CN1198858A - 色散补偿的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在色散媒体中传输光信号的情况下,两个相互正交的模式的信号同时送至光纤(15),其中一个信号是由振幅调制器(3)调制的不是线性调频的振幅调制信号,而另一个信号由相位调制器(5)调制的相位调制信号。接收信号是通过将这两个信号的振幅调制成分相加来形成的。在光纤系统中,所以选用同一光纤中的两个正交的极化模式。采用这种方式就能够将高比特率的信号发送很长的距离。

Description

色散补偿的方法和设备
本发明与在色散媒体中，例如光纤，传输光信号的方法和设备有关。
在色散媒体中传输数据，所发送的码元在高数据率时将会失真。也就是说，所发送的码元将受到传输媒体的影响而在时间宽度上展宽。这导致在高数据率时一个所发送的码元要受到在它前、后发送的码元的影响。这种码间干扰使得信号不能发送到像我们所希望的那样长的距离而不会出现接收机的错误判决超过所允许的预定值的风险。
因此，在必要研究使信号在发送到色散媒体的情况下所受到的失真最小，以便扩展信号发送距离，或必需用转发器转发的距离。
为此研究了用两个相互正交的模式，特别是正交极化模式，来发送信号。
欧洲专利申请EP-AI 2,312,190公开了一种将光波从一个极化模式变换成一个正交极化模式的光电变换器，如TE-TM变换器。按照其中的一个实施方式，用一个装置来控制由一个极化光波承载的振幅调制输入信号的相位，而光波被分成两个正交的极化分量。在这两个分量之间，按照振幅调制信号的相移引入一个相应的延迟。
英国专利申请GB-A 2,202,172涉及了振幅调制光信号中的相位控制问题。采用一个电光TE-TM变换器将振幅调制的平面极化光分成振幅比受控的正交平面极化部分。用一个双折射波导在这两部分之间引入等于振幅调制周期的四分之一的相应延迟。用一个光检测器对按照所述振幅比移相的这两部分承载的信号进行向量组合，产生所得出的信号。
专利US-A 4,750,833揭示了对需测试的单模光纤传输色散的测量。各种形式的色散，如频率色散和极化色散都可得到测量。
专利US-A 4,793,676揭示了一种在两个正交极化模式之间耦合光的光纤声-光振幅调制器。
专利US-A 4,893,352揭示了一种发送已调信号的光发射机。通过在一个分光波导中使光信号分光、对所分出的光信号中的至少一个光信号进行调制后再将这些信号重新组合，从而得到通过一个共同的波导传输的正交光信号。
专利US-A 5,078,464揭示了一种光逻辑装置，其中数字逻辑功能是通过将适当的信号脉冲加到一个非线性移相或“线性调频”元上来实现的，它的输出送至能支持弧波(soliton)传播的色散元上。两个正交极化的脉冲送至起着非线性的线性调频元作用的适度双折射光纤组合。
采用按照先有技术方法所提供的技术，对于直接调制激光源来说，可达到的性能在STM-16级(同步传输模式级16，即2,5Gbit/s左右)为每隔60公里需设置一个转发器，而在使用外部预线性调频调制器的情况下，可达到的性能在STM-64级(同步传输模式级64，即10Gbit/s左右)为每隔75公里需设置一个转发器。
这些限制的原因之一如前面所述是由于在光纤中发生脉冲色散现象。
为了采用各种减小色散对发送入光纤网的信号的影响的不同方法来改善性能，主要有下列两种途径：
1.对发射机进行预线性调频，可以先对发送激光源进行频率调制，再对一个外部调制器进行振幅调制，也可以同时对一个外部调制器进行频率和振幅调制；
2.通过沿信号路径引入色散补偿光纤来建立一个几乎不色散的光纤线路。
按照上面所提议的方法工作的系统已经在实验室内作了测试，但都尚未商品化。然而，这些方法在今天看来对于改善性能来说是最可行的。
本发明的目的是改善在色散媒体中，特别是在光缆中，远距离传输数据的性能。
本发明的另一个目的是提出一种特别是在光纤线路中发送高比特率信号的方法和设备，采用这种方法和设备的传输距离大于现有技术可能达到的距离。
