DE60310781T2

DE60310781T2 - System und Verfahren zur Mehrpegel-Phasenmodulationübertragung

Info

Publication number: DE60310781T2
Application number: DE60310781T
Authority: DE
Inventors: Seemant Dallas CHOUDHARY; Takeshi Richardson Hoshida; Michael C. Colchester Parker
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: EP1330054A3; DE60310781D1; EP1330054B1; EP1330054A2; JP2003249897A; US20040208646A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kommunikationsnetze, und genauer auf ein System und Verfahren für Mehrpegel-Phasenmodulationskommunikation.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Telekommunikationssysteme, Kabelfernsehsysteme und Datenkommunikationsnetze verwenden optische Netze, um rasch große Mengen von Information zwischen entfernten Punkten zu übermitteln. In einem optischen Netz wird Information in der Form optischer Signale durch optische Fasern übermittelt. Optische Fasern umfassen dünne Stränge aus Glas, die zum Übertragen der Signale über lange Strecken mit sehr geringem Verlust fähig sind. Die optischen Signale haben mindestens eine Charakteristik moduliert, um Audio-, Video-, Text-, Echtzeit-, Nicht-Echtzeit- und/oder andere geeignete Daten zu kodieren. Modulation kann auf Phasenumtastung (PSK, Phase shift keying), Intensitätsumtastung (ISK, intensity shift keying) oder anderen geeigneten Methoden beruhen.
In Quadratur-Phasenumtastungs-(QPSK)Modulation wird die Phase eines Trägersignals moduliert und nimmt einen von vier möglichen Werten entsprechend einer Symbolmenge an. In QPSK kann das Trägersignal in zwei Arme gesplittet werden, von denen der erste, der die phasengleiche Komponente genannt wird, in der Phase direkt moduliert ist. Der zweite Arm, der die Quadraturkomponente genannt wird, kann in der Phase nach ei ner zusätzlichen Phasenverschiebung von 90 Grad moduliert sein. Die zwei Arme werden kombiniert, um ein QPSK-Signal zu erzeugen.
QPSK-Empfänger verwenden eine Phasenregelschleife (PLL) mit einem lokalen Oszillator. Unzureichende PLL-Antwortzeit führt zu Nebensprechen zwischen den phasengleichen und Quadratur-Komponenten des QPSK-Signals, was zu einer Signalqualitätsverschlechterung führt.
In EP-A-0 898 389 werden ein optisches Übertragungssystem, ein optischer Sender und ein optischer Empfänger, die dafür verwendet werden, für Übertragung eines winkel-modulierten Signals offenbart. Ein Winkelmodulationsabschnitt wandelt ein eingegebenes elektrisches Signal in ein vorbestimmtes winkel-moduliertes Signal. Ein optischer Modulationsabschnitt wandelt das winkel-modulierte Signal, das von dem Winkelmodulationsabschnitt ausgegeben wird, in ein optisch-moduliertes Signal und sendet das optisch-modulierte Signal zu einem optischen Wellenleiterabschnitt. Ein Interferenzabschnitt trennt das optisch-modulierte Signal, das durch den optischen Wellenleiterabschnitt übertragen wird, in zwei optische Signale mit einer vorbestimmten Differenz in der Ausbreitungsverzögerung und kombiniert dann die optischen Signale. Ein optischer/elektrischer Wandlungsabschnitt unterzieht das kombinierte optische Signal homodyner Erfassung, um ein demoduliertes Signal des ursprünglichen elektrischen Signals zu erlangen und das elektrische Signal auszugeben. Der Interferenzabschnitt und der optische/elektrische Wandlungsabschnitt bilden ein Verzögerungserfassungssystem eines optischen Signals, sodass das Verzögerungserfassungssystem Wandlungsverarbeitung eines optischen Signals in ein elektrisches Signal und Winkeldemodulationsverarbeitung gleichzeitig durchführt.
In US-A-5 111 322 wird die Einzelwellenlängen-Bitraten-Kapazitätserhöhung eines Ultralangstrecken-Solitonübertragungssystems durch Verwendung einer Kombination von Polarisation und Zeitmultiplex erörtert. Genauer werden zwei Ströme von unterschiedlich (vorzugsweise orthogonal) polarisierten Solitonen in einem Sender verschachtelt (Zeitmultiplex), und später in dem Empfänger getrennt, um beide Datenströme wiederherzustellen.
In US-A-3 970 838 wird ein homodyner Empfänger zur Verwendung in einem optischen Breitbandkommunikationssystem offenbart. Der Empfänger nutzt duale Kanalisierung des optischen Eingangssignals auf die Art und Weise eines Zwei-Phasen-Synchronempfängers nach Costas. Ein optischer Strahlensplittungs-/Phasensplittungsaufbau wird verwendet, um die empfangenen und die lokalen Oszillatorstrahlen zu kanalisieren und die gewünschten Phasenbeziehungen sicherzustellen.
In US-A-4 732 447 wird ein Empfänger für modulierte optische Signale offenbart, enthaltend eine Multiport-Optikfaser-Koppleranordnung zu einem Eingangsport, wovon die modulierten optischen Signale zu einem anderen Eingangsport angelegt werden, wovon ein optisches Signal eines lokalen Oszillators von im wesentlichen der gleichen optischen Frequenz wie das modulierte optische Signal angelegt wird, wodurch die Ausgangsports des Kopplers getrennte Ausgangssignale ergeben, die sich unterschiedlich auf die Phasendifferenz der optischen Frequenz zwischen dem modulierten Eingangssignal und dem Signal des lokalen Oszillators beziehen, Mittel zum individuellen Demodulieren der Ausgangssignale und Mittel zum Summieren der demodulierten Ausgangssignale.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Modulieren eines Signals für eine Übertragung bereitgestellt, umfassend: Empfangen eines Quellensignals; Splitten des Quellensignals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; Modulieren des ersten Splittsignals basierend auf einer ersten Datenmenge, um ein erstes moduliertes Signal zu generieren; Verschieben einer Phase des zweiten Splittsignals, um ein phasenverschobenes zweites Splittsignal zu generieren; Modulieren des phasenverschobenen zweiten Splittsignals basierend auf einer zweiten Menge, um ein moduliertes zweites Signal zu generieren; Steuern der Polarisation des modulierten zweiten Signals; und Kombinieren des modulierten ersten Signals und des modulierten zweiten Signals, um ein kombiniertes Signal zu generieren; wobei das Quellensignal basierend auf Daten moduliert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Empfangen eines Signals offenbart, umfassend: Generieren eines polarisierten Signals basierend auf einer empfängerseitigen Rückkopplung; Kompensieren eines Eingangsverkehrssignals für Polarisationsmodusdispersion; Kombinieren des kompensierten Eingangsverkehrssignals mit dem polarisierten Signal, um ein kombiniertes Signal zu generieren; Splitten des kombinierten Signals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; Erfassen des ersten Splittsignals; und Erfassen des zweiten Splittsignals.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Übertragen eines Signals bereitgestellt, umfassend: ein Mittel zum Bereitstellen eines Quellensignals; ein Mittel zum Splitten des Quellensignals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; ein Mittel zum Modulieren des ersten Splittsignals basierend auf einer ersten Datenmenge, um ein moduliertes erstes Splittsignal zu generieren; ein Mittel zum Verschieben einer Phase des zweiten Splittsignals, um ein phasenverschobenes zweites Splittsignal zu generieren; ein Mittel zum Modulieren des phasenverschobenen zweiten Splittsignals basierend auf einer zweiten Datenmenge, um ein moduliertes zweites Signal zu generieren; ein Mittel zum Steuern der Polarisation des modulierten zweiten Signals, um ein polarisiertes Signal zu generieren; und ein Mittel zum Kombinieren des modulierten ersten Splittsignals und des polarisierten Signals, um ein kombiniertes Signal zu generieren; wobei das Quellensignal basierend auf Daten moduliert wird.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Empfangen eines Signals bereitgestellt, umfassend: ein Mittel zum Empfangen eines Signals; ein Mittel zum Bereitstellen eines lokalen Signals; ein Mittel zum Steuern einer Polarisation des lokalen Signals, um ein geeignet polarisiertes lokales Signal zu generieren; ein Mittel zum Kompensieren von Polarisationsmodusdispersion des empfangenen Signals; ein Mittel zum Kombinieren des polarisierten lokalen Signals und des empfangenen Signals; ein Mittel zum Splitten des kombinierten Signals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; ein Mittel zum Erfassen des ersten Splittsignals; ein Mittel zum Erfassen des zweiten Splittsignals; und ein Mittel zum Generieren von Rückkopplung, um das lokale Signal zu modifizieren.