CN101150370A - Rz-dpsk调制光信号产生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RZ－DPSK调制光信号产生装置及方法，该装置包括：高速复接器，用于将光电转换后的高速数据信号放大并分解成并行低速信号，对并行低速信号进行预编码处理，再将预编码后的低速信号合成高速数据信号，将处理后的数据正信号和时钟信号输入到第一RZ转换及放大器，将处理后的数据负信号和时钟信号输入到第二RZ转换及放大器；第一和第二RZ转换及放大器，用于将数据正NRZ信号转换为RZ信号，将转换后的RZ信号放大，并将放大后的RZ信号发送至铌酸锂调制器；差分输入的铌酸锂调制器，用于将输入的两路RZ信号调制到连续波光信号上，输出RZ－DPSK调制光信号；连续波激光器，用于为差分铌酸锂调制器提供稳定的直流光信号。

Description

RZ-DPSK调制光信号产生装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种RZ-DPSK调制光信号产生装置及方法。
背景技术
随着光纤通信技术的不断发展，产生了对新型光调制技术的需求。通常，超大容量、远距离、超长跨距的波分复用光传输***在光纤中传输的调制光信号需要具有较高的光信噪比(OSNR)容限、较高的抗非线性效应的能力以及较高的色散容忍性等，这些新需求直接导致了大量的新型调制技术的调制光信号的产生，如归零(RZ)调制光信号、载波抑制归零(CS-RZ)调制光信号、最小相移键控(MSK)调制光信号、光双二进制(Duobinary)调制光信号以及归零差分相移键控(RZ-DPSK)调制光信号等等。这些新型调制光信号产生的原理及方法早已有人提出，并且有的已经在光传输***中实现，RZ-DPSK调制技术近年来引起了大家的注意，主要原因是其通过预编码和平衡接收技术，提高了光接收灵敏度和光信噪比容限，具有较强的抗非线性能力，从而成为大容量、远距离、长跨距的光传输***主要选择的光调制技术。
传统的RZ-DPSK调制光信号的产生装置一般需要采用两级光调制技术实现，如图1所示，首先，高速数据流通过差分预编码器102进行预编码；然后，经差分预编码器102输出的信号经过数据放大器104将电信号放大去驱动铌酸锂调制器MZ1-数据调制器106，连续波激光器108发出稳定的连续波直流光信号经过铌酸锂调制器MZ1-数据调制器106后，得到带有相位调制信息的数据调制信号，以保证高速数据流中“0”码和“1”码有π的相位差，再经过由时钟放大器110驱动的铌酸锂调制器MZ2-时钟调制器112，将NRZ码型转化为RZ码型，经过两级调制最后输出得到RZ-DPSK调制光信号。其中，输入时钟信号可以是全时钟，也可以是半时钟，数据调制和时钟调制两级的先后关系可以互换。
然而，采用这种两级铌酸锂调制器来实现RZ-DPSK调制光信号存在较多的技术问题：比如铌酸锂调制器体积较大，成本较高，光模块内部连续波激光器与铌酸锂调制器保偏光纤的耦合以及两个铌酸锂调制器之间保偏光纤的耦合存在一定的技术难度，因此，采用该装置的光传输***终端的可生产性较差。此外，数据信号驱动器要求输出信号幅度为2Vπ，造成功耗比较大，对光传输终端内部电源也有特殊要求。
随着在电域可实现RZ信号的实现，人们又提出了一种只采用一级光调制来实现RZ-DPSK调制光信号的装置，如图2所示，经预编码后差分输出的数据正信号和数据负信号分别与时钟信号一起经过第一个RZ转换器202和第二个RZ转换器204，分别将NRZ码型信号转换成RZ码型信号；然后，其中一路信号经过高速反相器206后与转换的另外一路RZ信号在功率合成器208中合成一个三电平的电信号，此电信号再经放大器210放大后去驱动铌酸锂调制器MZ 214，最后由铌酸锂调制器MZ 214输出RZ-DPSK调制光信号。其中，连续波激光器212的功能与图1中连续波激光器108的功能相同。
然而，这种装置也存在以下一些缺点：首先，所增加的高速反相器和功率合成器，尤其是功率合成器的使用使得传输的高速电信号衰减；其次，两路RZ信号在进入功率合成器之前的路径不同，而功率合成三电平信号对输入两路RZ信号的相位有严格要求，因此有必要在高速信号传输路径上增加相移装置，这就增加了***的复杂度；其次，三电平信号放大器要求比较大，而且其输出信号幅度必须达到2Vπ，存在功耗大、电源要求高的问题。
