CN1658021A - 光信号再生装置及其应用以及包括该装置的设备 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是光信号再生装置及其应用以及包括该装置的设备。本发明涉及一种用于再生携带信息的光信号的相位的装置，所述信息是通过对所述信号的相位调制而编码的，所述装置包括：光学调制转换器，用于将携带通过相位调制编码的信息的信号转换为至少一个携带通过振幅调制编码的信息的辅助信号；以及至少一个用于以光学方式再生所述辅助信号的振幅的模件。

Description

光信号再生装置及其应用以及包括该装置的设备

技术领域

本发明涉及光信号再生装置及其应用以及包括该装置的设备。

更具体地说，本发明涉及用于再生携带通过信号的相位调制编码的信息的光信号的装置。

背景技术

当光信号用光纤传送时，它可能会产生某种失真，如振幅、频率和相位失真。为了将信号尽可能地恢复成与发射时的一样，就有必要让光信号通过再生装置。

在先有技术中，用于再生携带通过携带信号的振幅调制(例如利用选择性饱和滤光器)编码的信息的光信号的装置已经是公知的。

不幸的是，在目前的能够达到每秒40G(Gbits/s)基至更高的速度的光传输设备中，日益增长的应用是由相位调制的信号构成的，特别是由通过差分相移键控(DPSK)型的调制进行相位调制的信号构成的。在这种类型的调制中，信息是通过信号的相位进行编码的，例如通过将载波信号的相位倒相来编码位“1”，而通过不改变相位来编码位“0”。

目前的光再生装置不能使携带通过相位调制编码的信息的信号准确地再生，因为这些装置仅仅对信号的振幅起作用。因此，不能消除或至少减少信号的相位失真，所述相位失真降低了所传递的信息的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够再生携带通过相位调制编码的信息的光信号的信号再生装置，以克服上述缺点。

为此，本发明提供了一种装置，所述装置用于再生携带通过调制信号的相位而编码的信息的光信号的相位，所述装置包括：

光学调制转换器，用于将携带通过相位调制编码的信息的信号转换为至少一个携带通过振幅调制编码的信息的辅助信号；和

至少一个光振幅再生模件，用于再生所述辅助信号的振幅；

因此，本发明的再生装置使得有可能以利用现有的用于再生携带通过振幅调制编码的信息的信号的装置的简单方式再生携带通过相位调制编码的信息的信号的相位。

本发明的再生装置还可以包括一个或多个下述的特征：

所述再生装置还包括光学调制转换器，用来将再生的辅助信号转换为携带通过相位调制编码的信息的信号；

所述将相位调制变为振幅调制的光学转换器和将振幅调制变为相位调制的光学转换器组合为单一可逆转换器；

所述用于再生辅助信号的光学再生模件包括噪声抑制装置；

所述噪声抑制装置包括选择性饱和滤光器；

每个光学调制转换器包括两个串联的传送两个辅助信号的耦合器；

用于再生两个辅助信号的振幅的所述光振幅再生模件包括能同时再生两个辅助信号的振幅的单一选择性饱和滤光器；和

用于再生所述辅助信号的振幅的所述光振幅再生模件包括两个分别再生每个辅助信号的振幅的选择性饱和滤光器；

本发明还提供了包括光信号传播装置的光传输设备，所述设备包括本发明的以上定义的插入到所述传播装置中的再生装置。

本发明还提供一种装置的用途，所述装置将以下部分组合在一起：

一光学调制转换器，用于将携带通过相位调制编码的信息的信号转换为至少一个携带通过振幅调制编码的信息的辅助信号；和

至少一个光振幅再生模件，用于再生所述辅助信号的振幅，以便再生携带通过信号的相位调制编码的信息的光信号的相位。

附图说明

通过参照如下附图阅读具体实施例的描述将对本发明有更好的理解：

图1为本发明的第一实施例的再生装置的方块图；

图2为本发明的第二实施例的再生装置的方块图；

图3为本发明的第三实施例的再生装置的方块图；和

图4为与图3所示的再生装置的一部分的变型的详图。

具体实施方式

图1示出用总参考符号10表示的光纤。所述光纤用于传输携带通过信号的相位调制编码的信息的光信号S。所使用的相位调制可以选自例如公知的归零差分相移键控(RZ-DPSK)和非归零差分相移键控(NRZ-DPSK)。

