专利名称：多格式数据发送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传输数字数据的领域，尤其涉及光传输。
背景技术：
在通信网络中，为了执行有效的数据传输，先进的调制格式是关键的因素。由于使用各种传输介质，以及能够影响信号的各种干扰的存在，所以没有通用的高级调制格式。 在光传输领域中，针对诸如每通道100(}bit/S的高数据比特率的研究表明，正交相移键控 (QPSK)调制格式有很好的性能。为了提高通信网络的灵活性，一种可能的方法就是设计动态比特率数据发送器。 为此，已经提出了几种解决方案。例如，K. ^nenage等人在0FC/NF0EC 2009 Proceedings 的文 献“Bit-Rate-Flexible All-Optical OFDM Transceiver Using Variable Multi-Carrier Source and DQPSK/DPSK Mixed Multiplexing，，中公开了一种OFDM光发送器，在该发送器中，通过修改子载波信号的数量和/或从DQPSK (差分正交相移键控)格式与DPSK(差分相移键控)格式之间选择每个子载波的调制格式，能够对数据比特率进行调離
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发明内容
根据一种实施方式，本发明提供了一种光信号发送器，该发送器包含第一幅度调制器，能够根据第一数据信号调制第一载波信号，第二幅度调制器，能够根据第二数据信号调制第二载波信号，信号合成器，能够将来自第一幅度调制器的第一调制载波信号和来自第二幅度调制器的第二调制载波信号的合成信号导向到数据发送器的输出，以及数据模块，能够以共同调制步调产生所述第一和第二数据信号，其中，在发送器的第一种操作模式中，所述第一和第二载波信号相互相移，以及所述数据模块根据不同的数据产生所述第一和第二数据信号，从而在发送器的输出产生一个在复平面中呈现第一状态星座调制信号，并且，在发送器的第二操作模式中，所述数据模块基于共同数据产生相互相关的所述第一和第二数据信号，从而在发送器的输出产生一个在复平面内呈现第二状态星座的调制信号，该第二状态星座比所述第一状态星座更加减少和更加分散。根据一种特定实施方式，第二状态星座为第一状态星座的子集。例如，在第二种操作模式中，有可能限定两个数字信号的数值，如使它们相等，从而无法达到第一星座的某些状态，形成将数据编码到第一星座子集的效果。更有利的是，这一子集呈现出的最小 Euclidean距离要大于第一完全星座的最小Euclidean距离。除了传输的数值之外，另一个能够影响传输信号的状态星座的物理参数是第一和第二载波信号之间的相移。根据一种特定实施方式，在发送器的第一种操作模式中，第一和第二载波信号大致上是正交相位的。例如，在这种情况下，第一状态星座能够是QPSK或者QAM(正交幅度调制)星座。在相应的实施方式中，第二状态星座能够是BPSK或者QAM星座。在发送器的两种操作模式中，第一和第二载波信号之间的相移能够保持恒定，例如，这种情况下，在发送器的第二种操作模式中，第一和第二载波信号也能够大致上是正交相位的。根据一种可选择的实施方式，在发送器的第一种和第二种操作模式之间，能够对第一和第二载波信号之间的相移进行修改，例如，减小或者大部分取消该相移。根据一种特定实施方式，在发送器的第二种操作模式中，所述第一和第二载波信号大体上是同相的。在第二种操作模式中相移的这种减小或者取消能够增加第二状态星座的分散。为了产生载波信号，存在多种选择，例如，采用两个相应的可能带有相位控制装置的信号源。或者，可以从公共源产生载波信号。根据一种特定实施方式，发送器包含一个能够通过分离源信号产生第一和第二载波信号的信号分离器，源信号的分离是通过将源信号的第一部分导向到包含第一幅度调制器的第一传输分支，以及将源信号的第二部分导向到包含第二幅度调制器的第二传输分支来实现的。更有利的是，发送器包含布置在至少一个传输分支中，并且能够在第一载波信号和第二载波信号之间施加相移的相移装置。根据一种特定实施方式，相移装置能够施加可调整相移。例如，在第一操作模式中相移装置施加正交相移，在第二操作模式中施加减小的相移，优选是零相移。