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Sender bereitgestellt, umfassend: einen Trägersignalgenerator, der betriebsfähig ist, ein optisches Signal zu generieren; einen Intensitätsmodulator, der mit dem Trägersignalgenerator optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, eine Intensität des optischen Signals basierend auf Daten zu modulieren, um ein intensitätsmoduliertes Signal zu generieren; einen ersten Strahlensplitter, der mit dem Identitätsmodulator optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das intensitätsmodulierte Signal zu empfangen und in zwei getrennte Signale zu teilen; einen ersten Phasenmodulator, der mit dem ersten Strahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, einen Datenstrom zu empfangen und eine Phase eines optischen Signals basierend auf dem Datenstrom zu modulieren, um ein erstes moduliertes Signal zu generieren; eine Phasenverschiebungseinrichtung, die mit dem ersten Strahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, eine Phase eines optischen Signals zu verschieben; einen zweiten Phasenmodulator, der mit der Phasenverschiebungseinrichtung optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, einen Datenstrom zu empfangen und eine Phase eines optischen Signals basierend auf dem Datenstrom zu modulieren, um ein zweites moduliertes Signal zu generieren; eine Halbwellenplatte, die mit dem zweiten Phasenmodulator optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das zweite modulierte Signal zu empfangen und ein Signal mit einem Polarisationszustand zu generieren, der zu dem Polarisationszustand des ersten modulierten Signals orthogonal ist, um ein orthogonales Signal zu generieren; einen zweiten Polarisationsstrahlensplitter, der mit dem ersten Phasenmodulator und der ersten Halbwellenplatte optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das erste modulierte Signal mit dem orthogonalen Signal zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal zu generieren.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Empfänger bereitgestellt, umfassend: einen lokalen Oszillator, der mit einer Viertelwellenplatte optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, ein optisches Signal zu generieren; die Viertelwellenplatte, die mit einem ersten Strahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das optische Signal zu empfangen, das optische Signal zyklisch zu polarisieren, um ein zyklisch polarisiertes Signal zu generieren, und das polarisierte Signal zu dem ersten Strahlensplitter zu übertragen; eine Polarisationsmodusdispersions- Kompensationseinrichtung zum Kompensieren von Polarisationsmodusdispersion eines optischen Verkehrssignals; den ersten Strahlensplitter, der mit einem zweiten Polarisationsstrahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das optische Verkehrssignal zu empfangen, das optische Verkehrssignal mit dem zyklisch polarisierten Signal zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal zu generieren, und das kombinierte Signal zu dem zweiten Polarisationsstrahlensplitter zu übertragen; das zweite Polarisationsstrahlensplitter, das mit einer ersten Fotodiode und einer zweiten Fotodiode optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das kombinierte Signal zu empfangen, das kombinierte Signal in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal zu splitten, und das erste Splittsignal zu der ersten Fotodiode und das zweite Splittsignal zu der zweiten Fotodiode zu übertragen; die erste Fotodiode, die mit einer Entscheidungsschaltung gekoppelt und betriebsfähig ist, das erste Splittsignal zu empfangen, ein erstes Datensignal basierend auf dem ersten Splittsignal zu generieren und das erste Datensignal zu der Entscheidungsschaltung zu übertragen; die zweite Fotodiode, die mit einer Entscheidungsschaltung gekoppelt und betriebsfähig ist, das zweite Splittsignal zu empfangen, ein zweites Datensignal basierend auf dem zweiten Splittsignal zu generieren, und das zweite Datensignal zu der Entscheidungsschaltung zu übertragen; die Entscheidungsschaltung, die mit einem Rückkopplungssteuermodul gekoppelt und betriebsfähig ist, ein gewünschtes optisches Signal, das durch den lokalen Oszillator generiert wird, zu bestimmen, ein Steuersignal basierend auf dem gewünschten optischen Signal zu generieren und das Steuersignal zu dem Rückkopplungssteuermodul zu übertragen; das Rückkopplungssteuermodul, das mit dem lokalen Oszillator gekoppelt und betriebsfähig ist, ein Oszillatorsteuersignal basierend auf dem Steuersignal zu generieren; und den lokalen Oszillator, der betriebsfähig ist, das Oszillatorsteuersignal zu empfangen und das optische Signal basierend auf dem Oszillatorsteuersignal zu modifizieren.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren für Mehrpegel-Phasenmodulationskommunikation bereitgestellt, die Nachteile und Probleme, die mit früheren Systemen und Verfahren in Verbindung stehen, im wesentlichen eliminieren oder reduzieren.
Ein Verfahren zum Übertragen eines Signals enthält Bereitstellen eines Quellensignals und Splitten des Quellensignals in ein erstes und zweites Splittsignal. Das erste Splittsignal wird basierend auf einer ersten Datenmenge moduliert. Das zweite Splittsignal wird phasenverschoben und basierend auf einer zweiten Datenmenge moduliert. Die Polarisation des modulierten zweiten Signals wird rotiert oder anderweitig gesteuert, mit Bezug auf die Polarisation des modulierten zweiten Signals orthogonal zu sein und mit dem modulierten ersten Signal kombiniert. Das kombinierte Signal kann auch moduliert und übertragen werden.
In einer anderen Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Empfangen eines Signals Empfangen eines Signals und Bereitstellen eines lokalen Signals. Das lokale Signal wird zyklisch polarisiert und mit dem empfangenen Signal kombiniert. Das kombinierte Signal wird in ein erstes und zweites Splittsignal gesplittet, und die ersten und zweiten Splittsignale werden erfasst. Es wird Rückkopplung generiert, um das lokale Signal zu modifizieren.
Ausführungsformen der Erfindung sehen verschiedene technische Vorteile vor. Technische Vorteile enthalten Bereitstellen eines Verfahrens zum Übertragen eines Signals, das Polarisationsmultiplexen von I- und Q-Komponenten in QPSK enthält. Das Polarisationsmultiplexen reduziert Nebensprechen bei Vorhan densein von Phasenfehlern. Ein anderer technischer Vorteil zieht Nutzen aus Polarisationsmultiplexen von I- und Q-Komponenten in dem Empfänger, wobei dadurch Nebensprechen reduziert und das Empfängerdesign vereinfacht werden. Ein zusätzlicher technischer Vorteil enthält Bereitstellung einer Sender- und Empfängerkonfiguration für polarisations-multiplexte und intensitäts-modulierte QPSK. Noch ein anderer technischer Vorteil enthält Bereitstellung von Intensitätsmodulation für ein modifiziertes QPSK-Signal, um Verschlechterung zu unterdrücken, die durch SPM/XPM + GVD bei Übertragung über eine optische Faser verursacht wird.
Noch ein anderer technischer Vorteil enthält die Verwendung von Intensitätsmodulation in dem Sender, um nicht-lineare Toleranz von QPSK zu verbessern. Außerdem werden andere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung einem Fachmann aus den folgenden Figuren, Beschreibungen und Ansprüchen leicht offensichtlich sein. Während spezifische Vorteile oben aufgezählt wurden, können verschiedene Ausführungsformen alle, einige oder keine der aufgezählten Vorteile enthalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung verwiesen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird, worin:
1 ein Blockdiagramm ist, das ein optisches Kommunikationssystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2A–B Blockdiagramme sind, die den optischen Sender von 1 in Übereinstimmung mit mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
3 ein Blockdiagramm ist, das den optischen Sender von 2A, implementiert in einer planaren Lichtwellenschaltung, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ein Blockdiagramm ist, das den optischen Sender von 2A, implementiert mit diskreten Elementen, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ein Blockdiagramm ist, das den optischen Sender von 2A, implementiert mit freier Raumoptik, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 ein Blockdiagramm ist, das den optischen Empfänger von 1 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 ein Blockdiagramm ist, das den optischen Empfänger von 6, implementiert in einer planaren Lichtwellenschaltung, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 ein Blockdiagramm ist, das den optischen Empfänger von 6 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
9 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Übertragen eines Signals in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
10 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Empfangen eines Signals in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein optisches Kommunikationssystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das optische Kommunikationssystem 1 enthält ein Übertragungsmodul 2, das mit einem Empfängermodul 3 über eine optische Verknüpfung 4 gekoppelt ist. Das Übertragungsmodul 2 generiert optische Signale basierend auf Daten für eine Übertragung über die optische Verknüpfung 4 zum Empfängermodul 3. Das Empfängermodul 3 empfängt die optischen Signale und extrahiert die Daten.
