CN1747364A - 部分载波抑制非归零码的生成和转换方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种部分载波抑制非归零码(CSNRZ)光信号的生成方法及其装置。该装置由连续波激光器、推挽式电光调制器和电数据信号发生器组成。通过调节偏置电压，将调制器的偏置点设置在传输函数的中点值和最小值之间，连续光波经由NRZ电信号驱动的调制器调制产生CSNRZ光信号。本发明还提供了一种将CSNRZ光信号转换为NRZ光信号的转换模式及其装置，便于在光通信系统接收端接收信号，避免产生误码。与RZ、CSRZ等码型不同，本发明的CSNRZ码型对应的“0”比特和“1”比特具有符号相反的相位，部分的抑制了NRZ光信号的载波分量，既保持了NRZ光信号很好的色散容限，又具有更大的非线性容限。

Description

部分载波抑制非归零码的生成和转换方法及其装置

技术领域

本发明涉及高速光通信技术领域，特别涉及一种部分载波抑制非归零码(CSNRZ)光信号的生成和转换方法及其装置。

背景技术

在光传输系统的研究领域，高速度、大容量、长距离是研究的目标和发展的方向。与此同时，线路速率的提高和传输距离的延长增加了系统对OSNR的要求，加重了信号的损伤。在大容量长距离传输系统的研究过程中，系统的放大方案、补偿方案以及调制格式的选择是研究的核心和重点。

在大容量长距离光传输系统中，引起信号损伤的主要因素有放大的自发辐射噪声ASE、光纤的非线性(自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频FWM等)、色度色散以及偏振模色散PMD。理想的调制格式应该具有(1)窄的频谱宽度；(2)对光纤非线性大的容限；(3)大的色散容限；(4)简单而且经济的配置。在大容量长距离光传输系统中，选择正确的调制格式时需要考虑频谱效率、功率裕度、对群速度色散(GVD)和光纤的非线性比如SPM，XPM，FWM和受激拉曼散射的容限等因素。目前已有一些调制格式在一定程度上满足上面提到的标准，包括非归零码(NRZ)、归零码(RZ)和双二进制格式等，此外，还有一些RZ码格式的变化形式，比如载波抑制归零码(CSRZ)调制格式。

在使用标准单模光纤作为光纤传输线的系统中，NRZ码、RZ码以及后来提出的CSRZ码是比较常用的调制格式。

NRZ码适合于较短距离的传输(小于1000km)，其优点是发射器和接收器端的配置简单，成本低，而且光谱致密，对色度色散的容限较高。其缺点是由于NRZ信号光谱的载波功率较高，因此对光纤非线性和ASE光噪声的容限低，频谱效率不高。

与NRZ码相比，RZ码抗SPM-GVD引起的信号损伤的能力较强，而且降低了对系统OSNR的要求。由于RZ码的脉冲能量集中在码元中心更窄的区域，因此有利于抑制PMD效应。RZ调制适用于超长距离的系统。RZ码格式最主要的优点是接收器灵敏度高，其不足之处是光谱带宽较宽，色散容限较低，频谱效率不高。CSRZ码在保持了RZ码的传输优势(即较好的OSNR和较高的SPM容限)的基础上，改善了由于RZ频谱较宽引起的色散管理难度增大和较大的高阶PMD损伤的劣势。与RZ码相比，CSRZ码的频谱带宽有较大幅度的压缩，因此系统的色散容限也有较大的提高。CSRZ相邻脉冲的相位交替，能够有效的抑制WDM系统相邻信道间的串扰。其缺点是当系统使用具有低色散值光纤作为传输媒质时，CSRZ码受到FWM串话的影响严重，对光纤的非线性容限降低。而且传统的产生RZ和CSRZ码的装置需要两个电光调制器，结构复杂，成本高。

