专利名称：用于光传输的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及波分复用(WDM)光传输，更具体地，涉及用于生成多级别编码的光信号的系统和方法。
背景技术：
多级别移幅键控(M-ary ASK)提供用于增加传输系统的信息频谱密度或容量的装置。M-ary ASK通过对于给定的比特速率降低码元速率，也显著地提高系统对于色散和偏振模扩散(PMD)的容忍度。
在现有技术中提出和示出了四元(4-ary)ASK调制格式。在4-aryASK格式中，每个码元具有四个不同的光强度但具有相同的相位。这样的格式在Walklin和Conradi，”Multilevel Signaling For IncreasingThe Reach of 10 Gb/s Lightwave Systems(用于增加10Gb/s光波系统的作用范围的多级别信令)”，Journal of Lightwave Technologies，Vol.17，pp.2235-2248(1999)中进行了讨论，该文章在此引用，作为参考。然而，这个格式与具有相同的总的数据速率的传统的二进制格式相比较，受到大的功率损失，这阻碍了4-ary ASK用于传统的DWDM传输。与传统的格式相比较的这个格式的性能在Conradi，”OpticalFiber Telecommunications IVB(光纤电信IVB)”的第16章，AcademicPress中详细地讨论，其在此引入作为参考。
差分四移相位键控(DQPSK)是另一个多级别调制格式，它以良好的接收机灵敏度提供对于色散和PMD的改进的容忍度。然而，DQPSK，与其他格式相比较，需要更复杂的发射机和接收机。在DQPSK格式中，每个码元具有四个相等间隔的相位但具有相同的强度。这个格式在R.A.Griffin等人的“Optical Differential QuadraturePhase-Shift Key(oDQPSK)for High Capacity OpticalTransmission(用于高容量光传输的光的差分四移相位键控(oDQPSK))”，Proceedings of OFC 2002 pp.367-368(2002)中被讨论，该文章在此引入作为参考发明内容本发明提供一种用于通过差分相位移幅键控(DP-ASK)调制生成光的多级别信号的系统和方法，其中两组数据，一组使用差分四移相位键控(DQPSK)被调制，另一组使用移幅键控(ASK)被调制，这两组数据被调制和在单个波长上独立地同时发送。CW载波的强度和相位被调制，以为给定的信息比特提供四个可能的码元。
在一个实施例中，该方法包括步骤用至少两个具有相同的数据速率的同步的数据信号驱动至少两个调制器，生成使用差分移相键控和移幅键控调制的光信号。
在另一个实施例中，提供了光传输系统，包括光的4-aryDP-ASK发射机，该发射机包括至少两个适于提供光的4-aryDP-ASK调制信号的调制器。该系统还包括光接收机，光接收机包括DPSK接收机，该DPSK接收机包括延时干涉计和平衡接收机，用来检测4-aryDP-ASK调制信号的DPSK调制部分。接收机还包括光强度接收机，用来检测4-aryDP-ASK调制信号的ASK调制部分。
图1是描绘按照本发明的光系统的一个实施例的图。
图2的曲线图是显示4-aryDP-ASK码元的星座图。
图3a-b是按照本发明的实施例的DP-ASK背对背传输的DPSK部分和ASK部分的接收的电气的眼图。
图4是显示按照本发明的实施例的系统的测量的BER性能的图。
图5a-b是显示按照本发明的实施例的系统的测量的BER性能和测量的信号频谱的图。
图6a-b是按照本发明的实施例的归零(RZ)DP-ASK背对背传输的DPSK部分和ASK部分的接收的眼图。
图7是显示按照本发明的实施例的系统的测量的BER性能的图。
图8是显示使用通过线性调频的ASK的预增强，来克服由于在非线性传输期间自相位调制(SPM)造成的差分相位眼图闭合恶化的示意图。
图9是显示使用后非线性移相补偿(后-NPSC)，来补偿由于在非线性传输期间SPM造成的差分相位眼图闭合的示意图。
