专利名称：双二进制光传输装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种利用双二进制光传输技术的双二进制光传输装置。
还可以注意到，一些利用DWDM技术的传统系统能够通过单个光纤传输一百多个信道。还在积极进行研究以开发能够同时通过单个光纤传输两百多个40 Gbps(G比特/秒)的信道，该系统会产生大于10 Tbps的传输速度。
然而，当利用传统的不归零制(NRZ)方法调制光强度时，如果信道距离小于50GHz，则传输容量的加大由于信道之间的严重干涉和失真而受到限制，这是由于数据通信的迅速增加以及对大于40Gbps的高速数据传输的需要。传输距离限制在大于10Gbps的高速传输，因为当二进制的NRZ传输信号在光纤介质中传播时传统的二进制的NRZ传输信号的直流(DC)频率分量和高频分量在调制期间的传播引起非线性和色散。
光学双二进制技术的发展已经成为光学传输技术的最突出的部分，它能够克服由于多色色散引起的传输距离限制。在这点上，双二进制传输与上面讨论的一般的二进制传输相比能够减小传输频谱。在色散抑制系统中，传输距离与传输频谱带宽的平方成反比。这意味着当传输频谱减小1/2时，传输距离增加四倍。因为在双二进制传输频谱中载波频率被抑制，因此可以放松光纤中激发的布里渊散射所产生的光功率输出的限制。
图1示出了传统的双二进制光传输装置的结构的例子，图2A至2C是输出信号在图1中的结点(node)A，B和C的输出信号的眼图(eyediagram)。
参见图1，传统的双二进制光传输装置包括脉冲波形发生器(PPG)10，预编码器20，低通滤波器30和31，调制器推动放大器40和41，激光源50，和马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉型(interference type)光强调制器60。脉冲波形发生器10产生2级(2-level)电脉冲信号。预编码器20对2级NRZ电信号进行编码。低通滤波器30和31将2级NRZ电信号改变为3级NRZ电信号并且降低信号的带宽。调制器推动放大器40和41将3级NRZ电信号放大，输出光调制器推动信号。激光源50输出载波。
如上所述，在脉冲波形发生器10中产生的2级脉冲信号在预编码器20中进行编码，图2示出了在节点A的2级脉冲信号的眼图。从预编码器20输出的2级二进制信号输入到低通滤波器30和31。低通滤波器30和31中的每一个具有与2级二进制信号的时钟脉冲频率的大约1/4相对应的带宽。这种对带宽的过度限制引起编码之间的干涉，由此将2级二进制信号改变为3级双二进制信号。图2B中示出了在节点B的信号的输出眼图。3级双二进制信号在调制器推动放大器40和41中放大并且然后用作推动马赫-曾德干涉型光强调制器60的信号。激光源50输出的载波的相位和光强通过马赫-曾德干涉型光强调制器60的推动信号调制，以便调制器60输出由载波调制的2级双二进制光信号。图2C示出了节点C处的眼图。在图1中，Q表示Q的反相信号。信号Q和Q输入到具有双电极结构的马赫-曾德干涉型光强调制器60的正、负电极。
如上所述的马赫-曾德干涉型光强调制器60可以分成具有Z分割(Z-cut)结构和X分割(X-cut)结构的两种类型。在Z分割结构的马赫-曾德干涉型光强调制器中具有双臂(dual arms)，每一个臂包括电低通滤波器30或31和调制器推动放大器40或41，使3级电信号能够施加到每一个臂上。尽管没有示出，在X分割结构的马赫-曾德干涉型光强调制器中具有单个臂(single arm)。单个臂包括电低通滤波器和调制器推动放大器，使3级电信号能够施加到单个臂上。
然而，在上述的传统的双二进制光传输装置中，3级电信号由低通滤波器产生。从而，伪随机位序列(PRBS)的长度所引起的输出光信号的特性任何差异和传输质量对低通滤波器的滤波特性的依赖会在系统中造成严重的问题。通常，从0级转换成1级的信号的斜率不同于从1级转换成0级的信号的斜率。在利用电低通滤波器的双二进制光发送机的情况下，在信号具有不同斜率的部分叠加的状态下发生从0级到1级和从1级到0级的转换。这引起传统Z分割型或X分割型马赫-曾德干涉型光强调制器的结构中输出波形抖动的增加。