Das Übertragungsmodul 2 enthält einen Multiplexer 5 und eine Vielzahl von optischen Sendern 10. Die optischen Sender 10 modulieren ein Signal basierend auf Daten, um ein moduliertes Signal zu erzeugen. In einer Ausführungsform erzeugt jeder optische Sender 10 ein moduliertes Signal in einer verschiedenen Wellenlänge. Wie überall verwendet, bedeutet alles von einer bestimmten Teilmenge. Der Multiplexer 5 empfängt die modulierten Signale, die durch die optischen Sender 10 generiert werden, und kombiniert sie für eine Übertragung über die optische Verknüpfung 4. In einer Ausführungsform werden die Signale gemäß einer Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) Technik kombiniert. Sobald kombiniert, wird das resultierende optische Signal über die optische Verknüpfung 4 zum Empfängermodul 3 übertragen.
Die optische Verknüpfung 4 enthält eine oder mehr Spannen einer optischen Faser. Die optische Faser kann aus Glas, einem Flüssigkeitskern in einem Plastikgehäuse, oder anderweitig geeignet aufgebaut sein, um optische Signale zu übertragen.
Es können auch ein oder mehr optische Verstärker entlang der einen oder mehr Spannen der optischen Faser verteilt sein.
Das Empfängermodul 3 enthält einen Demultiplexer 6 und eine Vielzahl optischer Empfänger 8. Der Demultiplexer 6 empfängt das kombinierte optische Signal über die optische Verknüpfung 4 und extrahiert die ursprünglichen modulierten Signale, die verwendet werden, um das kombinierte optische Signal zu erstellen. In einer Ausführungsform ist das kombinierte optische Signal ein DWDM-Signal und wird entsprechend demultiplext. Der Demultiplexer 6 überträgt die extrahierten modulierten Signale zu den optischen Empfängern 8 auf einer Basis von eins zu eins. Die extrahierten modulierten Signale können auch auf eine Vielfalt von Wegen verteilt werden, einschließlich z.B. Verteilung basierend auf Verkehrsvolumen oder auf einer wie verfügbaren Basis. Optische Empfänger 8 empfangen die extrahierten modulierten Signale und extrahieren die Daten, die durch die optischen Sender 10 verwendet werden, um die modulierten Signale zu erzeugen.
2A veranschaulicht Details des optischen Senders 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der optische Sender 10 ein Mehrstufenmodulator. Die erste Stufe 11A moduliert ein Signal für eine Übertragung unter Verwendung von Intensitätsmodulation. Die zweite Stufe 11B moduliert das Signal der ersten Stufe unter Verwendung einer Kombination von Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) mit Polarisationsmultiplexen. Der optische Sender 10 kann andere oder unterschiedliche geeignete Stufen enthalten. Z.B. kann der optische Sender 10 stattdessen ein Signal unter Verwendung von QPSK modulieren, und dann die Intensität des QPSK-Signals modulieren. Während die vorliegende Erfindung in einem optischen Kommunikationssystem beschrieben wird, wird verstanden, dass auch andere geeignete Systeme eingesetzt werden können, wie etwa z.B. Mikrowellenkommunikationssysteme.
Bezug nehmend auf 2A enthält eine erste Stufe 11A den Intensitätsmodulator 16. Der Intensitätsmodulator 16 ist betriebsfähig, die Intensität eines optischen Signals basierend auf Daten zu modulieren. In der veranschaulichten Ausführungsform moduliert der Intensitätsmodulator 16 die Intensität eines optischen Signals basierend auf einem Taktsignal. Das Taktsignal kann ein Symbolsynchronsinustaktsignal sein, das mit einem Datensignal synchronisiert ist. Es wird verstanden, dass andere geeignete Signale oder Daten verwendet werden können, um die Daten bereitzustellen, nach denen der Intensitätsmodulator 16 die Intensität eines optischen Signals moduliert.
Die zweite Stufe 11B enthält einen Leistungssplitter 12A, einen Polarisationsstrahlensplitter 12B, eine Vielzahl von Phasenmodulatoren 14, einen Phasenverschieber (Phasenverschiebungseinrichtung) 20, eine Halbwellenplatte 22 und eine Vielzahl optischer Verknüpfungen 24. Der Leistungssplitter 12A ist eine beliebige Einrichtung, die betriebsfähig ist, eine Vielzahl von Signalen zu empfangen und zu kombinieren oder anderweitig ein kombiniertes Signal basierend auf den empfangenen Signalen passiv zu generieren und/oder ein Signal zu empfangen und das empfangene Signal in diskrete Signale zu splitten oder anderweitig diskrete Signale basierend auf dem empfangenen Signal passiv zu generieren. Die diskreten Signale können in Form und/oder Prozess identisch sein oder können sich geeignet unterscheiden. Das Polarisationsstrahlensplitter 12B ist eine beliebige Einrichtung, die betriebsfähig ist, eine Vielzahl von Signalen zu empfangen und zu kombinieren oder anderweitig ein kombiniertes Signal basierend auf den empfangenen Signalen und ihrer zugehörigen Polarisation passiv zu generieren und/oder ein Signal zu empfangen und das empfangene Signal in diskrete Signale zu splitten oder anderweitig diskrete Signale von ungleichen Polarisationszuständen basierend auf dem empfangenen Signal passiv zu generieren. Der Phasenmodulator 14 ist betriebsfähig, die Phase eines optischen Signals basierend auf Daten zu modulieren.
Der Phasenverschieber 20 ist betriebsfähig, eine Phase eines optischen Signals zu verschieben. Die Halbwellenplatte 22 ist betriebsfähig, die Polarisation eines optischen Signals um 90 Grad zu rotieren. Optische Verknüpfungen 24 verknüpfen die verschiedenen Komponenten vom optischen Sender 10, wie in 2A gezeigt. Insbesondere verbindet eine optische Verknüpfung 24 einen Intensitätsmodulator 16 mit einem Leistungssplitter 12A. Optische Verknüpfungen 24 verbinden den Leistungssplitter 12A mit einem ersten Phasenmodulator 14 und dem Phasenverschieber 20. Optische Verknüpfungen 24 verbinden den ersten Phasenmodulator 14 mit einem Polarisationsstrahlensplitter 12B. Optische Verknüpfungen 24 verbinden den ersten Phasenverschieber 20 mit einem zweiten Phasenmodulator 14 und den zweiten Phasenmodulator 14 mit der Halbwellenplatte 22. Optische Verknüpfungen 24 verbinden auch die Halbwellenlängenplatte 22 mit dem Polarisationsstrahlensplitter 12B. Jede optische Verknüpfung 24 kann eine optische Faser sein und kann mit variierenden Typen von Materialien gebildet werden, die die Transportcharakteristika von Licht beeinflussen, das sich entlang der optischen Verknüpfung 24 bewegt.
Im Betrieb empfängt der optische Sender 10 ein Trägersignal, moduliert die Trägersignalintensität, splittet das intensitätsmodulierte Signal in zwei Arme und moduliert die Phase von jedem Arm, um ein kombiniertes Quadratur-Phasenumtastungs-(QPSK)Signal zu erzeugen, was zu intensitätsmodulierter Quadratur-Phasenumtastung (IM/QPSK) führt. In QPSK-Modulation ist die Phase des Trägersignals moduliert und nimmt jeweils Werte von der Menge [–45°, 45°, 135°, –135°] entsprechend der Symbolmenge [10, 11, 01, 00] an.