因此，研究一种更理想的调制格式，即具有较窄的频谱宽度，对光纤非线性和色散具有大的容限，而且具有简单而且经济的配置，仍然是一个值得研究的热点问题。

发明内容

针对上述对目前调制格式优缺点的分析，本发明的目的是提供一种用于光通信系统的新的调制格式——部分载波抑制非归零码(CSNRZ)光信号的生成方法及其装置。

产生CSNRZ光信号的方法包括如下步骤：(1)连续波激光器产生并输出连续光波；(2)电数据信号发生器产生NRZ电信号；(3)所述NRZ电信号驱动推挽式电光调制器对连续光波进行调制，产生部分载波抑制非归零码(CSNRZ)光信号，其关键技术在于，通过调节加在所述推挽式电光调制器两个电极上的直流偏置电压V_bias的值，将调制器的偏置点控制在调制器传输函数的中点值和最小值之间。

产生上述CSNRZ光信号的装置由连续波激光器、推挽式电光调制器和电数据信号发生器组成。其中，所述推挽式电光调制器可以是常用的马赫-曾德尔调制器(MZ调制器)和电吸收调制器(EA调制器)，优选双驱动马赫-曾德尔(MZ)调制器，所述电数据信号发生器优选伪随机码发生器。

本发明的另一个目的是提供一种上述CSNRZ光信号的发射机，由一个或多个上述产生CSNRZ光信号的装置组成。

本发明还有一个目的是提供一种将CSNRZ光信号转换为NRZ光信号的方法及其转换模块。将CSNRZ光信号转换为NRZ光信号的方法包括如下步骤：(1)用分光器将CSNRZ光信号分成两路相同的光信号；(2)其中的一路光信号经由窄带滤波器后只有直流分量通过；(3)两路信号由合光器重新合并，输出NRZ光信号。

用上述方法将CSNRZ光信号转换为NRZ光信号的转换模块由分光器、窄带滤波器和合光器组成。

将上述转换模块加到通用的光接收模块前就构成了一种CSNRZ光信号接收装置，一个或多个这样的接收装置可组成CSNRZ光信号的接收机。

与目前光通信系统中常用的NRZ、RZ和CSRZ光信号不同，利用本发明的装置产生的CSNRZ光信号的“0”比特和“1”比特对应的幅度具有符号相反的幅值，部分的抑制了NRZ光信号的载波分量，减少了由于光纤非线性引入的功率代价。与NRZ光信号相比，本发明产生的CSNRZ光信号由于部分的抑制了NRZ信号的载波分量，所以具有更大的非线性容限，同时保持了很好的色散容限。

另外，本发明提出的产生CSNRZ光信号的装置仅使用一个推挽式电光调制器对连续光波进行一级调制，相对于二级调制系统而言，其优点是结构简单，降低了系统的成本。

附图说明

图1是本发明生成CSNRZ光信号的装置的结构示意图；

图2是本发明生成CSNRZ光信号的原理示意图；

图3分别是伪随机码序列I_n及其交流分量I_0，n和直流分量I_d的波形示意图；

图4是将CSNRZ光信号转换为NRZ光信号的转换模块的配置图

图5是CSNRZ光信号经过本发明的转换模块转换前后的光谱图；

图6A、6B分别是CSNRZ光信号经本发明的转换模块转换前和转换后的眼图。

具体实施方式

本发明提出的用于产生CSNRZ码型光信号的装置结构如图1所示。其中，由连续波激光器产生功率稳定的连续光波CW通过光纤传输线输入到推挽式电光调制器模块的输入端。在光通信系统中，常用的推挽式电光调制器有电吸收调制器(EA调制器)和马赫一曾德尔调制器(MZ调制器)。在本发明生成CSNRZ光信号的装置中优先采用的是双驱动电极型的MZ调制器。V_bias表示调制器的偏置电压。在本发明中，调制器的驱动电压由电数据信号发生器生成的NRZ电数据信号提供。伪随机码信号发生器是常用的电数据信号发生器。NRZ电信号分别连接到调制器两个臂的电极上。为了在调制结果中不引入频率啁啾，要求调制器两个臂上的电信号的极性相反。为此，将电信号分别接在一臂电极的正极、另一臂电极的负极，两臂电极的另一级都接地即可。此外，直流偏置电压V_bias也接入到MZ调制器的两个电极上，通过调节其电压值控制MZ调制器传输函数的偏置点。由NRZ电信号驱动推挽式电光调制器调制连续波激光器输出的连续光波，并将调制器的偏置点控制在调制器传输函数的中点值和最小值之间，即可生成CSNRZ光信号。

