TW202046657A - 用於短距離光學通訊系統之耐相位雜訊之同調調變格式 - Google Patents

用於短距離光學通訊系統之耐相位雜訊之同調調變格式 Download PDF

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Abstract

本文中揭示用於使用5位元星象圖來同調地調變及解調變同調光學信號之系統及方法。該等5位元星象圖具有針對短距離光學通訊系統之經改良適用性。一第一5位元星象圖可由四個環形成。第一環及第四環可形成正交相移鍵控之4符號子星象圖，且第二環及第三環可形成相移鍵控之12符號星象圖。來自第三子星象圖及第四子星象圖之符號經配置以形成一方形。一第二5位元星象圖可包含一內部16符號子星象圖及一16符號外部子星象圖。該內部子星象圖之符號之各者沿著正交軸及同相軸兩者與其最近相鄰符號等距隔開。該外部星象圖中之符號之各者與該外部子星象圖中之其最近相鄰符號具有一相等歐幾里德距離。

Description

用於短距離光學通訊系統之耐相位雜訊之同調調變格式
通訊系統中不斷增長之頻寬需求繼續驅使對更高速光學互連網路之需求。為了將互連介面頻寬按比例調整至超過例如1 Tb/s，可能需要更具頻寬效率之通訊系統以適應頻寬需求。
除一光學信號之振幅外，光學同調通訊亦容許對資訊進行相位及/或頻率寫碼。此等系統容許複雜的調變，其中一單一符號可寫碼二位元或更多位元之資訊。在正在開發之各種同調調變格式當中，每符號(每極化) 5位元之2-D同調調變格式似乎是最有前景的格式。由於此等格式容許一單一雷射藉由使用~40 GHz之光學及電組件頻寬而傳輸例如約800 Gb/s之容量，故基於此等格式之系統提供最可能的成功。然而，歸因於格式之各種雜訊及容限問題，當前可用的每符號5位元同調調變格式不足以適應頻寬需求。
本發明之一個態樣係關於一種光學轉換器(optical transponder)。該光學轉換器包含一處理器，該處理器經組態以使用二維5位元符號編碼/解碼星象圖(constellation)來調變待輸出至一同調光學傳輸器之一驅動信號及/或解調變自一同調光學接收器接收之一經取樣電信號。該星象圖包含具有一半徑R1之一第一環、具有一半徑R2之一第二環、具有一半徑R3之一第三環，及具有一半徑R4之一第四環。該第一環包含採用一正交相移鍵控之一第一4符號子星象圖。該第二環包含採用一相移鍵控之一第一12符號子星象圖。該第三環包含採用與用於該第二環相同之該相移鍵控之一第二12符號子星象圖。該第四環包含採用與用於該第一環相同之該正交相移鍵控之一第二4符號子星象圖。
在一些實施方案中，該第一4符號子星象圖及該第二4符號子星象圖兩者具有相等之同相及正交分量。在一些實施方案中，R1小於R2，該R2小於R3，該R3小於R4。在一些實施方案中，R1與R2、R3及R4之比率分別為R2/R1 ≈ 2.4，R3/R1 ≈ 3.75；及R4/R1 ≈ 5.12。
在一些實施方案中，來自該第二12符號子星象圖及該第二4符號子星象圖之八個符號經配置以形成一方形。在一些實施方案中，該星象圖中之任何兩個符號之間之最小相位距離係約30°。在一些實施方案中，沿著該星象圖之正交軸及同相軸兩者之峰值振幅係5.0，且該星象圖中之任何兩個符號之間之最小歐幾里德(Euclidean)距離係約2.0。
本發明之另一態樣係關於一種將一資料流寫碼至一光學信號上之方法。該方法包含：接收待傳輸之一資料流；將該資料流分解為複數個5位元符號；使用一5位元星象圖將該複數個5位元符號轉換為複數個正交及同相調變驅動信號；及運用該等調變驅動信號驅動一光學調變器以調變一光學載波。在該方法中使用之該星象圖包含具有一半徑R1之一第一環、具有一半徑R2之一第二環、具有一半徑R3之一第三環，及具有一半徑R4之一第四環。該第一環包含採用一正交相移鍵控之一第一4符號子星象圖。該第二環包含採用一相移鍵控之一第一12符號子星象圖。該第三環包含採用與用於該第二環相同之該相移鍵控之一第二12符號子星象圖。該第四環包含採用與用於該第一環相同之該正交相移鍵控之一第二4符號子星象圖。
在一些實施方案中，該第一4符號子星象圖及該第二4符號子星象圖兩者具有相等之同相及正交分量。在一些實施方案中，R1小於R2，該R2小於R3，該R3小於R4。在一些實施方案中，R1與R2、R3及R4之比率分別為R2/R1 ≈ 2.4，R3/R1 ≈ 3.75；及R4/R1 ≈ 5.12。
在一些實施方案中，來自該第二12符號子星象圖及該第二4符號子星象圖之八個符號經配置以形成一方形。在一些實施方案中，該星象圖中之任何兩個符號之間之最小相位距離係約30°。在一些實施方案中，沿著該星象圖之正交軸及同相軸兩者之峰值振幅係5.0，且該星象圖中之任何兩個符號之間之最小歐幾里德距離係約2.0。
