接收器115、调制器135、ADC和DSP 110以及接口IC 107。节点437不包括激光器。附加的，节点437包括LO和信号端口440、信号端口443以及分光器445、447。为了减少插入损耗，光环行器可以取代分光器420、447。附加的，反射式调制器可以取代分光器447和调制器453。

在第一示例中，激光器405将波长为λ的输入光信号发射到分光器410。分光器410将输入光信号分离为LO光信号和未调制光信号，两者的波长均为λ。分光器410将波长λ的未调制光信号传递到调制器413，并将波长为λ的LO光信号传递到分光器417。调制器413从分光器410接收波长为λ的未调制光信号，并从接口IC 407接收电数据信号。调制器413使用基于电数据信号的振幅信息和相位信息来调制波长为λ的未调制光信号以产生调制光信号，然后将波长为λ的调制光信号传递到信号端口430，再传向信号光纤435。分光器417将波长为λ的LO光信号传递到分光器420。分光器420将波长为λ的LO光信号传递到LO和信号端口427，再传向LO和信号光纤433。

分光器445从LO和信号光纤433以及LO和信号端口440接收波长为λ的LO光信号，并将波长为λ的LO光信号传递到接收器450。接收器450从分光器445接收波长为λ的LO光信号，并从信号光纤435和信号端口443接收波长为λ的调制光信号。接收器450使用波长为λ的LO光信号执行波长为λ的调制光信号的相干检测，以确定模拟检测信号。具体地，接收器450从由LO光信号和调制光信号组成的混合信号中检测出振幅信息。接收器450将模拟检测信号传递到ADC和DSP455的ADC部分，该部分将模拟检测信号转换为数字检测信号。ADC和DSP455的DSP部分对数字检测信号进行处理以获得振幅信息和相位信息作为还原出的数据。ADC和DSP 455将还原出的数据发送到接口IC457以进行进一步处理。

在第二操作中，激光器405将波长为λ的输入光信号发射到分光器410。分光器410将输入光信号传递到分光器417。分光器417将输入光信号分离为LO光信号和未调制光信号，两者波长均为λ。分光器417将波长为λ的LO光信号传递到接收器425，并将波长为λ的未调制光信号传递到调制器分光器420。分光器420将波长为λ的未调制光信号传递到LO和信号端口427，再传向LO和信号光纤433。分光器445从LO和信号光纤433和LO和信号端口440接收波长为λ的未调制光信号，并将波长为λ的该未调制光信号传递到分光器447。分光器447将波长为λ的未调制光信号传递到调制器453。调制器453从分光器447接收波长为λ的未调制光信号，并从接口IC 457接收电数据信号。调制器453使用基于电数据信号的振幅信息和相位信息调制该未调制光信号，以产生调制光信号，然后将波长为λ的调制光信号传递到分光器447。分光器447将波长为λ的调制光信号传递到分光器445。分光器445将波长为λ的调制光信号传递到LO和信号端口440，再传向LO和信号光纤433。

分光器420接收来自LO和信号光纤433以及LO和信号端口427的波长为λ的调制光信号，并将波长为λ的调制光信号传递到接收器425。接收器425从分光器420接收波长为λ的调制光信号并从分光器417接收波长为λ的LO光信号。接收器425使用波长为λ的LO光信号对波长为λ的调制光信号执行相干检测，以确定模拟检测信号。具体地，接收器425从由LO光信号和调制光信号组成的混合信号中检测出振幅信息。接收器425将模拟检测信号传递到ADC和DSP 415的ADC部分，该部分将模拟检测信号转换为数字检测信号。ADC和DSP 415的DSP部分对数字检测信号进行处理，以获得振幅信息和相位信息作为还原出的数据。ADC和DSP415将还原出的数据发送到接口IC 407以进行进一步处理。

如图所示，激光器405为系统400的唯一光信号源。激光器405同时为节点403和节点437提供LO光信号和未调制光信号。这提高了设计的灵活性、简化了网络管理并降低了库存成本。