另外一种实现RZ-DPSK调制光信号的装置，如图3所示，高速数据流经过高速差分预编码器302编码处理后被转换为差分数据信号，这些差分数据信号分别经过第一个RZ转换器306与第二个RZ转化器308与经过移相器304调整后的时钟信号一起将NRZ码型信号转换成RZ码型信号，两路RZ码型信号再分别经过第一个反相RZ驱动器310和第二个反相RZ驱动器312反相并放大后去驱动铌酸锂调制器316，最后铌酸锂调制器输出RZ-DPSK调制光信号。其中，连续波光源314的功能与图1中连续波激光器108的功能相同。
然而，在该装置中使用了较多的高速器件，如两只RZ转换器、两只反相RZ驱动器以及一个高速信号移相器，从而增加了光模块调试的复杂度。而且此装置仅考虑到时钟和数据之间的时延关系，并没有关注到转换成RZ信号后的两路信号之间的时延关系，存在一定的技术隐患。
综上所述，现有技术中的几种RZ-DPSK调制光信号的产生装置均不同程度地存在一些的问题，如价格高、体积大、调试复杂度较高、功耗较大等。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提出一种可降低成本、减小功耗、减小光传输***终端的体积的实用化的RZ-DPSK调制光信号的产生装置及方法。
为实现上述目的，根据本发明的一方面，一种RZ-DPSK调制光信号的产生装置包括：高速复接器，用于将高速数据信号放大并分解成并行低速信号，对并行低速信号进行预编码处理，以及将预编码后的低速信号合成高速预编码数据信号，并将处理后的数据正信号和时钟信号输入到第一RZ转换及放大器，将处理后的数据负信号和时钟信号输入到第二RZ转换及放大器；第一RZ转换及放大器以及第二RZ转换及放大器，用于分别将输入的NRZ信号转换成RZ信号并进行放大，然后将放大后的RZ信号发送至差分输入的铌酸锂调制器；驱动铌酸锂调制器，用于在连续波激光器输出的直流光信号经过铌酸锂调制器后进行RZ-DPSK调制并输出RZ-DPSK调制光信号。
本发明的RZ-DPSK调制光信号产生装置还包括：移相器，位于第一RZ转换及放大器所在的数据通路，或位于第二RZ转换及放大器所在的数据通路，用于保证RZ信号之间的相位关系。
本发明的一种RZ-DPSK调制光信号产生装置还包括用于为铌酸锂调制器提供稳定的直流光信号的连续波激光器。
其中，连续波激光器可以被集成到铌酸锂调制器中，其还可以是宽带波长可调谐激光器。
根据本发明的另一方面，一种RZ-DPSK调制光信号产生方法包括以下步骤：步骤S502，通过高速复接器将光电转换后的高速数据信号放大并分解成并行低速信号，对并行低速信号进行预编码处理，再将预编码后的低速信号合成高速预编码数据信号，并将处理后的数据正信号和时钟信号输入到第一RZ转换及放大器，将处理后的数据负信号和时钟信号输入到第二RZ转换器和第二RZ放大器；步骤S504，第一RZ转换及放大器和第二RZ转换及放大器分别将输入的NRZ信号转换成RZ信号同时进行放大，并将放大后的RZ信号发送至差分输入的铌酸锂调制器(MZ)，以驱动铌酸锂调制器；以及步骤S506，在连续波激光器输出的直流光信号经过铌酸锂调制器后，铌酸锂调制器进行RZ-DPSK调制并输出RZ-DPSK调制光信号。
在本方法中，可以在第一RZ转换及放大器所在的数据通路或第二RZ转换及放大器所在的数据通路上添加移相器，以保证RZ信号之间的相位关系。连续波激光器为铌酸锂调制器提供稳定的直流光信号输入。
本发明提出的装置及方法可用于生成10Gb/s或40Gb/s的RZ-DPSK调制光信号。
采用本发明的装置及方法可以有效地降低光传输终端的体积以及大大降低成本。另外，本发明采用差分输入的铌酸锂调制器，输入信号的幅度要求峰峰值为Vπ，因而对驱动器的要求降低，可以大大降低功耗，而且不需要特殊的电源，从而降低了对传输终端电源的要求。另外，根据本发明的装置及方法可以不需要高速移相器，还可减少光传输终端调试的复杂度，有利于实现产品化。
附图说明