本發明之另一態樣係關於一種從由一同調光學接收器輸出之一電信號解碼一資料流之方法。該方法包含：接收待解碼之該資料流；使用一5位元星象圖將該資料流解碼為複數個符號；及輸出對應於該複數個符號之一位元流。在該方法中使用之該星象圖包含具有一半徑R1之一第一環、具有一半徑R2之一第二環、具有一半徑R3之一第三環，及具有一半徑R4之一第四環。該第一環包含採用一正交相移鍵控之一第一4符號子星象圖。該第二環包含採用一相移鍵控之一第一12符號子星象圖。該第三環包含採用與用於該第二環相同之該相移鍵控之一第二12符號子星象圖。該第四環包含採用與用於該第一環相同之該正交相移鍵控之一第二4符號子星象圖。
在一些實施方案中，該第一4符號子星象圖及該第二4符號子星象圖兩者具有相等之同相及正交分量。在一些實施方案中，R1小於R2，該R2小於R3，該R3小於R4。在一些實施方案中，R1與R2、R3及R4之比率分別為R2/R1 ≈ 2.4，R3/R1 ≈ 3.75；及R4/R1 ≈ 5.12。
在一些實施方案中，來自該第二12符號子星象圖及該第二4符號子星象圖之八個符號經配置以形成一方形。在一些實施方案中，該星象圖中之任何兩個符號之間之最小相位距離係約30°。在一些實施方案中，沿著該星象圖之正交軸及同相軸兩者之峰值振幅係5.0，且該星象圖中之任何兩個符號之間之最小歐幾里德距離係約2.0。
本發明之另一態樣係關於一種光學轉換器，其包含一處理器，該處理器經組態以使用二維5位元符號編碼/解碼正交振幅調變星象圖來調變待輸出至一同調光學傳輸器之一驅動信號及/或解調變自一同調光學接收器接收之一經取樣電信號。該星象圖包含一正交軸、一同相軸、一內部子星象圖及一外部子星象圖。該內部子星象圖包含16個符號。該16個符號之各者沿著該正交軸及該同相軸兩者與其最近相鄰符號等距隔開。該外部子星象圖包含16個符號。該16個符號之各者與該外部子星象圖中之其最近相鄰符號具有一相等歐幾里德距離。
在一些實施方案中，該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離大於分離該內部子星象圖中之符號之同相及正交距離。在一些實施方案中，沿著該正交軸及該同相軸之最大振幅係5.0，且該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離係2.26。在一些實施方案中，該外部子星象圖中之該等符號之各者之同相或正交值之至少一者自該內部子星象圖中之該等符號之任一者之同相或正交值偏移。
本發明之另一態樣係關於一種將一資料流寫碼至一光學信號上之方法。該方法包含：接收待傳輸之一資料流；將該資料流分解為複數個5位元符號；使用一5位元正交振幅調變星象圖將該複數個5位元符號轉換為複數個正交及同相調變驅動信號；及運用該等調變驅動信號驅動一光學調變器以調變一光學載波。在該方法中使用之該星象圖包含一正交軸、一同相軸、一內部子星象圖及一外部子星象圖。該內部子星象圖包含16個符號。該16個符號之各者沿著該正交軸及該同相軸兩者與其最近相鄰符號等距隔開。該外部子星象圖包含16個符號。該16個符號之各者與該外部子星象圖中之其最近相鄰符號具有一相等歐幾里德距離。
在一些實施方案中，該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離大於分離該內部子星象圖中之符號之同相及正交距離。在一些實施方案中，沿著該正交軸及該同相軸之最大振幅係5.0，且該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離係2.26。在一些實施方案中，該外部子星象圖中之該等符號之各者之同相或正交值之至少一者自該內部子星象圖中之該等符號之任一者之同相或正交值偏移。
本發明之另一態樣係關於一種從藉由一同調光學接收器之輸出一電輸出解碼一資料流之方法。該方法包含：接收待解碼之該資料流；使用一5位元正交振幅調變星象圖將該資料流解碼為複數個符號；及輸出對應於該複數個符號之一位元流。在該方法中使用之該星象圖包含一正交軸、一同相軸、一內部子星象圖及一外部子星象圖。該內部子星象圖包含16個符號。該16個符號之各者沿著該正交軸及該同相軸兩者與其最近相鄰符號等距隔開。該外部子星象圖包含16個符號。該16個符號之各者與該外部子星象圖中之其最近相鄰符號具有一相等歐幾里德距離。