节点103、127、203、225、303、337、403、437可以被称为光节点、光收发器或光收发器节点。节点103、203、303、403还可以被称为主节点。它们可以位于中心局(centraloffice，CO)、光线路终端(optical line terminal，OLT)、前端或其他合适的位置或装置中。节点127、225、337、437还可以被称为远程节点。它们可以位于光网络单元(opticalnetwork unit，ONU)、光网络终端(optical network terminal，ONT)、移动前端网络中的远程无线电头端(remote radio head，RRH)或其他合适的位置或装置中。

图5为实验设置500的示意图。设置500用于对上述系统100、200、300、400进行建模以提供下述的性能度量。设置500包括激光器505、分光器510、LO光纤515、调制器520、数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)和驱动器525、衰减器530、信号光纤540、接收器545和数字存储示波器(digital store oscilloscope，DSO)以及线下处理器(offlineprocessor)550。

激光器505是线宽为1.5MHz的非制冷DFB激光器。激光器505以8.5分贝毫瓦(dBm)的功率发射输入光信号。分光器510从激光器505接收输入光信号，并将该输入光信号分离为LO光信号和未调制光信号，将LO光信号传递到设置500的上方路径，并将未调制光信号传递到设置500的下方路径。该上方路径包括LO光纤515，并且该下方路径包括调制器520、DAC和驱动器525、衰减器530和信号光纤540。

DAC和驱动器525包括具有四通道和56千兆赫(GHz)采样率的DAC以生成高速电数据信号。DAC和驱动器425的DAC部分将约215个伪随机二进制序列(pseudorandom binarysequences，PRBS)映射到28千兆波特(Gbaud)双极16阶QAM(16-QAM)上，并且在将信号传递到调制器520之前，DAC和驱动器425的驱动器部分对信号进行放大。调制器520使用基于电数据信号的振幅信息和相位信息，为该波长的未调制光信号进行调制，以产生调制光信号，然后将调制光信号传递到衰减器530。衰减器530调整调制光信号的功率，使得DSO和线下处理器550可以测量接收器545的灵敏度。

接收器545从LO光纤515接收LO光信号，并从信号光纤540接收调制光信号。接收器545使用LO光信号执行调制光信号的相干检测，以确定模拟检测信号。具体地，接收器545从由LO光信号和调制光信号组成的混合信号中检测出振幅信息。接收器545将模拟检测信号传递到DSO和线下处理器550中。DSO和线下处理器550的DSO部分将模拟检测信号转换为数字检测信号。DSO和线下处理器550的线下处理器部分从数字检测信号中还原出振幅信息和相位信息。

图6是图5中设置500使用不同的激光器和检测方案时的BER的曲线图600。x轴表示由接收器545接收的信号以dBm为单位的功率，并且y轴表示常数单位或任意单位的BER。其中标方块、x、菱形、三角、竖线和圆圈的曲线分别来自使用DFB激光器作为激光器505、使用SHD、以及插入5km、40km、60km、80km、100km和140km的路径延迟。标星号的曲线来自使用ECL激光器、使用内差检测、以及不插入任何路径延迟。在本文中，内差检测意味着LO光信号和未调制光信号各自使用单独的激光器。如图所示，DFB激光器的曲线显示出几乎相同的性能。换句话说，未制冷DFB激光器加SHD的方式对路径延迟的容忍度非常高。DFB激光器的曲线还在所有路径延迟下都显示了在2e^-4的BER下-29.8dBm的功率。与ECL的曲线相比，DFB激光器的曲线表明，当使用SHD时，DFB激光器仅引入了大约0.6dBm的功率罚值。