信号图像的这种依靠对实际的光传输产生了限制。例如，图3A至3C示出了通过单模光导纤维由传统的双二进制光发送机传输的光信号的眼图。当传输距离数值在0km(见图3A)和160km(见图3B)之间时眼图表现出了相对匀称的外表，而当传输距离超过240km时表现出了严重扭曲的外表。随着传输距离的增加，光纤的色散特性恶化。当光传输装置包括作为低通滤波器的贝索(Bessel-Thomson)型滤波器(该滤波器较昂贵)时，整个光传输装置会失去价格竞争力。
因此，该技术需要改进的双二进制光传输系统。
发明内容
本发明的一方面是解决现有技术中的上述问题。
本发明的另一方面是提供一种利用双二进制光传输技术的双二进制光传输装置，该装置不受伪随机位序列(pseudo random bitsequences/PRBS)的传输特性的影响。
本发明的又一方面是提供一种双二进制光传输装置，该装置在不利用电低通滤波器的情况下增加了对光信号的高速长距离波分多路复用(wavelength division multiplexing/WDM)中的色散和非线性的抗扰性。
根据本发明的一方面，一种双二进制光传输装置，包括输出光学载波的光源；NRZ光信号发生部分，所述NRZ光信号发生部分接收NRZ电信号，根据NRZ电信号将光学载波调制到NRZ光信号中，并且输出NRZ光信号；以及双二进制光信号发生部分，所述双二进制光信号发生部分接收NRZ电信号并且将NRZ光信号调制到双二进制光信号中。
优选方式是，NRZ光信号发生部分包括放大和输出NRZ电信号的一对第一调制器推动放大器；以及光强调制器，所述光强调制器根据从第一调制器推动放大器输入的推动信号调制光学载波的强度。
更优选的方式是，双二进制光信号发生部分包括对输入到预编码器的NRZ电信号进行编码的预编码器；放大和输出编码的信号的一对第二调制器推动放大器；以及光相位调制器，所述光相位调制器根据从第二调制器推动放大器输入的推动信号调制NRZ光信号的相位。
根据本发明的另一方面，一种输出双二进制光信号的方法包括如下步骤输出光学载波信号；接收NRZ电信号；根据NRZ电信号将光学载波调制到NRZ光信号中，并且输出NRZ光信号；以及通过调制器，将NRZ光信号调制到双二进制光信号中。
优选方式是，还包括如下步骤，通过调节调制器的消光比和线性调频脉冲变量改变光纤的色散因数(dispersion factor)。
通过结合附图详细描述优选实施例，本发明的上述和其它目的，特征以及优点变得显而易见并且很容易理解的，其中图1是传统的双二进制光传输装置的结构的方框图；图2A至2C是输出信号在图1中的结点A，B和C的输出信号的眼图；图3A至3C是通过单模光导纤维由传统的双二进制光发送机传输的光信号的眼图；图4是根据本发明实施例的双二进制光传输装置的方框图；图5A和5B是通过图4中的结点O和P的输出信号的眼图；图6A至6C是通过单模光导纤维由根据本发明一个实施例的双二进制光传输装置传输的光信号的眼图；及图7是描述根据本发明的各个方面的双二进制光传输装置和传统的双二进制光传输装置相对于传输距离的接收机灵敏度之间的比较图。
具体实施例方式
现在参照附图详细介绍本发明的优选实施例，为了清楚和简单，与本发明结合的已知功能和结构的详细描述省略，以使本发明的主题更清楚。
图4是根据本发明实施例的双二进制光传输装置的方框图。尽管图4示出了双臂(dual armed)Z分割马赫-曾德干涉型光强调制器230，应当理解根据本发明的各个方面的双二进制光传输装置可以采用单臂X分割马赫-曾德干涉型光强调制器。此外，尽管为了促进理解调制器的功能，本发明将基于装置的每一部分具有光强调制器或光相位调制器描述，但本领域普通技术人员应当理解，每一个马赫-曾德干涉型光强调制器不仅能够调制光强，而且还能够调制光相位(phase)。
如图4所示，双二进制光传输装置包括输出光学载波的光源50；接收NRZ电信号的NRZ光信号发生部分100。发生部分100根据NRZ电信号将光学载波调制到NRZ光信号中并且输出NRZ光信号。该装置还包括双二进制光信号产生部分200，双二进制光信号产生部分200接收预编码的NRZ电信号并且调制NRZ光信号以便形成双二进制光信号。