Das Trägersignal kann durch einen kontinuierlichen Wellenlaser bereitgestellt werden und kann z.B. als A cos(2πf_ct) mathematisch ausgedrückt werden, wobei A die Amplitude ist, f_c die Trägerfrequenz ist und t die Zeit ist.
Das Trägersignal wird durch den Intensitätsmodulator 16 zuerst intensitätsmoduliert. In der veranschaulichten Ausführungsform wird das Trägersignal basierend auf einem 20 GHz-Symbolsynchrontaktsignal moduliert, das mit einem Datensignal synchronisiert ist. Der Intensitätsmodulator 16 überträgt das intensitätsmodulierte Signal zu dem Leistungssplitter 12A.
Das intensitätsmodulierte Signal tritt in den Leistungssplitter 12A ein, wo es in zwei Signale gesplittet wird, von denen sich das erste entlang einer optischen Verknüpfung 24 zu dem ersten Phasenmodulator 14 bewegt. Der Phasenmodulator 14 moduliert das Signal basierend auf einer ersten Datenquelle bei 20 Gb/s direkt in der Phase, wobei das resultierende Signal die gleichphasige Komponente (I-Komponente) genannt wird. Die gleichphasige Komponente bewegt sich entlang der optischen Verknüpfung 24 zu dem Polarisationsstrahlensplitter 12B, der in diesem Fall als eine Kombinationseinrichtung funktioniert.
Das zweite Signal, das von dem Leistungssplitter 12A kommt, bewegt sich entlang der optischen Verknüpfung 24 zu dem Phasenverschieber 20. Der Phasenverschieber 20 verschiebt die Phase des Trägerquellensignals um 90 Grad. In einigen Ausführungsformen kann der Phasenverschieber 20 "unsichtbar" sein – z.B. kann eine Gleichspannung (GS) an den zweiten Phasenmodulator 14 angelegt werden, um die Phasenverschiebung zu bewirken. Alternativ kann die Phase durch Manipulieren der optischen Pfadlänge oder durch Ausnutzung des elektrooptischen Effektes und/oder Nichtlinearität oder andere geeignete Verfahren verschoben werden.
Nachdem das Trägersignal phasenverschoben ist, bewegt sich das phasenverschobene Signal entlang der optischen Verknüpfung 24 zu dem zweiten Phasenmodulator 14, wo das phasenverschobene Signal durch eine zweite Datenquelle bei 20 Gb/s direkt phasenmoduliert wird, was zu einem Signal führt, das die Quadraturkomponente (Q-Komponente) genannt wird. Die Quadraturkomponente bewegt sich entlang der optischen Verknüpfung 24 zu der Halbwellenplatte 22, wo die Signalpolarisation um 90 Grad gedreht wird, derart, dass sie zu der Polarisation der gleichphasigen Komponente, die durch den ersten Phasenmodulator 14 generiert wird, orthogonal ist.
In einer besonderen Ausführungsform, wo das Trägersignal in transversaler elektrischer (TE, transverse electric) Polarisation gestartet wird, wandelt die Halbwellenplatte 22 es zu transversaler magnetischer (TM) Polarisation. TE- und TM-Polarisation können durch die folgenden mathematischen Formeln beschrieben werden:
wobei E_x die Amplitude von Polarisation in der x-Richtung ist, E_y die Amplitude der Polarisation in der y-Richtung ist, TM_c die Trägerfrequenz ist; t die Zeit ist;
der Einheitenvektor in der Richtung der x-Achse ist; ↓ der Einheitenvektor in der Richtung der y-Achse ist; und 2 die beliebige Phasendifferenz ist. Die resultierenden Signale, d.h. die I- und Q-Komponenten, sind deshalb orthogonal zueinander, wobei die I-Komponente in der transversalen elektrischen (TE) Polarisation und die Q-Komponente in der transversalen magnetischen (TM) Polarisation sind.
Die gleichphasigen und Quadraturkomponenten werden in dem Polarisationsstrahlensplitter 12B kombiniert. Das kombinierte Signal kann mathematisch z.B. als E_xcos(^TM _ct + 2₁/(t))
+ E_ysin(^TM _ct + 2₂(t))↓ beschrieben werden, wobei 2₁(t) ein erster Datenstrom in einem phasenmodulierten Format ist und 2₂(t) ein zweiter Datenstrom in einem phasenmodulierten Format ist.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird das resultierende intensitätsmodulierte QPSK-Signal dann für eine Übertragung entlang der optischen Verknüpfung 24 gesendet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die resultierende Übertragungsrate 40 Gb/s symbolsynchronintensitätsmodulierte QPSK. Wie oben beschrieben, ist die erste Stufe Intensitätsmodulation mit einem 20 GHz-Symbolsynchronsinustaktsignal. Die zweite Stufe ist QPSK-Modulation mit Polarisationsmultiplexen. Somit wird die Intensität reduziert, wenn es eine Phasendiskontinuität in dem Signal gibt. Der Vorteil von Intensitätsmodulation besteht darin, die Verschlechterung zu unterdrücken, die durch SPM/XPM + GVD in einer Übertragung über eine Faser verursacht wird. Wie nachstehend in Verbindung mit 6, 7 und 8 gezeigt wird, besteht der Vorteil von Polarisationsmultiplexen darin, das Nebensprechen zwischen den gleichphasigen und Quadraturkomponenten zu reduzieren.
2B veranschaulicht einen optischen Sender 10 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie der optische Sender von 2A enthält der optische Sender 10 eine erste Stufe 11A und eine zweite Stufe 113. Die erste Stufe 11A moduliert ein optisches Signal für Übertragung unter Verwendung von Intensitätsmodulation. Die zweite Stufe 113 moduliert das Signal der ersten Stufe unter Verwendung einer Kombination von QPSK mit Polarisationsmultiplexen.
Die erste Stufe 11A enthält einen Intensitätsmodulator 16, der betriebsfähig ist, die Intensität eines optischen Signals basierend auf einem Taktsignal zu modulieren. Die zweite Stufe 11B enthält einen ersten und zweiten Polarisationsstrahlensplitter 12B, einen ersten und zweiten Phasenmodulator 14, einen Phasenverschieber 20 und eine Vielzahl optischer Verknüpfungen 24.
Im Betrieb funktioniert der optische Sender 10 auf eine Art und Weise im wesentlichen ähnlich zu dem optischen Sender von 2A. Die Verwendung eines ersten Polarisationsstrahlensplitters 12B macht jedoch eine Halbwellenplatte unnötig. Diese Konfiguration erfordert, dass die Polarisation des optischen Signals, das in den ersten Polarisationsstrahlensplitter 12B eintritt, in einem Winkel von 45 Grad relativ zu einer Achse des ersten Polarisationsstrahlensplitters 12B linear polarisiert ist.
3 veranschaulicht eine Implementierung des Systems von 2A, insbesondere eine planare Lichtwellenschaltung. Die planare Lichtwellenschaltung 30 enthält einen Leistungssplitter 12A, einen Polarisationsstrahlensplitter 12B, eine Vielzahl von Phasenmodulatoren 14, eine Halbwellenlängenplatte 22 und eine Vielzahl optischer Verknüpfungen 24, die die Komponenten miteinander verbinden.