图7为另一实验设置700的示意图。如上所述，LO光信号的一小部分可以导致窄带背向反射干扰噪声。设置700表征窄带背向反射干扰噪声。本设置包括激光器710、保偏(polarization-maintaining，PM)耦合器720、上方路径730、耦合器740、光纤跳线750、套圈式连接器/倾角物理接触(ferrule connector/angled physical contact，FC/APC)760、下方路径770、接收器780以及DSO和线下处理器790。激光器710为没有温度控制的DFB激光器，并且PM耦合器720为3dB PM耦合器。

激光器710发射输入光信号。PM耦合器720接收输入的光信号，将该输入光信号分离为第一光信号和第二光信号，将该第一光信号传递到耦合器740，并将第二光信号传递到下方路径770，再传向接收器780。第二光信号为LO光信号。耦合器740将第一光信号分离为第三光信号和第四光信号，并将第三光信号和第四光信号传递到光纤跳线750。因为FC/APC适配器760终止光纤跳线750，因此来自FC/APC适配器760的反射背向传播到耦合器740。耦合器740将该反射合并为第五光信号，然后将第五光信号传递到上方路径730，再传向接收器780。第五光信号表示窄带背向反射干扰噪声。

接收器780从上方路径730接收第五光信号，并从下方路径770接收LO光信号。接收器780使用LO光信号对第五光信号执行相干检测以确定模拟检测信号。具体地，接收器780从由LO光信号和第五光信号组成的混合信号中检测出振幅信息。接收器780将模拟检测信号传递到DSO和线下处理器780。DSO和线下处理器780的DSO部分将模拟检测信号转换为数字检测信号。DSO和线下处理器的线下处理器部分从数字检测信号中还原出振幅信息和相位信息。

图8为图7中设置700的噪声的FFT频谱的曲线图800。x轴表示以MHz为单位的频率，并且y轴表示任意单位。如图所示，光谱包括中心峰和该中心峰的两个旁瓣。中心峰的线宽约为10kHz。中心峰是由于低速效应引起的，如极化旋转和温度变化。旁瓣可以是由于来自跳模的振幅波动引起的。噪声的总带宽约为1MHz，这可以通过模拟域中的LRC电路或在数字域中使用DSP来消除或显著降低。

图9示出了根据本公开实施例的SHD和远程调制的方法900的流程图。系统400中的节点403可以在任何合适的时间实现方法900。在步骤910，发射某波长的第一输入光。例如，激光器405发射波长为λ的第一输入光。在步骤920，将第一输入光分离为第一未调制光信号和第一LO光信号。第一未调制光信号和第一LO光信号也为该波长。例如，分光器410将输入光分离为第一未调制光信号和第一LO光信号，两者波长均为λ。在步骤930，对该第一未调制光进行调制，以产生该波长下的第一调制光信号。例如，调制器413对第一未调制光信号进行调制，以产生波长为λ的第一调制光信号。最后，在步骤940，将第一LO光信号和第一调制光信号发送到第二光收发器节点，以用于在第二光收发器节点上的SHD。例如，LO和信号端口427将第一LO光信号发送到节点437，并且信号端口430将第一调制光信号发送到节点437。方法900就是前述结合图4描述的第一操作中的引导流量下行的方法。另一种方法就是前述结合图4描述的第二操作中的引导流量上行的方法。

图10为根据本公开实施例的网络设备1000的示意图。设备1000适用于实现上述公开的实施例，例如系统100、200、300、400和设置500、700的组件。设备1000包括：用于接收数据的入口端口1010和接收器单元(Rx)1020；用以处理数据的处理器、逻辑单元或中央处理单元(central processing unit，CPU)1030；用于发送数据的发送单元(Tx)1040和出口端口1050；以及用于存储数据的存储器1060。设备1000还可以包括耦合到入口端口1010、接收器单元1020、发射器单元1040和出口端口1050的光电(optical-to-electrical，OE)组件和电光(electrical-to-optical，EO)组件，用于光信号或电信号的出口或入口。

