CN1503500A - 双二进制光学传输装置 - Google Patents

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Abstract

一种双二进制光学传输装置，该双二进制光学传输装置不使用电LPF，提高了以高速传输速率进行中等距离传输的非线性和色散特性。双二进制光学传输装置包括：用来产生载波的光源，用来接收非归零(NRZ)信号并通过按照NRZ信号调制载波产生调制的光信号的双二进制光学信号发生器，以及用来把NRZ信号转换为RZ(归零)信号的归零(RZ)信号发生器。因此，利用单一的干涉仪型光调制器来调制光强度和相位。

Description

双二进制光学传输装置
技术领域
本发明涉及一种使用双二进制光学传输技术的双二进制光学传输装置。
背景技术
通常，密集波分复用(DWDM)光学传输***利用单一的光纤传输一个光信号，以这种方式提高传输效率。光信号包括多个具有不同波长的信道。另外，DWDM光学传输***已经被广泛地应用在正在迅速地增加数据传输量的超高速互连网上，因为它传输光学信号而不需要考虑传送速率。最近，利用这种DWDM光学传输方法使用单一的光纤传输多于100个信道的***已经被商业化生产了。而且，正在开发一种新的用来同时地传输多于200个信道，每个信道具有40Gb/s的传送速率，以实现大于10Tbps传送速率的***。
这种新开发的***能满足迅速地增加的数据通信量，以及对大于40Gbps的高速数据的传输要求。然而，利用非归零(NRZ)方法的常规的光强度调制方法具有局限性，比如，在增加传输量方面，因为信道之间突然的干扰和畸变出现在小于50GHz的信道间隔的指定区域内。另外，普通的二进制NRZ传输信号的DC频率分量和分布在调制过程中的高频分量引起非线性特性和色散，同时DC和高频分量在一个光纤媒质中传播。这反过来限制了以高于10Gbps的高速传送速率进行传输的传输距离。
最近，已经对光学双二进制技术已经进行了集中的研究，以找到一种新的光学传输技术，用来消除由色散引起的对传输距离的限制。光学双二进制技术在减小传输谱的带宽方面比普通的二进制传输技术具有很大的优势。在一个色散限制***中的传输距离与传输谱带宽的平方成反比。就是说，当传输谱带宽减小一半，传输距离增加4倍。并且，在一个双二进制传输谱中载波频率受到抑制，以便减小由光纤中激励的布里渊散射引起的在输出光功率方面的局限。
并且，已经有了一种超过前述的二进制NRZ传输方法的新推荐的具有非线性和色散特性的双二进制RZ传输方法(用于以高于10Gbps的高速传送速率的中等距离传输)。
图1是利用双二进制归零(RZ)传输方法的常规光学传输装置的框图。
参考图1，常规的双二进制光学传输装置包括双二进制信号发生器10和RZ脉冲发生器20，以产生双二进制RZ信号。
双二进制信号发生器10包括：(1)差分预编码器11，用来对输入的双电平NRZ电信号进行编码；(2)驱动放大器12，用来对从差分预编码器11产生的双电平NRZ电信号进行放大，并产生光调制器驱动信号；(3)低通滤波器(LPF)13，用来把放大后的双电平电信号转换为三电平电信号，并减小三电平电信号的带宽；(4)激光源14，用来产生载波；以及(5)马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪型光强度调制器(MZ MOD)15。
双二进制信号发生器10被按照MZ MOD15的电极结构分类(通常分为二种发生器)。图1中示出了具有单一电极的X-型MZ MOD，并且把它的一个臂与驱动放大器12和LPF13连接，以向电极传输三电平信号。作为选择(未显示)，具有一种双电极的Z-型MZ MOD把所有的臂分别连接到驱动放大器和LPF，使得三电平信号被送到Z-型MZ MOD的每个电极。
RZ脉冲发生器20包括MZ MOD21和用来产生具有比特率T的周期的时钟信号的时钟发生器22。
下面对前述的常规的双二进制光学传输装置的工作过程加以详细说明。