具体实施例方式
在优选实施例中，本发明提供一种用于通过使用两个调制器，一个用于DPSK调制和另一个用于ASK调制，而生成用于光传输系统的传输的光的4-aryDP-ASK信号的系统和方法。这样的系统允许同时并独立地发送和接收两个数据支流。优选地，两个数据支流具有相同的数据速率以及同步地调制，这样，两个数据支流的比特中心是在时间上对准的(以避免在相邻的DPSK比特之间跃变期间在ASK中心处的失真)。
图1上显示按照本发明的系统100的一个实施例的4-aryDP-ASK发射机110。来自激光器120的光首先通过使用相位调制器130用一个数据支流135进行DPSK调制，该相位调制器130可以是单波导相位调制器，在零点加偏置实现相位调制的Mach-Zehnder调制器(MZM)等等。MZM可以由各种电-光材料，例如LiNbO3制成，以及优选地，在它的零点加偏置，使得光信号的相位在之0与π间切换。优选采用不带有线性调频的MZM，因为它产生具有理想的相位值(0与π)的DPSK信号。
DPSK编码优选地在调制之前通过使用差分编码器140被执行。然后，强度调制器150用第二个数据支流155调制DPSK信号。优选地，强度调制器150被驱动产生约6到9dB的消光比(ER)。强度调制器150可以是MZM，电吸收调制器(EAM)等等。对于MZM，通过欠驱动MZM和把偏置点移位成远离90°相位点而达到低的ER。对于用EAM进行的调制，通过移位偏置点而达到低的ER。光信号的DPSK和ASK调制的次序可以颠倒，而仍旧提供按照本发明的DP-ASK信号。
系统100优选地也包括接收机175。在接收机175中优选地使用掺铒光纤放大器180(EDFA)作为光的前置放大器。优选地，在前置放大器180后提供滤色镜181，以便减小来自放大的自身发射(ASE)噪声的惩罚。放大的信号然后优选地被分离到两条路径183，184。一条路径183把信号传输到DPSK接收机190。DPSK接收机190优选地包括1比特延时干涉计192，平衡检测器194，以及差分RF放大器196，用于检测DPSK支流(即，信号的DPSK调制部分或分量)。1比特延时干涉计192优选地被提供来把路径183上的光分成两个臂，以及把一个臂延时约1比特时间间隔。本领域技术人员可以看到，按照本发明，由延时干涉计192提供的延时可以从精确的1比特时间间隔变化，而仍旧提供足够的延时。优选地，由延时干涉计192提供的延时是在约0.8和约1.2倍比特时间间之间。
另一条路径184发送信号到ASK检测器，用于检测信号的ASK支流部分。
图2是显示4-aryDP-ASK调制的码元的星座的图。在图上，x轴代表光场的实部，以及y轴代表光场的虚部。DPSK数据支流是通过在y轴设置判决阈值，以比较相邻的比特的正负号(或相位)而被恢复的，其中相邻的比特的正负号的比较是通过使用延时干涉计192和平衡检测器194以及设置判决阈值为0而实现的。例如，如果两个相邻的比特具有相同的(或相反的)正负号，则确定是“1”(或“-1”)。ASK数据支流优选地是通过在具有半径为码元的较大的和较小的幅度的平均值的圆周210上设置判决阈值而被检索的。
本发明的实施例已由聚集的20Gb/s非归零(NRZ)4-aryDP-ASK信号实验地说明。所使用的连续波源120是在1550nm运行的可调谐的激光器。10Gb/s DPSK支流由MZM被调制在连续波的光上，该MZM在零点被偏置以及在2Vπ处被驱动，以达到相位调制。然后，该光以-8dB ER被强度调制，以载送10Gb/s ASK支流。已经发现，ASK调制的ER最好是约9.5dB，以达到对于两个数据支流的相等的接收机灵敏度。对于4-aryDP-ASK，在给定的BER下光信号噪声比(OSMR)要求被确定为只比具有相同的总的数据速率的二进制接通-断开键控(OOK)格式高1dB。与具有四分功率级别的4-aryASK相比较，4-aryDP-ASK对于给定的BER需要约小4.5dB的OSNR。
由于在实验中使用的DPSK接收机的有限的动态范围，确定优选的ER是约8dB。低的ER是通过在约0.9Vπ欠驱动MZM和把偏置点移位成远离MZM的90°相位点约0.05Vπ而达到的。