处理器1030通过硬件、中间件、固件和软件的任何合适的组合来实现。处理器1030可以实现为一个或多个CPU芯片、核心(例如，作为多核处理器)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)和数字信号处理器(digital signal processor，DSP)。处理器1030与入口端口1010、接收器单元1020、发射器单元1040、出口端口1050和存储器1060通信。

存储器1060包括一个或多个磁盘、磁带驱动器和固态驱动器，并且可以用作溢出(over-flow)数据存储设备，以在选定程序执行时存储这些程序，并且存储在程序执行期间读取的指令和数据。存储器1060可以是易失性的和非易失性的，并且可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random-access memory，RAM)、三元内容寻址存储器(ternary content-addressable memory，TCAM)或静态随机存取存储器(staticrandom-access memory，SRAM)。

当在第一组件和第二组件之间除线路、迹线或其他介质之外不存在任何中间组件时，则称第一组件直接耦合到第二组件。当在第一组件和第二组件之间除线路、迹线或其他介质之外还存在中间组件时，则称第一组件间接耦合到第二组件。所谓“耦合”及其派生表达，均包括直接耦合和间接耦合。

除非另有说明，术语“约”的使用旨在包括其后数字的±10％的范围。虽然在本公开中已经提供了几个实施例，但是可以理解，所公开的系统和方法可以由许多其他具体形式来实现，并不会脱离本公开的精神或范围。本示例应被认为是示意性的而非限制性的，并且其意图不限于本文给出的细节。例如，各种元件或组件可以组合或集成在另一系统中，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在各种实施例中作为分立或单独的技术、系统、子系统和方法而描述的，也可以与其他系统、组件、技术或方法组合或集成，并不会脱离本公开的范围。作为彼此耦合或直接耦合或通信的项目而示出或讨论的，也可以通过一些接口、设备或中间组件间接地耦合或通信，无论是电气的、机械的还是其他性质的耦合或通信。本领域技术人员在不脱离本文公开的精神和范围的情况下，可做出改变、替代和另选的其他示例。

Claims (18)