为了在所述第一和第二载波信号之间产生调整相移的装置，可采用其它的实施方式。根据不同的应用，能够从电磁频谱的不同部分中，如微波域，红外域，或者光域选择载波信号。在一种特定实施方式中，载波信号为光信号，并且幅度调制器包含Mach-Zehnder 调制器。尤其是Mach-Zehnder调制器能够被用作相位调制器，这是因为场幅度乘以系数-1 等同于180°的相移。-在其它有益的实施方式中，通信节点能够表现出如下一个或多个特征-命令接口，该命令接口能接收命令信号，用于选择性地将发送器置于第一或第二操作模式中。-数据模块包含数据输入接口，该数据输入接口能够接收待传输数据流，以及处理模块，该处理模块能够处理所述待传输数据流以产生所述第一和第二数据信号，所述处理模块能够在第一种操作模式中以第一比特率处理数据流，在发送器的第二种操作模式中以更低的第二比特率处理数据流。-数据输入接口包含多个并行输入线，用于接收组成待传输数据流的并行输入流。-在发送器第二种操作模式中，数据模块能够选择性地禁用所述并行输入线的子集。-处理模块包含一个并串转换模块，以根据多个所述并行输入流产生第一和第二数据信号，输入流呈现要小于第一和第二数据信号的所述调制速率的共同数据速率。-处理模块包含FEC编码模块，用于将纠错编码应用于待传输数据流。根据操作模式的不同，FEC编码可以是恒定的也可以是变化的。例如，为了在PDM-BPSK传输中获得 56Gb/s的比特率，FEC编码对40( 的输入流呈现30%的溢流，为了在PDM-QPSK传输中获得112(ib/S的比特率，对100(ib/S的输入流呈现12%的溢流。在一种实施方式中，本发明还给出了一个采用偏振复用的数据传输组件，该数据传输组件包含第一前述数据发送器，以在第一数据发送器的输出产生呈现第一偏振状态的第一调制信号，第二前述数据发送器，以在第二数据发送器的输出产生呈现第二偏振状态的第二调制信号，以及一个信号合成器，该信号合成器能够把来自第一数据发送器的第一调制信号以及来自第二数据发送器的第二调制信号的合成信号导向到发送组件的输出。本发明的一个基本想法是设计出一种动态比特率数据发送器，在该数据发送器中可以针对传输信号有选择性地采用至少两个状态星座，从而既可以采用一个更加稠密聚集的星座，也可以采用一个更加稀疏分散的星座，其中稠密聚集的星座可以获得高数据传输率，而稀疏分散的星座以传输率的降低为代价，可以得到更高的信号抗干扰性。本发明的另一个基本想法是通过叠加多个带有相互相关的调制的载波分量，从而这些分量以不同的调制状态建设性地组合，获得一个具有星座更加分散的调制信号。本发明的又一个基本想法就是在不改变符号传输率的条件下实现星座选择，从而在这样的发送器中简化信号处理链的执行。通过使用恒定的时钟速率，也能够使相应接收器的实现更加方便。根据一种实施方式，可以使用一致光接收。
通过参考附图，阅读对本发明多个特定实施方式的以下描述，其中该描述只是为了解释说明，而不是限制性的例子，可以更好地理解本发明，也会对本发明其它的作用、详情、特点和优势更加清楚明白。在这些图中图1为根据第一种实施方式的数据发送器的功能框图，图2为能够用在本发明实施方式中的星座举例说明图，图3为根据第二种实施方式的数据发送器的功能框图，图4为能够用在本发明实施方式中的数据模块的功能框图，图5和图6为可用在本发明实施方式中的星座的其它举例说明图。
具体实施例方式参考图1，数据发送器15包括含有待传输数字数据的数据源1，根据数字信号形成调制信号I(t)和Q(t)的数据模块2，两个正交相位载波信号发生器3和4，利用调制信号 I调制第一载波信号7的幅度调制器5，利用调制信号Q调制第二载波信号8的幅度调制器 6，以及传输两个调制载波信号总和到发送器信号输出10的信号合成器。例如，输出信号 S(t)可表示为S(t) = I (t). COS (wt)+Q (t). SIN(wt)，其中 w 表示载波频率。信号I和Q最好具有相同的调制波特率。数据模块2包含用于接收命令信号12 (如从命令单元11接收)的命令接口。命令信号12从两种给定模式中选择数据模块2的一种操作模式。在第一种操作模式中，调制信号I和Q各带有待传输数据的不同子集，从而使得从发送器15出来的数据速率达到最大。例如，只要调制信号I和Q各有两个逻辑状态，输出信号的调制格式就是4-QAM格式(也可以是指定的QPSK格式)。利用调制信号I和Q所具有的逻辑状态，可以以类似的方式获得N-QAM调制格式，其中N为大于4的整数，如8，16
