CN1503499A - 双二进制光传输装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种双二进制光传输装置，该双二进制光传输装置使用双二进制信号的交叉相位特性，而不使用反馈型预编码器和电LPF，从而不受伪随机位序列(PRBS)的影响，并且对波分特性具有非常好的抵抗性。除了驱动放大器、Mach－Zehnder干涉计型光强度调制器(MZ MOD)、以及用于产生载波的激光源之外，双二进制光传输装置还包括翻转触发器(T.FF)以及AND门，以便从输入数据信号中分离‘1’组，从而调制输入的数据信号以使每一个信号具有不同的相位。

Description

双二进制光传输装置
技术领域
本发明涉及一种双二进制光传输装置。
背景技术
典型地，密集波分复用(DWDM)光传输系统使用单根光纤来传输光信号，在这样的方式下，它提高了传输效率。光信号由具有不同波长的多个信道组成。此外，由于它传输光信号而与传送速率无关，DWDM光传输系统已经被广泛地用于超高速因特网，并且已经迅速地提高了数据传送质量。这样的新开发的系统满足了迅速增加的数据流量需要，以及超过40Gbps的高速数据的传送需要。
然而，使用不归零(NRZ)方法的传统光强度调制方法具有许多限制。例如，由于在小于50GHz的信道间隔的指定区域出现信道之间的突发干扰和失真，因此在提高传输质量时会出现限制。此外，当它们在光纤介质中传播时，传统二进制NRZ传输信号的DC(直流)频率分量以及在调制过程中的高频成分的展开导致非线性特性和色散。结果，限制了在超过10Gbps的高速传送速率时的传输距离。
近年来，已经对作为新的光传输技术的光学双二进制技术开展了大量的研究，以便避免由色散导致的传输距离限制。光双二进制技术的优点在于：与普通的二进制传输方法相比，它较大地降低了传输谱的宽度。在色散限制系统中的传输距离与传输谱带宽的平方成反比。例如，当传输谱的带宽减少一半时，传输距离增加4倍。
同时，在双二进制传输谱中抑制了载波频率，从而降低了由光纤中激发的Brillouin散射导致的数据光功率的限制。
图1是传统的双二进制光传输系统的典型的方框图。
参考图1，传统的双二进制光传输系统包括：预编码器10，它将二电平数据信号编码为数字信号；低通滤波器(LPF)20和21；驱动放大器30和31；Mach-Zehnder干涉计型光强度调制器(MZ MOD)40；以及激光源50，它产生载波。将传输到双二电平之光传输系统的二电平数据信号施加到差分预编码器10，然后在差分预编码器10中进行编码。将来自预编码器10的编码后的二电平数据信号施加到LPF20和21，LPF20和21中的每一个将该信号转换为三电平信号。由驱动放大器30和31分别地放大LPF20和21的三电平信号。放大的三电平信号充当MZ MOD 40的驱动信号。依据MZ MOD 40的驱动信号，由从激光源50产生的载波来调制该驱动信号自身的光强度，从而将该信号生成为光双二进制信号。
图2是图1所示的传统双二进制光传输系统的预编码器10的方框图。
该传统的预编码器包括：XOR(异或)门11；以及1位延迟12，它将XOR门的输出信号延迟刚好一个数据位，并且将时延后的输出信号反馈到XOR门11。
然而，前述的传统二进制光传输系统的缺点在于：当使用高速数据信号时，XOR门不可避免地产生超过至少一个数据位的非期望的时延。结果，这导致了制造这样的预编码器的难度。同时，传统的双二进制光传输系统在使用电LPF来产生三电平数据信号时，会受到伪随机位序列(PRBS)的影响。因此，随着PRBS的长度的逐渐增加，信号的传输特性产生了严重的劣化，从而导致了系统实现过程中的难度。
发明内容
本发明通过提供不受PRBS影响的双二进制光传输装置，减少或者克服了许多上述的限制。此外，本发明提供了一种双二进制光传输装置，该装置不使用反馈型预编码器和电LPF，并且还对波分特性具有非常好的抵抗性。
依据本发明的一个说明性的实施例，提供了具有光调制器的双二进制光传输装置，该光调制器产生由光载波的调制所生成的调制后的光信号。光调制器包括：T触发器、AND(与)门、延迟器、衰减器、功率合成器、调制器驱动信号发生器、以及光源。T触发器接收二电平数据信号，并且在二电平数据信号的每一个上升沿产生触发输出信号。AND门接收二电平数据信号和T触发器的输出信号，并且对接收到的信号执行AND运算。延迟器接收二电平数据信号的反相信号，并且按照预定的时间，延迟反相的二电平数据信号。衰减器将延迟器的输出信号的强度减小一半。功率合成器接收AND门的输出信号和衰减器的输出信号，并且通过使它们相加产生三电平信号。调制器驱动信号发生器依据接收到的三电平信号，产生调制器驱动信号。光源产生光载波。干涉计型的光调制器依据调制器驱动信号，将载波调制为二电平光信号。
