CN111917483A - 一种调制格式转换装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种调制格式转换装置，包括：输入系统，设置有两个输入端，用于输入两个设定强度比例的光信号，并将该两个光信号转变为射频信号，同时将该两个射频信号相减、放大后分为多路输出；格式转换系统，与输入系统相连接，用于将输入系统所输出的射频信号进行格式转换，并输出一格式转换后的射频信号；输出系统，与格式转换系统相连，用于将格式转换系统所输出的射频信号调制到光载波之上，转换为光信号输出；光载波系统，分别连接格式转换系统和输出系统，用于发射激光作为该两个系统调制光信号所需的光载波。

Description

一种调制格式转换装置和方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种调制格式转换的装置和方法。

背景技术

随着互联网络和通信网络的不断发展，人们对信息交流的要求越来越高，基于媒体应用的新网络业务不断出现和增长，导致用户对于接入网和主干网的网络带宽需求不断增长，对传输网络带宽提出了更高的要求，促使光纤通信向长距离，高速率和大容量发展。高级调制格式作为增加光通信容量的重要手段一直是人们研究的热点。脉冲幅度调制PAM(Pulse Amplitude Modulation，脉冲幅度调制)相比于其他利用相位信息的高级调制格式具有结构简单成本低的优点，因此PAM是实现短距离高速链路的有效手段之一，包括城域网络，无源光网络和光互联链路。在传统PAM调制格式的传输系统中，发送端需要一个数模转换芯片来产生加载到调制器上的射频信号，这种方案会增加发送端的复杂度和成本。

因此基于以上现有技术存在的问题，亟待研发一种低成本，低复杂度的OOK(On-Off Keying，二进制启闭键控)格式转换为PAM-8(Pulse Amplitude Modulation，8级脉冲幅度调制)的装置和方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出了一种调制格式转换装置和方法，采用光电混合技术，直接在光域上实现了OOK到PAM-8的调制格式转换，没有使用数模/模数转换器等复杂的电子器件，组装简单，降低了系统的复杂度。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种调制格式转换装置，包括：输入系统，设置有两个输入端，用于输入两个设定强度比例的光信号，并将该两个光信号转变为射频信号，同时将该两个射频信号相减、放大后分为多路输出；格式转换系统，与输入系统相连接，用于将输入系统所输出的射频信号进行格式转换，并输出一格式转换后的射频信号；输出系统，与格式转换系统相连，用于将格式转换系统所输出的射频信号调制到光载波之上，转换为光信号输出；光载波系统，分别连接格式转换系统和输出系统，用于发射激光作为该两个系统调制光信号所需的光载波。

在进一步的方案中，所述的输入系统包括：一号平衡探测器，设置有两个输入端，用于接收两个设定强度比例的光信号，并将该两个光信号转变为射频信号，同时将该两个射频信号相减后输出；一号射频放大器，与一号平衡探测器相连，用于将一号平衡探测器所输出的射频信号放大至设定强度；功分器，一端与一号射频放大器相连，另一端分别于所述的格式转换系统的两个输入端相连，用于将一号射频放大器所输出的射频信号分为多路输入至格式转换系统。

在进一步的方案中，所述的格式转换系统包括：电可调衰减器，与所述的功分器连接，用于将输入的射频信号的强度按设定比例进行衰减；两个强度调制器，分别为一号强度调制器和二号强度调制器，其中一号强度调制器与所述电可调衰减器相连，用于将其衰减后的射频信号调制到光载波上，二号强度调制器与所述的功分器相连，用于将其输出的射频信号调制到光载波上；可调延时线，与一号强度调制器相连，用于调节一号强度调制器所输出的光信号，使其与二号强度调制器所输出的光信号在时间上同步；二号平衡探测器，设置有两个输入端，分别连接二号强度调制器和可调延时线，用于将二号强度调制器和可调延时线所输出的两个光信号转变为射频信号，并将该两个射频信号相减后输出。

在进一步的方案中，所述的输出系统包括：二号射频放大器，与二号平衡探测器相连，用于将二号平衡探测器所输出的射频信号放大至设定强度；三号强度调制器，与二号射频放大器相连，用于将其输出的射频信号调制到光载波上。

在进一步的方案中，所述的光载波系统包括：激光发射器，用于发射激光作为光载波；光分路器，一端与激光发射器相连，另一端分别于所述的一号强度调制器、二号强度调制器和三号强度调制器相连，用于将激光发射器所发射的光载波分别输入至一号强度调制器、二号强度调制器和三号强度调制器。

