DE602004009469T2

DE602004009469T2 - Optischer sender zur erzeugung von optischen dpsk signalen mit return to zero impulsen.

Info

Publication number: DE602004009469T2
Application number: DE602004009469T
Authority: DE
Inventors: Richard Oberland
Original assignee: Azea Networks Ltd
Current assignee: Azea Networks Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: JP4477643B2; WO2005055475A1; EP1690349A1; EP1690349B1; US7885550B2; GB0327605D0; US20070116477A1; DE602004009469D1; JP2007512748A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Sender zum Erzeugen eines optischen Differenz-Phasenumtastungssignals mit Return-to-Zero-Impulsen (RZ-DPSK).
Hintergrund der Erfindung
RZ-DPSK wird üblicherweise bei der Datenfernübertragung verwendet. Typischerweise besteht ein Sender zum Erzeugen eines RZ-DPSK-Signals aus einem Phasenmodulations-(PSK-)Modulationsbestandteil und einem RZ-Impulsbildungsbestandteil. Tatsächlich erfordern alle bisherigen Verfahren mindestens zwei getrennte Modulatoren in dieser Art und Weise, einen, um das Signal zu phasenmodulieren, und einen, um die RZ-Impulse zu formen. Dies ist in 1 dargestellt.
In allen Verfahren müssen die Quelldaten zuerst vor der optischen Modulation differenzcodiert werden. Dies wird in typischer Weise durch die Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-XOR-Gatters erreicht, wobei das Ausgangssignal abgenommen und mit einem Bit Verzögerung dem Eingang wieder zugeführt wird. Diese Codierung ist erforderlich, da der empfängerseitige Demodulator für Phasenvergleiche auf eine 1-Bit optische Verzögerung angewiesen ist.
Um das differenzcodierte elektrische Signal in ein moduliertes optisches Signal umzuwandeln, wird Laserlicht unter Verwendung eines Phasenmodulators oder eines chirpfreien Mach-Zehnder-Intensitätsmodulators phasenmoduliert. Der Phasenmodulator-Ansatz gehorcht bezüglich der Betriebsspannung einem analogen Verhalten. Deshalb geht jede Abweichung in dem elektrischen Signal direkt auf das optische Signal als Schwankungen in der Phase des Lichts über. Der Mach-Zehnder-Ansatz entfernt diese Phasenschwankungen durch chirpfreien Betrieb und stützt sich auf die Tatsache, dass das Licht seine Phase um 180° verändert, wenn man durch den Voreinstellungspunkt bzw. Bias mit minimalem Durchsatz fährt. Auf diese Weise kann eine exakte 180°-Phasencodierung zu Lasten einer zusätzlichen Intensitätsmodulation erzielt werden. Die inhärente Intensitätsmodulation wird durch das Sperren mit einer RZ-Impulsbildungsstufe entfernt, um RZ-DPSK-Signale zu bilden.
Jedes optische Bit wird intensitätsmoduliert, um einen repetitiven Strom von RZ-Impulsen zu erzeugen. Die RZ-Intensitätsmodulation wird üblicherweise von einem Sinuskurvenangetriebenen Mach-Zehnder-Modulator bereitgestellt. Ein Mach-Zehnder-Modulator kann auf verschiedene Art und Weisen angetrieben werden, typischerweise entweder mit einem Taktgeber mit voller Taktrate an dem Quadratur-Voreinstellungspunkt, um 50% Arbeitszyklen-Impulse zu erzeugen, oder mit einem Taktgeber mit halber Taktrate an den Maximal- oder Minimal-Voreinstellungspunkten, um 33% bzw. 66% Arbeitszyklen zu erzeugen. 1 zeigt eine standardmäßige 33% oder 66% RZ-DPSK-Senderkonfiguration gemäß dem Stand der Technik.
Wie oben erwähnt, resultieren in den Systemen des Standes der Technik die Phasen- und Intensitätsschwankungen aus der Signalqualität des Taktgeberausgangs, und auch aus der Taktgeber-zu-Modulator-Schnittstelle. Standardmäßige NRZ-Taktgeber können insbesondere aufgrund der Inter-Symbol-Interferenz (ISI) mit Rauschen behaftet sein, die von der breitbandigen Taktgeberantwort erzeugt wird.
Ein DPSK-RZ-Sender ist aus der EP-A-1271808 bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein optischer Sender auf:
einen Differenz-Codierer mit ersten und zweiten Ausgängen, wobei die ersten und zweiten Ausgänge von zueinander entgegengesetzter Polarität sind,
einen ersten RZ-Wandler, der mit dem ersten Ausgang des Differenz-Codierers verbunden ist, und einen zweiten RZ-Wandler, der mit dem zweiten Ausgang des Differenz-Codierers verbunden ist; und
einen Mach-Zehnder-Modulator mit zwei Elektroden, an den eine unmodulierte kohärente Lichtquelle gekoppelt ist, wobei der Ausgang des ersten RZ-Wandlers mit einer ersten Elektrode des Mach-Zehnder-Modulators verbunden ist, und wobei der Ausgang des zweiten RZ-Wandlers mit einer zweiten Elektrode des Mach-Zehnder-Modulators verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst der Sender des Weiteren invertierende RZ-Treiber bzw. RZ-Taktgeber, um eine RZ-Signalausgabe von den RZ-Wandlern in invertierte RZ-Signale umzuwandeln. Invertierte RZ-Taktgeber haben typischerweise eine bessere Ausgabequalität als nicht invertierte RZ-Taktgeber.
