CN1768496B - 光时分复用 - Google Patents

Abstract

一种在光网络的节点处复用光信号的方法，所述光网络包括作为输入的多个电信号、多个激光发射器以及作为输出的多个光纤，所述方法包括：(a)以第一时钟频率生成时钟脉冲；(b)将时钟脉冲分别分成多个触发输出；(c)通过并行触发输出上的触发分别采样电信号，由此生成采样电信号；(d)通过用采样电信号分别调制激光发射器，将所述采样电信号转换成采样光信号，并在光纤上分别输出采样光信号；(e)将所述采样光信号合并到单个光纤上。

Description

光时分复用

技术领域

本发明涉及光通信，并且更具体地涉及一种将光信号复用到单个光纤上的新方法。具体地，该方法包括采样多路信号并且将采样信号耦合到单个光纤上。本发明的光复用方法对数字和射频(RF)模拟信号都有用，可用来升级现有的光纤通信网络，以及在新的安装中应用。

背景技术

可以通过几种现有技术实现光纤通信系统中的复用。复用技术的选择对网络的成本、性能和可升级性具有巨大的影响。一种复用技术是波分复用(WDM)。在WDM中，数据信号在各个光波长上被调制，并随后被耦合到单个光纤上。在光纤的远端，光学分离并单独检测不同的波长。结果WDM系统需要用于各个不同波长的大量的激光源和检测器。

在单波长信道上实现高数据速率的WDM的一个另选方案被称为光时分复用(OTDM)。如图1所示，典型的OTDM系统包括一个高速脉冲激光器101。分光器103对脉冲激光器的输出进行分束。外部调制器109用来将各个信号调制到光载波上。光延迟线路105(诸如不同长度的光纤)用来隔开不同信道的脉冲信号。然后通过组合器111将光信号光复用到单个光纤上。

在光纤通信网的使用寿命期间，经常有这样的情况，即需要附加的光纤但是得不到附加的光纤，从而可升级性选择受到限制。因此，在本领域中轻松升级所安装的光纤通信网的方法是有利的。目前的复用技术一旦安装就不易升级。例如不能使用WDM升级不包括安装的WDM激光器的光纤通信网，除非替换所有的激光发射器并且在接收端安装波长分离器和/或滤波器。升级现有技术的OTDM网络将需要安装精确延迟值的光延迟线路，这是本领域中难以实现的过程。

因此，需要具有借助信号采样的光时分复用方法，该方法可用来在直接安装并且要求替换最少量现有网络组件的现有网络中释放光纤，并且它会非常有利。

发明内容

按照本发明，提供一种在光网络的节点处复用光信号的方法，所述光网络包括作为输入的多个电信号、多个激光发射器以及作为输出的多个光纤，所述方法包括以下步骤：(a)以第一时钟频率生成时钟脉冲；(b)将该时钟脉冲分别分割成多个触发输出，所述触发输出以第二时钟频率承载时钟脉冲的各个分割部分，所述第二时钟频率等于第一时钟频率除以分割的个数；(c)通过分割部分上的触发分别采样电信号，由此生成采样电信号，其中采样电信号的采样持续时间大致等于时钟脉冲的宽度；(d)通过用采样电信号分别调制激光发射器，将采样电信号转换成采样光信号，并在光纤上分别输出采样光信号；以及(e)将采样光信号合并到单个光纤上。优选地，所述采样步骤包括将触发输出操作性地与各个激光发射器连接，并且将电信号操作性地与各个激光发射器连接，更优选地，采样步骤包括将所述触发输出操作性地与各个激光发射器的各自正极连接，并且将电信号操作性地与各个激光发射器的各自负极连接。