为了简化发射机，使用市面上销售的不带有线性调频的二级集成的MZ调制器。两个MZM的带宽约为10GHz。发射机的总的插入损耗约为5.5dB。
在接收机175，使用约4.5dB NF的EDFA作为前置放大器180。在前置放大器180后面的滤色镜181具有100GHz的3dB带宽。放大的信号被分裂成两个信号，一个信号进入DPSK接收机190，包括100ps延时干涉计192，平衡检测器194，和差分RF放大器196，以及另一个信号进入ASK检测器。两个接收机的有效的RF带宽约为7GHz。
图3a-b显示在DPSK和ASK接收机190，198处检测的眼图。对于DPSK支流，通过使用平衡检测器194，判决电平被固定在0。图4显示DPSK和ASK对接收的光的功率(在前置放大器之前)的BER性能。
脉冲图案生成器被使用来产生数据流，包含具有27-1的图案长度的伪随机比特序列(PRBS)和它的倒相的版本。DPSK调制器130被数据驱动，以及ASK调制器150由被延时约30比特的倒相的数据驱动，以去相关到调制器130，150的两个数据流。可以看到，倒相的/延时的数据只被使用于生成两个数据支流的实验目的。
对于DPSK和ASK接收机190，198得到-30.5dBm的接收机灵敏度(在BER＝10-9下)。该灵敏度比起10Gb/s二进制NRZ(对于实验实施例)约坏6dB，或比起理论预测的性能约坏2dB，只要由于DPSK接收机190的有限的动态范围。
4-aryDP-ASK被理解为对于色散和光滤波具有高的容忍度。图5a-b显示在425ps/nm色散下和在用具有25GHz信道间隔和约20GHz通带的阵列波导光栅(AWG)的紧密的滤波下，20Gb/s 4-aryDP-ASK的性能。DPSK和ASK支流的色散恶化都是小于1dB，类似于二进制10Gb/s NRZ传输。通过滤波，DPSK和ASK支流的接收机灵敏度分别被改进1dB和0.7dB。AWG有效地限制AsE噪声的带宽，因此提高接收机灵敏度。当带宽进一步减小到16GHz时，假设4-aryDP-ASK可以以大于约100％频谱效率发射，实验结果也表明小于1dB恶化。该实验是在由X.Liu等提交给ECOC’03的、题目为“QuaternaryDifferential-Phase Amplitude-Shift-Keying for DWDMTransmission(用于DWDM传输的差分4-ary移幅键控)”的文章中详细地描述的，该文章在此引用，以供参考。
在本发明的另一个实施例中，4-aryDP-ASK调制可以是基于归零(RZ)脉冲格式。RZ4-aryDP-ASK比起NRZ4-aryDP-ASK，可以提供改进的接收机灵敏度。Rz4-aryDP-ASK可以或者光学地通过使用例如另一个调制器(未示出)来生成每个比特时隙一个脉冲，或者电学地通过使用例如RZ脉冲生成器来提供RZ RF数据来驱动强度调制器150而被实现。
图6a-b显示其脉冲为电子生成的、20Gb/s RZ4-aryDP-ASK背对背传输的DPSK数据支流和ASK数据支流的接收的电的眼图。图7是显示20Gb/s RZ4-aryDP-ASK背对背传输的DPSK数据支流和ASK数据支流的测量的BER性能的图。RZ4-aryDP-ASK传输的总的接收机灵敏度比NRZ4-aryDP-ASK传输好约2dB。
在非线性传输中使用4-aryDP-ASK调制的本发明的另一个实施例中，其中自相位调制(SPM)对于具有不同的强度的信号引起不同的相位，以及造成恶化DPSK支流的性能的差分相位眼图闭合，使用预增强来克服SPM恶化。图8是显示使用通过线性调频的ASK的预增强，来克服SPM恶化的示意图。线性调频的ASK调制是通过驱动双驱动MZM的一个臂以使得任何高强度“1”具有的移相小于低强度“0”的移相，而实现的。通过这样做，在非线性传输(通过该传输SPM把更多的移相引入到“1”而不是“0”)后，“1”和“0”的总的相位接近于对于最佳接收机灵敏度的理想情形下的结果(如图2所示)。由于最佳非线性移相在非线性DPSK传输中约为1弧度，线性调频的ASK调制最好具有在约5dB与9dB之间的ER。