采用特征如在所附权利要求中所述的本发明可以达到这些目的。
通常，需发送入色散媒体的信号要加以预失真处理，以便补偿通过色散媒体传播时信号将受到的色散失真。
预失真处理是通过用需发送信号进行没有线性调频的振幅调制来实现的，同时还用需发送信号进行相位调制来实现预失真处理。然后将所得到的这两个信号，即一个振幅调制信号和一个相位调制信号，以具有相同传播速度的不同模式发送。接收机利用相位调制信号来补偿振幅调制信号在媒体中传输期间所受到的失真。这种补偿是通过将相位调制信号的振幅调制成分加到振幅调制信号的振幅调制成分上得到的。因此，在接收机中形成了这两个信号的振幅成分之和。
具体地说，例如对于单模式光纤型的光纤来说，如果所用光纤的极化模式发散相当小，所用的这两个模式就可以是两个正交极化模式。而且，对于这种方法的这个特殊情况，接收机非常简单，因为所用的检测器可以是一个对强度响应而对极化和相位调制不敏感的检测器。这种接收机是目前用来接收强度调制信号的标准接收机。
可以理解，也可以采用逆转型的预失真处理。也就是说，用振幅调制预失真对相位调制信号进行预失真处理，而接收信号用以两个不同模式发送的信号的相位调制成分来形成。
按照计算机模拟结果，以本方法为基础的传输系统应可达到的性能在STM-64级(即10Gbit/s左右)为每125公里左右需设置一个转发站，这比用原有技术所能达到的大了50％还强一些。
这里，信号通常以两个正交模式同时并行发送入色散媒，如光纤线路或微波波导，特别是空腔波导，其中一个模式的信号基本上是振幅调制的，而另一个模式的信号基本上是相位调制的。在这种情况下，基本上是振幅调制的信号的调制边带与基本上是相位调制的信号的调制边带之间的夹角基本上等于90°。
为了使所发送的信号解码可靠，最好基本上是相位调制的信号应在相当基本上是振幅调制的信号前、后不到一个比特的宽度的十分之一内发送至光纤线路或微波波导。
用于这种传输的发射机包括通过相应连接接收来自一个适当产生器(如光源，通常是激光源，或者微波振荡电路)的载波的一个振幅调制器和一个相位调制器。这两个调制器都接收需发送的信号作为调制信号，用它同时调制载波，使得发射机同时向传输线路发送一个基本上是振幅调制的信号和一个基本上是相位调制的信号。因此，振幅调制器和相位调制器最好相应连接成使得所发送的基本上是振幅调制的信号和基本上是相位调制的信号的调制边带之间的相位差基本上等于90°。
在这种传输中可以使用为强度调制系统设计的接收机。
下面将结合附图以非限制性的实施例对本发明进行说明，在这些附图中：
图1为示出向光纤链路发送信号的发射机的方框图；
图2为示出方形空腔波导中两个优势正交极化模的示意图；以及
图3a和3b为分别示出振幅调制和相位调制的相位向量图。
图1示出了用来发射信号的发射机。在本实施例中的这个发射机有一个发射一个具有固定频率和振幅的光束的激光源1。这个光束由分光器23分为两个平行光束。分光器23输出的这两个光束分别导至振幅调制器3和相位调制器5。
调制器3和5用线7上载有需发送的信息的电信号并行调制。线7上的电信号在17分为两路，分别经线19和21加到相应调制器，即振幅调制器3和相位调制器5。振幅调制器3的输出信号经极化保持光纤9送至在这里起着集光器作用的极化光束分光器11的一侧。相位调制器5输出的极化输出信号以这样的方式送至极化光束分光器11，使得在到达极化光束分光器11时其极化与来自振幅调制器3的信号的极化垂直。这可以用某种旋光器件来达到，但更简单的是用一根加以适当扭转的极化保持光纤13将这个输出信号送至极化光束分光器11。
图1所示实施例是由一些市售的分立器件组装而成的。然而在许多情况下以整体或部分集成形式实现更为优越。例如，可以用LiNbO3或InP来实现。
因此，离开极化光束分光器11的信号包括两个极化相互垂直的信号分量，这两个信号分量将以两个相互垂直的模式在一根形成发射机和接收机之间的链路的单模光纤15中传播。然而，实际上可能很难获得上述那样的完全振幅调制的调制器。通常，这种调制器总是对信号有些小的相位调制成分。为了对此加以补偿，可以对相位调制器进行设计，得到与振幅调制信号的相位调制成分相应的振幅成分。