6或64或其它数。这些调制格式在复平面内的星座图是众所周知的。在第二种操作模式中，调制信号I和Q涉及至少部分重叠的待传输数据集，从而产生一个比第一种操作模式中数量更少、更加分散的状态星座。换句话说，第二种操作模式中获得的星座包含较少的状态，平均来讲，比起第一种操作模式，这些状态更加彼此远离。更有利的是，第二星座图中两状态之间的最小欧几里得Euclidian距离要小于第一星座图中两状态之间的最小Euclidian距离。根据一种实例实施方式，在第二种操作模式中，信号I和Q处理完全相同的数据， 所以I(t) =Q(t)。图2表示利用各有两个逻辑状态0和1的调制信号I和Q情况下，得到的星座图。在第一种操作模式中，QPSK(或4-QAM)星座图呈现4个调制状态(或符号)00， 01，10和11，它们分别在A，B，C，D点处表示。这些状态大致分布在以a V 2为半径的圆19 上，其中a为调制信号I和Q的幅度。在第二种操作模式中，I和Q传输相同的二进制流，因此不会再达到状态B和C。结果就是得到一个由点A和D形成的减小的星座，即BPSK星座，其最小Euclidean距离相对于QPSK星座增加了因子V 2，这使得有可能获得3dB检测功率增益。利用选择I(t)+Q(t) =0可得到类似的优势。相比之下，如果数据流的减少是通过取消调制信号Q来实现，那么在点Y和Z表示的结果星座会呈现相对于QPSK星座减少了因子V 2的最小Euclidian距离。根据另一种实施方式，信号发生器4能够调整载波信号8的相位，并且能够直接或者间接地接收命令信号12，以便执行该相位调整(根据选定的操作模式)。在该实施方式中，为了增加两个调制分量的相长干涉，可以在第二种操作模式中减少载波信号8的面移 (face-shift)。图2表明，在点E和F处，在两个载波信号之间的相移取消的情况下，可在第二种操作模式中得到的修改的星座。因此，最小Euclidian距离相对于QPSK星座增加了因子2，这使得有可能获得6dB检测功率增益。数据源1能够以不同的方式执行，例如，以存储器或者其它数据存储装置的形式。 数据模块2包含一个通过光链接或者电链接，例如，IOGb的以太网链接或者任何其他形式的数据链接，链接至数据源1的输入接口。可以针对属于电磁频谱的不同部分(如无线电波)的载波脉冲W，实现发送器15。 参考图3，描述了发送器的一种实施方式，该发送器特定适用于光域。与图1中相同或者类似的单元采用了原序号加100的参考标记。光发送器115包含激光源103，分束器116，该分束器可以将源光束等分为传播到波导分支117的第一载波光束107和传播到波导分支118的第二载波光束108。在每个波导分支上，布置了 Mach-Zehnder幅度调制器105和106，这两个幅度调制器各自供应有由数据模块102传递出的信号I (t)和Q(t)。移相器120安装在分支118上，以向第二载波光束 108应用90°的相位延迟。移相器120更有利地以可调整延迟电极形式来实现。光耦合器 109叠加两个调制载波光束。通过采用与图1实施方式中同样的方式控制数据模块102以及，如果需要的话，移相器120，光发送器115可获得同图2中一样的星座。在一种变形中， 例如，在分束器116之前或者在耦合器109之后，根据现有的技术，图中未给出的脉冲发生器能够与调制器105和106串行安装，以在第一种和第二种操作模式中分别产生RZ-QPSK 和RZ-BPSK调制格式的信号。
可使用发送器115来实现可变比特率光传输，实现第一种操作模式中QPSK格式的 56Gb/s的数据比特率，以及第二种操作模式中BPSK格式的^(ib/s的数据比特率一一针对 28GBaud的I和Q信号。更好的是，两种操作模式之间I和Q的速率不会更改，从而能够以固定的比特率分量来实现数据模块102。通过调制格式中这样的一个改变，可大大提高信号抗干扰能力，从而获得更远的传输距离。参考图4，现在对数据模块102的具体实施方式