在一些實施方案中，該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離大於分離該內部子星象圖中之符號之同相及正交距離。在一些實施方案中，沿著該正交軸及該同相軸之最大振幅係5.0，且該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離係2.26。在一些實施方案中，該外部子星象圖中之該等符號之各者之同相或正交值之至少一者自該內部子星象圖中之該等符號之任一者之同相或正交值偏移。
此等及其他態樣及實施方案在下文詳細論述。前文資訊及下文詳細描述包含各個態樣及實施方案之闡釋性實例，且提供用於理解所主張態樣及實施方案之性質及特性之一概述或框架。圖式提供對各個態樣及實施方案之繪示及進一步理解，且被併入本說明書中且構成本說明書之一部分。
如上所述，每符號(每極化) 5位元之2-D同調調變格式係達成超過每波長800 Gb/s之一頻寬，且進入適於在資料中心互連網路中實施之1 Tb/s狀態之有前景的光學調變格式。
所揭示之每符號5位元同調調變格式包含一方形32APSK (不對稱相移鍵控)格式及一經修改交叉32QAM(正交振幅調變)格式，此係此項技術中已知之交叉32QAM格式之一經修改版本。如本文中所述，方形32APSK及經修改交叉32QAM兩者針對每維度峰值功率受約束之短距離光學通訊系統最佳化。例如，方形32APSK將雷射相位雜訊容限增加超過60% (在le-3 靈敏度損失下低於1 dB)而具有僅稍微降級之加性高斯(Gaussian)雜訊容限 (在le-3 下，＜ 0.3 dB)。類似地，如本文中揭示之經修改交叉32QAM可改良相位雜訊容限及加性高斯雜訊容限兩者。在具有經改良雜訊效能及容限之情況下，可在不使用昂貴之窄線寬雷射系統之情況下實施所揭示之同調調變格式。在不必採用昂貴之雷射系統的情況下，可基於如本文中揭示之兩種新調變格式來構建及實施對成本更敏感之短距離光學通訊系統。
在相位及雜訊容限方面，本文中揭示之經改良每符號5位元同調調變格式具有優於最新技術之5位元格式之顯著改良。該等調變格式之第一個係基於被稱為交叉32QAM之廣泛使用之格式。交叉32QAM格式經設計以在相鄰星象圖點之間具有相等歐幾里德距離。此等調變格式針對2-D平均功率(包含同相及正交維度兩者)受約束之通訊系統下之加性高斯雜訊容限最佳化。然而，歸因於使用相等歐幾里德距離設計，此類型之調變格式具有相對較差之相位雜訊容限，此係因為對於具有較大振幅之星象圖點，相位誤差可引起更大之歐幾里德距離誤差。
然而，對於成本敏感之短距離光學通訊應用，高度期望使用較低成本之分佈式回饋(DFB)雷射，該雷射通常展現在1 MHz至10 MHz之間之一線寬。藉由使用已知之相等歐幾里德距離調變格式，此一雷射線寬導致顯著之效能損失。例如，運用一典型2 MHz線寬DFB雷射，使用交叉32QAM導致在le-3 之位元錯誤率(BER)下超過3 dB之信號對雜訊比(SNR)損失。
最新技術調變格式之第二個係基於環形32APSK (通常亦被稱為環形32QAM)格式。環形32QAM格式通常包含多個環，其中在各環上具有相等星象圖點，舉例而言諸如基於4R-32APSK (8,8,8,8)格式之四環格式或基於定位於外環上之更多星象圖點之一格式，舉例而言諸如基於3R-32APSK (4,12,16)之三環格式。此等環形32APSK調變格式針對2D峰值功率(包含同相及正交分量兩者)受約束之通訊系統最佳化。
對於對調變器驅動器功率消耗非常敏感之短距離光學通訊系統，假定一固定雷射功率及一典型端對端鏈路損耗，環形32QAM中之接收器SNR通常受調變器驅動擺幅約束。由於同相及正交光學信號通常是由平行Mach-Zehnder調變器(MZM) (諸如同相及正交調變器)產生，故同相及正交信號振幅獨立地受其等之對應驅動擺幅約束。此等效於每維度峰值功率/振幅受約束之通訊系統。對於此一通訊系統，傳統環形32APSK調變格式在加性高斯雜訊容限(諸如，接收器熱雜訊容限或放大自發發射(ASE)雜訊容限)方面表現不佳。例如，3R-32APSK (4,12,16)比一常見交叉32QAM差約2.2 dB，儘管其等之相位雜訊容限類似。已表明，4R-32APSK (8,8,8,8)可達成更好的相位雜訊容限，但是加性高斯雜訊容限比交叉32QAM差約4.7 dB。
具體地針對每維度峰值功率/振幅受約束之短距離同調光學通訊系統最佳化如本文中所述之經改良每符號5位元之2-D同調調變格式。換言之，所揭示之每符號5位元同調調變格式經具體組態以達成前述通訊頻寬而無前述相位及雜訊容限問題。