优选的是，T触发器和AND门可以从输入的二电平数据信号中分离为第奇数个(或者第偶数个)1组，以致于第奇数个(或者第偶数个)1组处于高电平，而第偶数个(或者第奇数个)1组处于低电平，以及信号‘0’处于中间电平。
更优选的是，所述的分离后的数据信号的1组可以包括具有180度(π)的相位差的信号。
依据本发明的另一说明性的实施例，提供了具有光调制器的双二进制光传输装置。该光调制器产生由光载波调制而生成的调制后的光信号。该光调制器包括T触发器、AND门、延迟器、加法器、调制器驱动信号发生器、以及光源。T触发器接收二电平的数据信号，并且在二电平数据信号的每一个上升沿产生触发输出信号。AND门接收二电平数据信号和T触发器的输出信号，并且对接收到的信号执行AND运算。延迟器接收二电平数据信号的反相信号，并且将反相后的二电平数据信号延迟预定的时间。加法器接收AND门的输出信号和延迟器的输出信号，并且通过使它们相加产生三电平信号。当接收到三电平信号时，调制器驱动信号发生器产生调制器驱动信号。光源产生光载波。干涉计型光调制器依据调制器驱动信号，将载波调制为二电平光信号。
优选的是，T触发器和AND门可以从输入的二电平数据信号中分离为第奇数个(或者第偶数个)1组，以使第奇数个(或者偶数个)1组处于高电平，而第偶数个(或者第奇数个)1组处于低电平，以及信号‘0’处于中间电平。
更优选的是，所述的分离后的数据信号的1组可以包括具有180度(π)的相位差的信号。
附图说明
从结合附图采用的以下详细描述中，将会更清楚地理解本发明，
图1是传统的双二进制光传输系统的方框图；
图2是图1所示的传统双二进制光传输系统的预编码器的方框图；
图3是依据本发明的优选实施例的双二进制光传输装置的方框图；
图4是说明在图3所示的节点A到F的信号波形的视图；
图5是依据本发明的另一优选实施例的双二进制光传输系统的方框图；
图6a是图5所示的加法器的详细电路图；
图6b是与图6所示的加法器的输入信号相关的逻辑真值表；
图7是在图5中所示的节点A到C以及G到I的信号波形的视图；
图8是说明在Mach-Zehnder干涉计型光强度调制器(MZ MOD)的双二进制光信号调制过程的视图。
具体实施方式
在本发明的以下描述中，出于解释而非限定的目的，提出了诸如特定的体系结构、接口、技术等的特定细节，以便提供对本发明的完全理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是：可以将本发明实施于脱离这些特定细节的其他实施例。而且，将意识到：出于解释的目的简化了图形中的特定方面，并且本发明的完整的系统环境将包括所有不需要在此显示的、许多已知的功能和配置。在这些图中，即使在不同的图形中表示它们，也使用相同的参考符号表示相同或者相似的器件。
图3是依据本发明的优选实施例的双二进制光传输系统的方框图。该双二进制光传输系统包括：传统的(1)驱动器360；(2)Mach-Zehnder干涉计型光强度调制器(MZ MOD)370；以及(3)用于产生载波的激光源380。然而，与传统的双二进制光传输系统不同，依据本发明的双二进制光传输系统不使用具有反馈环和电LPF的预编码器。作为替代，本发明使用单一的翻转触发器(T.FF)310、延迟器320、AND门330、衰减器340、以及功率合成器350。
图4是图3所示的节点A到F的输出信号的时序图。下面将参考图3-4描述双二进制光传输系统的操作及信号流。
将要被传输的二电平数据信号A施加到T.FF310。将反相后的二电平数据信号A(信号A的反相信号)施加到延迟器320。由T.FF 320在数据信号A的每一个上升沿产生触发信号B。将数据信号A和T.FF 310的输出信号B施加到AND门330，然后AND门330产生信号C。适配TFF 310和AND门330以便从数据信号分离一组“1”。即，T.FF 310和AND门330从数据信号分离第奇数(或者第偶数)1组，以致于第奇数(或者第偶数)1组处于高电平，而第偶数(或者第奇数)1组处于低电平，信号‘0’处于中间电平。
通过延迟器320，将反相的数据信号A延迟特定的时间，并且将该信号施加到衰减器340。衰减器产生将延迟器320的输出信号的强度降低一半的信号D，并且将信号D输出到功率合成器350。在这种情况下，考虑T.FF 310的自身延迟的值以及AND门330的影响，适配延迟器320以使衰减器340的输出信号D和AND门330的输出信号C在功率合成器350上相位被对准。