此处说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1示出现有技术中采用两级铌酸锂调制器来实现RZ-DPSK调制光信号的装置的框图；
图2示出现有技术中采用单级铌酸锂调制器来实现RZ-DPSK调制光信号的装置的框图；
图3示出现有技术中另一种采用单级铌酸锂调制器来实现RZ-DPSK调制光信号的装置的框图；
图4示出根据本发明实施例的RZ-DPSK调制光信号产生装置的框图；
图5示出根据本发明实施例的RZ-DPSK调制光信号产生方法的流程图；以及
图6示出根据本发明的技术方案实现的10Gb/s RZ-DPSK光调制信号的眼图。
具体实施方式
下面结合相应的附图以及具体的实施例对本发明的RZ-DPSK调制光信号的产生装置及方法进行详细地描述。
图4示出根据本发明实施例的RZ-DPSK调制光信号产生装置的框图。如图4所示，本发明的装置采用单级铌酸锂调制器来实现RZ-DPSK调制光信号，图中，带预编码功能的高速复接器402将经过光电转换后的高速数据信号放大并分解成16bit的低速数据信号，再通过预编码处理后复接成高速预编码数据信号，该预编码信号还是NRZ码型的信号。从高速复接器402差分输出的高速数据正信号和数据负信号分别与时钟信号一起输入到第一RZ转换及放大器404和第二RZ转换及放大器406，从而将两路NRZ码型信号转换成RZ码型信号，其中第一RZ转换及放大器404和第二RZ转换及放大器406是完全相同的器件。这两路转化成RZ信号后的数据信号放大后直接去驱动差分输入的铌酸锂调制器408，410输出稳定的连续波光源，经过从RZ信号驱动的铌酸锂调制器408后，最后输出的就是RZ-DPSK调制光信号。
如果在电路设计上充分考虑一致性，则两路转化RZ后的信号无需移相装置，否则需要在其中一路上增加一个移相器，以保证两路RZ高速信号之间严格的相位关系。另外，铌酸锂调制器408的两臂预先偏置到合适的偏置电压，连续波输出激光器410的主要功能是向铌酸锂调制器408输出一个稳定的直流光信号。
图5示出根据本发明实施例的RZ-DPSK调制光信号产生方法的流程图。如图5所示，本发明的RZ-DPSK调制光信号产生方法包括一下步骤：步骤S502，通过高速复接器将光电转换后的高速数据信号放大并分解成并行低速信号，对并行低速信号进行预编码处理，再将预编码后的低速信号合成高速预编码数据信号，并将处理后的数据正信号和时钟信号输入到第一RZ转换及放大器，将处理后的数据负信号和时钟信号输入到第二RZ转换及放大器；步骤S504，所述第一RZ转换及放大器和第二RZ转换和放大器分别对输入的所输入的NRZ信号进行RZ转换后再对转换后的RZ信号进行放大，并将放大后的RZ信号发送至铌酸锂调制器；以及步骤S506，连续波激光器发射的直流光信号经过所述差分输入的铌酸锂调制器后受到RZ信号的调制，最后得到RZ-DPSK调制光信号输出。
在本方法中，在第一RZ转换及放大器或第二RZ转换及放大器通路上添加移相器，以保证两路RZ信号之间的相位关系。连续波激光器为铌酸锂调制器提供稳定的直流光信号。
本发明中提出的装置及方法可用于生成10Gb/s或40Gb/s的RZ-DPSK调制光信号。
下面对本发明的技术方案的实施作进一步的详细描述。
首先，根据图4所示，建立一个实验***，选择好合适的高速电子器件，如带预编码功能的高速分复接芯片，在电域实现将NRZ码型转换成RZ码型的高速RZ转换及放大器，一个能发射出稳定直流光信号的连续波光源和一个具有差分输入信号功能的铌酸锂调制器，信号源采用安立公司的高速信号发生器MP1763C发送高速数据和时钟信号。
从信号源发送出9.953Gb/s的高速数据和时钟信号给带预编码功能的高速分复接芯片，分复接芯片差分输出预编码后的差分高速数据信号以及时钟信号到RZ转换及放大器，将NRZ码型转换成RZ码型信号，适当调节RZ信号的输出幅度以满足差分输入的铌酸锂调制器的要求，RZ驱动器输出信号驱动预先偏置好的铌酸锂调制器，适当调节好连续波光源的输出光功率，就可以得到如图6所示的10Gb/s RZ-DPSK调制光信号眼图。
本发明虽然主要针对10Gb/s RZ-DPSK调制光信号的产生，主要应用于密集波分复用(DWDM)光传输***。但是，在器件成熟以后，如40Gb/s RZ-DPSK调制光信号的其它调制光信号也可以按照本发明所述的技术方案实现，因此按照本发明的技术方案产生的40Gb/s RZ-DPSK调制光信号也包含在本申请所附权利要求的保护范围之中。