圖1係根據一闡釋性實施方案之具有一方形星象圖之一例示性調變格式之一圖示。圖1中所展示之格式100係一方形32APSK調變格式100。亦展示具有五數位編號之一例示性符號至位元映射方案，其中格雷(Gray)編碼映射原理經應用於大多數星象圖點，此類似於習知交叉32QAM。方形32APSK 100可被分解為具有半徑R1 110、R2 120、R3 130及R4 140之基於四環之子星象圖。內環R1 110及外環R4 140具有一正交相移鍵控(QPSK)星象圖，且兩個中間環R2 120及R3 130具有相同之12-PSK星象圖。兩個QPSK星象圖具有相等之同相及正交分量。如圖1中所展示，R1 110、R2 120、R3 130及R4 140之間之比率由下式給出：R2/R1 ≈ 2.4，R3/R1 ≈ 3.75；及R4/R1 ≈ 5.12。
在各種實施方案中，兩個12-PSK星象圖及兩個QPSK星象圖經配置使得外部之16個星象圖點形成一方形，如圖1中所展示。此一方形星象圖配置容許針對每維度功率/振幅受約束之通訊系統之更大之最小歐幾里德距離及相位間距。
圖2A至圖2C係包含於本文中用於比較目的之經公佈調變格式之圖示。圖2A展示在同相及正交維度兩者上之相同峰值振幅5下繪製之一交叉32QAM調變格式200A之一圖示。圖2B展示在同相及正交維度兩者上之相同峰值振幅5下繪製之一環形3R-32APSK調變格式(4,12,16) 200B之一圖示。圖2C展示在同相及正交維度兩者上之相同峰值振幅5下繪製之一環形4R-32APSK調變格式(8,8,8,8) 200C之一圖示。
與圖2A之習知交叉32QAM調變格式200A相比，圖1之方形32APSK調變格式100經組態以將最小相位間距102從19.6°增加至30°，對應於約53%之增加，而僅將最小歐幾里德距離105從2減小至1.8，對應於約11%之減小。在一些實施方案中，最小相位間距可介於25°與30°之間。在其他實施方案中，最小相位間距可為大於19.6°且小於30°之不同間距，而不脫離本發明之範疇。
與圖2B之已知環形3R-32APSK調變格式(4,12,16) 200B相比，圖1之方形32APSK 100經組態以在相位雜訊容限及加性高斯雜訊容限兩者方面達成更好效能。此係藉由在方形32APSK調變格式100中將最小相位間距102從22.5°增加至30° (或至大於22.5°直至且包含30°之某一值)，及藉由將最小歐幾里德距離105從1.5增加至1.8而達成。
與圖2C之已知4R-32APSK調變格式(8,8,8,8) 200C相比，儘管格式200C可達成更好之相位雜訊效能，但其加性高斯雜訊容限比圖1之方形32APSK調變格式100差約3.8 dB，此係因為歐幾里德距離105對於格式200C係1.16對比對於格式100係1.8。
圖3係根據一闡釋性實施方案之具有一經修改交叉星象圖之一例示性調變格式300之一圖示。如圖3中所展示，經修改交叉32QAM調變格式300包含內部之16個星象圖點(統稱為一內部子星象圖)，其等定位於如圖2A中所展示之習知交叉32QAM調變格式200A中之相同星象圖點中。然而，經修改交叉32QAM調變格式300包含與格式200A之外部星象圖點相比被重新排列之外部的16個星象圖點(統稱為一外部子星象圖)。如圖3中所展示，經修改交叉32QAM調變格式300在相鄰外部星象圖點之間具有格式200A所沒有之相等歐幾里德距離。換言之，習知交叉32QAM格式200A之外部之16個星象圖點朝向圖之中心集中，而在經修改交叉32QAM調變格式300中，16個外部星象圖點均勻分佈。因此，對於峰值功率/振幅受約束之較短距離光學通訊系統，經修改交叉32QAM調變格式300經組態以將外部之16個星象圖點之歐幾里德距離305增加13% (從習知交叉32QAM調變格式200A中之2至經修改交叉32QAM調變格式300中之2.26)。類似地，將一最小相位間距302增加約11% (從習知交叉32QAM調變格式200A中之19.6°至經改良交叉32QAM調變格式300中之約21.7°)。歐幾里德距離305及最小相位間距302之增加影響對相位雜訊及加性高斯雜訊之經改良容限方面之效能。
在格式300中，外部子星象圖中之相鄰符號之間之歐幾里德距離大於分離內部子星象圖中之符號之同相及正交距離。在其中沿著正交軸及同相軸之最大振幅係5.0之一格式中，外部子星象圖中之相鄰符號之間之歐幾里德距離係2.26。另外，外部子星象圖中之符號之各者之同相或正交值之至少一者自內部子星象圖中之符號之任一者之同相或正交值偏移。
應理解，雖然本文中論述之調變格式之各者假定5.0之峰值正交及同相振幅，但可使用其他峰值振幅，其中適當地按比例調整對應符號座標。