再次参考图3，由功率合成器350将AND门330的输出信号C与衰减器340的输出信号D相加，从而在功率合成器350，将初始的二电平信号转换为三电平信号。将该三电平信号施加到驱动放大器360。然后，驱动放大器360将该信号作为驱动信号输出到MZ MOD 370，从而在MZ MOD 370将从激光源380接收到的载波调制为二电平光信号。在驱动放大器360产生单一的输出信号的情况下，使用单一的电极，将该单一的输出信号适配为用于单臂(single arm)MZ调制器的驱动信号。在驱动放大器360产生第一输出信号和产生作为第一输出信号的反相信号的第二输出信号的情况下，使用双电极，将第一和第二输出信号适配为双臂MZ调制器的驱动信号。
图5是依据本发明的另一优选实施例的双二进制光传输系统的方框图。该双二进制光传输系统包括：传统的(1)翻转触发器(T.FF)510；(2)延迟器520；(3)AND门530；(4)驱动放大器550；(5)Mach-Zehnder干涉计型光强度调制器(MZ MOD)560；以及(6)激光源570。然而，与传统的双二进制光传输系统不同，依据本发明的另一优选实施例的双二进制光传输系统的不使用反相的数据信号/Q、以及用于降低反相的数据信号/Q的强度的衰减器。本发明使用加法器540，而不使用图3所示的功率合成器。
图6a是图5所示的加法器的详细电路图。图6b是与图6a所示的加法器的输入信号相关的逻辑真值表。
参考图6a，第一输入信号in1表示图5所示的参考符号‘+’，第二输入信号in2表示图5所示的参考符号‘-’。由反相器逻辑反相第一输入信号in1，并且将反相后的信号输入第一晶体管Q1的基极。将第二输入信号in2输入到第二晶体管Q2的基极。第一和第二晶体管Q1和Q2将它们自身的发射极分别连接到电流源62和63。与第一晶体管Q1的发射极连接的电流源62的电流幅度是与第二晶体管Q2的发射极连接的另一个电流源63的电流幅度的两倍。每一个晶体管的集电极与负载电阻R连接。依据每一个晶体管的导通或者截止状态，可以将电流值0、i、2i中的一个施加到负载电阻R。结果，加法器的输出电压变为了信号‘0’、‘iR’、和‘2iR’。
参考图6a，当将输入信号‘1’施加到每一个晶体管上时，截止每一个晶体管，从而没有电流被施加。当将输入信号‘0’施加到每一个晶体管上时，每一个晶体管被导通，从而施加了来自每一个电流源的电流。在第一和第二输入信号分别处于逻辑电平‘1’的情况下，由反相器将这些信号反相为逻辑电平‘0’；并且将逻辑电平‘0’施加到第一晶体管Q1，并且将逻辑电平‘1’施加到第二晶体管Q2。因此，只导通第一晶体管Q1，从而将电流2i施加到负载电阻R，并且加法器的输出电压变为信号2iR。在第一和第二输入信号分别处于逻辑电平‘0’时，只导通第二晶体管Q2，从而将电流i施加到负载电阻R上，并且加法器的输出电压变为信号iR。
图6b是与图6a所示加法器的输入信号相关的逻辑真值表。在加法器540的输出信号是AC(交流)耦合信号的情况下，可以将信号2iR表示为逻辑电平‘+1’，可以将信号iR表示为逻辑电平‘0’，并且可以将信号0表示为逻辑电平‘-1’。在图5所示的加法器540中，不存在第一输入信号in1处于逻辑电平‘1’而第二输入信号in2处于逻辑电平‘0’的情况。
图7是说明在图5所示的节点A到C和G到I的信号波形的视图。以下将参考图5和7描述双二进制光传输系统的运算和信号流程。
在节点A到C的运算与图3中的A到C相似，以致于图7所示的信号波形A到C与图5中的信号波形A到C相似。将AND门530的输出信号C和延迟器520的输出信号G施加到加法器540，以致于加法器540产生三电平信号H。由驱动放大器550放大三电平信号H，并且将放大后的三电平信号H作为驱动信号施加到MZ MOD 560。按照与图3相同的方式，在驱动放大器550产生单一输出信号的情况下，使用单一电极，将该单一输出信号适配为单臂MZ调制器的驱动信号。在驱动放大器550产生第一输出信号以及产生作为第一输出信号的反相信号的第二输出信号的情况下，使用双电极将第一和第二输出信号适配为双臂MZ调制器的驱动信号。
图8时说明在Mach-Zehnder干涉计型的光强度调制器(MZ MOD)中的双二进制光信号调制过程的视图。将三电平信号E(图3所示)或者三电平信号H(仍如图3所示)分别施加到MZ MOD，以致于MZ MOD产生具有180度(π)相位差的双二进制光信号F。在这种情况下，MZ MOD的偏差位于MZ MOD的特征曲线的零点。
从上述描述中显而易见，依据本发明的双二进制光传输系统使用双二进制信号的交叉相位特性，而不使用反馈型的预编码器以及电LPF，从而不受PRBS的影响。同时，双二进制光传输系统对波分特性具有非常好的抵抗性，从而增加传输距离，以及提高了发送率。