Im Betrieb tritt das Trägersignal in eine Eingangssektion der planaren Lichtwellenschaltung 30 ein, wo das Signal in zwei Zweige durch den Leistungssplitter 12A gesplittet wird. Der erste Zweig fährt zu einem ersten Phasenmodulator 14 fort, wo das Trägersignal gemäß einer ersten Datenmenge, die entlang des elektrischen Wellenleiters (schraffiert) empfangen wird, direkt phasenmoduliert wird, um ein erstes moduliertes Signal zu generieren (die I-Komponente). Der zweite Zweig des gesplitteten Signals bewegt sich zu dem zweiten Phasenmodulator 14, der die Phase des Trägersignals verschiebt und das phasenverschobene Signal basierend auf einer zweiten Datenmenge, die entlang des elektrischen Wellenleiters (schraffiert) empfangen wird, moduliert, um ein zweites moduliertes Signal zu generieren (die Q-Komponente). Nach der Modulation basierend auf der zweiten Datenmenge bewegt sich das modulierte Signal entlang der optischen Verknüpfung 24 zur Halbwellenlängenplatte 22, wo die Polarisation der Q-Komponente gedreht wird, um der Polarisation der I-Komponente orthogonal zu sein. Die gleichphasigen und Quadraturkomponenten bewegen sich entlang optischer Verknüpfungen 24 zu dem Polarisationsstrahlensplitter 12B, wo die Signale kombiniert werden und sich aus der planaren Lichtwellenschaltung 30 durch eine Ausgangssektion heraus bewegen. Von der planaren Lichtwellenschaltung 30 kann dann das resultierende QPSK-Signal auf eine ähnliche Weise zu der, die in Übereinstimmung mit 2A gezeigt wird (hier nicht gezeigt), intensitätsmoduliert werden. Alternativ kann das Trägersignal intensitätsmoduliert werden, bevor es in die planare Lichtwellenschaltung 30 eintritt. Die planare Lichtwellenschaltung 30 kann aus verschiedenen Materialien aufgebaut sein, die für eine Übertragung optischer Signale oder Licht durch das Material zugänglich sind, wie etwa z.B. Lithiumniobat oder Quarz.
4 veranschaulicht eine Ausführungsform des Systems von 2A als diskrete Elemente, die durch eine optische Faser verbunden sind. Der optische Sender 40 enthält eine polarisationsunterhaltende Faser (PMF, polarization maintaining fiber) 42, die einen Splitter 12A mit einem Paar von Phasenmodulatoren 14 und einem Phasenverschieber 20 verbindet. Die PMF 42 verbindet ferner die Phasenmodulatoren 14 mit dem Polarisationsstrahlensplitter 12B. Im Betrieb tritt ein Trägersignal in den Splitter 12A ein, wo es in zwei Arme gesplittet wird, von denen sich jeder entlang der PMF 42 zu den ersten und zweiten Phasenmodulatoren bewegt. In dem zweiten Arm durchläuft das Signal den Phasenverschieber 20 vor dem Phasenmodulator. Der erste Phasenmodulator 14 moduliert eine Phase des Signals basierend auf einer ersten Datenmenge, um ein erstes moduliertes Signal (die I-Komponente) zu generieren. Der Phasenverschieber 20 verschiebt die Phase des optischen Signals in dem zweiten Arm. Der zweite Phasenmodulator 14 moduliert die Phase des zweiten Arms des Trägersignals basierend auf einer zweiten Datenmenge, um ein zweites moduliertes Signal (die Q-Komponente) zu generieren. Die Polarisation der Q-Komponente wird gedreht, um zu der Polarisation der I-Komponente orthogonal zu sein. Die Quadratur-(Q)Komponente fährt entlang der PMF 42 zu dem Polarisationsstrahlensplitter 12B fort. Die gleichphasigen und Quadraturkomponenten werden in dem Polarisationsstrahlensplitter 12B kombiniert, wo das kombinierte Signal dann zu einem Intensitätsmodulator für Intensitätsmodulation und weitere Übertragung weitergegeben werden kann.
5 veranschaulicht das System von 2A in einer Freiraumoptikumgebung in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Sender 50 enthält optische Verknüpfungen 24, zwei Phasenmodulatoren 14, einen Polarisationsstrahlensplitter 12, eine Halbwellenplatte 22, einen Halbspiegel 52, Spiegel 54 und Linsen 56. Im Betrieb durchläuft das Trägersignal die optische Verknüpfung 54 und scheint auf Linse 56, die das Licht auf den Halbspiegel 52 konzentriert. Der Halbspiegel 52 ist betriebsfähig, das Licht in zwei diskrete Strahlen zu splitten, von denen jeder zu einem der Phasenmodulatoren 14 passiert. Der erste Phasenmodulator 14 moduliert die Phase des Lichtstrahls basierend auf einer ersten Datenmenge, und der zweite Phasenmodulator 14 verschiebt die Phase des Signals und moduliert den phasenverschobenen Strahl von Licht basierend auf einer zweiten Datenmenge. Beide Strahlen verlassen ihre jeweiligen Phasenmodulatoren 14 und bewegen sich zu einem Spiegel 54.
Der Lichtstrahl des phasenmodulierten Lichts von dem ersten Phasenmodulator 14 reflektiert von dem ersten Spiegel 54 direkt zu dem Polarisationsstrahlensplitter 12 (die gleichphasige (I) Komponente). Das zweite phasenmodulierte Licht reflektiert von dem zweiten Spiegel 54 und durchläuft die Halbwellenplatte 22, wo das Licht polarisiert wird, um zu der I-Komponente orthogonal zu sein. Der resultierende Lichtstrahl (die Q-Komponente) läuft von der Halbwellenplatte 22 zu dem Polarisationsstrahlensplitter 12, wo er mit der I-Komponente kombiniert wird. Der kombinierte Lichtstrahl scheint auf eine zweite Linse 56, wo er auf eine Eingangsseite der optischen Verknüpfung 24 für eine weitere Übertragung konzentriert wird. Es kann eine Leistungskombinierungseinrichtung an Stelle des Polarisationsstrahlensplitters 12 verwendet werden. Außerdem kann in einer anderen Ausführungsform ein Polarisationsstrahlensplitter 12 an Stelle des Halbspiegels 52 verwendet werden, und die Halbwellenplatte 22 weggelassen werden. In dieser Ausführungsform wird das Licht in 45 Grad relativ zu der Achse des Polarisationsstrahlensplitters linear polarisiert.
6 veranschaulicht Details des optischen Empfängers 8 von 1, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform empfängt und verarbeitet der optische Empfänger 8 unterschiedliche Typen von Signalen. Der optische Empfänger 8 enthält eine Vielzahl optischer Verknüpfungen 24, einen ersten Splitter 62, einen Polarisationsstrahlensplitter 64, eine Vielzahl von Fotodioden 66 und elektrische Verknüpfungen 67. Der optische Empfänger 8 enthält auch eine Entscheidungsschaltung 68, eine Rückkopplungssteuerung 70, einen lokalen Oszillator 72 und eine Viertelwellenplatte 74. Der erste Splitter 62 ist betriebsfähig, ein optisches Signal in einer Eingangssektion von der optischen Verknüpfung 24 zu empfangen und dieses Signal mit einem Signal eines lokalen Oszillators, das von der optischen Verknüpfung 24 empfangen wird, die den ersten Splitter 62 mit der Viertelwellenplatte 74 verbindet, zu kombinieren. Der erste Splitter 62 ist betriebsfähig, diese zwei Signale zu kombinieren und sie entlang der optischen Verknüpfung 24 zu dem Polarisationsstrahlensplitter 64 zu übertragen. Es wird verstanden, dass der erste Splitter 62 ein beliebiger optischer Koppler sein kann, der betriebsfähig ist, das empfangene Signal von dem Eingangszweig der optischen Verknüpfung 24 und das Signal, das von der Viertelwellenplatte 74 empfangen wird, zu kombinieren. Somit kann der Splitter 62 ein Halbspiegel, ein 50-50-Pfadsplitter/Kombinierer, ein Fusionsfaserkoppler, ein Drei-Dezibel-Koppler oder eine beliebige andere Einrichtung sein, die betriebsfähig ist, die zwei Signale zu kombinieren und eine einzelne Ausgabe auf die effizienteste Weise zu erzeugen.
Der Polarisationsstrahlensplitter 64 ist betriebsfähig, das Signal, das von dem ersten Splitter 62 empfangen wird, in diskrete Signale zu splitten oder anderweitig diskrete Signale basierend auf dem empfangenen Signal passiv zu generieren. Der Polarisationsstrahlensplitter 64 ist betriebsfähig, das Signal, das von dem ersten Splitter 62 empfangen wird, in seine transversalen elektrischen (TE) und transversalen magnetischen (TM) Komponenten zu splitten. Somit wird in dieser Ausführungsform ein beliebiger Phasenfehler in dem lokalen Oszillator 72 nur zu Signaldämpfung, nicht aber Nebensprechen führen. Somit ist der Polarisationsstrahlensplitter 64 betriebsfähig, das empfangene Signal in seine I- und Q-Komponenten durch Differenzieren zwischen den unterschiedlichen Polarisationen, die mit jeder Komponente in Verbindung stehen, zu splitten. D.h. transversale elektrische (TE) für die gleichphasige Komponente und transversale magnetische (TM) für die Quadraturkomponente. Jede Komponente wird durch eine Fotodiode 66 empfangen, die, wie nachstehend erwähnt, die Signale in ein elektrisches Signal wandelt, das dann durch die Entscheidungsschaltung 68 verarbeitet wird. Die gesplitteten Signale von dem Polarisationsstrahlensplitter 64 bewegen sich entlang optischer Verknüpfungen 24 zu Fotodioden 66.