下表1展示每符號5位元之2D同調調變格式(100、200A、200B、200C及300)之間在最小歐幾里德距離、最小相位距離以及基本星象圖最佳化方法方面之比較。如本文中所述，圖1中所展示之調變格式100及圖3中所展示之調變格式300針對每維度峰值功率/振幅受約束之系統之相位雜訊容限最佳化。明確言之，圖1中所展示之調變格式100經組態以容許高達1 dB之AWGN高斯雜訊容限降級，以達成較高相位雜訊容限。相比之下，圖3中所展示之調變格式300經組態以改良相位雜訊容限而不使AWGN雜訊容限降級。 表1：每符號5位元同調調變格式比較
   方形32APSK調變格式100 (圖1) 經修改交叉32QAM調變格式300 (圖3) 已知交叉32QAM調變格式200A (圖2A) 已知環形3R-32APSK調變格式200B (圖2B) 已知4R-32APSK調變格式200C (圖2C)
最小歐幾里德距離(AWGN雜訊容限之度量，假定各維度上之最大振幅係5) 1.8 2 2 1.5 1.16
最小相位距離(度) (相位雜訊容限之度量) 30 21.7 19.6 22.5 45
最佳化方法論 最佳化相位雜訊容限，其具有針對每維度(同相及正交)峰值振幅/功率受約束之系統之＜ 1 dB之AWGN雜訊容限降級 最佳化相位雜訊容限，而不使每維度(同相及正交)峰值振幅/功率受約束之系統之AWGN雜訊容限降級 最佳化AWGN雜訊容限而不考量平均功率受約束之系統之相位雜訊容限 最佳化相位雜訊容限，其具有針對平均功率受約束之系統之＜ 3 dB之AWGN雜訊容限降級 最佳化相位雜訊容限而不考量平均功率受約束之系統之AWGN雜訊容限
可使用以下關係描述調變格式之各者之星象圖點。例如，圖1中所展示之方形32APSK調變格式100 (假定各維度下之峰值振幅被約束為5)可被描述為
Figure 02_image001
圖3中所展示之經修改交叉32QAM調變格式300之星象圖點(假定在各維度上之峰值振幅被約束為5)具有與規則方形16QAM相同之內部之16個點，其在任何相鄰星象圖點之間沿著正交軸及同相軸具有2.0之相等間距。另外，在調變格式300中，外部之16個星象圖點在外部子星象圖中之16個星象圖點之任何相鄰星象圖點之間具有2.26之相等間距。16個外部星象圖點之任一者至內部之16個星象圖點之任一者之間之歐幾里德距離等於2或大於2。
為了表明方形32APSK調變格式100及經修改交叉32QAM調變格式300之有效性及改良，本文中包含雷射相位雜訊及加性高斯雜訊容限模擬研究之結果。
圖4係根據一闡釋性實施方案之針對三種調變格式之依據雷射線寬之模擬位元錯誤率(BER)之一效能標繪圖400。明確言之，圖4展示在21.93 dB之每維度固定峰值電SNR下，雷射線寬對方形32APSK調變格式100及經修改交叉32QAM調變格式300之影響。為了比較，亦顯示流行的交叉32QAM調變格式200A之結果。如圖4之標繪圖400中所展示，當雷射線寬小於1.5 MHz時，經修改交叉32QAM調變格式300表現最佳，且當雷射線寬大於1.5 MHz時，方形32APSK調變格式100表現最佳。對於此模擬，使用一訓練輔助之兩階段相位回復方法進行相位估計，其中在每31個信號符號之後週期性地插入訓練符號(最外QPSK符號)。自經插入訓練符號直接估計粗略相位，且接著隨後進行最大似然相位回復階段以細化相位估計。
圖5A係根據一闡釋性實施方案之針對三種調變格式之依據1.5 MHz下之峰值電信號對雜訊比之模擬BER之一效能標繪圖500A。為了比較，理想雷射(無相位雜訊)之結果亦被顯示為虛線555。如圖5A中所展示，對於1.5 MHz之雷射線寬，在BER le-3 下之SNR損失針對方形32APSK調變格式100係約0.5 dB，針對經修改交叉32QAM調變格式300係0.8 dB，且針對已知交叉32QAM調變格式200A係1.8 dB。
圖5B係根據一闡釋性實施方案之針對三種調變格式之依據2.0 MHz下之峰值電信號對雜訊比之模擬BER之一效能標繪圖500B。為了比較，理想雷射(無相位雜訊)之結果亦被顯示為虛線555。如圖5B中所展示，對於2 MHz雷射線寬，在BER le-3 下之SNR損失針對已知交叉32QAM調變格式200A係約4 dB，針對方形32APSK調變格式100係約1 dB損失。
如本文中所述，方形32APSK調變格式100及經修改交叉32QAM調變格式300係適合於每維度峰值功率受約束之短距離同調光學通訊系統之經改良同調2-D調變格式。方形32APSK調變格式100可經組態以達成比僅具有稍微降級之加性高斯雜訊容限之常見/已知交叉32QAM調變格式顯著更佳之雷射相位雜訊容限。經修改交叉32QAM調變格式300可經組態以在相位雜訊容限及加性高斯雜訊容限兩者方面達成比常見交叉32QAM調變格式更好之效能。方形32APSK調變格式100及經修改交叉32QAM調變格式300可使較低成本DFB雷射可用於成本敏感之短距離同調光學通訊系統。