需要说明的是随着高速电子技术的不断发展，上述方案中第一RZ转换放大器和第二RZ转换及放大器可以集成单一双路的NRZ到RZ的转换及放大器件。另外，随着光电子集成技术的发展，连续波激光器和铌酸锂调制器可以集成为单一的光电子器件，从而进一步减小整个装置的体积并进一步降低成本。其中，连续波激光器也可以是宽带波长调谐激光器。这些信息也包含在本申请所附权利要求的保护范围之中。
本领域技术人员将很容易了解到本发明其它优点和修改。因此，上述针对实施例的描述为本发明具体应用实施例，本发明更广泛的方面并不限于本文中示出以及描述的特定细节和典型实施例。因此，可在不脱离由权利要求及其等效物所限定的本发明的精神或范围的条件下作出各种修改。

Claims (9)

1.一种RZ-DPSK调制光信号产生装置，其特征在于包括：
高速复接器，用于将光电转换后的高速数据信号放大并分解成并行低速信号，并对所述并行低速信号进行预编码处理，再将所述预编码后的低速信号合成高速数据信号，并将处理后的数据正信号和时钟信号输入到第一RZ转换及放大器，将处理后的数据负信号和时钟信号输入到第二RZ转换及放大器；
所述第一RZ转换及放大器，用于将所述数据正NRZ信号转换为RZ信号，并将转换后的RZ信号放大；
所述第二RZ转换及放大器，用于将所述数据负NRZ信号转换为RZ信号，将转换后的RZ信号放大，并将放大后的RZ信号发送至铌酸锂调制器；
所述差分输入的铌酸锂调制器，用于将输入的两路RZ信号调制到连续波光信号上，并输出所述RZ-DPSK调制光信号；
以及
连续波激光器，用于为所述差分铌酸锂调制器提供稳定的直流光信号。
2.根据权利要求1所述的RZ-DPSK调制光信号产生装置，其特征在于，还包括：移相器，位于所述第一RZ转换及放大器所在数据通路，或位于所述第二RZ转换及放大器所在数据通路，用于保证所述两路RZ信号之间的相位关系。
3.根据权利要求1所述的RZ-DPSK调制光信号产生装置，其特征在于，所述连续波激光器为宽带波长可调谐激光器。
4.根据权利要求3所述的RZ-DPSK调制光信号产生装置，其特征在于，所述连续波激光器被集成到所述差分输入的铌酸锂调制器中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的RZ-DPSK调制光信号产生装置，其特征在于，所述装置用于生成10Gb/s或40Gb/s的RZ-DPSK调制光信号。
6.一种RZ-DPSK调制光信号产生方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S502，通过高速复接器将光电转换后的高速数据信号放大并分解成并行低速信号，对所述并行低速信号进行预编码处理，再将所述预编码后的低速信号合成高速预编码数据信号，并将处理后的数据正信号和时钟信号输入到第一RZ转换及放大器，将处理后的数据负信号和时钟信号输入到第二RZ转换及放大器；
步骤S504，所述第一RZ转换及放大器以及第二RZ转换及放大器分别对输入的所输入的NRZ信号进行RZ转换后再对转换后的RZ信号进行放大，并将放大后的RZ信号发送至铌酸锂调制器；以及
步骤S506，连续波激光器发射的直流光信号经过所述差分输入的铌酸锂调制器后，通过铌酸锂调制器获取RZ-DPSK调制光信号并输出。
7.根据权利要求6所述的RZ-DPSK调制光信号产生方法，其特征在于，在所述第一RZ转换及放大器所在的数据通路或所述第二RZ转换及放大器所在数据通路上添加移相器，以保证所述两路RZ信号之间的相位关系。
8.根据权利要求6所述的RZ-DPSK调制光信号产生方法，其特征在于，通过连续波激光器为所述铌酸锂调制器提供稳定的直流光信号。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的RZ-DPSK调制光信号产生方法，其特征在于，所述方法用于生成10Gb/s或40Gb/s的RZ-DPSK调制光信号。
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