按照本发明，提供一种在光网络的节点处复用光信号的方法，所述光网络包括分别传输多个光信号的多个光纤，所述方法包括以下步骤：(a)以第一时钟频率生成时钟脉冲；(b)将该时钟脉冲分别分割成多个触发输出，所述触发输出以第二时钟频率承载时钟脉冲的各个分割部分，所述第二时钟频率等于第一时钟频率除以分割的个数；(c)通过将光信号分别输入至光调制器并且在分割部分上触发光调制器来分别采样光信号，由此生成采样光信号；以及(d)将采样光信号合并到单个光纤上。

按照本发明，提供一种用于在包括多个收发器基站的站点处复用下行链路光信号的系统，所述多个收发器基站操作性地与各个激光发射器相连；所述激光发射器分别与多个承载光信号的光纤连接，所述系统包括：(a)以第一时钟频率产生时钟脉冲的时钟；(b)串并转换器，将各个时钟脉冲分别分割成多个触发输出，所述触发输出以第二时钟频率承载时钟脉冲的各个分割部分，所述第二时钟频率等于第一时钟频率除以分割的个数；(c)分别与所述触发输出操作性地连接的多个激光发射器；其中通过在各个分割部分上驱动激光器采样光信号；以及(d)光耦合器，将光纤耦合到承载复用光信号的单个输出光纤上。所述系统还包括：(e)与输出光纤连接的光接收器，用于将复用光信号转换成复用电信号；(f)与所述光接收器的输出连接的RF放大器，用于放大复用电信号；以及(g)与所述RF放大器操作性地连接的天线，用于广播复用电信号。

附图说明

在此参照附图仅以例示的方式说明本发明，在附图中：

图1是传统光时分复用系统的现有技术图；

图2是按照本发明的一个实施例，在使用直接调制激光源的通信网络中的图；

图2a是按照本发明的另一个实施例，在使用直接调制激光源的通信网络中的图；

图3是按照本发明的实施例，使用多个光学信号的外部调制的图；

图4是按照本发明的实施例，在移动电话应用中使用直接调制的图。

具体实施方式

本发明是将光信号复用到单个光纤上的系统和方法。具体地，所述系统和方法包括采样多路信号并且将采样的信号光耦合到单个光纤上。本发明可容易地用来升级本领域中的现有网络并且可用于光纤通信网的新安装。

参照附图和所附的描述可更好地理解按照本发明的系统和方法的原理和操作，即通过分别采样多路信号并且将采样的信号耦合到单个光纤上。

应当注意，虽然这里的讨论涉及RF模拟信号的光复用，但是通过非限制的例示，本发明同样可选地设置为使用数字数据信号。

根据本发明的实施例，一旦信号被复用，可使用本领域中已知的任何方法进行信号分离。对于中等数字数据速率，例如使用公知的时域中的时钟和数据恢复电路进行信号分离。对于高速或高频信号，可使用选通光外部调制器。

在具体说明本发明的实施例之前，要理解本发明的应用不限于以下描述中阐述的或者附图中示出的设计细节和组件安排。本发明能够为其他实施例或者以各种方式实践或完成。而且，要理解这里使用的措辞和术语是出于说明的目的，而不应当认为是限制。

同样，本领域技术人员将理解本公开所依赖的概念可容易地用作其他用于实现本发明的数个目的的结构、方法和系统的设计基础。因此，重要的是，权利要求被视为包括不偏离本发明的精神和范围的这些等同结构。