圖6係適於實施關於圖1及3描述之星象圖之一例示性光學轉換器600之一方塊圖。光學轉換器600包含一處理器610，處理器610自一接收器模組640接收資料且將資料提供至一傳輸器模組670。一連續波光源602為傳輸器模組670提供一載波。同一源602或一第二源可為接收器模組640提供相同或一類似載波。為簡單起見，圖6已使用一單一方塊來表示多個類似組件。例如，驅動器680及660各自表示分別放大四個相異類比信號之四個個別放大器。再者，調變器690將包含四個輸入，且接收器650將包含四個輸出。此四個信號可表示兩個極化乘以兩個正交。
連續波(CW)光源602可為一光學雷射。一理想CW雷射將僅發射一單一波長，且因此為傳輸器模組670提供一單一光學載波。在一些情況中，CW光源602可經分裂及重用以用作接收器模組640之一本端振盪器。
接收器模組640使用由源602提供之載波來將一進入光學信號降頻轉換為一電信號。接收器模組640包含一接收器650。接收器650可為雙極化整合同調接收器(DP-ICR)。DP-ICR可包含兩個90度併合電路(hybrid)及一光電偵測器。光電偵測器可為一組高速平衡光電二極體。
接收器模組640經由一驅動器660將其輸出電信號提供至處理器610。驅動器660放大來自光電偵測器之信號。在一些情況中，驅動器660可為一跨阻放大器，其將來自光電偵測器之電流信號轉換為一電壓信號以在處理器610之類比轉數位轉換器614數位化。
處理器610經由驅動器660自接收器模組640接收經降頻轉換之電信號。處理器610包含一解多工器612、複數個類比轉數位轉換器(ADC) 614及一數位信號處理器(DSP) 620。解多工器612將經降頻轉換之電信號(如藉由驅動器660放大)分裂為多個類比電信號以供ADC 614取樣。ADC 614數位化多個類比電信號，且將平行化之經取樣信號提供至DSP 620以進行處理。DSP 620完成解調變以回復酬載資料。例如，DSP經組態以使用格式100或格式300之任一者用於解調變經取樣信號。更特定言之，DSP 620按其經組態以用於解調變之格式相對於符號之座標來評估經取樣信號之正交分量及同相分量。
DSP 620亦處理來自轉換器600用於光學傳輸之一資料信號。DSP 620將資料信號處理成平行化之數位電信號。DSP 620經組態以使用格式100或格式300來將數位符號轉換為所要驅動值。處理器610包含數位轉類比轉換器(DAC) 616及一多工器618。DAC 616將由DSP 620輸出之數位信號轉換為類比電信號。多工器618組合類比電信號且經由驅動器680將其等提供至傳輸器模組670。驅動器680將經組合類比電信號放大至足以驅動傳輸器模組670之調變器之一位凖。
傳輸器模組670使用由源602提供之載波來將來自處理器610之一傳出經組合類比電信號升頻轉換為一傳出光學信號。傳輸器模組670包含一調變器690。調變器690可為一雙極化同相正交Mach Zehnder調變器(DP-MZM)。調變器690將經組合類比電信號寫碼至由源602提供之載波上，且輸出光學信號。
本說明書中所描述之標的物及操作之實施方案可在數位電子電路中或在體現於一有形媒體上之電腦軟體、韌體或硬體中實施，包含本說明書中所揭示之結構及其等之結構等效物，或以其等之一或多者之組合實施。本說明書中所描述之標的物之實施方案可實施為體現於一有形媒體上之一或多個電腦程式，即，寫碼在一或多個電腦儲存媒體上以供一資料處理設備執行，或控制一資料處理設備之操作之電腦程式指令之一或多個模組。一電腦儲存媒體可為一電腦可讀儲存裝置、一電腦可讀儲存基板、一隨機或串列存取記憶體陣列或裝置或其等之一或多者之一組合，或可被包含於其中。電腦儲存媒體亦可為一或多個分開的組件或媒體(例如，多個CD、磁碟或其他儲存裝置)或可被包含於其中。電腦儲存媒體可為有形的且非暫時性的。
提及「或」可被解釋為包含性，使得使用「或」描述之任何術語可指示一單一、一個以上及所有所描述術語之任一者。標記「第一」、「第二」、「第三」等不一定意在指示一排序，且一般僅用於區分相同或類似之品項或元件。
熟習此項技術者將容易明白對本發明中所描述之實施方案之各種修改，且在不脫離本發明之精神或範疇之情況下，本文中所定義之一般原理可應用於其他實施方案。因此，發明申請專利範圍不旨在受限於本文中所展示之實施方案，而是被賦予與本文中所揭示之本發明、原理及新穎特徵一致之最廣範疇。
