专利名称：用于已调制光信号的传输方法及处理单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过光传输链路从发射机向接收机发送已调制光信号的方法，该已调制光信号包括载波和相对于载波波长对称排列的至少两个边带。
本发明还涉及一种用于已调制光信号的信号处理单元，该已调制光信号具有载波和相对于载波波长对称排列的至少两个边带，将该信号处理单元布置在用于发送该已调制光信号的发射机与用于接收该光信号的接收机之间的传输链路中。
背景技术：
诸如光纤波导之类的光传输链路广泛地使用于发射机与接收机之间的数据传输中。在长距离光纤链路上可以以较高的比特率实现基于波分复用(WDM)之类的传输。为了该目的，发射机通常包括激光源形式的光源，其用于生成电磁(光)波；在该光源外部的调制器，其用于消息/数据的编码；以及复用器，其用于通过光传输链路在不同的波长信道上传输光数据。相应地，接收机至少包括解调器，以及针对每个波长信道的相应的接收机。
在调制(其通常涉及将二进制编码后的基带信号乘以一个正弦信号)之后，在对应于该波长的给定波长信道上的光谱包括载波以及相对于载波波长对称排列的至少两个光边带。发射机通常根据要发送的信息对由激光器发射的光载波波长的功率进行调制。在本上下文中，经常使用RZ(归零)、NRZ(不归零)或者CSRZ(载波抑制归零)调制方案，并且使得载波的功率必须在两个电平之间变化，这两个电平即对应于最大光功率的高电平(二进制“1”)和对应于消光的低电平(二进制“0”)。在CSRZ调制机制中，不仅光信号的功率是变化的，而且光信号的相位也是变化的。
在接收机中可以将边带分成两个单边带信号以就编码的信息进行处理和分析。根据一种已知方法，两个单边带信号首先各自进行光电转换，接着使用两个电信号执行简化的软判决以确定消息内容。根据另一种已知方法，使用了单边带接收机，该单边带接收机从仅包含在一个边带信号中的信息恢复所发送的数据。
光纤传输系统的最大传输距离通常受限于在调制波沿光链路传播之后接收机无错误地分辨上述两个电平的能力。至少针对一种特定的应用克服有限传输距离的问题的一种直接方法是增加信号与噪声的比值，然而这涉及使用非常复杂并因而昂贵的传输设备，并且在光链路中必须有更多的光放大器级。而且，采用如上所述的使用单边带接收机的已知方法，因为在边带之间基本平均地分配信号的发射功率，实际上损失了一半的发射功率，因此加重了可达到的传输距离的问题。
另外，以通用的方式改善关于可用光信噪比(OSNR)的系统性能将提供以给定功率实现更长的传输距离的可能性。
上述传输系统的另一个问题是WDM系统中的信道的可用数目。对于给定的系统总光谱带宽，可以通过增加光谱效率来增加该数目。根据EP1 233 562 B1和EP1 233 563 A1，一种合适的技术称为VSB(残留边带调制)，并且该技术涉及交替边带滤波以获得最好的带宽管理和接收机性能。这是可能的，原因是例如NRZ光谱之类的两个边带通常包含冗余的信息。然而，该技术也会导致实际上损失了在减少的光带宽上的发射功率，因此不会提高可能的传输距离。
发明内容
本发明的目的是提供一种上述类型的方法，该方法实现了对光传输系统性能的改善，能够以较低的OSNR运行系统，因此在传输链路中采用较便宜的标准组件的同时，扩展了光放大器级之间的距离。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的信号处理单元，该信号处理单元可以与光传输链路中的发射机和接收机一起使用以实现本发明的方法。
该目的通过一种上述类型的方法来实现，其中将光信号分成相对于载波波长对称的两个单边带光信号，将两个单边带信号中的一个单边带信号镜像到另一个单边带信号的光谱位置，并且在接收机中在光电转换之前合并两个边带信号。