图2具体说明了利用本发明的装置产生CSNRZ光信号的原理。其中，所用的调制器是双驱动MZ调制器，其传输函数如曲线310所示，驱动MZ调制器的电信号传输函数如曲线320所示，调制后产生的CSNRZ光信号传输函数如曲线330所示。与目前广泛应用的RZ码和CSRZ码光信号的产生原理不同本发明的关键技术在于，通过调节直流偏置电压V_bias的值，将MZ调制器的偏置点控制在调制器传输函数的中点值和最小值之间的任一位置，就能产生CSNRZ光信号，如果在传输函数的最大值和最小值问的中点值处偏置，产生RZ光信号，在最小值处偏置则产生CSRZ光信号。CSNRZ码型的“0”比特对应的幅值和“1”比特对应的幅值具有相反的相位，而且幅值不同，部分的压缩了载波。通过改变偏置电压V_bias，只要MZ调制器的偏置点保持在调制器传输函数的中点值和最小值之间，还可以调整“0”比特对应的负的幅度值。

在本发明产生CSNRZ码型光信号的装置中(如图1所示)，电数据信号发生器生成的NRZ电数据信号的速率可以是40-Gb/s，还可以是如10-Gb/s、20-Gb/s、43-Gb/s等速率的NRZ电信号，它们都可以作为本发明产生CSNRZ光信号的推挽式电光调制器的驱动信号。另外，本发明采用的推挽式电光调制器可以是双驱动MZ调制器，还可以是电吸收(EA)调制器，二者的工作方式以及与电数据信号的连接方式基本相同。在基于本发明的CSNRZ码的光通信系统中，产生CSNRZ光信号的发射机由一个或多个上述产生CSNRZ光信号的装置组成，光纤传输链路的配置与在其它光通信系统中的相同，包含放大器，可调衰减器和色散补偿模块等。对于多信道的WDM系统，在光纤传输链路中还包含波分复用器和解复用器。为了便于在接收端接收信号，避免产生误码(噪声)，基于CSNRZ码的光通信系统还需要在通用的光接收模块前加入一个转换模块，用来转换CSNRZ光信号“0”比特对应的负的幅度值。

为了实现这种转换，首先将光信号分成两个相等的分量，其中的一个分量经由窄带通滤波器后只有直流分量通过，然后将两路光信号重新合成一路光信号，这样就把CSNRZ光信号转换为NRZ光信号。具体原理如下：

设基带CSNRZ信号为：

$f\left(t\right)=\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{n}g(t-\mathrm{nT})---\left(1\right)$

其中g(t)是脉冲波，I_n是伪随机码序列，

并且

                         I_n＝I_0，n+I_d             (2)

其中I_0，n的均值为0，I_d是直流分量。I_n、I_0，n、I_d分别如图3所示。转换模块将f(t)分成相等的两部分：

$f_1\left(t\right)=f_2\left(t\right)=\frac{1}{2}\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{n}g(t-\mathrm{nT})---\left(3\right)$

$=\frac{1}{2}\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}(I_{0,n}+I_d)g(t-\mathrm{nT})$

其中的一路信号经过窄带通滤波后，只有直流分量通过滤波器，所以经过窄带滤波器后的输出信号为：

$f_3\left(t\right)=\frac{1}{2}\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{d}g(t-\mathrm{nT})---\left(4\right)$

最后经过转换模块得到的输出信号为：

f_out(t)＝f₁(t)+f₃(t)

$=\frac{1}{2}\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{n}g(t-\mathrm{nT})+\frac{1}{2}\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{d}g(t-\mathrm{nT})---\left(5\right)$