100:方形32APSK調變格式 102:最小相位間距 105:最小歐幾里德距離 110:半徑R1/環R1 120:半徑R2/環R2 130:半徑R3/環R3 140:半徑R4/環R4 200A:交叉32QAM調變格式 200B:環形3R-32APSK調變格式(4,12,16) 200C:環形4R-32APSK調變格式(8,8,8,8) 300:經修改交叉32QAM調變格式 302:最小相位間距 305:歐幾里德距離 400:效能標繪圖 555:虛線 600:光學轉換器 602:連續波(CW)光源 610:處理器 612:解多工器 614:類比轉數位轉換器(ADC) 616:數位轉類比轉換器(DAC) 618:多工器 620:數位信號處理器(DSP) 640:接收器模組 650:接收器 660:驅動器 670:傳輸器模組 680:驅動器 690:調變器
附圖不旨在按比例繪製。在各個圖式中，相同元件符號及標識指示相同元件。為清楚起見，可能未在每個圖式中標記每個組件。在圖式中：
圖1係根據一闡釋性實施方案之具有一方形星象圖(constellation map)之一例示性調變格式之一圖示；
圖2A至圖2C係出於比較目的之經公佈調變格式之圖示；
圖3係根據一闡釋性實施方案之具有一經修改交叉星象圖之一例示性調變格式之一圖示；
圖4係根據一闡釋性實施方案之針對三種調變格式之依據雷射線寬之模擬BER之一效能標繪圖；
圖5A係根據一闡釋性實施方案之針對三種調變格式之依據1.5 MHz下之峰值電信號對雜訊比之模擬BER之一效能標繪圖；
圖5B係根據一闡釋性實施方案之針對三種調變格式之依據2.0 MHz下之峰值電信號對雜訊比之模擬BER之一效能標繪圖；及
圖6係適於實施關於圖1及圖3描述之星象圖之一例示性光學轉換器600之一方塊圖。
300:經修改交叉32QAM調變格式
302:最小相位間距
305:歐幾里德距離

Claims (28)

  1. 一種光學轉換器，其包括： 一處理器，其經組態以使用二維5位元符號編碼/解碼星象圖來調變待輸出至一同調光學傳輸器之一驅動信號及/或解調變自一同調光學接收器接收之一經取樣電信號，該星象圖包括： 具有半徑R1之一第一環，包含採用一正交相移鍵控之一第一4符號子星象圖； 具有半徑R2之一第二環，包含採用一相移鍵控之一第一12符號子星象圖； 具有一半徑R3之一第三環，包含採用與用於該第二環相同之該相移鍵控之一第二12符號子星象圖； 具有一半徑R4之一第四環，包含採用與用於該第一環相同之該正交相移鍵控之一第二4符號子星象圖。
  2. 如請求項1之光學轉換器，其中該第一4符號子星象圖及該第二4符號子星象圖兩者具有相等之同相及正交分量。
  3. 如請求項1之光學轉換器，其中R1＜R2＜R3＜R4。
  4. 如請求項3之光學轉換器，其中R1與R2、R3及R4之比率分別為R2/R1 ≈ 2.4，R3/R1 ≈ 3.75；及R4/R1 ≈ 5.12。
  5. 如請求項1之光學轉換器，其中來自該第二12符號子星象圖及該第二4符號子星象圖之八個符號經配置以形成一方形。
  6. 如請求項1之光學轉換器，其中該星象圖中之任何兩個符號之間之最小相位距離係約30°。
  7. 如請求項1之光學轉換器，其中沿著該星象圖之正交軸及同相軸兩者之峰值振幅係5.0，且該星象圖中之任何兩個符號之間之最小歐幾里德距離係約2.0。
  8. 一種將一資料流寫碼至一光學信號上之方法，其包括： 接收待傳輸之一資料流； 將該資料流分解為複數個5位元符號； 使用一5位元星象圖將該複數個5位元符號轉換為複數個正交及同相調變驅動信號，其中該星象圖包括： 具有半徑R1之一第一環，包含採用一正交相移鍵控之一第一4符號子星象圖； 具有半徑R2之一第二環，包含採用一相移鍵控之一第一12符號子星象圖； 具有一半徑R3之一第三環，包含採用與用於該第二環相同之該相移鍵控之一第二12符號子星象圖； 具有一半徑R4之一第四環，包含採用與用於該第一環相同之該正交相移鍵控之一第二4符號子星象圖；及 運用該等調變驅動信號驅動一光學調變器以調變一光學載波。
  9. 如請求項8之方法，其中該第一4符號子星象圖及該第二4符號子星象圖兩者具有相等之同相及正交分量。
  10. 如請求項8之方法，其中R1與R2、R3及R4之比率分別為R2/R1 ≈ 2.4，R3/R1 ≈ 3.75，及R4/R1 ≈ 5.12。
  11. 如請求項8之方法，其中來自該第二12符號子星象圖及該第二4符號子星象圖之八個符號經配置以形成一方形。
  12. 如請求項8之方法，其中該星象圖中之任何兩個符號之間之最小相位距離係約30°。