该目的还通过一种上述类型的信号处理单元来实现，该信号处理单元包括滤波器，其用于将两个边带分成相对于该载波波长对称的两个单边带光信号；波长镜，其用于将两个单边带信号中的一个单边带信号的波长镜像到另一个单边带信号的波长；以及合并器，其用于合并转换后的边带信号和另一个边带信号以形成将由接收机接收的合并光信号。以这种方式，本发明的信号处理单元实际可操作地用作用于便宜的标准光接收机的光预处理单元。
根据本发明的主要思想，在光电(o/e)转换之前对给定的波长信道上的边带信号进行叠加(即相加)。因为边带包含冗余信息，因此对具有独立噪声的相同数据内容进行相加将极大地提高信噪比，由于保留了几乎全部的发射功率，从而能够以较低的OSNR运行系统。这又使得可以增加传输链路中光放大器级之间的距离，从而以相同的成本甚或减少的成本获得较长的传输距离。
边带镜像具有使两个边带都位于同一光带宽内的优点，因此使得陡峭光滤波(sharp optical filtering)可以有效地减少噪声。因此，在本发明的信号处理单元的一个优选实施例中，滤波器是边缘滤波器，特别是具有陡峭边缘且没有任何相位误差的滤波器。在替代性的实施例中，如果将交织技术用于数据传输，则选择解交织器作为滤波器。
为了利用具有量子噪声受限操作的透明波长转换的优点，根据本发明的信号处理单元的另一个实施例，波长镜可以是差分频率生成(DFG)波长转换器，该DFG波长转换器提供只有极低的串扰且无交叉混合项的多信道转换。而且，DFG波长镜独特地提供偏振无关的转换。为了该目的，在根据本发明的信号处理单元的进一步发展中，优选地将例如铝镓砷(AlGaAs)波导等半导体波长转换器用作波长转换器(参见“在铝镓砷波导中通过差分频率生成实现偏振无关的多信道波长转换”(“Polarization Independent Multi-channel wavelengthconversion by Difference-Frequency Generation in AlGaAs waveguides”，S.J.B.Yoo，Applications of Photonic Technology，SPIE vol.3491，pp.39-44，1998))。然而，可能合适的其他波长转换技术是本领域的普通技术人员已知的，并且可以在不偏离本发明的范围的情况下采用这些技术。
为了获得偏振无关的合并光信号，合并器装置优选地是以正交偏振操作的偏振束合并器。然而，作为替代，还可以直接叠加边带信号。于是，标准接收机可用于数据恢复。
根据本发明的信号处理单元的另一个有利的发展，所述单元还包括控制器，该控制器用于根据载波波长来控制波长镜的镜像波长的位置，载波波长通常对应于给定信道上的光信号光谱的中心波长。因为光谱是基本对称的，所以以这种方式在镜像之后可以获得几近完美的边带匹配。在CSRZ(载波抑制归零)信号的情况下，本发明的信号处理单元可以出于同样的目的包括控制器，该控制器用于根据已调制光信号的光谱中的另一个典型特征(特别是时钟线)来控制波长镜的镜像波长的位置。
在另一个优选的实施例中，信号处理单元集成在接收机中，该接收机进一步处理合并的信号，因此该信号处理单元形成了接收机的预处理单元。
如上文概述的本发明的方法和信号处理单元的主要作用是由于使光带宽减半并且使可用信号功率加倍，从而有效地使带宽变窄(增加带宽效率)并且抑制了数据信号中的噪声。
根据下面参考附图对优选实施例的描述可以总结出本发明的另外的优点和特征。上文及下文提到的特征可以根据本发明单独地使用或者结合起来使用。不应该将这些实施例理解为穷举，而应该理解为关于本发明的基本原理的示例。
图1是包括根据本发明的信号处理单元的光信号传输系统的示意性框图；图2a-图2c是已调制数据信号在光域中的光谱；图3a-图3c分别是滤波后图2a-图2c的光谱；以及图4a-图4c分别是边带镜像之后图3a-图3c的光谱。
具体实施例方式