现在参照附图，图2示出用于将数个光纤中承载的信号复用到单个光纤的系统和方法，由此释放光纤用于光网络中的附加用途。现有的光通信网络包括多个激光发射器201a至201n。通过按照信号发生器205a至205n各自产生的电信号改变激光发射器201的激光器二极管上的偏流，对激光发射器201a至201n分别进行直接调制。光纤215a至215n承载调制的光信号。按照本发明的复用系统使用时钟207，该时钟207产生串行的时钟信号，例如精确频率的串行脉冲。时钟率，优选地按照奈奎斯特采样定律(Nyquist)，大于复用信道的个数与每个信道传输的最大频率之积的两倍。将该串行时钟信号输入到串并转换器209。串并转换器209具有多个触发输出221a至221n，每个采样模块203对应一个触发输出221。按照本发明的一个实施例，串并转换器209将第一个脉冲输出给采样模块203a，将第二个脉冲输出给采样模块203b，依此类推，在全部采样模块203至采样模块203n中轮转，并且随后回到第一采样模块203a。当收到时钟脉冲时，采样模块203a至203n被触发，采样它们各自的输入并且向激光发射器201a至201n输出信号采样。优选地，信号采样的持续时间近似于时钟脉冲的宽度。结果，仅当采样模块203a至203n分别被触发时，激光发射器201a至201n才分别具有“非零输出”。术语“零输出”依赖于使用的调制类型，在数字调制中它是单极的，而在双极的模拟输出中“零输出”更恰当地意味着小于激光阈值的光输出，是指激光器二极管的最大瞬时输出电平的半峰值附近的偏压点。由光纤215a至215n分别承载激光发射器201a至201n的采样光信号。用光耦合器211合并采样信号。在单个光纤213上承载光时域复用信号，释放了n-1个光纤用于网络中的附加用途。在本发明的一个实施例中，采样模块203a至203n包括RF混合器，该RF混合器将时钟输出与作为输入激光发射器201a至201n的信号输入进行卷积。

作为例示，将10个RF模拟信道复用至最大频率达100Mhz优选地使用2Ghz的时钟频率。优选地以200Mhz的频率对激光发射器201进行采样。结果多路采样信号被光时分复用在单个光纤上，该光纤承载来自多个激光发射器的2Ghz调制。

在本发明的另一个实施例中，如图2a中所示，可以通过用触发脉冲和来自发生器205a至205n的输出二者直接驱动激光发射器201a至201n进行采样，无需插入采样模块203a至203n。在图2a中，激光器驱动器217a至217n从串并转换器209的触发输出221a至221n接收时钟脉冲，并且驱动各个激光发射器201a至201n的正极。RF信号发生器205a至205n的输出连接到各个衰减器219a至219n以达到合适的信号电平，从而不在激光发射器201a至201n中引起超过失真，并且RF信号发生器205a至205n的输出与各个激光发射器201a至201n的负极操作性地连接。由于图2a的实施例比图2的实施例需要更少的部件，并且不需要滤波器提供隔离，因此图2a中示出的实施例具有超过图2的实施例的优点。

按照图2和图2a中示出的实施例，本发明的优点除了简单、低成本并且易于安装光耦合器211，还在于复用所需的所有附加设备都在电气范畴，并且可以以较低的成本加入已有的网络。

图3中示出本发明的另一种可能结构。在图3的实施例中，将信号发生器205a至205n输入至激光发射器201a至201n。来自激光发射器201a至201n的调制光输出被输入至外部调制器301a至301n。将来自时钟207的串行时钟信号输出输入至串并转换器209。串并转换器209具有多个触发输出221a至221n，每个外部调制器301对应一个触发输出221。串并转换器209将第一个脉冲输出给外部调制器301a，将第二个脉冲输出给外部调制器301b，依此类推，在全部外部调制器301a至301n中轮转，并且随后回到第一外部调制器301a。当收到时钟脉冲时，外部调制器301a至301n被触发，采样它们各自的光输入并且将信号采样分别输出给光纤215a至215n。通过光耦合器211将光纤215a至215n光合并到单个光纤213。

图3的实施例适合快时钟率。例如，按照本发明，复用5个以2.5Gbs(千兆比特/秒)工作的数据信道要求时钟207以至少25Gbs的频率输出脉冲。另选地，与图3的实施例类似使用外部调制的实施例，可以被设置为使用具有快升降时间(例如40ps)的激光发射器，例如模式锁定脉冲激光器的特征。