Die Fotodioden 66 sind betriebsfähig, die optischen Signale, die von dem Polarisationsstrahlensplitter 64 empfangen werden, in elektrische Signale zu wandeln, die dann entlang elektrischer Verknüpfungen 67 zu der Entscheidungsschaltung 68 übertragen werden. Die Entscheidungsschaltung 68 ruft dann die verschiedenen Komponenten der optischen Signale ab und wandelt sie in die beabsichtigten Datenströme.
Die Entscheidungsschaltung 68 ist mit einer Rückkopplungssteuerung 70 entlang einer elektrischen Verknüpfung 67 verbunden. Die Rückkopplungssteuerung 70 ist betriebsfähig, die Ausgabe des lokalen Oszillators 72 durch eine Steuerverknüpfung über die elektrische Verknüpfung 67 basierend auf Information, die von der Entscheidungsschaltung 68 empfangen wird, zu modifizieren. Die Rückkopplungssteuerung 70 arbeitet auf eine Weise ähnlich zu einer Phasenregelschleife (PLL), und wird verwendet, um Phasenrauschen zu minimieren. Der lokale Oszillator 72 ist betriebsfähig, eine optische Ausgabe bereitzustellen, auf eine ähnliche Weise zu der Trägerquelle von 2. Das Signal des lokalen Oszillators bewegt sich entlang der optischen Verknüpfung 24 zu der Viertelwellenplatte 74. Die Viertelwellenplatte 74 ist betriebsfähig, ein linear polarisiertes Signal, das von dem lokalen Oszillator 72 empfangen wird, in zyklische Polarisation zu transformieren und dieses zyklisch polarisierte Signal entlang der optischen Verknüpfung 24 für eine Kombination mit dem eingegebenen Signal in dem ersten Splitter 62 zu übertragen.
In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass das empfangene Licht in dem ersten Splitter 62 bereits mit der I-Komponente des Signals ausgerichtet wurde, d.h. dass das empfan gene Signal in transversaler elektrischer (TE) Polarisation ist. Dies kann z.B. durch eine automatische Polarisationssteuerungs-(APO, automatic polarization controller) Einrichtung oder andere geeignete Einrichtungen durchgeführt werden. Das Signal, das durch den ersten Splitter 62 empfangen wird, kann auch mit einer Polarisationsmodus-Dispersionskompensations-(PMDC, polarization mode dispersion compensator) Einrichtung zusammen mit der automatischen Polarisationssteuervorrichtung (APC) gefiltert werden. Es wird durch einen Fachmann auch verstanden, dass wo der lokale Oszillator 72 zyklisch polarisiertes Licht emittiert, es keine Notwendigkeit für die Viertelwellenplatte 74 gibt.
7 veranschaulicht den optischen Empfänger von 6, wie in einer planaren Lichtwellenschaltung implementiert, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Empfänger 80 enthält ein planares Lichtwellenmedium 82, eine Vielzahl optischer Verknüpfungen 24, einen ersten Splitter 62, einen Polarisationsstrahlensplitter 64, zwei oder mehr Fotodioden 66, eine Viertelwellenplatte 74 und einen lokalen Oszillator 72. Das planare Lichtwellenmedium 62 kann ein beliebiges geeignetes Medium umfassen, das betriebsfähig ist, Licht auszubreiten. Das planare Lichtwellenmedium 82 kann z.B. Lithiumniobat, Quarz und dergleichen umfassen.
Im Betrieb wird ein optisches Signal auf der Eingangsseite des optischen Empfängers 80 empfangen und bewegt sich entlang der optischen Verknüpfung 24, wo es mit einem Signal, das von dem lokalen Oszillator 72 empfangen wird, in dem ersten Splitter 62 kombiniert wird. Der lokale Oszillator 72, wie oben in Verbindung mit 6 beschrieben, erzeugt ein Signal, das sich entlang einer optischen Verknüpfung 24 zu einer Viertelwellenplatte 74 bewegt, wo das Signal zyklisch polarisiert wird. Das zyklisch polarisierte Signal wird mit dem empfangenen Signal in dem ersten Splitter 62 kombiniert. Das kombinierte Signal durchläuft eine optische Verknüpfung 24 zu dem Polarisationsstrahlensplitter 64, wo das Signal in die I- und Q-Komponenten gesplittet wird. Die I und Q optischen Signale werden dann zu einer Fotodiode 66 übertragen, wo sie in elektrische Signale für eine Verarbeitung gewandelt werden.
8 veranschaulicht den optischen Empfänger von 6, wie in einer Freiraumoptikumgebung implementiert, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Empfänger 90 enthält eine optische Verknüpfung 24, Linsen 92, eine Vielzahl von Lichtstrahlen 94, einen Halbspiegel 96, einen Polarisationsstrahlensplitter 64, einen Spiegel 98, zwei oder mehr Fotodioden 66, einen lokalen Oszillator 72 und eine Viertelwellenplatte 74. Im Betrieb wird ein optisches Signal in dem Eingangsknoten in der optischen Verknüpfung 24 empfangen, wo das optische Signal in einer Linse 92 aufgenommen wird, die das optische Signal in einen Lichtstrahl 94 wandelt. Der Lichtstrahl 94 bewegt sich zum Halbspiegel 96, wo er mit einem Signal kombiniert wird, das im Spiegel 98 empfangen und von ihm reflektiert wird. Der lokale Oszillator 72 generiert ein Trägersignal entlang einer anderen optischen Verknüpfung 24, das sich zu einer zweiten Linse 92 bewegt, die das Signal in einen Lichtstrahl 94 wandelt. Der Lichtstrahl durchläuft dann eine Viertelwellenplatte 74, die wie oben beschrieben sicherstellt, dass das Licht zyklisch polarisiert wird. Das zyklisch polarisierte Licht reflektiert von einem Spiegel 98 weg zu dem Halbspiegel 96, wo es mit dem Lichtstrahl kombiniert wird, der durch Linse 92 generiert wird. Das kombinierte Licht passiert zu einem Polarisationsstrahlensplitter 64, wo das Licht in I- und Q-Komponenten gesplittet wird und auf zwei oder mehr Fotodioden 66 scheint. Wie oben beschrieben sind die Fotodioden 66 betriebsfähig, das empfangene Licht der I- und Q-Komponenten des Signals von einem optischen zu einem elektrischen Signal für eine weitere Verarbeitung zu wandeln. Der Spiegel 98 kann durch Anordnen des lokalen Oszillators 72, der Linse 92, des Lichtstrahls 94 und der Viertelwellenplatte 74 in einer vertikalen Konfiguration beseitigt werden. Weitere Details der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den in 9 und 10 beschriebenen Verfahren offensichtlich.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Übertragen eines Signals in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In dieser Ausführungsform wird Intensitätsmodulation unabhängig vom Polarisationszustand des Signals in der zweiten Stufe durchgeführt, wobei Phasenmodulation in der ersten Stufe durchgeführt wird.
Der Prozess beginnt in Schritt 100, wo ein Trägersignal bereitgestellt wird. Wie oben beschrieben, kann dieser Schritt durch einen lokalen Oszillator oder kontinuierlichen Wellenlaser durchgeführt werden, oder ein anderes Mittel, das geeignet ist, ein Trägersignal zu erzeugen. Als Nächstes wird in Schritt 105 das Trägersignal in zwei diskrete Arme gesplittet. Wie oben beschrieben, kann dieser Schritt z.B. durch den Strahlensplitter 12A von 2A, oder für zyklisch polarisiertes Licht durch einen Polarisationsstrahlensplitter durchgeführt werden.