图1示出了光数据传输系统1，其包括由例如光纤波导之类的光波导形式的传输链路4连接的发射机2和标准接收机3。发射机特别地包括激光源和调制装置以及复用装置(未示出)，该发射机用于生成已调制光数据信号S，并且通过传输链路4在多个波长信道上发送该已调制光数据信号S。在传输链路4中，系统1包括信号处理单元5，其用于在由接收机3接收之前对通过传输链路4发送的已调制光信号S进行预处理。信号处理单元5可以与接收机3集成，从而形成用于接收机的预处理单元，或者信号处理单元5可以设计为与传输链路4中的与接收机3分离的独立单元。处理单元5包括边缘滤波器6，在边缘滤波器6之后传输链路4分成两个分支4′、4″，每个分支用于通过采用边缘滤波器6对原始信号S进行滤波而得到的该原始信号S的不同分量SB1、SB2(参看下文)。在一个分支4″中，以波长镜7的形式布置例如包括半导体波长转换器的波长转换装置。两个分支4′、4″在将正交偏振的分量SB1、SB2合并成合并信号SC的偏振束合并器8中重新合并。该偏振束合并器通过另一个传输链路段9耦合到标准接收机3，标准接收机3包括用于从合并信号SC中恢复数据的附加装置(未示出)。在与波长镜7的可操作连接中，系统1的信号处理单元5包括控制单元10，该控制单元10设计为用于控制波长镜7的镜像波长的位置(参见下文)。
上述系统1设计用于对已调制光数据信号S进行传输和处理，该系统1从发射机2向接收机3传送编码后的信息。RZ(归零)、NRZ(不归零)和CSRZ(载波抑制归零)是通常用于对某个波长的载波进行调制以便发送这种信息的编码方案的典型例子。
图2a-图2c以信号强度与光波长λ的关系示出了经RZ编码的数据信号在光域中的光谱(图2a)、经NZ编码的数据信号在光域中的光谱(图2b)和经CSRZ编码的数据信号在光域中的光谱(图2c)。光谱是关于载波波长λC(对应于图2a、图2b中的中心尖峰，在图2c中，由于载波抑制，不存在该中心尖峰)对称的。载波波长λC以下的光谱范围和以上的光谱范围分别称为下边带LSB和上边带USB，在传输光数据信号S的光谱中出现LSB和USB是由于调制的作用。两个边带LSB、USB以冗余形式承载相同的信息，并且需要给定波长信道的光带宽BW的一半。因此，当只使用一个边带时，在接收机3(图1)上可以获得完整的信息。根据本发明，通过边缘滤波器6实现将两个边带LSB、USB分成两个单独的单边带信号SB1、SB2(参见图1)，该边缘滤波器6可以是本领域的普通技术人员已知的任意一种合适的商用滤波器。然而，滤波器6必须具有陡峭的边缘，并且一定不能在滤波后的信号SB1、SB2上引入任何相位误差。就检测可能性而言，实验研究表明，由于带宽和信号功率的都减半，因此单边带接收机的灵敏度与双边带接收机的灵敏度相当。
图3a-图3c分别示出了滤波后的信号RZ、NRZ和CSRZ各自的光谱，信号RZ、NRZ和CSRZ作为单边带信号SB1、SB2独立地沿图1中示出的两个传输链路分支4′、4″中的不同分支进行传播。
如现有技术文献中已提出的，接收机中只使用一个边带用于双边带的检测，从而损失一半的原始发射信号功率，这会对传输距离造成负面影响。与此不同，根据本发明，在合并信号SB的联合光电转换之前对边带信号之一SB2进行光预处理。以这种方式，可以在没有中间信号放大器的情况下获得较长的传输距离，原因是接收机将包含在两个边带中的全部发射信号功率用于检测。
为了该目的，在波长镜7中对根据图1的系统1中的下部分支4″中的边带信号SB2进行光波长转换，波长镜7将所述边带信号SB2镜像到另一个边带信号SB1上，该另一个边带信号SB1可以从分别针对RZ信号、NRZ信号和CSRZ信号的图4a-图4c中的光谱中得知。在图4a-图4c中，垂直虚线表示镜像波长λM的位置。该位置可以由控制单元10(图1)通过检测光谱的中心波长λC(即RZ光谱和NRZ光谱的载波波长)进行控制和调整，或者在CSRZ光谱情况下通过检测时钟线进行控制和调整。图4a-图4c中从左到右的箭头表示镜像操作，该镜像操作最终将对应于下边带LSB(即在较低波长处的单边带信号SB2)的子光谱放置到对应于上边带USB(即单边带信号SB1)的子光谱的顶部。在图4a-图4c中，将每个光谱的镜像部分示出为虚线SB2′(参见图1中分支4″上的信号)。