所述光信号S携带的信息是二进制信息，各个“位”(bit)成对地以称之为“位时间”的持续时间T_b间隔开。

通过对周期为T_p的周期性载波信号P(t)的相位进行调制来获得信号S(t)。这样选择所述载波信号，使得T_b是T_p的倍数。

与在时刻nT_b和(n+1)T_b之间传输的第n位对应的信号的相位表示为(n)。

于是，在光纤中传输的所述信号表达式为：

其中 $n=E\left[\frac{t}{T_b}\right]$

其中E[ ]表示取整功能。

光信号再生装置12与光纤10串联。把输入再生装置12的光信号表示为S_e＝S，而把从再生装置输出的再生光信号表示为S_s。

再生装置12包括第一光学调制转换器14，用于将携带通过相位调制编码的信息的信号S_e转换为两个携带通过振幅调制编码的信息的信号S₁｀和S₂｀。

然后利用光振幅再生模件16再生这两个信号S₁｀和S₂｀。

然后，在光振幅调制模件16中再生的光信号通过第二光学调制转换器18，第二光学调制转换器18用于将携带通过振幅调制编码的信息的信号S转换为携带通过相位调制编码的信息的信号S_s。这样，信号S_s携带通过相位调制编码的与信号S_e相同的信息，但是与此同时它也已经由光振幅再生模件16再生。

能够看到在再生装置12中，用于再生的信号S_e被分成两个信号。再生装置12的两个臂分别对应于所述信号占用的两个路径。经由第一臂(图1中的上臂)传输的信号用标志1表示，而经由第二臂(下臂)传输的信号用标志2表示。

每个光学调制转换器14、18是差分相移键控(DPSK)解调器，通过用于模件14的3分贝(dB)耦合器20、22以及用于模件18的3分贝耦合器26和28，结合插入到所述第一臂的两个耦合器之间各自的延迟元件24或30来实现。

所述3分贝耦合器是无源光学四端网络，两个信号输入端口表示为Inlet1和Inlet2，而两个信号输出端口表示为Outlet1和Outlet2。这些端存在着如下的关系：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Outlet}}_1\\ {\mathrm{Outlet}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\mathrm{\α}& \mathrm{\α}\·e^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}}\\ \mathrm{\α}\·e^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}}& \mathrm{\α}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Inlet}}_1\\ {\mathrm{Inlet}}_2\end{array}\right)$ 其中 $\mathrm{\α}=\frac{\sqrt{2}}{2}$

由于耦合器是一个无源元件，所以两个输入端口可以互换地是左端口或右端口而不改变上述关系，所述3分贝耦合器称之为“可逆的”。

光学调制转换器14的第一3分贝耦合器20具有作为其唯一的输入信号的经由inlet1输入的信号S_e。inlet2接地。在3分贝耦合器20的outlet1得到的信号表示为S₁，而在outlet2得到的信号表示为S₂。

这两个信号S₁和S₂的表达式为：

延迟元件24设置在光学调制转换器14的两个3分贝耦合器20和22之间用来使所述信号S₁在进入3分贝耦合器22之前延迟一个位时间T_b。所述延迟信号表达式为：

其中 $n`=E\left[\frac{t-T_b}{T_b}\right]=E[\frac{t}{T_b}-1]=n-1$

在第一3分贝耦合器20的出口的第二臂上获得的信号S₂直接输入到第二3分贝耦合器22的第二入口。

然后第二3分贝耦合器22的出口传送信号S₁｀和S₂｀，其表达式为：

由于T_b是P的周期T_P的倍数，因此P(t-T_b)＝P(t)。

用于对载波信号S_e上的信息进行编码的调制的是双态差分相位键控调制器。为相位选择的双态是0和π。这样，通过相位信号来编码连续的位，所述连续的位或者是相同的或者是相反的。