进行描述，该数据模块102适用于， 例如，满足10( 以太网标准的输入数据流。数据模块102包含一个聚集和成帧模块30，其具有10(ib/S的五个输入25。在第一种操作模式中，模块30能够接收五个输入并行流。模块30处理后的数据也以10(ib/S的五个并行流形式发送至前向纠错编码模块31。模块31 编码后的数据也以根据所使用的编码诸如11. 2Gb/s的高比特率的五个并行流形式发送至并串转换模块32。模块32将五个输入流转换成^(ib/s比特率的两个并行流，传输给驱动器或者电子放大器33，以产生模拟调制信号I和Q。在第二种实施方式中，模块30处理减小了一半的输入流，例如，通过完全禁止输入25的两个输入以及通过减少输入25三分之一的流来实现。利用该数据，能够用和第一种操作模式中同样的方法产生调制信号I。另外，接收的数据流在处理链的一级模块中，例如，在成帧模块30或者前向纠错编码模块31中被复制，从而，根据与信号I的相同的数据流产生调制信号Q。位于复制操作的下游的组件，例如，并串转换模块32和导频模块33，对于发送器操作模式中的改变是透明的。因此，相对于固定速率的发送器，并没有向组件增加复杂性。在一种变形中，第一种和第二种操作模式之间输入比特率的比率可能不同于2。例如，在两种操作模式之间，能够修改FEC编码的性能，以及相应的增量。对于同样的输出比特率，FEC比特率的增加可使得处理低输入比特率成为可能。参考图5和图6，对QAM星座的另一个例子进行描述，可使用该星座来执行可变比特率传输。在该例中，调制信号I是具有4个等级的信号，因而每时击编码两个比特B 1B2。 调制信号Q是具有4个等级的信号，每时击编码1个比特B0。可以类似于图1实现对应发送器。因此，具有三比特[B0B1B2]的符号在输出被传输。在第一种操作模式中，采用所述符号以名义比特率，即3f，其中f为时钟波特率，传输数据。在第二种操作模式中，部分地根据与形成信号I的数据一样的数据，形成信号Q，使得BO = Bl始终成立。数据比特率减少为2f。第二种操作模式中用到的星座被减少为点A，B, C，D表示的符号000,001,110和 111。最小Euclidian距离不变，但是总体上增加了星座分散。图6表示了在第二种操作模式中，如果去除了两个载波信号之间的相移后的第二星座形状。利用许多增加减少了的星座达到增加长传输距离的方法，发送器的其余实施方式能够呈现两种以上的操作模式。以上的内容描述了一个可在多个值中对载波信道上的数据比特率进行调整的信号发送器。可采用信道复用技术以解复用方式获得一个信道中获得的比特率调整，其中信道复用技术中每个信道比特率的调整如前所述。例如，光信道能够偏振复用和/或波分复用。在一种对应的实施方式中，光发送器执行偏振复用，在第一种操作模式中产生一个 PDM-QPSK格式的调制信号，如112(ib/S的比特率，在第二种操作模式中产生一个PDM-BPSK 格式的调制信号，如56(ib/S的比特率。在这种情况下，如前所述，利用一对信号I和Q对每个偏振进行调制。图中绘出的某些单元，尤其是命令单元和其他模块，可以采用硬件/软件组件以单机或者分布式的方式，以各种形式构造。可以采用的硬件组件是专用集成电路，现场可编程门阵列或者微处理器。软件组件可以是以各种编程语言如C，C++, Java或者VHDL写成的，以及以对象形式编译的。以上列举为非完全列举。命令单元11或111能够以网络管理装置的形式构造，该网络管理装置使得人操作者能够根据业务量需要和待执行传输的物理限制选择发送器的操作模式，或者该网络管理装置能够自动执行此选择。虽然结合多个特定实施方式对本发明进行了描述，但是本发明绝不仅限于这些实施方式，本发明包括描述方案中所有的技术对等物，以及落在本发明范围内所述方案的结动词“包含”或“包括”不排除除了权利要求书中的单元或步骤之外其它单元或步骤的存在。除特殊说明之外，每个单元和步骤中的定冠词“一个”并不排除多个这样的单元和步骤的存在。多个装置或者模块有可能在图中被描绘成单个的硬件单元。权利要求中，任何圆括号内的参考标记不得解释为对权利要求的限制。
权利要求