NRZ光信号发生部分100包括放大和输出NRZ电信号的一对第一调制器推动放大器110和111，和马赫-曾德干涉型光强调制器120，光强调制器120根据从第一调制器推动放大器110和111输入的推动信号调制光学载波的强度。
双二进制光信号产生部分200包括对输入NRZ电信号进行编码的预编码器210，放大和输出编码信号的一对第二调制器推动放大器220和221，以及马赫-曾德干涉型光相位调制器230，光相位调制器230根据从第二调制器推动放大器220和221输入的推动信号调制NRZ光信号的相位。
参见图4所示，操作时，脉冲波形发生器(PPG)中产生的NRZ电信号(未示出)由第一调制器推动放大器110和111放大并且作为调制器120的推动信号输出。根据输入到光强调制器120的调制端子RF的调制器推动信号，光强调制器120调制激光源50输出的载波的光强度并且将调制的信号输出到节点O。图5A是图4中的节点O处的眼图，并且示出了光强调制器120产生并且输出一般的NRZ光信号。该NRZ光信号输入到双二进制光信号产生部分200中的马赫-曾德干涉型光相位调制器230。
脉冲波形发生器产生的NRZ电信号还由双二进制光信号产生部分200中的预编码器210编码，这使在接收器中没有任何变化的条件下进行双二进制传输。编码的二进制信号由第二调制器推动放大器220和221放大并且输入到马赫-曾德干涉型光相位调制器230的调制端子RF。根据调制器推动信号，马赫-曾德干涉型光相位调制器230调制NRZ光信号发生部分100中的光强调制器120输入的NRZ光信号的相位并且将调制的信号输出到节点P。对此，在节点(node)‘0’的信号的每一比特，光相位调制器230将光信号的相位从0转换到π或从π转换到0。因此，位于‘0’的每一比特的两侧的‘1’的比特具有彼此不同的相位。图5B是图4中的节点P处的眼图，并且示出了从光相位调制器230产生双二进制光信号。
这使在不利用电低通滤波器的条件下产生双二进制光信号，并且能够最小化在2级电信号转换为3级电信号期间的信号失真。此外，根据本发明的方面产生的双二进制光信号对光纤的色散(dispersion)具有抗扰性，其取决于NRZ光信号发生部分100中的光强调制器产生的NRZ信号的消光比(extinction ratio)和线性调频脉冲(chirp)。因此，最佳消光比和线性调频脉冲由光强调制器的特性决定。
图6A至6C是通过单模光导纤维由根据本发明实施例的双二进制光传输装置传输的光信号的眼图。与图3A至3C比较，不仅当信号传输0km(见图6A)或160km(见图6B)时而且在信号传输240km之后这些眼图都具有整洁的外观(cleanly open appearance)，这意味着根据本发明的方面的双二进制光传输装置比上述传统的双二进制光传输装置对光纤的色散具有更大的抗扰性。
图7是描述根据本发明的双二进制光传输装置和上述传统的双二进制光传输装置相对于光纤长度(即传输距离)的接收机灵敏度之间的比较图。在图7中，曲线X表示传统的双二进制光传输装置的接收机灵敏度，曲线Y和Z表示根据本发明实施例的双二进制光传输装置的接收机灵敏度。在曲线Y中，消光比是7.5dB，线性调频脉冲变量(chirp variable)是+2.3，而在曲线Z中，消光比是10dB，线性调频脉冲变量(chirp variable)是+3.0。从上面的说明可以明显看出，由于根据本发明的实施例的双二进制光传输装置具有更大的对光纤色散的抗扰性，因此光信号在根据本发明的实施例的双二进制光传输装置中比在传统的双二进制光传输装置中传输后需要更低的接收机灵敏度。此外，在根据本发明实施例的双二进制光传输装置中，通过调节调制器的消光比和线性调频脉冲变量能够改变对光纤色散的抗扰性。