双电平NRZ数据在差分预编码器11上被编码为双电平二进制信号，并通过驱动放大器12放大。放大后的双电平二进制信号被送到LPF13。LPF13具有等于双电平二进制信号的时钟频率的1/4的指定带宽。由于对带宽的过度限制在编码之间产生了干扰，并因此由于编码之间产生干扰，双电平二进制信号被转换为三电平双二进制信号。三电平双二进制信号被作为MZ MOD15的驱动信号。从激光源14产生的载波利用MZ MOD15对其相位和光强度进行调制，并由此产生光学双二进制信号。从双二进制信号发生器10产生的光学双二进制信号被送到包含在RZ脉冲发生器20中的MZ MOD21，以确立从NRZ信号到RZ信号的信号变换。代表性地，正如本领域的技术人员所熟知的，时钟发生器22的具有比特率T的周期时钟信号被送到光调制器21，比如MZ MOD，用来把送到MZ MOD的NRZ信号转换到RZ信号。这样，通过与时钟发生器22的具有比特率T的周期的时钟信号同步的MZ MOD21，把送到MZ MOD21的光学双二进制信号转换到RZ信号。
如图2a和2b所示，已经提出了一种具有比以前的NRZ和RZ信号更优良的每比特频率效率和非线性特性的双二进制RZ信号。图2a描述了图1的输出信号的形状，而图2b描述了图1的输出信号的光谱的形状。
但是，这种常规的双二进制传输技术利用LPF产生三电平电信号，使得依靠传输质量在特性方面产生差异。并且，传输质量对应于LPF的传输特性和伪随机比特序列(PRBS)的长度。这反过来在整个***中引起一系列的问题。代表性地，信号电平从0-电平变化到1-电平的斜率与信号电平从1-电平变化到0-电平的斜率是不同的。但是，在利用LPF的双二进制光学传输装置的情况下，具有不同斜率的部分是被互相地总计一次。因此，当第一信号从0-电平跃迁到1-电平并且第二信号从1-电平跃迁到0-电平时，引起输出波形抖动的增加。这个抖动问题发生在Z-型或X-型常规结构中。对这种信号模式地依赖产生了实际光传输操作中的局限性。
发明内容
本发明通过提供一种用于保持恒定的传输特性不受PRBS长度的影响的双二进制光学传输装置，减少或克服了上述诸多的局限性。
本发明也提供一种双二进制光学传输装置，其(1)不使用电LPF，(2)在以高速传送速率进行中等距离的传输的情况下提高非线性和色散特性。这样，减少了双二进制光学传输装置的制造成本，又同时保证了信号传输的质量。
按照本发明的实施例，提供了一种双二进制光学传输装置，它包括：光源，用来产生载波；双二进制光学信号发生器，用来接收NRZ信号，并通过按照NRZ信号调制载波来产生调制的光信号；以及RZ信号发生器，用来把NRZ信号转换为RZ信号。
双二进制光学信号发生器包括：差分预编码器，用来对NRZ电信号进行编码；调制器驱动放大器，用来放大已编码的NRZ电信号并产生调制器驱动信号；第一马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪型光强度调制器(MZMOD)，按照从调制器驱动放大器收到的驱动信号调制载波；和光学带通滤波器(BPF)，用来限制从第一Mach-Zehnder干涉仪型光强度调制器(MZ MOD)接收到的相位调制信号的带宽。
RZ信号发生器包括：时钟发生器，用来产生具有比特率T的周期的时钟信号；以及与时钟信号同步的第二马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪型光强度调制器(MZ MOD)，用来把NRZ信号转换为RZ信号。
更可取地，第一Mach-Zehnder干涉仪型光强度调制器(MZ MOD)可以在其传输曲线的最小点(即零点)执行调制操作。
更可取地，第二Mach-Zehnder干涉仪型光强度调制器(MZ MOD)可以把时钟信号施加到其传输曲线的最大点和最小点之间的象限点(quadpoint)，然后执行调制操作。
附图说明
从下面结合附图的详细说明，将对本发明有更清晰的理解，其中：
图1是一个常规的双二进制光学传输装置的框图；
图2a示出了图1的输出信号；
图2b示出了图1的输出信号的光谱特性；
图3是按照本发明的一个优选实施例的双二进制光学传输装置的框图；