1.一种数据发送器(15，115)，包括:第一幅度调制器(5，105)，能够根据第一数据信号(I)调制第一载波信号(7，107)，第二幅度调制器(6，106)，能够根据第二数据信号(Q)调制第二载波信号(8，108)，信号合成器(9，109)，能够将来自第一幅度调制器的第一调制载波信号和来自第二幅度调制器的第二调制载波信号的合成导向到数据发送器的输出(10，110)，以及，数据模块(2，102)，能够利用共同调制步调产生所述第一和第二数据信号，其中，在所述发送器的第一操作模式中，所述第一和第二载波信号相互相移，以及所述数据模块根据不同的数据产生所述第一和第二数据信号，以在所述发送器的输出产生一个在复平面内呈现第一状态星座(A，B，C，D)的调制信号，并且，在所述发送器的第二操作模式中，所述数据模块根据共同数据产生彼此相关的所述第一和第二数据信号，以在所述发送器的输出产生一个在复平面内呈现第二状态星座(A，D ； E，F)的调制信号，所述第二状态星座比所述第一状态星座更加减少和更加分散。
2.如权利要求1中所述的发送器，其特征在于，所述第二状态星座是所述第一状态星座的子集。
3.如权利要求1或2中所述的发送器，其特征在于，在所述发送器的第一操作模式中， 所述第一和第二载波信号大致上是正交相位的。
4.如权利要求3中所述的发送器，其特征在于，所述第一状态星座是QPSK星座。
5.如权利要求4中所述的发送器，其特征在于，所述第二状态星座是BPSK星座。
6.如权利要求3到5中之一所述的发送器，其特征在于，在所述发送器的第二操作模式中，所述第一和第二载波信号大致上是正交的。
7.如权利要求3到5中之一所述的发送器，其特征在于，在发送器的第二操作模式中， 所述第一和第二载波信号大致上是同相的。
8.如权利要求1到7中之一所述的发送器，其特征在于，所述发送器包含一个能够通过分离源信号产生所述第一和第二载波信号的信号分离器(116)，源信号的分离是通过将源信号的第一部分导向到包含所述第一幅度调制器的第一传输分支(117)以及将所述源信号的第二部分导向到包含所述第二幅度调制器的第二传输分支(118)来实现的。
9.如权利要求8中所述的发送器，其特征在于，所述发送器包含一个布置在所述传输分支的至少一个中，并且能够在第一载波信号和第二载波信号之间施加相移的移相器 (120)。
10.如权利要求9中所述的发送器，其特征在于，所述移相器能够施加可调整相移。
11.如权利要求1到10中之一所述的发送器，其特征在于，所述载波信号是光信号。
12.如权利要求11中所述的发送器，其特征在于，所述幅度调制器(105，106)包含 Machlehnder 调制器。
13.如权利要求1到12中之一所述的发送器，其特征在于，所述发送器包含命令接口， 该命令接口能接收命令信号(12，11 ，用于选择性地将所述发送器置于第一或第二操作模式中。
14.如权利要求1到13中之一所述的发送器，其特征在于，所述数据模块(2，102)包含数据输入接口，所述数据输入接口能够接收待传输数据流，以及处理模块(30，31，32，33)， 所述处理模块能够处理所述待传输数据流以产生所述第一和第二数据信号，所述处理模块能够在第一操作模式中以第一比特率处理数据流，以及在所述发送器的第二操作模式中以较低的第二比特率处理数据流。
15.如权利要求14中所述的发送器，其特征在于，所述数据输入接口包含多个并行输入线(25)，用于接收组成所述待传输数据流的并行输入流。
16.如权利要求15中所述的发送器，其特征在于，所述数据模块能够在所述发送器的第二操作模式中选择性地禁用所述并行输入线的子集。
17.如权利要求15或16中所述的发送器，其特征在于，所述处理模块包含一个并串转换模块(3 ，以根据多个所述并行输入流产生第一和第二数据信号，输入流呈现小于所述第一和第二数据信号的调制速率的共同数据速率。
18.如权利要求14到17中之一所述的发送器，其特征在于，所述处理模块包含编码模块(31)，以将前向纠错编码应用于所述待传输数据流。
全文摘要
本发明涉及一种数据发送器，其中，在第一种操作模式中，第一和第二载波信号相互相移，并且，第一数据模块根据不同的数据产生所述第一和第二数据信号，以在发送器的输出产生一个在复平面内呈现第一状态星座(A，B，C，D)的调制信号。并且，在发送器的第二操作模式中，数据模块根据共同数据产生相互相关的第一和第二数据信号，以在发送器的输出产生一个在复平面内呈现第二状态星座(A，D；E，F)的调制信号，该第二状态星座比所述第一状态星座更加减少和更加分散。
文档编号H04L1/00GK102449943SQ201080023509
公开日2012年5月9日 申请日期2010年3月3日 优先权日2009年5月29日
发明者G·沙莱, J·勒诺迪尔 申请人:阿尔卡特朗讯