如上所述，根据本发明的双二进制光传输装置能够在不使用电低通滤波器的情况下产生双二进制光信号。因此，根据本发明的双二进制光传输装置能够降低信号图像(signal patterns)对传输特性的影响并且在传输之前能够提高接收机灵敏度。此外，本发明的装置增加了对光纤色散的抗扰性，因此即使光信号传输后也需要减小的接收机灵敏度。从而，与传统的装置相比，根据本发明的双二进制光传输装置能够增加光信号传输距离大约两倍并且提高了价格竞争力。
尽管参照一定的优选实施例示出和描述了本发明的，但在不偏离本发明的原理和精神，权利要求和其等同原则所限定的范围的情况下，可以对此实施例在形式和细节上做出修改，这对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种双二进制光传输装置，包括用于输出光学载波的光源；NRZ光信号发生器，所述NRZ光信号发生器用于接收NRZ电信号，根据NRZ电信号将光学载波调制到NRZ光信号中，并且输出NRZ光信号；以及双二进制光信号发生器，所述双二进制光信号发生器用于接收预编码的NRZ电信号并且将NRZ光信号调制到双二进制光信号中。
2.根据权利要求1所述的双二进制光传输装置，其中NRZ光信号发生器包括放大和输出NRZ电信号的多个第一调制器推动放大器；以及光强调制器，所述光强调制器根据从第一调制器推动放大器输入的推动信号调制光学载波的强度。
3.根据权利要求1所述的双二进制光传输装置，其中双二进制光信号发生器包括用于对NRZ电信号进行编码的预编码器；放大和输出编码的信号的多个第二调制器推动放大器；以及光相位调制器，所述光相位调制器根据从第二调制器推动放大器输入的推动信号调制NRZ光信号的相位。
4.根据权利要求2所述的双二进制光传输装置，其中所述光强调制器是马赫-曾德干涉型调制器。
5.根据权利要求4所述的双二进制光传输装置，其中所述马赫-曾德干涉型调制器是双臂Z分割马赫-曾德干涉型光强调制器。
6.根据权利要求4所述的双二进制光传输装置，其中所述马赫-曾德干涉型调制器是单臂X分割型马赫-曾德干涉型光强调制器。
7.根据权利要求3所述的双二进制光传输装置，其中所述光相位调制器是马赫-曾德干涉型调制器。
8.根据权利要求7所述的双二进制光传输装置，其中所述马赫-曾德干涉型调制器是双臂Z分割马赫-曾德干涉型光强调制器。
9.根据权利要求7所述的双二进制光传输装置，其中所述马赫-曾德干涉型调制器是单臂X分割型马赫-曾德干涉型光强调制器。
10.根据权利要求2所述的双二进制光传输装置，其中双二进制光信号发生器包括布置用于对NRZ电信号进行编码的预编码器；放大和输出编码的信号的多个第二调制器推动放大器；以及光相位调制器，所述光相位调制器根据从第二调制器推动放大器输入的推动信号调制NRZ光信号的相位。
11.根据权利要求1所述的双二进制光传输装置，其中NRZ电信号是由脉冲波形发生器产生的。
12.一种输出双二进制光信号的方法，包括如下步骤输出光学载波信号；接收NRZ电信号；根据NRZ电信号将光学载波调制到NRZ光信号中，并且输出NRZ光信号；以及通过调制器，将NRZ光信号调制到双二进制光信号中。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括如下步骤，输出双二进制光信号到光纤。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括如下步骤，通过调节调制器的消光比和线性调频脉冲变量改变光纤的色散因数。
全文摘要
一种利用双二进制光传输技术的双二进制光传输装置，该装置在不利用电低通滤波器的情况下具有增加的对光信号的高速长距离波分多路复用(WDM)传输中的色散和非线性的抗扰性。双二进制光传输装置包括输出光学载波的光源；NRZ光信号发生部分，NRZ光信号发生部分用于接收NRZ电信号，根据NRZ电信号将光学载波调制到NRZ光信号中，并且输出NRZ光信号；以及双二进制光信号发生部分，所述双二进制光信号发生部分接收NRZ电信号并且将NRZ光信号调制到双二进制光信号中。
文档编号H04B10/152GK1494251SQ0315236
公开日2004年5月5日 申请日期2003年7月30日 优先权日2002年10月31日
发明者金晟基, 黄星泽, 郑智采, 李在勋, 吴润济 申请人:三星电子株式会社