这种情况示于作为相位矢量图的图3a和3b。在图3a中示出了在1处的振幅调制载波，而在图3b中示出了在3处的相位调制载波。还示出了在7处的振幅调制信号的边带和在9处的相位调制边带。来自同一个源的两个载波的相位于是具有相同的角频率。在11处的角a，也就是载波与调制边带之间的角，等于0°的情况下，就得到纯振幅调制。另一方面，如果这个角为90°，就得到纯相位调制。这是在13处、角b等于90°的情况。如果现在由于调制不完善，在11处的角a不是精确地为0°，或者大一些或者小一些，例如等于℃，其中C是一个小的数值，这可以通过也使相位调制信号出现与振幅调制信号相同的误差，即C°，的影响来加以补偿，使得角度差(b-a)仍然基本上等于90°。然而，这个角度差有一个小的误差并不会明显降低性能，但在这个角度差为90°时最佳。
本例中的接收机23是一个强度调制直接检测系统的标准接收机，以振幅调制信号和相位调制信号之和作为输入信号。为了使接收机的工作符合要求，以相互正交的模式发送的两个信号分量应基本上同时到达接收机。
这对传播这两个信号分量的信号路径提出了一些要求。在这一方面，相应由基本上是振幅调制的信号和基本上是相位调制的信号所用的共同单模光纤15没有任何问题，因为相应这两个正交的信号分量以相同的速度传播，通过这根光纤。然而，对从电信号分为两路的点17到这两路信号在极化光束分光器11中合在一起的电光路径提出了要求，这两路信号在此之间分别经过了两条不同的路径17-19-3-9-11和17-21-5-13-11。
此外，还对从激光束分为两路的点23直到在极化光束分光器11合为一路的光路径23-3-9-11和25-5-13-11提出了要求。因此，信号路径的总差别必需保证传入单模光纤的振幅和相位调制的信号分量之间的差基本上不大于一个比特宽度的十分之一。
如果发射机的主要部分是以集成形式制成的，这些要求就不难满足。然而，如果发射机像上面所例举的那样用一系列分立器件组装而成的话，就可能需要采用某种形式的可调延迟器件，至少是在电光信号路径中，以便对发射机进行调整。然而，这并没有什么困难，因为这种可调电延迟器件是有市售的。
此外，在所进行的计算机模拟中已经证明两个不同信号分量的调制指数这比，即相位调制信号分量的调制指数/振幅调制信号分量的调制指数最好为0.8左右。然而，所进行的这些计算机模拟也表明这个比在0.4至1.0范围内是较为不敏感的。
上述传输方法也可用于微波系统。在这种系统中，一个方形空腔波导中的TE10和TE01能形成用来传播两个信号分量的正交模式。这两个模式示于图2。然而，对于这些系统来说，接收机并不像在光学系统中的那样简单。这是因为微波接收机通常是对极化很敏感的。因此，在许多情况下必需将这种接收机构造成两个分别用来接收以相应不同极化模式传输的信号分量的同样接收机，以便然后以适当方式将这两个信号分量相加，用所得到的和作为输出信号。

Claims (21)

1.一种在色散媒体中传输以两个相互正交的模式并行发送的信号的方法，其特征是一个模式的信号基本上是振幅调制的，而另一个模式的信号基本上是相位调制的。
2.一种按权利要求1所述的方法，其特征是所述信号发送至光纤线路或微波波导特别是空腔波导。
3.一种按权利要求1-2中的任何权利要求所述的方法，其特征是所述基本上是振幅调制的信号的调制边带与基本上是相位调制的信号的调制边带之间的夹角基本上等于90°。
4.一种按权利要求1-3中的任何权利要求所述的方法，其特征是所述基本上是相位调制的信号在相应的基本上是振幅调制的信号前或后不到一个比特的宽度的十分之一内送至传输线，特别是光纤线或微波波导。
5.一种按权利要求1-4中的任何权利要求所述的方法，其特征是所述基本上是振幅调制的信号和基本上是相位调制的信号的调制指数之比在0.4至1.0的范围内，特别是基本上等于0.8。