  13. 如請求項8之方法，其中沿著該星象圖之正交軸及同相軸兩者之峰值振幅係5.0，且該星象圖中之任何兩個符號之間之最小歐幾里德距離係約2.0。
  14. 一種從由一同調光學接收器輸出之一電信號解碼一資料流之方法，其包括： 接收待解碼之該資料流； 使用一5位元星象圖將該資料流解碼為複數個符號；其中該星象圖包括： 具有半徑R1之一第一環，包含採用一正交相移鍵控之一第一4符號子星象圖； 具有半徑R2之一第二環，包含採用一相移鍵控之一第一12符號子星象圖； 具有一半徑R3之一第三環，包含採用與用於該第二環相同之該相移鍵控之一第二12符號子星象圖； 具有一半徑R4之一第四環，包含採用與用於該第一環相同之該正交相移鍵控之一第二4符號子星象圖；及 輸出對應於該複數個符號之一位元流。
  15. 如請求項14之方法，其中該第一4符號子星象圖及該第二4符號子星象圖兩者具有相等之同相及正交分量。
  16. 如請求項14之方法，其中R1與R2、R3及R4之比率分別為R2/R1 ≈ 2.4，R3/R1 ≈ 3.75，及R4/R1 ≈ 5.12。
  17. 如請求項14之方法，其中來自該第二12符號子星象圖及該第二4符號子星象圖之八個符號經配置以形成一方形。
  18. 如請求項14之方法，其中該星象圖中之任何兩個符號之間之最小相位距離係約30°。
  19. 如請求項14之方法，其中沿著該星象圖之正交軸及同相軸兩者之峰值振幅係5.0，且該星象圖中之任何兩個符號之間之最小歐幾里德距離係約2.0。
  20. 一種光學轉換器，其包括： 一處理器，其經組態以使用二維5位元符號編碼/解碼正交振幅調變星象圖來調變待輸出至一同調光學傳輸器之一驅動信號及/或解調變自一同調光學接收器接收之一經取樣電信號，該星象圖包括： 一正交軸； 一同相軸； 一內部子星象圖，其包含16個符號，該16個符號之各者沿著該正交軸及該同相軸兩者與其最近相鄰符號等距隔開； 一外部子星象圖，其包含16個符號，該16個符號之各者與該外部子星象圖中之其最近相鄰符號具有一相等歐幾里德距離。
  21. 如請求項20之光學轉換器，其中該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離大於分離該內部子星象圖中之符號之同相及正交距離。
  22. 如請求項20之光學轉換器，其中沿著該正交軸及該同相軸之最大振幅係5.0，且該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離係2.26。
  23. 如請求項20之光學轉換器，其中該外部子星象圖中之該等符號之各者之同相或正交值之至少一者自該內部子星象圖中之該等符號之任一者之同相或正交值偏移。
  24. 一種將一資料流寫碼至一光學信號上之方法，其包括： 接收待傳輸之一資料流； 將該資料流分解為複數個5位元符號； 使用一5位元正交振幅調變星象圖將該複數個5位元符號轉換為複數個正交及同相調變驅動信號，其中該星象圖包括： 一正交軸； 一同相軸； 一內部子星象圖，其包含16個符號，該16個符號之各者沿著該正交軸及該同相軸兩者與其最近相鄰符號等距隔開； 一外部子星象圖，其包含16個符號，該16個符號之各者與該外部子星象圖中之其最近相鄰符號具有一相等歐幾里德距離；及 運用該等調變驅動信號驅動一光學調變器以調變一光學載波。
  25. 如請求項24之方法，其中該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離大於分離該內部子星象圖中之符號之同相及正交距離。
  26. 如請求項24之方法，其中沿著該正交軸及該同相軸之最大振幅係5.0，且該外部子星象圖中之相鄰符號之間之該歐幾里德距離係2.26。
  27. 如請求項24之方法，其中該外部子星象圖中之該等符號之各者之同相或正交值之至少一者自該內部子星象圖中之該等符號之任一者之同相或正交值偏移。
  28. 一種從藉由一同調光學接收器之一電輸出解碼一資料流之方法，其包括： 接收待解碼之該資料流； 使用一5位元正交振幅調變星象圖將該資料流解碼為複數個符號；其中該星象圖包括： 一正交軸； 一同相軸； 一內部子星象圖，其包含16個符號，該16個符號之各者沿著該正交軸及該同相軸兩者與其最近相鄰符號等距隔開； 一外部子星象圖，其包含16個符號，該16個符號之各者與該外部子星象圖中之其最近相鄰符號具有一相等歐幾里德距離；及 輸出對應於該複數個符號之一位元流。
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