在进一步的方案中，所述的激光发射器所发射的光载波的波长在所述的一号强度调制器、二号强度调制器和三号强度调制器的工作范围之内。

在进一步的方案中，所述的输入系统所输入的两个光信号的格式为OOK，所述的输出系统所输出的光信号的格式为PAM-8。

在进一步的方案中，所述的可调延时线，设置为上升沿或下降沿同步。

本发明还提供一种应用上述装置的调制格式转换的方法，包括：

光载波系统发出激光，分为多路后分别输入至格式转换系统和输出系统，作为该两个系统调制光信号所需的光载波；

输入系统按设定比例强度接收两个光信号；

输入系统将该两个光信号转变为射频信号，并将该两个射频信号相减后放大，分别输出至格式转换系统两输入端；

格式转换系统将其中一个射频信号调制到光载波上形成一光信号，将另一个射频信号强度衰减至原强度的设定比例后调制到光载波上形成另一光信号，并将该两个光信号在时间上同步；

格式转换系统将该两个光信号转变为射频信号，并将该两个射频信号相减后输出至输出系统；

输出系统将该射频信号放大后调制到光载波上，形成一光信号，所得光信号即为格式转换后的光信号。

在进一步的方案中，所述一号平衡探测器所输入的两个光信号强度的设定的比例为1.5∶1至2.5∶1，所述的电可调衰减器，将输入的射频信号强度衰减至原强度的设定比例为1.5∶1至2.5∶1。

(三)有益效果

本发明采用光电混合技术实现了OOK到PAM-8的调制格式转换，没有使用数模/模数转换器等复杂的电子器件，组装简单，降低了系统的复杂度和成本。

本发明直接在光域上实现了OOK到PAM-8的格式转换，有利于与现有高速光网络进行无缝连接。同时光域上的信号调制格式转换处理相较电域上的处理能实现更高速率。

附图说明

图1是本发明实施例的一种调制格式转换装置的结构示意图。

图2是图1所示装置中一号强度调制器的工作模式图。

图3是图1所示装置中二号强度调制器的工作模式图。

图4是图1所示装置中三号强度调制器的工作模式图。

【附图中元件符号说明】

1激光发射器；2光分路器；3一号强度调制器；4二号强度调制器；

5可调延时线；6电可调衰减器；7功分器；

8一号射频放大器；9二号射频放大器；10三号强度调制器；

11一号平衡探测器；12二号平衡探测器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种调制格式转换装置，包括：输入系统，设置有两个输入端，用于输入两个设定强度比例的光信号，并将该两个光信号转变为射频信号，同时将该两个射频信号相减、放大后分为多路输出；格式转换系统，与输入系统相连接，用于将输入系统所输出的射频信号进行格式转换，并输出一格式转换后的射频信号；输出系统，与格式转换系统相连，用于将格式转换系统所输出的射频信号调制到光载波之上，转换为光信号输出；光载波系统，分别连接格式转换系统和输出系统，用于发射激光作为该两个系统调制光信号所需的光载波。在本发明的示例实施例中，输入系统所接收的光信号格式为OOK，输出系统所输出的光信号格式为PAM-8。

图1是本发明实施例的一种调制格式转换装置的结构示意图，如图1所示，所述的输入系统包括：一号平衡探测器11，设置有两个输入端，用于接收两个设定强度比例的光信号，并将该两个光信号转变为射频信号，同时将该两个射频信号相减后输出；一号射频放大器8，与一号平衡探测器11相连，用于将一号平衡探测器11所输出的射频信号放大至设定强度；功分器7，一端与一号射频放大器8相连，另一端分别于所述的格式转换系统的两个输入端相连，用于将一号射频放大器8所输出的射频信号分为多路输入至格式转换系统。

在本发明的示例实施例中，一号平衡探测器11所输入的两个光信号强度的设定的比例为2∶1，在本发明的其他实施例中，该两个光信号也可以在2∶1附近微调。

所述的格式转换系统包括：电可调衰减器6，与所述的功分器7连接，用于将输入的射频信号的强度按设定比例进行衰减；两个强度调制器，分别为一号强度调制器3和二号强度调制器4，其中一号强度调制器3与所述电可调衰减器6相连，用于将其衰减后的射频信号调制到光载波上，二号强度调制器4与所述的功分器7相连，用于将其输出的射频信号调制到光载波上；可调延时线5，与一号强度调制器3相连，用于调节一号强度调制器3所输出的光信号，使其与二号强度调制器4所输出的光信号在时间上同步；二号平衡探测器12，设置有两个输入端，分别连接二号强度调制器4和可调延时线5，用于将二号强度调制器4和可调延时线5所输出的两个光信号转变为射频信号，并将该两个射频信号相减后输出。