虽然出于说明性的目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到：在不脱离所附权利要求所述的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (15)

1.一种具有光调制器的双二进制光传输装置，该装置用于产生由光载波的调制生成的调制的光信号，所述的光调制器包括：
T触发器，它接收二电平的数据信号，并且在二电平数据信号的每一个上升沿产生翻转输出信号；
AND门，它对二电平数据信号和翻转输出信号执行AND运算；
延迟器，它按照预定的时间，延迟二电平数据信号的反相信号；
衰减器，它降低延迟的输出信号的强度；以及
功率合成器，它通过将AND门的输出信号和衰减器的输出信号相加来产生三电平信号。
2.根据权利要求1所述的双二进制光传输装置，其特征在于还包括：
调制器驱动信号发生器，它在接收到三电平信号时，产生调制器驱动信号；
光源，它产生光载波；以及
干涉计型光调制器，它依据调制器驱动信号，将载波调制为二电平光信号。
3.根据权利要求1所述的双二进制光传输装置，其特征在于衰减器用于将延迟的输出信号的强度降低大体一半。
4.根据权利要求3所述的双二进制光传输装置，其特征在于T触发器和AND门从输入的二电平数据信号中分离第奇数个(odd-th)(或者第偶数个(even-th))1组，以致于第奇数个(或者第偶数个)1组处于高电平，第偶数个(或者第奇数个)1组处于低电平，以及信号‘0’处于中间电平。
5.根据权利要求4所述的双二进制光传输装置，其特征在于分离的数据信号的1组包括具有180度(π)的相位差的信号。
6.根据权利要求3所述的双二进制光传输装置，其特征在于光调制器是具有一个或者两个电极的Mach-Zehnder干涉计型光强度调制器(MZMOD)。
7.一种具有光调制器的双二进制光传输装置，该装置用于产生由光载波的调制生成的调制后的光信号，所述的光调制器包括：
T触发器，它在二电平数据信号的每一个上升沿产生翻转输出信号；
AND门，它对二电平数据信号和翻转输出信号执行AND运算；
延迟器，它按照预定的时间延迟二电平数据信号的反相信号；以及
加法器，它通过将AND门的输出信号和延迟器的输出信号相加，产生三电平信号。
8.根据权利要求7所述的双二进制光传输装置，其特征在于还包括：
调制器驱动信号生成器，它在接收到三电平信号时，产生调制器驱动信号；
光源，它产生光载波；以及
干涉计型光调制器，它依据调制器驱动信号，将载波调制为二电平光信号。
9.根据权利要求7所述的双二进制光传输装置，其特征在于T触发器和AND门从输入的二电平数据信号中分离第奇数个(或者第偶数个)1组，以致于第奇数个(或者第偶数个)1组处于高电平，第偶数个(或者第奇数个)1组处于低电平，以及信号‘0’处于中间电平。
10.根据权利要求9所述的双二进制光传输装置，其特征在于分离的数据信号的1组包括具有180度(π)的相位差的信号。
11.根据权利要求7所述的双二进制光传输装置，其特征在于加法器包括：
反相器，它反相AND门的输出信号；
第一晶体管，它将其自身的基极连接到反相器的输出终端，并且在负载电阻和第一电流源之间形成集电极到发射极的电流路径；以及
第二晶体管，它将其自身的基极连接到延迟器的输出终端，并且在负载电阻和第二电流源之间，形成集电极到发射极电流路径，其中第一电流源的电流幅度是第二电流源的电流幅度的两倍。
12.根据权利要求7所述的双二进制光传输装置，其特征在于光调制器是具有一个或者两个电极的Mach-Zehnder干涉计型的光强度调制器(MZ MOD)。
13.一种双二进制光传输装置，包括：
光调制器，它接收二电平数据信号，光调制器包括：
翻转装置，它在二电平数据信号的每一个上升沿产生翻转信号；
逻辑AND装置，它产生二电平数据信号和翻转输出信号的相与后的信号；以及
合成器，配置该合成器以便合成相与后的信号和具有时延的二电平数据信号的反相信号，从而产生三电平信号。
14.根据权利要求13所述的双二进制光传输装置，其特征在于还包括：
调制器驱动信号发生器，它使用三电平信号，产生调制器驱动信号；
光源，它产生光载波；以及
干涉计型光调制器，它依据调制器驱动信号，将载波调制为二电平光信号。
15.根据权利要求13所述的双二进制光传输装置，其特征在于还包括用于修改反相/延迟后的信号和相与后的信号的强度比的装置。
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