图4a-4d是显示按照本发明的一个优选实施例的双二进制RZ输出信号的变换过程的视图；
图5a示出了图3的输出信号；
图5b示出了图3的输出信号的光谱特性。
具体实施方式
在下面对本发明的说明中，为了说明而不是限制本发明，将详细描述比如具体的结构、接口、技术等，以便透彻理解本发明。但是，从这些具体细节出发，本发明可以用于其它实施例，这对于本行业技术人员而言将是显而易见的。另外，为了便于说明，简化了附图的某些方面，并且本发明的整个***环境将包括许多已知的功能和结构，而所有的这些不需要在这里显示。在附图中，相同或相似的组件被用相同的参考数字表示，即使它们被画在不同的附图中。
图3是按照本发明一个优选实施例的双二进制光学传输装置的框图。
参考图3，按照本发明的双二进制光学传输装置包括用来产生载波的光源50、用来接收NRZ电信号并把NRZ电信号调制到光信号中的双二进制光学信号发生器100、以及用来产生RZ脉冲的RZ脉冲发生器200。虽然在图3中的双二进制光学传输装置显示了一个特定的结构，其中双二进制光学信号发生器100被设置在RZ脉冲发生器200之前，但是它们的位置是可以彼此互换的。
光源50产生搭载信息的载波，它可以是激光二极管。
双二进制光学信号发生器100把输入的NRZ电信号转换到双二进制的光信号。双二进制光学信号发生器100包括：差分预编码器110、驱动放大器120、Mach-Zehnder干涉仪型光强度调制器(MZ MOD)130、以及光学带通滤波器(BPF)140。
差分预编码器110对输入的NRZ电信号进行编码，并允许双二进制传输/接收操作而不改变接收机。
驱动放大器120放大已编码的二进制信号，并且放大后的二进制信号适合作为MZ MOD130的驱动信号。
MZ MOD130按照经过调制终端RF(未显示)接收到的双电平二进制信号对载波进行相位调制，并产生相位调制后的载波。
光学BPF140具有等于0.7/比特率T的带宽，并且以限制相位调制后的双二进制光信号的带宽的方式从带宽中去除信号。
RZ脉冲发生器200把NRZ-调制的信号转换为RZ信号。RZ脉冲发生器200包括：MZ MOD210和时钟发生器220。
图4a-4d是显示按照本发明的一个优选实施例的双二进制RZ输出信号的变换过程的视图。双二进制光学传输装置的操作将在下文中参考图4a-4d加以说明。
参考图3和4a-4d，NRZ电信号以编码成二进制信号1或者0的方式被施加到双二进制光学信号发生器100的差分预编码器110。已编码的二进制信号被施加到驱动放大器120，并起到作为MZ MOD130的驱动信号的作用。在MZ MOD130的调制曲线的零点N执行调制操作，并且这种调制的振幅为2Vπ。作为参考，Vπ是调制需要执行开/关操作的振幅。在这种情况下，产生0或1比特，作为具有与该比特相同的数值的光信号，而不需要调制其自己的强度。0或1比特被转换为在电场C中具有0或π的相位差的相位信息。因此，本领域的技术人员将认识到这样的一种相位调制操作能够通过常规的干涉仪型光强度调制器来加以完成。由MZ MOD130相位调制后的光信号通过具有0.7/传送比特率T的光学BPF140。
重要的是，光学BPF140的操作与那些普通的双二进制光学传输装置的电LPF类似。所以，通过光学BPF的光信号被转换到双二进制光学信号，如图4b所示。2Vπ的电压被施加到按照本发明的一个优选实施例的双二进制光学传输装置上，并且通过带宽等于0.7/比特率(T)的光学BPF140产生双二进制光学信号。然而，双二进制光学传输装置通过调整施加的电压和光学BPF140的带宽能够调整双二进制光学信号的特性。
双二进制光学信号E被输入到RZ脉冲发生器200的MZ MOD 210上，这样，它被转换为RZ信号。通常，时钟发生器220的具有比特率周期的时钟信号被输入到MZ MOD 210，以把NRZ信号转换为RZ信号。图4c显示了具有振幅Vπ和比特率T的周期的时钟信号被施加到作为传输曲线的最大点和最小点之间的中间点的象限点Q(quad point)。图4d显示了产生的双二进制RZ信号。