在本发明的示例实施例中，电可调衰减器6将输入的射频信号强度衰减至原强度的1/2，在本发明的其他实施例中，该衰减比例也可以在1/2附近微调。

所述的输出系统包括：二号射频放大器9，与二号平衡探测器12相连，用于将二号平衡探测器12所输出的射频信号放大至设定强度；三号强度调制器10，与二号射频放大器9相连，用于将其输出的射频信号调制到光载波上。

所述的光载波系统包括：激光发射器1，用于发射激光作为光载波；光分路器2，一端与激光发射器1相连，另一端分别于所述的一号强度调制器3、二号强度调制器4和三号强度调制器10相连，用于将激光发射器1所发射的光载波分别输入至一号强度调制器3、二号强度调制器4和三号强度调制器10。

本发明还公开了一种调制格式转换的方法，其步骤为：

激光发射器1发射激光作为载波信号；

激光发射器1所发射的激光经光分路器2后，被分为多路，分别作为一号强度调制器3，二号强度调制器4和三号强度调制器10的载波；

将两个强度比为2∶1的光信号作为一号平衡探测器11的输入信号，一号平衡探测器11将两路光信号在电域上做相减运算，在本发明的示例实施例中，所述光信号格式为OOK；

一号平衡探测器11所输出的电信号经一号射频放大器8放大后，被功分器7分成两路，分别输入电可调衰减器6和二号强度调制器4；

电可调衰减器6将输入的射频信号幅度衰减至原幅度的1/2，并输出至一号强度调制器3；

一号强度调制器3和二号强度调制器4分别将输入的射频信号调制到光载波上，同时一号强度调制器3所输出的光信号经可调延时线5调节后与二号强度调制器4所输出的光信号实现时间上的同步；

将两路光信号分别输入至二号平衡探测器12的两输入端，二号平衡探测器12将两路光信号在电域上做相减运算；

二号平衡探测器12所输出的电信号经二号射频放大器9放大后输入至三号强度调制器10；

三号强度调制器10将该射频信号调制到光载波上，所输出即为PAM-8的光信号。

在本发明的实施例中，在强度调制器的工作波长范围内，通过改变激光发射器1的波长，可以实现任意波长PAM-8信号的产生。

在本发明的实施例中，输入系统接收的两个光信号的强度分别为P1和P2，则由平衡探测器的工原理可得到表1所示的一号平衡探测器11输出电信号E1和两路输入信号P1、P2之间的对应关系，如表1所示：

表1一号平衡探测器11的输入与输出的关系

电信号E1经过一号射频放大器8放大后，由功分器7分成两路射频信号，其中一路经过可调衰减器6进行信号幅度的调节，使两路的幅度比近似为2∶1。

在本发明的实施例中，通过调节强度调制器的偏置电压，可以使其工作在不同的工作模式之下。请参阅图2，图2为一号强度调制器3的工作模式，输入射频信号与输出信号P3之间的关系如下表2所示：

表2一号强度调制器3的输入与输出的关系

输入信号	-1/2	0	1/2	1
					输出信号P3	0	1/6	1/3	1/2

图3为二号强度调制器4的工作模式，请参阅图3，输入射频信号与输出信号P4之间的关系如下表所示：

表3二号调制器4的输入与输出的关系

输入信号	-1/2	0	1/2	1
					输出信号P4	2/3	1	2/3	1/3

一号强度调制器3和二号强度调制器4的输出信号P3和P4作为二号平衡探测器12的两路输入信号，其中一号强度调制器3所输出一路要经过可调延时线5进行调节，使两路信号的上升沿或下降沿同步。

表4为二号平衡探测器12所输出电信号E2与一号强度调制器3和二号强度调制器4的输入信号P3和P4的关系：

表4二号平衡探测器12的输入与输出的关系

该电信号E2在经过二号射频放大器9放大后传输到三号强度调制器10，作为驱动电压，其中三号强度调制器10的工作模式如图4所示，表5为输出信号P5与输入射频信号E2之间的关系：

