CN101478347B - 无反馈回路的光差分正交移相键控调制器的预编码器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光通信技术领域的无反馈回路的光差分正交移相键控调制器的预编码器，包括四个差分编码单元，两个数据延时单元，一个异或门，一个交叉开关。输入的两路原始信号，各一分为二，得到四路信号。取其中的两路数据信号，经过两个数据延时单元延时一个比特后，用交叉开关选择交换路径，分别通过差分编码单元进行差分编码，生成同相位和正交相位的DQPSK调制信号。同时，另两路数据信号通过两个差分编码单元后，通过异或门进行异或运算，产生交叉开关的控制信号。本发明提供了一种无反馈回路的DQPSK预编码的实现，解决了光DQPSK预编码信号速率受电反馈延时限制的问题。

Description

无反馈回路的光差分正交移相键控调制器的预编码器

技术领域

本发明涉及一种光通信技术领域的调制器，具体的说，涉及的是一种无反馈回路的光差分正交移相键控调制器的预编码器。

背景技术

近年来，随着光纤通信***的发展，除了非归零(NRZ)和归零(RZ)码型的开关键控(OOK)等已实用化的调制技术之外，双二进制(duo binary)，载波抑制归零(CSRZ)，差分移相键控(DPSK)等调制方式也逐步应用于***之中。光差分正交移相键控(光DQPSK)中，信息由相邻码元的相位差表示，分别用0，π/2，π，3π/2(或者π/4，3π/4，5π/4，7π/4)来表示不同信号。由于传输的是四进制码元，其频谱利用率加倍，并放宽了对光电器件速率、色散容纳能力、偏振模色散容纳能力等的要求，因此光DQPSK调制的应用前景可观。

光DQPSK采用两个并联的马赫-曾德相位调制器进行调制，光载波的相位变化由加载在两个支路上的调制信号控制，“Q”支路经过π/4移相后与“I”支路耦合为一路传输。接收机检测相邻比特之间的相位差，输出2位二进制码元。调制码元和接收码元之间需要进行差分预编码，传统的差分预编码方式包含反馈回路，在高速***中受到电信号传输速率的限制，无法实现。因此，在目前的光DQPSK传输实验中，极少加入实际的预编码模块，这也是限制光DQPSK实用化的重要因素之一。

经对现有技术文献检索的发现，现有解决方案有两种。一种为使用多路预编码器复用，以增加反馈回路延时。美国专利申请号US20050074245A1，名为“Differential Encoder for an Optical DQPSK Modulator(光DQPSK调制器的差分预编码器)”中所公开的技术，通过对四路低速预编码器的复用，实现四倍速的光DPQSK预编码，放宽对反馈延时的限制。这并没有从本质上解决反馈延时的问题，且引入数据分路，复用等其它技术问题。另一种方案采用两个串联的马赫-曾德相位调制器进行DQPSK调制。专利申请号为WO2005069490A1，名为“Circuit Arrangement for Pre-Coding Digital Signals for MessageTransmission by Means of Optical DQPSK Modulation(光DQPSK数字传输的预编码电路方案)”中所公开的技术，使用串联马赫-曾德相位调制器对光信号进行调制，使用串联预编码方法。此方法的“I”、“Q”支路采用非对称编码，调制将时引入较长的光信号延时和光电信号对齐等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无反馈回路的光差分正交移相键控调制器的预编码器，解决了光DQPSK预编码信号速率受电反馈延时限制的问题，使其满足高速光DQPSK调制中的预编码需求。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括：四个差分编码单元，两个数据延时单元，一个异或门，一个交叉开关。输入调制器的两路数据信号各一分为二，得到四路信号，其中两路信号输入两个差分编码单元，这两个差分编码单元的输出端连接到异或门的输入端，异或门的输出端连接到交叉开关的输入端，这两路信号通过差分编码单元差分编码后，通过异或门进行异或运算，产生交叉开关的控制信号。另外两路信号分别输入两个数据延时单元，两个数据延时单元的输出端分别连接到交叉开关的输入端，交叉开关的输出端分别连接到另外两个差分编码单元，这两路信号经过数据延时单元延时一个比特后，用交叉开关选择交换路径，并分别通过差分编码单元进行差分编码，生成同相位和正交相位的光DQPSK调制信号。

所述的交叉开关，有两个输入端，对应两个输出端。当控制信号为“0”时，输出端与输入端直接连接，信号路径不变；当控制信号为“1”时，输出端与输出端交叉连接，两路信号的路径互换。

与现有技术相比，本发明的电路采用前向生成的控制信号代替反馈控制信号，避免了由于运算和传输所带来的电延时，解除了该延时对光DQPSK预编码速率的限制，使其能应用于高速光DQPSK调制中。另外，编码过程中的两路信号完全对称，易于后级的处理及调制。

附图说明

图1为本发明实施例所用的光DQPSK调制解调***结构图。

图2为本发明实施例所用的光DQPSK调制解调的编码星座图；

其中，(a)为调制***的编码星座图，(b)为解调***的编码星座图。

图3为传统光DQPSK预编码器结构框图。

图4为本发明实施例预编码器结构框图。

图5为本发明实施例中交叉开关的结构图。

图6为本发明实施例实施效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为光DQPSK调制和解调***的结构图。

光DQPSK调制***由预编码器，光源，移相器和两个马赫-曾德调制器组成。预编码器将两路数据信号u_n和v_n转换为DQPSK调制信号I_n和Q_n，分别通过调制器对两路光信号进行调制，其中I为同相位支路，Q为正交相位支路。Q支路光信号经过π/4移相后与I支路光信号重新耦合，产生光DQPSK信号，信号的相位与调制信号I_n和Q_n的关系为：