Vorzugsweise kann einer der RZ-Wandler-Ausgänge durch Einstellen der Phase eines Taktsignals verzögert werden, das in den RZ-Wandler eingegeben wird, um die beiden RZ-Signale zu synchronisieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Codieren von Daten als ein Differenz-Phasen-umgetastetes optisches RZ-Signal folgende Schritte auf:
Differenzcodieren der Daten, um zwei Datenströme von entgegengesetzter Polarität zu erzeugen;
Umwandeln jedes Datenstroms auf ein RZ-Signal-Format; und
Ansteuern einer ersten Elektrode eines Mach-Zehnder-Modulators mit zwei Elektroden, an den eine unmodulierte kohärente Lichtquelle gekoppelt ist, mit einem ersten der beiden Datenströme, und Ansteuern einer zweiten Elektrode des Mach-Zehnder-Modulators mit zwei Elektroden mit einem zweiten der beiden Datenströme.
Bevorzugt sind die RZ-Datenströme invertierte RZ-Datenströme.
Die vorliegende Erfindung stellt durch die Verwendung von RZ-Taktgebern von hoher Qualität verglichen mit existierenden RZ-DPSK-Lösungen eine verbesserte Signalintegrität bereit. Des Weiteren führt die vorliegende Erfindung zu einem kontrollierbaren RZ-Impulsflanken-Chirpen, wodurch eine schnelle Impulskompression oder -verbreiterung durch eine dispersive Faserlänge bereitgestellt wird. Dies schwächt in typischer Weise die Impulsverzerrung bei nichtlinearen Übertragungsstrecken ab.
Die vorliegende Erfindung erfordert die Verwendung von lediglich einem einzigen Mach- Zehnder-Modulator. Alle früheren RZ-DPSK-Sender erfordern zwei in Reihe geschaltete Modulatoren. Die vorliegende Erfindung bietet demgemäß Vorteile bezüglich der Kosten, der Größe und des Stromverbrauchs.
Mit dem Verfahren und dem System der vorliegenden Erfindung können der RZ-Arbeitszyklus oder die RZ-Impulsbreite durch das elektrische Treiber- bzw. Taktgebersignal gesteuert werden. Im Gegensatz dazu weisen frühere Sender-Systeme lediglich eine feste oder eingeschränkte Impulsbreitensteuerung auf.
Kurze Beschreibung der Figuren
Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
1 einen RZ-DPSK-codierten Sender gemäß dem Stand der Technik zeigt;
2 einen RZ-DPSK-codierten Sender gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
3 grafische Darstellungen der Ausgangsintensität, -phase und -chirp für einen Sender gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt einen RZ-DPSK-codierten Sender gemäß Stand der Technik. Die elektrischen Eingangdaten werden mittels eines Differenz-Ccodierers 10 differenzcodiert. Der Differenz-Codierer weist ein XOR-Gatter auf, wobei der Ausgang um ein Bit verzögert und an den Eingang rückgekoppelt ist. Die differenzcodierten Daten werden verwendet, um ein kohärentes Lichtsignal von einer kohärenten Lichtquelle 12 zu phasenmodulieren. Der in 1 dargestellte Modulator ist ein Mach-Zehnder-(MZ-)Modulator 11, der chirpfrei ist. Der MZ-Modulator wird von einem NRZ-Modulatortreiber bzw. -taktgeber 13 angetrieben. Das Ausgangssignal des MZ-Modulators 11 ist ein phasencodiertes optisches Signal. Dies wird durch die Verwendung eines zweiten MZ-Modulators 14 in ein RZ-Signal umgewandelt. Der zweite MZ-Modulator wird als ein RZ-Impulsformer verwendet und wird durch einen schmalbandigen Modulatortreiber bzw. -taktgeber 15 angesteuert. Der Taktgeber 15 wird wie dargestellt von einem Takt mit halber Taktrate an dem minimalen Voreinstellungspunkt (Bias) angetrieben, um einen 66% Arbeitszyklus zu erzeugen.
Die Einschränkungen dieses Sendertyps liegen darin, dass sich Phasen- und Intensitätsschwankungen in dem optischen Signal aus der Taktgeber-Ausgangssignalqualität und von der Taktgeber-/Modulator-Schnittstelle ergeben. Standardmäßige NRZ-Taktgeber können insbesondere aufgrund von ISI rauschbehaftet sein, das von der breitbandigen Taktgeberantwort erzeugt wird. Des Weiteren erfordert der Sender zwei getrennte Modulatoren.
Elektrische RZ-Sender sind nunmehr verfügbar und sie ersetzen in heutigen Systemen optische RZ-gesteuerte Sender alten Typs. Diese zeigen typischerweise eine bessere Leistung als NRZ-Sender aufgrund des erzielten Löschungsverhältnisses. Das RZ-Taktgebersignal ist in zweierlei Hinsicht besser als sein NRZ-Gegenstück:

1. Die Eingabedaten werden in der RZ-Wandlerstufe erneut zeitlich festgelegt und erneut geformt, und
2. RZ-Taktgeber sind intern voreingestellt, um einen der Logikwerte zu komprimieren, was das Rauschen vermindert.

2 zeigt einen DPSK-Sender gemäß der vorliegenden Erfindung. Der in 2 dargestellte Sender zeigt einen Differenz-Codierer 20, der einen elektrischen Datenstrom auf dieselbe Art und Weise wie der ältere Sender codiert, der unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Der Differenz-Codierer aus 2 hat zwei Ausgänge. Ein geeigneter Differenz-Codierer ist von Inphi erhältlich und ist deren 13751 DE 13 Gbps Differenz-Codierer. Jeder Ausgang (Q, Q) weist differenzcodierte Daten auf, doch sind sie von zueinander entgegengesetzter Polarität. Jeder Ausgang geht in einen RZ-Wandler 21, 22 hinein, der von einem Taktgenerator 23, 24 angetrieben wird. Geeignete RZ-Wandler sind ebenfalls von Inphi erhältlich, z. B. deren 13707 RZ-Produkt. Die RZ-Wandler geben RZ-gewandelte differenzcodierte Daten aus. Diese Daten werden an entgegengesetzte Elektroden eines Mach-Zehnder-(MZ-)Modulators mit zwei Elektroden 25, an den eine kohärente Lichtquelle gekoppelt ist, durch die RZ-Taktgeber 26, 27 angelegt. Ein geeigneter MZ-Modulator ist von Sumitomo Osaka Cement Co. Ltd. verfügbar und ist deren 10 Gbit/s Intensitätsmodulator mit zwei Elektroden. Die RZ-Signale werden von den. RZ-Taktgebern verstärkt. Die RZ-Taktgeber sind als invertierende RZ-Taktgeber 26, 27 dargestellt, da diese zu einer qualitativ höherwertigen Ausgabe führen, als nicht invertierende RZ-Taktgeber. Es können jedoch nicht invertierende RZ-Taktgeber verwendet werden. Invertierende RZ-Taktgeber sind von LA Techniques erhältlich, z. B. deren Produkt LA32-04-04.
Der Modulator sollte so voreingestellt sein, dass Licht von den beiden Zweigen des MZ mit entgegengesetzter Phase zu einem maximalen optischen Durchsatz führt. Kontinuierliche RZ-optische Impulse können durch Verändern der relativen Phase zwischen den beiden Zweigen von In-Phase (kein Licht) bis zu Gegen-Phase (maximales Licht) erzeugt werden. Das Licht wird entweder durch Ansteuern eines Arms aus der Phase "gedrückt" oder durch Ansteuern des anderen aus der Phase "gezogen". Die Phase jedes RZ-Impulses hängt davon ab, ob das Licht gedrückt oder gezogen wird, damit können phasencodierte Impulse (PSK) erzeugt werden.
Einer der RZ-Wandler-Ausgänge kann durch Einstellen der Phasenverschiebung 28 des Taktsignals darin verzögert werden, wodurch ein Verfahren zur Synchronisation der beiden Treibersignale bereitgestellt wird.
Die Verwendung von invertierenden RZ-Taktgebern führt zu einem negativen Chirp auf den optischen RZ-Signalen. Nicht invertierende RZ-Taktgeber führen zu einem positiven Chirp. Das Steuern des Chirp durch die Verwendung von invertierenden oder nicht invertierenden Taktgebern ist für die Impulskomprimierung oder die Impulsverbreiterung in positiven und negativen Dispersionsfasern nützlich. 3 zeigt den Senderausgang unter Verwendung von invertierenden RZ-Taktgebern. Die obere grafische Darstellung zeigt die Intensität des Ausgangs, die mittlere grafische Darstellung zeigt die Phase und die untere grafische Darstellung zeigt den Chirp. Es ist ersichtlich, dass die invertierenden RZ-Taktgeber zu einem negativen Chirp führen, d. h. die Anstiegsflanke jedes Impulses weist eine reduzierte Frequenz auf und die abfallende Flanke weist eine erhöhte Frequenz auf.
Die optische RZ-Impulsbreite kann kontinuierlich durch Einstellen des elektrischen Arbeitszyklus des RZ-Taktgebersignals gesteuert werden. Herkömmliche RZ DPSK-Sender weisen eine feste Impulsbreite auf.