图4中示出的本发明的另一个实施例是光时域复用在移动电话移动通信领域的应用。参照图4，收发器基站405a至405n位于同一站点。收发器基站405a至405n属于不同的小区服务。另选地，收发器基站405a至405n属于相同的小区服务但是以互不相同的频率信道工作。通过上行链路/下行链路双工器409a至409n输出下行链路(移动接收)信号，并且下行链路信号操作性地与激光发射器201a至201n相连。如图2和图2a中示出的实施例一样，时钟207经过串并转换器209，并经过各个激光器驱动器217a至217n操作性地连接到各个激光发射器201a至201n。在光耦合器211中光合并来自激光发射器201a至201n的光输出215a至215n；单个光纤213承载复用光输出。通过光接收器408接收光纤213承载的光信号，并将该光信号转换成复用电信号。复用电信号与RF放大器410的输入连接，并且经过天线双工器411发送到天线413用于广播。移动单元407a至407n分别从收发器基站405a至405n接收信号。从天线413到收发器基站405a至405n的上行链路(移动发送)信号路径未在图4中示出。

作为图4中示出的实施例的例示，三个收发器基站各自具有800-900Mhz内的不同下行链路频段。时钟207例如以6Ghz工作，并且以2Ghz对激光发射器201a至201n采样。然而，RF放大器410具有例如1Ghz的频率响应。因此，RF放大器410不能足够快地放大信号的采样转换，并且因此从天线413发送来自收发器基站405a至405n的充分无失真信号。

因此，前述被视为仅仅是本发明原理的例示。此外，由于本领域技术人员很容易做出许多修改和变型，所以，不希望将本发明限于已示出和说明的确切结构和操作，并且相应地，可采用落入本发明范围之内的所有合适的修改和等同物。

虽然已经就有限个实施例描述了本发明，但是应理解可以做出本发明的许多变型，修改和其他应用。

Claims (4)

1.一种在光网络的节点处时域复用光信号的方法，所述光网络包括作为输入的多个模拟电信号、多个激光发射器以及作为输出的多个光纤，所述方法包括以下步骤：

(a)以第一时钟频率生成时钟脉冲；

(b)将所述时钟脉冲分别分割成多个触发输出，所述触发输出以第二时钟频率承载所述时钟脉冲的各个分割部分，所述第二时钟频率等于所述第一时钟频率除以所述分割的个数；以及

(c)通过以下步骤分别采样所述模拟电信号：

(i)直接调制各个激光发射器，将所述分割部分施加到各个激光发射器的正极以获得在非零输出和零输出之间的输出；

(ii)通过将电信号操作性地与各个激光发射器的各个负极连接以用所述模拟电信号分别调制激光发射器，来将所述模拟电信号转换成采样光信号，并在光纤上分别输出所述采样光信号。

2.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：将所述采样光信号合并到单个光纤上。

3.一种用于在包括多个模拟射频收发器基站的站点处复用下行链路光信号的系统，所述多个收发器基站操作性地与各个激光发射器相连；所述激光发射器与多个分别承载光信号的光纤连接，所述系统包括：

(a)以第一时钟频率产生时钟脉冲的时钟；

(b)串并转换器，将所述时钟脉冲分别分割成多个触发输出，所述触发输出以第二时钟频率承载所述时钟脉冲的各个分割部分，所述第二时钟频率等于第一时钟频率除以所述分割的个数；

(c)多个激光发射器，其通过各自正极操作性地分别连接所述触发输出并且通过各自负极操作性地连接各个模拟射频信号，从而获得多个光纤中承载的各个采样光信号；以及

(d)光耦合器，将多个光纤中承载的光信号合并到单个光纤承载的复用光信号上。

4.根据权利要求3的系统，还包括：

(e)与所述单个输出光纤连接的光接收器，用于将所述复用光信号转换成复用电信号；

(f)与所述光接收器的输出连接的RF放大器，用于放大所述复用电信号；以及

(g)与所述RF放大器操作性地连接的天线，用于广播所述复用电信号。

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