表5调制器10的输入与输出的关系

输入信号E2

1/6

0

1/6

1/3

1/2

2/3

5/6

1

输出信号P5

0

1/7

2/7

3/7

4/7

5/7

6/7

1

所得信号P5即为PAM-8信号，实现了PAM-8的转换。

以上例举了数个本发明的实施例，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。需要说明的是，本发明中输入的OOK光信号强度比不是绝对的2：1，因为所用的器件都不是理想的器件，如平衡探测器的两路会存在响应差，射频放大器、强度调制器等存在非线性响应，所以输入的两路OOK光信号强度比会在1.5：1至2.5：1范围内微调。本领域技术人员应当知晓的是，上述的具体细节不应理解为对发明的限定。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种调制格式转换装置，包括：

输入系统，设置有两个输入端，用于输入两个设定强度比例的光信号，并将该两个光信号转变为射频信号，同时将该两个射频信号相减、放大后分为多路输出；

格式转换系统，与输入系统相连接，用于将输入系统所输出的射频信号进行格式转换，并输出一格式转换后的射频信号；

输出系统，与格式转换系统相连，用于将格式转换系统所输出的射频信号调制到光载波之上，转换为光信号输出；

光载波系统，分别连接格式转换系统和输出系统，用于发射激光作为该两个系统调制光信号所需的光载波。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的输入系统包括：

一号平衡探测器，设置有两个输入端，用于接收两个设定强度比例的光信号，并将该两个光信号转变为射频信号，同时将该两个射频信号相减后输出；

一号射频放大器，与一号平衡探测器相连，用于将一号平衡探测器所输出的射频信号放大至设定强度；

功分器，一端与一号射频放大器相连，另一端分别于所述的格式转换系统的两个输入端相连，用于将一号射频放大器所输出的射频信号分为多路输入至格式转换系统。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的格式转换系统包括：

电可调衰减器，与所述的功分器连接，用于将输入的射频信号的强度按设定比例进行衰减；

两个强度调制器，分别为一号强度调制器和二号强度调制器，其中一号强度调制器与所述电可调衰减器相连，用于将其衰减后的射频信号调制到光载波上，二号强度调制器与所述的功分器相连，用于将其输出的射频信号调制到光载波上；

可调延时线，与一号强度调制器相连，用于调节一号强度调制器所输出的光信号，使其与二号强度调制器所输出的光信号在时间上同步；

二号平衡探测器，设置有两个输入端，分别连接二号强度调制器和可调延时线，用于将二号强度调制器和可调延时线所输出的两个光信号转变为射频信号，并将该两个射频信号相减后输出。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的输出系统包括：

二号射频放大器，与二号平衡探测器相连，用于将二号平衡探测器所输出的射频信号放大至设定强度；

三号强度调制器，与二号射频放大器相连，用于将其输出的射频信号调制到光载波上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的光载波系统包括：

激光发射器，用于发射激光作为光载波；

光分路器，一端与激光发射器相连，另一端分别与所述的一号强度调制器、二号强度调制器和三号强度调制器相连，用于将激光发射器所发射的光载波分别输入至一号强度调制器、二号强度调制器和三号强度调制器。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述的激光发射器所发射的光载波的波长在所述的一号强度调制器、二号强度调制器和三号强度调制器的工作范围之内。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述的输入系统所输入的两个光信号的格式为OOK。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述的输出系统所输出的光信号的格式为PAM-8。

9.根据权利要求3所述的装置，其中所述的可调延时线，设置为上升沿或下降沿同步。

10.一种应用权利要求1-9任一所述的装置实现调制格式转换的方法，包括：

光载波系统发出激光，分为多路后分别输入至格式转换系统和输出系统，作为该两个系统调制光信号所需的光载波；

输入系统按设定比例强度接收两个光信号；

输入系统将该两个光信号转变为射频信号，并将该两个射频信号相减后放大，分别输出至格式转换系统两输入端；

格式转换系统将其中一个射频信号调制到光载波上形成一光信号，将另一个射频信号强度衰减至原强度的设定比例后调制到光载波上形成另一光信号，并将该两个光信号在时间上同步；

格式转换系统将该两个光信号转变为射频信号，并将该两个射频信号相减后输出至输出系统；

输出系统将该射频信号放大后调制到光载波上，形成一光信号，所得光信号即为格式转换后的光信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一号平衡探测器所输入的两个光信号强度的设定的比例为1.5∶1至2.5∶1。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述的电可调衰减器，将输入的射频信号强度衰减至原强度的设定比例为1.5∶1至2.5∶1。

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