In Schritt 110 wird das erste gesplittete Signal basierend auf einer ersten Dateneingabe moduliert. Dieser Schritt kann durch den ersten Phasenmodulator 14 von 2A durchgeführt werden. Als Nächstes wird in Schritt 115 die Phase des zweiten gesplitteten Signals, das im obigen Schritt 105 gesplittet wird, um π/2 Radian verschoben. Wie oben beschrieben, kann dies durch den Phasenverschieber 20 von 2A durchgeführt werden. Als Nächstes wird in Schritt 120 das phasenverschobene zweite gesplittete Signal basierend auf einer zwei ten Dateneingabe moduliert. Dieser Schritt kann durch den zweiten Phasenmodulator 14 von 2A durchgeführt werden.
Als Nächstes wird in Schritt 125 die Polarisation des zweiten modulierten Signals orthogonal zur Polarisation des ersten modulierten Signals durchgeführt. Dieser Schritt kann durch die Halbwellenplatte 22 von 2A durchgeführt werden, oder anderweitig geeignet polarisiert werden. Als Nächstes werden in Schritt 130 das modulierte erste Signal und das orthogonal polarisierte zweite Signal kombiniert. Dieser Schritt kann durch den Polarisationsstrahlensplitter 12B von 2A oder einen Splitter durchgeführt werden. In Schritt 135 wird das kombinierte Signal moduliert. Dieser Schritt kann durch den Intensitätsmodulator 16 in einer Ausführungsform durchgeführt werden, in der er die zweite Stufe ist, und kann basierend auf einem Taktsignal moduliert werden. Als Nächstes wird in Schritt 140 das modulierte kombinierte Signal übertragen und der Prozess endet.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Empfangen und Verarbeiten eines Signals in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Prozess beginnt in Schritt 200, worin ein intensitätsmoduliertes QPSK-Signal empfangen wird. In Schritt 205 wird ein lokales Signal bereitgestellt. Dieser Schritt kann z.B. durch den lokalen Oszillator 72 von 6 durchgeführt werden. In Schritt 210 wird das lokale Signal zu einer zyklischen Polarisation transformiert. Wie oben beschrieben, kann dieser Schritt durch die Viertelwellenplatte 74 von 6 durchgeführt werden.
In Schritt 215 wird das polarisierte lokale Signal mit dem empfangenen Signal kombiniert. Dieser Schritt kann durch den ersten Splitter 62 von 6 durchgeführt werden. In Schritt 220 wird das kombinierte Signal dann in zwei diskrete Signale gesplittet. Dieser Schritt kann durch den Polarisationsstrahlensplitter 64 von 6 durchgeführt werden.
In Schritt 225 wird eine erste Komponente des gesplitteten Signals erfasst. Dies können entweder die I- oder Q-Komponenten des empfangenen Signal sein, und kann durch die Fotodiode 66 von 6, 7 und 8 durchgeführt werden. In Schritt 230 wird eine zweite Komponente des gesplitteten Signals, die andere der zwei Signale, erfasst. D.h. falls die I-Komponente in Schritt 225 erfasst wird, wird dann die Q-Komponente in Schritt 230 erfasst. Wie bei Schritt 225 kann dieser Schritt durch die Fotodiode 66 von 6, 7 und 8 durchgeführt werden.
In Schritt 235 wird Rückkopplung generiert, um das lokale Signal zu modifizieren, um eine Phasenregelschleife (PLL) für den Empfänger bereitzustellen. Dieser Schritt kann durch die Entscheidungsschaltung 68 und Rückkopplungssteuerung 70 von 6 durchgeführt werden. In Schritt 240 wird der Prozess wiederholt, wobei ein Signal empfangen wird (Schritt 200).
Obwohl die Verfahren von 9 und 10 mit spezifischen Schritten in einer spezifischen Reihenfolge gezeigt wurden, wird verstanden, dass die Schritte in einer anderen Reihenfolge wie angemessen durchgeführt werden können, und wie angemessen andere Schritte hinzugefügt oder weggelassen werden können, in Übereinstimmung mit dem Geist der vorliegenden Erfindung.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, können einem Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgeschlagen werden. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung ihre Änderungen und Modifikationen einbezieht, wie sie in den Bereich der angefügten Ansprüche fallen.

Claims

Ein Verfahren zum Modulieren eines optischen Signals für eine Übertragung, umfassend: Empfangen eines Quellensignals; Splitten des Quellensignals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; Modulieren des ersten Splittsignals basierend auf einer ersten Datenmenge, um ein erstes moduliertes Signal zu generieren; Verschieben einer Phase des zweiten Splittsignals, um ein phasenverschobenes zweites Splittsignal zu generieren; Modulieren des phasenverschobenen zweiten Splittsignals basierend auf einer zweiten Menge, um ein moduliertes zweites Signal zu generieren; Steuern der Polarisation des modulierten zweiten Signals; und Kombinieren des modulierten ersten Signals und des modulierten zweiten Signals, um ein kombiniertes Signal zu generieren; wobei das Quellensignal basierend auf Daten moduliert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polarisation des zweiten Signals gesteuert wird, zu der Polarisation des modulierten ersten Signals orthogonal zu sein.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Phasenverschiebung neunzig Grad ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei unmittelbar vor Kombination die Polarisation des modulierten ersten Signals querlaufende elektrische (TE, transverse electrical) Polarisation ist, und die Polarisation des polarisierten zweiten Signals querlaufende magnetische (TM) Polarisation ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Modulation durch Phasenmodulation ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Modulieren des Quellensignals.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Quellensignal durch Intensitätsmodulation moduliert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Intensitätsmodulation periodisch ist.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Identitätsmodulation nach einem Taktsignal geschieht, dessen Frequenz und Phase mit einem Datensignal synchronisiert sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Signal optisch ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Modulieren des kombinierten Signals.
Ein Verfahren zum Empfangen eines optischen Signals, umfassend: Generieren eines polarisierten Signals basierend auf einer empfängerseitigen Rückkopplung; Kompensieren eines Eingangsverkehrssignals für Polarisationsmodusdispersion; Kombinieren des kompensierten Eingangsverkehrssignals mit dem polarisierten Signal, um ein kombiniertes Signal zu generieren; Splitten des kombinierten Signals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; Erfassen des ersten Splittsignals; und Erfassen des zweiten Splittsignals.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Polarisation zyklisch ist.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Splittsignal eine erste Komponente des empfangenen Signals umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei das zweite Splittsignal eine zweite Komponente des empfangenen Signals umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Eingangsverkehrssignal optisch ist.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei das kombinierte Signal durch einen Polarisationsstrahlensplitter (PBS) gesplittet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Polarisation einer ersten Komponente des Eingangsverkehrssignals mit einer Achse des Polarisationsstrahlensplitters ausgerichtet ist.
Ein System zum Übertragen eines optischen Signals, umfassend: ein Mittel zum Bereitstellen eines Quellensignals; ein Mittel zum Splitten des Quellensignals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; ein Mittel zum Modulieren des ersten Splittsignals basierend auf einer ersten Datenmenge, um ein moduliertes erstes Splittsignal zu generieren; ein Mittel zum Verschieben einer Phase des zweiten Splittsignals, um ein phasenverschobenes zweites Splittsignal zu generieren; ein Mittel zum Modulieren des phasenverschobenen zweiten Splittsignals basierend auf einer zweiten Datenmenge, um ein moduliertes zweites Signal zu generieren; ein Mittel zum Steuern der Polarisation des modulierten zweiten Signals, um ein polarisiertes Signal zu generieren; und ein Mittel zum Kombinieren des modulierten ersten Splittsignals und des polarisierten Signals, um ein kombiniertes Signal zu generieren; wobei das Quellensignal basierend auf Daten moduliert wird.
Das System nach Anspruch 19, wobei die Polarisation des modulierten zweiten Signals zu der Polarisation des modulierten ersten Signals orthogonal ist.
Das System nach Anspruch 19, wobei die Phasenverschiebung neunzig Grad ist.
Das System nach Anspruch 19, wobei unmittelbar vor Kombination die Polarisation des modulierten ersten Signals querlaufende elektrische (TE) Polarisation ist, und die Polarisation des polarisierten zweiten Signals querlaufende magnetische (TM) Polarisation ist.