因此，如果(n)＝(n-1)，那么信号S₁｀就为零而S₂｀为非零。同样，如果(n)＝(n-1)+π，那么信号S₁｀就为非零而S₂｀为零。这样加载信息的信号S₁｀和S₂｀是通过振幅调制编码的。

再生装置12的光振幅再生模件16使这两个信号S₁｀和S₂｀能够被再生。这个模件包括噪声抑制装置17。噪声抑制装置17使用例如选择性饱和滤光器来消除两个光信号S₁｀和S₂｀的噪声。也可以使用用于再生携带振幅编码信息的信号的任何其他装置。

在第二光学调制转换器18的第一3分贝耦合器26的第一臂的出口获得的信号表示为S₁｀｀。这个信号S₁｀｀等于：

信号S₁｀｀｀对应于信号S₁｀｀通过延迟器30之后的信号，得到：

在第二光学调制转换器18的第一3分贝耦合器26的第二臂的出口获得的信号表示为S₂｀｀｀：

然后这两个信号S₁｀｀｀和S₂｀｀｀输入到第二光学转换器28的第二3分贝耦合器中，所述第二3分贝耦合器的出口2接地，而在第二3分贝耦合器28的出口1得到的信号S_s的值为：

能够看到信号S_s对应于偏移了一个位时的信号S_e，忽略正负号。

因此，这提供用来再生携带通过相位调制编码的信息的光信号S的装置。所述再生装置的优点在于它仅仅包括无源元件。

如图2所示的第二个实施例利用了3分贝耦合器的可逆特性。由于前述光学调制转换器14和18是使用可逆元件的对称装置，因此这些光学调制转换器也同样是可逆装置。从而不管通过它们的光的方向如何都会得到同样的结果。

术语“正向”用于从左到右的传播，而术语“反向”用于从右到左的传播。

再生装置12具有单一光学调制转换器14，光学调制转换器14与包括噪声抑制装置17的光振幅再生模件16串联。

在光振幅再生模件16的出口获得的沿正向传播的信号与在第一实施例中在同一模件的出口获得的信号是相同的。反射模件32设置在光振幅再生模件16的出口。反射模件32包括两个分别设置在再生装置12的相应的臂上的镜面面34和36。

假设在3分贝耦合器22的两个出口和述反射装置32的镜面34和36之间的路径长度是相同的，使得所述信号的相位差得以保留，否则，就有必要插入减小相位差的元件来进行调整，以便于补偿两个路径之间的相位差。

所述信号经反射装置32的镜面34和36反射以后，再第二次通过所述光振幅再生模件16后反向传输到所述光学调制转换器14。

关于图2所示的标记S₁、S₁｀ 、S₁｀｀、S₁｀｀｀、S₂、S₂｀、S₂｀｀、S₂｀｀｀的方程式与图1中所示的实施例中的方程式相同。

在这个实施例中，再生装置12还包括插入在光纤10之间的光环行器40。沿光纤10传输的信号S_e经由第一端口V₁进入环行器40，再经由第二端口V₂输出后进入光学调制转换器14。经过再生后，所述信号又经由第二端口V₂回到光环行器40，再经由第三端口V₃以再生输出信号S_s的形式输出。

图3中示出本发明的第三实施例。和实施例2中一样，再生装置12具有单一光学调制转换器42和包括噪声抑制装置17的光振幅再生模件44。

光学调制转换器42具有两个3分贝耦合器54，在第一臂上两个3分贝耦合器54之间设置有位延迟元件，使得正向传输的信号受到与第二实施例中相同的改变。

以与先前的实施例相同的方式执行以下操作：将对携带通过相位调制编码的信息的信号的调制光学转换为两个携带通过振幅调制编码的信息的信号。所述信号S₁、S₁｀、S₂和S₂｀的表示式没有改变，给出：