对应的星座图如图2(a)所示。

光DQPSK解调***由延时器，移相器，平衡接收机和非门构成。光DQPSK信号平均分为两路，经过延时，移相后由平衡接收机进行检测，检测结果u_n和v_n与光信号相邻比特之间相位差的关系为：

对应的星座图如图2(b)所示。

调制器中的预编码器，其功能在于完成数据信号和差分调制信号之间的转换，根据调制解调信号与光DQPSK相位之间的关系，预编码的编码逻辑关系为：

$I_n=\stackrel{\‾}{(I_{n-1}\⊕Q_{n-1})}(I_{n-1}\⊕u_n)+(I_{n-1}\⊕Q_{n-1})(I_{n-1}\⊕v_n)$

$Q_n=\stackrel{\‾}{(I_{n-1}\⊕Q_{n-1})}(Q_{n-1}\⊕v_n)+(I_{n-1}\⊕Q_{n-1})(Q_{n-1}\⊕u_n)$

式中u_n和v_n为输入数据，I_n和Q_n为经预编码后的输出的调制信号，I_n-1和Q_{n -1}表示前一比特预编码的输出信号，

表示异或运算。

如图3所示，传统的光DQPSK预编码器中，u_n和v_n由交叉开关经过路径选择后差分编码输出；交差开关的控制信号由前一比特两路输出信号的异或运算给出，即

为了确保准确控制，数据信号的周期必须大于电路运算以及传输的延时，因此，预编码的速率受到限制，无法满足高速光DQPSK调制的要求。

如图4所示，本实施例结构，包括：四个差分编码单元，两个数据延时单元，一个异或门，一个交叉开关。输入调制器的两路数据信号各一分为二，得到四路信号，其中两路信号输入两个差分编码单元，这两个差分编码单元的输出端连接到异或门的输入端，异或门的输出端连接到交叉开关的输入端，这两路信号通过差分编码单元差分编码后，通过异或门进行异或运算，产生交叉开关的控制信号。另外两路信号分别输入两个数据延时单元，两个数据延时单元的输出端分别连接到交叉开关的输入端，交叉开关的输出端分别连接到另外两个差分编码单元，这两路信号经过数据延时单元延时一个比特后，用交叉开关选择交换路径，并分别通过差分编码单元进行差分编码，生成同相位和正交相位的DQPSK调制信号。

图4中，u_n和v_n为输入数据，u_n分路得到的信号为u_1n、u_2n，v_n分路得到的信号为v_1n、v_2n。将u_1n和v_1n分别进行差分编码后做异或运算，用于产生交叉开关控制信号c_n。u_2n和v_2n经过延时后，由交叉开关控制其路径，差分编码后输出为I_n，Q_n调制信号。

在本实施例中，交叉开关的控制信号由u_n和v_n分别经过差分编码后作异或运算产生，假设u_n和v_n经过差分编码后的信号分别为u’_n和v’_n，那么控制信号可以表示为：

$u_n^{\′}\⊕v_n^{\′}=(u_n\⊕v_n)\⊕(u_{n-1}^{\′}\⊕v_{n-1}^{\′})$

而传统方式中的控制信号为：

$I_n\⊕Q_n=(u_n\⊕v_n)\⊕(I_{n-1}\⊕Q_{n-1})$

可见，二者的表达式一致，因此，用

代替作为交叉开关的控制信号，可以避开反馈控制的电延时限制，实现高速的光DQPSK预编码。

如图5所示，本实施例的交叉开关的实施方式，由两个2∶1选择器构成，分别由控制信号c_n和和c_n的反向信号c_n控制，每个2∶1选择器的输入为I₁，I₂，两个选择器的输出分别为O₁，O₂。当c_n为“0”时，O₁和O₂分别与I₁，I₂连通，信号路径不变；当c_n为“1”时，O₁和O₂分别与I₂，I₁连通，信号路径交换。

如图6所示，本实施例的实施效果：u_n和v_n为两路随机的输入信号，

为输入信号所代表的光DQPSK信号相邻比特之间的相位差。I_n和Q_n为预编码器的输出信号，

为使用输出信号进行DQPSK调制的光信号的绝对相位。从图6中的相位关系可以看到，光信号的绝对相位和相位差满足以下关系：

符合光DQPSK预编码的逻辑要求。

Claims (2)

1.一种无反馈回路的光差分正交移相键控调制器的预编码器，包括：四个差分编码单元、两个数据延时单元、一个异或门、一个交叉开关，其特征在于：输入调制器的两路数据信号各一分为二，得到四路信号，其中第一路数据信号分成两路后其中一路输入差分编码单元，另一路输入数据延时单元，同时第二路数据信号分成两路后其中的一路输入另一个差分编码单元，另一路输入另一个数据延时单元，这两个差分编码单元的输出端连接到异或门的输入端，异或门的输出端连接到交叉开关的输入端，这两路信号通过差分编码单元差分编码后，通过异或门进行异或运算，产生交叉开关的控制信号；两个数据延时单元的输出端分别连接到交叉开关的输入端，交叉开关的输出端分别连接到另外两个差分编码单元，这两路信号经过数据延时单元延时一个比特后，用交叉开关选择交换路径，并分别通过差分编码单元进行差分编码，生成同相位和正交相位的DQPSK调制信号；所述的交叉开关有两个输入端，对应两个输出端，当控制信号为“0”时，输出端与输入端直接连接，信号路径不变；当控制信号为“1”时，输出端与输入端交叉连接，两路信号的路径互换。

2.根据权利要求1所述的无反馈回路的光差分正交移相键控调制器的预编码器，其特征是，所述的交叉开关由两个2∶1选择器构成。

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