Das System nach Anspruch 19, wobei die Modulation durch Phasenmodulation ist.
Das System nach Anspruch 19, ferner umfassend ein Mittel zum Modulieren des Quellensignals.
Das System nach Anspruch 24, wobei das Quellensignal durch Intensitätsmodulation moduliert wird.
Das System nach Anspruch 25, wobei die Intensitätsmodulation periodisch ist.
Das System nach Anspruch 25, wobei die Intensitätsmodulation nach einem Taktsignal geschieht, dessen Frequenz und Phase mit einem Datensignal synchronisiert sind.
Das System nach Anspruch 27, wobei das Taktsignal in einer Symbolrate ist.
Das System nach Anspruch 19, wobei das Signal optisch ist.
Das System nach Anspruch 19, wobei das Quellensignalmittel ein Dauerstrichlaser ist.
Das System nach Anspruch 19, wobei das Quellensignal durch einen Polarisationsstrahlensplitter gesplittet wird; und wobei das Quellensignal zyklisch polarisiert wird.
Das System nach Anspruch 19, wobei das Quellensignal durch einen Halbspiegel gesplittet wird.
Das System nach Anspruch 19, wobei das Quellensignal durch einen Drei-Dezibel-Splitter gesplittet wird.
Das System nach Anspruch 19, wobei das Phasenverschiebungsmittel durch Anlegen einer Gleichspannung (GS) an den Modulator ist.
Das System nach Anspruch 19, wobei das Mittel zum Steuern von Polarisation eine Halbwellenplatte ist.
Ein System zum Empfangen eines optischen Signals, umfassend: ein Mittel zum Empfangen eines Signals; ein Mittel zum Bereitstellen eines lokalen Signals; ein Mittel zum Steuern einer Polarisation des lokalen Signals, um ein geeignet polarisiertes lokales Signal zu generieren; ein Mittel zum Kompensieren von Polarisationsmodusdispersion des empfangenen Signals; ein Mittel zum Kombinieren des polarisierten lokalen Signals und des empfangenen Signals; ein Mittel zum Splitten des kombinierten Signals in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal; ein Mittel zum Erfassen des ersten Splittsignals; ein Mittel zum Erfassen des zweiten Splittsignals; und ein Mittel zum Generieren von Rückkopplung, um das lokale Signal zu modifizieren.
Das System nach Anspruch 36, wobei das Signal durch eine automatische Polarisationssteuervorrichtung empfangen wird.
Das System nach Anspruch 36, wobei die geeignete Polarisation des lokalen Signals zyklisch ist.
Das System nach Anspruch 36, wobei das erste Splittsignal eine erste Komponente des empfangenen Signals umfasst.
Das System nach Anspruch 36, wobei das zweite Splittsignal eine orthogonal polarisierte zweite Komponente des empfangenen Signals umfasst.
Das System nach Anspruch 36, wobei das Signal optisch ist.
Das System nach Anspruch 36, wobei das lokale Signal durch einen Dauerstrichlaser bereitgestellt wird.
Das System nach Anspruch 36, wobei das lokale Signalmittel zyklisch polarisiertes Licht liefert.
Das System nach Anspruch 36, wobei das Mittel, um Polarisation zu steuern, eine Viertelwellenplatte ist.
Das System nach Anspruch 36, wobei das Kombinationsmittel ein 3-Dezibel-Splitter ist.
Das System nach Anspruch 36, wobei das Kombinationsmittel ein Halbspiegel ist.
Das System nach Anspruch 36, wobei das Splittingmittel ein Polarisationsstrahlensplitter ist; und eine erste Komponente des Signals zu einer Achse des Polarisationsstrahlensplitters ausgerichtet ist.
Das System nach Anspruch 36, wobei das Erfassungsmittel eine Fotodiode ist.
Ein optischer Sender, umfassend: einen Trägersignalgenerator, der betriebsfähig ist, ein optisches Signal zu generieren; einen Intensitätsmodulator, der mit dem Trägersignalgenerator optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, eine Intensität des optischen Signals basierend auf Daten zu mo dulieren, um ein intensitätsmoduliertes Signal zu generieren; einen ersten Strahlensplitter, der mit dem Identitätsmodulator optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das intensitätsmodulierte Signal zu empfangen und in zwei getrennte Signale zu teilen; einen ersten Phasenmodulator, der mit dem ersten Strahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, einen Datenstrom zu empfangen und eine Phase eines optischen Signals basierend auf dem Datenstrom zu modulieren, um ein erstes moduliertes Signal zu generieren; eine Phasenverschiebungseinrichtung, die mit dem ersten Strahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, eine Phase eines optischen Signals zu verschieben; einen zweiten Phasenmodulator, der mit der Phasenverschiebungseinrichtung optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, einen Datenstrom zu empfangen und eine Phase eines optischen Signals basierend auf dem Datenstrom zu modulieren, um ein zweites moduliertes Signal zu generieren; eine Halbwellenplatte, die mit dem zweiten Phasenmodulator optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das zweite modulierte Signal zu empfangen und ein Signal mit einem Polarisationszustand zu generieren, der zu dem Polarisationszustand des ersten modulierten Signals orthogonal ist, um ein orthogonales Signal zu generieren; einen zweiten Polarisationsstrahlensplitter, der mit dem ersten Phasenmodulator und der Halbwellenplatte optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das erste modulierte Signal mit dem orthogonalen Signal zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal zu generieren.
Ein optischer Empfänger, umfassend: einen lokalen Oszillator, der mit einer Viertelwellenplatte optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, ein optisches Signal zu generieren; die Viertelwellenplatte, die mit einem ersten Strahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das optische Signal zu empfangen, das optische Signal zyklisch zu polarisieren, um ein zyklisch polarisiertes Signal zu generieren, und das polarisierte Signal zu dem ersten Strahlensplitter zu übertragen; eine Polarisationsmodusdispersions-Kompensationseinrichtung zum Kompensieren von Polarisationsmodusdispersion eines optischen Verkehrssignals; den ersten Strahlensplitter, der mit einem zweiten Polarisationsstrahlensplitter optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das optische Verkehrssignal zu empfangen, das optische Verkehrssignal mit dem zyklisch polarisierten Signal zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal zu generieren, und das kombinierte Signal zu dem zweiten Polarisationsstrahlensplitter zu übertragen; das zweite Polarisationsstrahlensplitter, das mit einer ersten Fotodiode und einer zweiten Fotodiode optisch gekoppelt und betriebsfähig ist, das kombinierte Signal zu empfangen, das kombinierte Signal in ein erstes Splittsignal und ein zweites Splittsignal zu splitten, und das erste Splittsignal zu der ersten Fotodiode und das zweite Splittsignal zu der zweiten Fotodiode zu übertragen; die erste Fotodiode, die mit einer Entscheidungsschaltung gekoppelt und betriebsfähig ist, das erste Splittsignal zu empfangen, ein erstes Datensignal basierend auf dem ersten Splittsignal zu generieren und das erste Datensignal zu der Entscheidungsschaltung zu übertragen; die zweite Fotodiode, die mit einer Entscheidungsschaltung gekoppelt und betriebsfähig ist, das zweite Splittsignal zu empfangen, ein zweites Datensignal basierend auf dem zweiten Splittsignal zu generieren, und das zweite Datensignal zu der Entscheidungsschaltung zu übertragen; die Entscheidungsschaltung, die mit einem Rückkopplungssteuermodul gekoppelt und betriebsfähig ist, ein gewünschtes optisches Signal, das durch den lokalen Oszillator generiert wird, zu bestimmen, ein Steuersignal basierend auf dem gewünschten optischen Signal zu generieren und das Steuersignal zu dem Rückkopplungssteuermodul zu übertragen; das Rückkopplungssteuermodul, das mit dem lokalen Oszillator gekoppelt und betriebsfähig ist, ein Oszillatorsteuersignal basierend auf dem Steuersignal zu generieren; und den lokalen Oszillator, der betriebsfähig ist, das Oszillatorsteuersignal zu empfangen und das optische Signal basierend auf dem Oszillatorsteuersignal zu modifizieren.