图5a显示图3的输出信号，并且图5b显示了图3的输出信号的光谱特性。从图5a-5b可见，产生了具有与图2a-2b所示的输出信号相同特性的双二进制RZ光信号。
利用上述的过程，按照本发明的双二进制光学传输装置产生双二进制RZ光信号，而不需要利用电LPF，并把由从双电平信号到三电平信号的信号转换所引起的信号畸变减到最小。而且，双二进制RZ光信号根据由包含在RZ光信号发生器200中的MZ MOD 210产生的RZ信号的衰减率和线性调频脉冲参数来确定对于光纤色散的容许误差。因此，考虑一个光学调制器比如一个MZ MOD的特性来确定最佳衰减率和最佳线性调频(chirp)脉冲参数。
虽然本发明描述了具有单一电极的X-型MZ MOD，本领域的技术人员将认识到它能够用具有双电极的Z-型MZ MOD加以实现。同样，虽然本发明描述了光强度调制器或光相位调制器，以在附图所示的功能块中容易地识别每个调制器的功能，应注意的是，只利用单一的干涉仪型光调制器对光强度和相位进行调制。
从上文的说明可见，按照本发明的双二进制光学传输装置利用低成本的普通干涉仪型光调制器代替电LPF来产生双二进制RZ光信号。因此，该双二进制光学传输装置排除了由于电LPF的传输特性引起的对传输质量和比特格式依赖性。另外，它大大地提高了在以大于10Gbps的高速传输速率进行中等距离传输的情况下的非线性和色散特性。
虽然为了举例说明的目的，已经公开了本发明的优选实施例，本行业的技术人员将了解，在不脱离所附权利要求界定的本发明的范围和精神的情况下，可能有各种修改、增加和替换。

Claims (9)

1、一种双二进制光学传输装置，包括：
光源，用来产生载波；
双二进制光学信号发生器，用来接收非归零信号，并产生调制的光非归零信号，其中，双二进制光学信号发生器包括：用来对非归零信号进行编码的差分预编码器；调制器驱动放大器，用来放大已编码的非归零信号，并产生调制器驱动信号；第一光强度调制器，用来按照从调制器驱动放大器接收到的驱动信号对载波的相位进行调制；以及光学带通滤波器，用来限制从第一光强度调制器接收到的相位调制的信号的带宽；以及
归零信号发生器，用来把非归零信号转换为归零信号。
2、如权利要求1所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，归零信号发生器包括：时钟发生器和与来自时钟发生器的时钟信号同步的第二光强度调制器，用来把非归零信号转换为归零信号。
3、如权利要求2所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，第一和第二光强度调制器都是马赫-曾德干涉仪型光强度调制器。
4、如权利要求3所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，第一马赫-曾德干涉仪型光强度调制器在其传输曲线的最小点执行调制操作。
5、如权利要求4所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，最小点是零点。
6、如权利要求3所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，第二马赫-曾德干涉仪型光强度调制器向位于传输曲线的最大点和最小点之间的象限点施加时钟信号，然后执行调制操作。
7、如权利要求1所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，通过调节光学带通滤波器的带宽可以调整双二进制光学信号特性。
8、如权利要求1所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，光学带通滤波器具有对应于基本上是0.7/比特速率的带宽。
9、如权利要求2所述的双二进制光学传输装置，其特征在于，第一和第二光强度调制器是Z-型马赫-曾德干涉仪型光强度调制器。
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