$=\frac{1}{2}\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}(I_n+I_d)g(t-\mathrm{nT})$

通过调整I_n和I_d，将CSNRZ光信号转换为NRZ光信号。仿真结果证明当CSNRZ码的“1”比特和“0”比特对应的幅度值的比值在8dB左右的范围时，系统的性能最优。

将CSNRZ光信号转换为NRZ光信号的转换模块的具体配置如图4所示。首先由分光器将输入的CSNRZ光信号f(t)分成两路相等的光信号：f₁(t)和f₂(t)，其中的一路光信号f₂(t)经过一个窄带滤波器后，只有直流分量f₃(t)通过滤波器，最后两路信号f₁(t)和f₃(t)经过合光器后形成NRZ的光信号f_out(t)从转换模块中输出。

作为例证，图5和图6是在BER＝1.0e-12，用背对背光通信系统进行仿真时，加入转换模块前后CSNRZ光信号的光谱图和眼图。在图6中，A是没有加入转换模块时的CSNRZ光信号的眼图，B是加入转换模块后光信号的眼图。从图5和图6可以看出，CSNRZ光信号经过转换模块后的光谱图和眼图类似于常规的NRZ光信号。

将上述转换模块加到通用的光接收模块前就构成了一种CSNRZ光信号接收装置，一个或多个这样的接收装置可组成CSNRZ光信号的接收机。

以上为本发明的实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见的想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种产生部分载波抑制非归零码的方法，包括如下步骤：(1)连续波激光器产生并输出连续光波；(2)电数据信号发生器产生非归零码电信号；(3)所述非归零码电信号驱动推挽式电光调制器对连续光波进行调制，产生部分载波抑制非归零码光信号，其特征在于，通过调节加在所述推挽式电光调制器两个电极上的直流偏置电压V_bias的值，将调制器的偏置点控制在调制器传输函数的中点值和最小值之间。

2.一种产生部分载波抑制非归零码的装置，由连续波激光器、推挽式电光调制器和电数据信号发生器组成，其中，所述连续波激光器产生连续光波，所述电数据信号发生器生成非归零码电信号作为驱动信号输入到所述推挽式电光调制器的两个电极，连续光波通过所述推挽式电光调制器进行调制，产生部分载波抑制非归零码光信号，其特征在于，所述调制器的偏置点设置在调制器传输函数的中点值和最小值之间。

3.如权利要求2所述的产生部分载波抑制非归零码的装置，其特征在于，所述推挽式电光调制器是双驱动马赫-曾德尔调制器。

4.如权利要求2所述的产生部分载波抑制非归零码的装置，其特征在于，所述推挽式电光调制器是电吸收调制器。

5.如权利要求2所述的产生部分载波抑制非归零码的装置，其特征在于，所述电数据信号发生器是伪随机码发生器。

6.一种部分载波抑制非归零码光信号发射机，包含至少一个权利要求2-5中任一项权利要求所述的产生部分载波抑制非归零码的装置。

7.一种将部分载波抑制非归零码光信号转换为非归零码光信号的方法，包括如下步骤：(1)用分光器将部分载波抑制非归零码光信号分成两路相同的光信号；(2)其中的一路光信号经由窄带滤波器后只有直流分量通过；(3)两路信号由合光器重新合并，输出非归零码光信号。

8.一种将部分载波抑制非归零码光信号转换为非归零码光信号的转换模块，由分光器、窄带滤波器和合光器组成，其特征在于：分光器将输入的部分载波抑制非归零码光信号分成两路相同的光信号，其中一路信号经由窄带滤波器后只有直流分量通过，两路信号再由合光器重新合并，输出非归零码光信号。

9.一种部分载波抑制非归零码光信号接收装置，其特征在于，在通用的光接收模块前加入一个权利要求8所述的将部分载波抑制非归零码光信号转换为非归零码光信号的转换模块。

10.一种部分载波抑制非归零码光信号接收机，包含至少一个权利要求9所述的部分载波抑制非归零码光信号接收装置。

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