1.一种第一光收发器节点，包括：

激光器，用于发射输入光信号；

第一分光器，耦合到所述激光器，并且用于将所述输入光信号分离为本振LO光信号和未调制光信号；以及

接收器，耦合到所述第一分光器，并且用于：

从所述第一分光器接收所述本振LO光信号；

从第二光收发器节点接收调制光信号，其中所述调制光信号是所述未调制光信号的调制后版本；以及

使用所述本振LO光信号来执行所述调制光信号的相位噪声消除；还包括第一端口，所述第一端口耦合到所述第一分光器，并且用于：

从所述第一分光器接收所述未调制光信号；以及

将所述未调制光信号发送到所述第二光收发器节点。

2.根据权利要求1所述的第一光收发器节点，还包括第二端口，所述第二端口耦合到所述接收器，并且用于：

从所述第二光收发器节点接收所述调制光信号；以及

将所述调制光信号传递到所述接收器。

3.根据权利要求1所述的第一光收发器节点，还包括：

第二分光器，耦合到所述第一分光器；以及

端口，耦合到所述第二分光器。

4.根据权利要求3所述的第一光收发器节点，其中所述第二分光器用于：

从所述第一分光器接收所述未调制光信号；

将所述未调制光信号传递到所述端口；

从所述端口接收所述调制光信号；以及

将所述调制光信号传递到所述接收器。

5.根据权利要求4所述的第一光收发器节点，其中所述端口用于：

从所述第二分光器接收所述未调制光信号；

将所述未调制光信号发送到所述第二光收发器节点；

从所述第二光收发器节点接收所述调制光信号；以及

将所述调制光信号传递到所述第二分光器。

6.根据权利要求1所述的第一光收发器节点，其中所述激光器和所述接收器被共同配置用于使用远程调制以实现自零差检测SHD。

7.根据权利要求1所述的第一光收发器节点，其中所述激光器为线宽大于100千赫兹kHz的非制冷分布反馈DFB的激光器。

8.一种第一光收发器节点，包括：

第一端口，用于：

将第一未调制光信号发送到第二光收发器节点，其中所述第一未调制光信号为第一波长；以及

从所述第二光收发器节点接收第一调制光信号，其中所述第一调制光信号为所述第一波长，并且是所述第一未调制光信号的调制后版本；以及

第二端口，用于：

从所述第二光收发器节点接收第二未调制光信号，其中所述第二未调制光信号为第二波长；以及

向所述第二光收发器节点发送第二调制光信号，其中所述第二调制光信号为所述第二波长，并且是所述第二未调制光信号的调制后版本。

9.根据权利要求8所述的第一光收发器节点，还包括：

激光器，用于发射输入光信号，其中所述输入光信号为所述第一波长；以及

第一分光器，耦合到所述激光器，并且用于将所述输入光信号分离为第一本振LO光信号和所述第一未调制光信号，其中所述第一本振LO光信号和所述第一未调制光信号为所述第一波长。

10.根据权利要求9所述的第一光收发器节点，还包括第二分光器，所述第二分光器耦合到所述第一分光器和所述第一端口，并用于将所述第一未调制光信号传递到所述第一端口。

11.根据权利要求10所述的第一光收发器节点，还包括接收器，所述接收器用于：

从所述第一分光器接收所述第一本振LO光信号；

从所述第二分光器接收所述第一调制光信号；以及

使用所述第一本振LO光信号，对所述第一调制光信号执行相位噪声消除。

12.根据权利要求8所述的第一光收发器节点，还包括分光器，所述分光器耦合到所述第二端口，并且用于：

从所述第二端口接收所述第二未调制光信号；

接收所述第二调制光信号；以及

将所述第二调制光信号传递到所述第二端口。

13.根据权利要求12所述的第一光收发器节点，还包括调制器，所述调制器用于：

从所述分光器接收所述第二未调制光信号；

接收电数据信号；

使用基于所述电数据信号的振幅信息和相位信息来调制所述第二未调制光信号，以产生所述第二调制光信号；以及

将所述第二调制光信号传递到所述分光器。

14.根据权利要求8所述的第一光收发器节点，其中所述第一光收发器节点用于通过经由所述第一端口接收所述第一调制光信号，以及经由所述第二端口接收所述第二调制光信号，来降低所述第一调制光信号以及所述第二调制光信号之间的宽带背向反射干涉噪声。

15.一种在第一光收发器节点中实现的方法，所述方法包括：

发射具有一波长的第一输入光；

将所述第一输入光分离为第一未调制光信号和第一本振LO光信号，其中所述第一未调制光信号以及所述第一本振LO光信号为所述波长；

调制所述第一未调制光信号以产生所述波长的第一调制光信号；以及

将所述第一本振LO光信号以及所述第一调制光信号发送到第二光收发器节点，用于在所述第二光收发器节点处的自零差检测SHD；

还包括：

发射所述波长的第二输入光；

将所述第二输入光分离为第二本振LO光信号和第二未调制光信号，其中所述第二本振LO光信号和所述第二未调制光信号为所述波长；

将所述第二未调制光信号发送到第二光收发器节点；

从所述第二光收发器节点接收第二调制光信号，其中所述第二调制光信号是所述波长的所述第二未调制光信号的调制后版本；以及

使用所述第二本振LO光信号和所述第二调制光信号执行SHD。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

使用所述第二本振LO光信号执行所述第二调制光信号的相干检测，以确定模拟检测信号的振幅信息；

处理所述模拟检测信号；以及

将所述模拟检测信号转换为数字检测信号。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述发送所述第一调制光信号包括使用第一介质发送所述第一调制光信号，并且其中所述接收所述第二调制光信号包括使用第二介质接收所述第二调制光信号。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括为所述第一光收发器节点和所述第二光收发器节点提供集中式光源。

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