Claims

Optischer Sender, der zum Erzeugen eines optischen Differenz-Phasenumtastungssignals mit Return-to-Zero-Impulsen geeignet ist, wobei der Sender aufweist: einen Differenz-Codierer (20) mit ersten und zweiten Ausgängen, wobei die ersten und zweiten Ausgänge von zueinander entgegen gesetzter Polarität sind, einen ersten RZ-Wandler (21) der mit dem ersten Eingang des Differenz-Codierers verbunden ist, und einen zweiten RZ-Wandler (22), der mit dem zweiten Ausgang des Differenz-Codierers verbunden ist; und einen Mach-Zehnder-Modulator (25) mit zwei Elektroden, an den eine unmodulierte kohärente Lichtquelle gekoppelt ist, wobei der Ausgang des ersten RZ-Wandlers mit einer ersten Elektrode des Mach-Zehnder-Modulators verbunden ist, und der Ausgang des zweiten RZ-Wandlers mit einer zweiten Elektrode des Mach-Zehnder-Modulators verbunden ist.
Sender nach Anspruch 1, der des Weiteren invertierende RZ-Taktgeber bzw. -Treiber (26, 27) umfasst, um eine RZ-Signalausgabe von den RZ-Wandlern in invertierte RZ-Signale umzuwandeln.
Sender nach Anspruch 1 oder 2, wobei einer der RZ-Wandler-Ausgänge durch Einstellen der Phase eines Taktsignals verzögert werden kann, das in den RZ-Wandler eingegeben wird.
Verfahren zum Codieren von Daten als ein Differenz-Phasen-umgetastetes optisches RZ-Signal, das folgende Schritte aufweist: Differenz-Codieren der Daten, um zwei Datenströme von entgegengesetzter Polarität zu erzeugen; Umwandeln jedes Datenstroms auf ein RZ-Signal-Format; und Ansteuern einer ersten Elektrode eines Mach-Zehnder-Modulators mit zwei Elektroden, an denen eine unmodulierte kohärente Lichtquelle gekoppelt ist, mit einem ersten der beiden Datenströme, und Ansteuern einer zweiten Elektrode des Mach-Zehnder-Modulators mit zwei Elektroden mit einem zweiten der beiden Datenströme.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die RZ-Datenströme invertierte RZ-Datenströme sind.