对单边带的镜像具有使两个边带都位于同一光带宽内的优点，因此可以使用陡峭光滤波在增加可用带宽的同时进一步抑制噪声。然后，在光电转换之前，直接地或者通过图1中所示的偏振束合并器8，在光电转换之前叠加边带信号SB1、SB2。因此，对具有独立噪声的相同数据进行相加极大地提高了在接收机3上的合并信号SC的信噪比。
通过本发明的信号处理单元5，系统1获得了改善的性能，使其能够以较低的OSNR运行，因此在传输链路上采用较便宜的标准组件的同时，扩展了光放大器级之间的距离，并且增加了具有给定光谱带宽的WDM系统中的信道的可用数目。
权利要求
1.一种用于通过光传输链路从发射机向接收机发送已调制光信号的方法，所述已调制光信号包括载波和相对于载波波长对称排列的至少两个边带，所述方法包括步骤将所述光信号分成相对于所述载波波长对称的两个单边带光信号；将所述两个单边带信号中的一个单边带信号镜像到另一个单边带信号的光谱位置；以及在所述接收机中在光电转换之前合并两个边带信号。
2.一种用于已调制光信号的信号处理单元，所述已调制光信号具有载波和相对于载波波长对称排列的至少两个边带，将所述信号处理单元布置在用于发送所述已调制光信号的发射机与用于接收所述光信号的接收机之间的传输链路中，所述信号处理单元包括滤波器，其用于将所述两个边带分成相对于所述载波波长对称的两个单边带光信号；波长镜，其用于将所述两个单边带信号中的一个单边带信号的光谱位置镜像到另一个单边带信号的光谱位置；以及合并器，其用于合并所述镜像的边带信号和所述另一个边带信号以形成合并的光信号。
3.根据权利要求2所述的信号处理单元，其中所述滤波器是边缘滤波器。
4.根据权利要求2所述的信号处理单元，其中所述滤波器是解交织器。
5.根据权利要求2所述的信号处理单元，其中所述波长镜是差分频率生成波长转换器。
6.根据权利要求2所述的信号处理单元，其中所述波长镜是半导体波长转换器。
7.根据权利要求2所述的信号处理单元，其中所述合并器是偏振束合并器。
8.根据权利要求2所述的信号处理单元，还包括控制器，其用于根据所述载波波长来控制所述波长镜的所述镜像波长的位置。
9.根据权利要求2所述的信号处理单元，还包括控制器，其用于根据所述已调制光信号的光谱中的典型特征，特别是时钟线来控制所述波长镜的所述镜像波长的位置。
10.根据权利要求2所述的信号处理单元，其集成在所述接收机中，所述接收机用于进一步处理所述合并信号。
全文摘要
一种用于通过光传输链路从发射机(2)向接收机(3)发送已调制光信号(S)的方法，该已调制光信号包括载波和相对于载波波长(λC)对称排列的至少两个边带，该方法包括步骤将光信号分成相对于载波波长对称的两个单边带光信号，将两个单边带信号中的一个单边带信号镜像到另一个单边带信号的光谱位置，并且在接收机中在光电转换之前合并两个边带信号。为了该目的并且根据本发明的另一方面，一种信号处理单元(5)包括波长镜(7)，其用于将已发送信号的边带中的一个边带镜像到另一个边带上。因此本发明的方法实现了对光信号传输系统(1)性能的改善，使其能够以较低的OSNR运行，因此在传输链路中采用较便宜的标准组件的同时，扩展了光放大器级之间的距离。
文档编号H04B10/67GK1897502SQ20061009226
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月15日 优先权日2005年7月12日
发明者弗雷德·布哈利 申请人:阿尔卡特公司