在非线性传输中使用4-aryDP-ASK调制的本发明的另一个实施例中，使用后非线性移相补偿(后NPSC)来补偿SPM引起的差分相位眼图闭合。按照本发明可被使用的后NPSC的一个方法在题目为“Nonlinear Phase-Shift Compensation Method and Apparatus(非线性移相补偿方法和设备)”的美国专利申请序列号No.10/331,217中被揭示，该专利申请在此引用，以供参考。后NPSC方法的详细说明可以在X.Liu等，”Improving Transmission Performance in DifferentialPhase-Shift-Keyed Systems by Use of Lumped NonlinearCompensation(通过使用集中非线性补偿改进差分移相键控系统的传输性能)”，Optics Letters，Vol.27，pp.1616-1618，(2002)中和在C.Xuand X.Liu，”Postnonlinearity Compensation with Data-Driven PhaseModulators in Phase-Shift-Keying Transmission(移相键控传输中数据驱动的相位调制器的后非线性补偿)”，Optics Letters，Vol.27，pp.1619-1621，(2002)中找到，这两篇文章在此引用，以供参考。图9是显示使用后非线性移相补偿(后-NPSC)，来补偿由于在非线性传输期间SPM造成的差分相位眼图闭合的示意图。
虽然本发明是按照所显示的实施例描述的，但本领域技术人员容易看到，对于实施例可以作出变形，以及这些变形将落在由所附的权利要求规定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于多级别编码的光信号传输的通信方法，包括以下步骤用至少两个具有相同的数据速率的同步的数据信号驱动至少两个调制器，生成使用差分移相键控和移幅键控调制的光信号。
2.权利要求1的方法，还包括提供后非线性移相补偿，以便显著地减小在非线性传输期间由自相位调制造成的损失。
3.权利要求1的方法，其中移幅键控调制生成不带有线性调频的光信号。
4.权利要求1的方法，其中移幅键控调制生成线性调频的光信号。
5.权利要求1的方法，其中移幅键控调制具有在约5dB与约10dB之间的消光比。
6.一种用于生成差分相位移幅键控的光信号的发射机设备，包括调制器装置，包括用具有相同的数据速率的同步的数据信号驱动的至少两个调制器，适于生成使用差分移相键控和移幅键控调制的光信号。
7.权利要求6的设备，还包括脉冲生成器，该脉冲生成器操作上耦合到调制器装置，允许生成RZ光信号。
8.一种光传输系统，包括第一调制器，适于接收第一数据信号；第二调制器，被耦合到第一调制器，以及适于接收第二数据信号；其中第一和第二数据信号是同步的且具有相同的数据速率；以及其中第一和第二调制器适于生成使用差分移相键控和移幅键控调制的多级别编码的光信号。
9.权利要求8的系统，还包括接收机，该接收机包括平衡检测器，该平衡检测器用于检测光信号的差分移相键控部分。
10.一种光传输系统，包括光的4-aryDP-ASK发射机，包括至少两个调制器，该调制器适于提供光的4-aryDP-ASK调制信号；以及光接收机，包括DPSK接收机，包括延时干涉计和平衡接收机，用以检测4-aryDP-ASK调制信号的DPSK调制部分；以及光强度接收机，用来检测4-aryDP-ASK调制信号的ASK调制部分。
全文摘要
公开了一种用于生成多级别编码的光信号以便光传输的系统和方法。该方法包括用具有相同的数据速率的同步的数据信号驱动调制器，以生成使用差分移相键控和移幅键控调制的多级别光信号。
文档编号H04B10/18GK1604514SQ200410011748
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月29日
发明者高婉华, 刘翔, 卫星 申请人:朗迅科技公司