6.一种在色散媒体中传输以两个相互正交的模式并行发送调制在一个载波上的信号的方法，其特征是以两个模式传播的信号的调制边带相对相移的角度基本上等于90°。
7.一种按权利要求6所述的方法，其特征是所述信号发至光纤线路或微波波导特别是空腔波导。
8.一种按权利要求6-7中的任何权利要求所述的方法，其特征是所述一个模式的信号在另一个模式的信号前或后不到需发送的信号的一个比特的宽度的十分之一内送至传输线，特别是光纤线路或微波波导。
9.一种发送调制在一个载波上的信号的发射机，其特征是所述发射机包括相互连接的一个振幅调制器(3)和一个相位调制器(5)，所述这两个调制器都接收载波和接收作为调制信号的信号，使得发射机同时发射一个基本上是振幅调制的信号和一个基本上是相位调制的信号。
10.一种按权利要求9所述、用来将信号发至光纤的发射机，其特征是所述发射机包括一个发射构成载波的光束的光源，所述光束被引导至包括还接收作为调制信号的需发送信号的一个振幅调制器(3)和一个相位调制器(5)的光调制器。
11.一种按权利要求10所述的发射机，其特征是所述光源包括一个向所述这两个调制器(3)和(5)提供载波的激光源(11)。
12.一种按权利要求9-11中的任何权利要求所述的发射机，其特征是所述振幅调制器和相位调制器相应连接成使得发射机发送的基本上是振幅调制的信号和基本上是相位调制的信号的各自调制边带之间的相位差基本上等于90°。
13.一种按权利要求9-12中的任何权利要求所述的发射机，其特征是所述发射机配置成在发送基本上是相位调制的信号前或后不到需发送信号的一个比特的宽度的十分之一内发送基本上是振幅调制的信号。
14.一种按权利要求9-13中的任何权利要求所述的发射机，其特征是所述发射机配置成调制出基本上是振幅调制的信号和基本上是相位调制的信号，使得它们的调制指数之比在0.4-0.1的范围内，特别是基本上等于0.8。
15.一种发送已调信号，包括一个或几个调制器的发射机，其特征是所述发射机配置成发送各自的调制边带相对相移基本上为90°的相应信号。
16.一种按权利要求15所述、用来将信号发送至光纤的发射机，其特征是所述发射机包括一个发射构成载波的光束的光源，所述光束被引导至包括还接收作为调制信号的需发送信号的一个振幅调制器(3)和一个相位调制器(5)的光调制器。
17.一种按权利要求16所述的发射机，其特征是所述光源包括一个向所述这两个调制器(3)和(5)提供载波的激光源(1)。
18.一种按权利要求15-17中的任何权利要求所述的发射机，其特征是所述发射机配置成调制出基本上是振幅调制的信号和基本上是相位调制的信号，使得它们的调制指数之比在0.4-1.0的范围内，特别是基本上等于0.8。
19.使用一个为强度调制的系统设计的、用来接收两个同时的信号分量的接收机，其中一个信号分量基本上是相位调制的，而另一个信号分量基本上是振幅调制的。
20.一种传输调制在载波上的信号的设备，所述设备包括一个载波产生器，一个通过相应连接接收信号的调制器，一个通过相应连接接收调制器输出信号的传输线，以及一个与传输线连接、用来检测发至传输线的信号的接收机，所述设备的特征是所述调制器包括接至载波产生器以接收载波的一个振幅调制器(3)和一个相位调制器(5)，所述这两个调制器还通过相应连接接收作为调制信号的需发送信号，而且都接至传输线，使得基本上是振幅调制的信号和基本上相位调制的信号同时发至传输线。
21.一种传输调制在载波上的信号的设备，所述设备包括一个载波产生器，一个通过相应连接接收信号的调制器，一个通过相应连接接收调制器输出信号的传输线，以及一个与传输线连接、用来检测发至传输线的信号的接收机，所述设备的特征是所述调制器配置成向传输线发送用需发送信号调制的两个输出信号，这两个信号的调制边带相对相移的角度基本上等于90°。
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