随后，将分别在所述光学调制转换器的第一和第二臂的出口获得的信号S₁｀和S₂｀传输到所述光振幅再生模件44。

与上述第二实施例不同，再生的信号S₁｀经由第二臂的入口被再次引入光学调制转换器，而再生的信号S₂｀经由第一臂的入口被再次引入光学调制转换器。

通过本实施例的方式，不再需要使用任何反射模件。这假设振幅再生装置46同时在两个方向上执行其功能。这方面的一个可能的实际的实施例是一个选择性饱和滤光器，该选择性饱和滤光器具有足够大的面积，足以使它能够同时处理两个信号。

当信号S₁｀和S₂｀以相反的方向传输通过光学调制转换器42时，在第二个3分贝耦合器54的出口得到的信号表示如下：

在通过一个位延迟元件之后，信号S₁｀｀变为具有如下表示式的信号S₁｀｀｀：

为了得到与第二实施例基本上相同的结果，在所述第二臂上设置二位时间延迟元件。

这个延迟元件必须仅仅对沿第二臂在相反方向上传输的信号起作用。

为了这个目的，利用两个光环行器48使沿第二臂正向传输的信号保持不变，而使沿第二臂反向传输的信号通过二位时间延迟元件50。

在通过所述二位时间延迟元件50后，信号S₂｀｀变为具有如下表示式的信号S₂｀｀｀：

然后这两个信号S₁｀｀｀和S₂｀｀｀进入第一3分贝耦合器54，第一3分贝耦合器54的第二臂的出口在相反方向上给出：

这样能够看到，信号S_s等于偏移两个位时间的信号S_e，忽略正负号。

在图3中所示的第三个实施例中使用的在两个方向同时起作用的光再生模件44也可以利用两个选择性饱和滤光器构成。

图4中详细示出的所述模件具有第一和第二噪声抑制装置58和60以及两个光环行器62和64。噪声抑制装置58和60例如可以由选择性饱和滤光器构成。借助于两个光环行器，从光学调制转换器42的第一臂传输到第二臂的信号通过第一选择性饱和滤光器58，而在相反方向上传输的信号通过第二选择性饱和滤光器60。

这样，所述光学再生装置是完全光学的，因而是无源的。它使得有可能再生携带通过对信号的相位调制编码的信息的光信号。

Claims (9)

1.一种用于再生光信号的相位的设备，其中，所述光信号携带通过对所述信号的相位调制来编码的信息，所述设备包括：

光学调制转换器，用于将携带通过相位调制编码的信息的信号转换为至少一个携带通过振幅调制编码的信息的辅助信号；

至少一个光振幅再生模件，用于再生所述辅助信号的振幅；和

光学调制转换器，用于将所述再生的辅助信号转换为携带通过相位调制编码的信息的信号。

2.如权利要求1所述的再生装置，其特征在于，将相位调制变为振幅调制的所述光学转换器和将振幅调制变为相位调制的所述光学转换器组合为单一可逆转换器。

3.如权利要求1所述的再生装置，其特征在于，用于再生所述辅助信号的所述光学再生模件包括噪声抑制装置。

4.如权利要求3所述的再生装置，其特征在于，所述噪声抑制装置包括选择性饱和滤光器。

5.如权利要求1所述的再生装置，其特征在于，每个光学调制转换器包括两个串联的传送两个辅助信号的耦合器。

6.如权利要求5所述的再生装置，其特征在于，用于再生所述两个辅助信号的振幅的所述光振幅再生模件包括同时再生两个辅助信号的振幅的单一选择性饱和滤光器。

7.如权利要求5所述的再生装置，其特征在于，用于再生所述辅助信号的振幅的所述光振幅再生模件包括分别再生每个所述辅助信号的振幅的两个选择性饱和滤光器。

8.一种包括光信号传输装置的光传输设备，所述设备包括插入到所述传输装置中的根据权利要求1所述的再生装置。

9.一种装置的用途，所述装置包括：

光学调制转换器，用于将携带通过相位调制编码的信息的信号转换为至少一个携带通过振幅调制编码的信息的辅助信号；

至少一个光振幅再生模件，用于再生所述辅助信号的振幅；

光学调制转换器，用于将已再生的辅助信号转换为携带通过相位调制编码的信息的信号，以便再生携带通过对所述信号的相位调制编码的信息的光信号的相位。

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