CN1815931A - 光接收机装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于接收窄带滤波的光PSK信号的方法和装置，包括在接收机处把PSK光信号转换成强度调制的信号，以及在第一和第二强度调制的信号之间引入希望的振幅不平衡以改善接收机性能。

Description

光接收机装置和方法
技术领域
本发明一般涉及光传输，并且尤其涉及用于接收移相键控(PSK)光信号的方法和装置。
背景技术
与其它调制格式相比，PSK调制的使用以及特别是差分移相键控(DPSK)的使用已经显示出可以提供改善的性能。DPSK已经显示出在传统使用的开/关键控(OKK)调制格式上提供3-dB的增强的接收机灵敏度。所述改善的接收机灵敏度允许采用DSPK调制的***在没有信号再生的情况下传输较长的距离。
还发现，与其它调制格式相比，DPSK信号传输对窄带光滤波更健壮。这种特征使得DPSK调制成为用于光路由网络的理想格式，所述网络合并多个光分插复用器(OADM)或光交叉连接(OXC)。
为了充分利用移相键控(PSK)调制技术的优点，PSK光接收机典型地使用跟随有平衡(balanced)光接收器的光延迟干涉仪来构建。现有技术的教导建议，如果平衡接收机是完全振幅平衡的，则得到最佳的接收机性能。然而，对于合并了一个或多个光滤波器设备(例如OADMs或OXCs)的***来说，会发现，对PSK信号的完全振幅平衡的接收的使用导致了降级的接收机性能。具体地，就PSK信号检测时实现希望的误码率(BER)所要求的光信噪比而言，性能被降级。
发明内容
本发明提供了一种用于改善在采用窄带光滤波的***中传输的光PSK信号的接收的方法和装置。通过在接收机处把光PSK信号转换为两个强度调制(intensity-modulated)的信号，并在所述两个信号之间引入希望的振幅不平衡，从而实现改善的接收。通过有效地减轻由于窄带光滤波造成的任何降级的接收机性能以及减小用于基本无差错(error-free)的传输所要求的光信噪比，所述振幅不平衡的引入改善了窄带滤波的PSK信号的接收机性能。
附图说明
当结合附图阅读时可以更好地理解前面的概述和下面本发明的优选实施例的详细描述。为了举例说明本发明，目前优选的实施例在附图中示出。然而，应当理解，本发明不限于所示的确切的布置和手段。
在附图中：
图1是可以根据本发明的实施例而被使用的接收机装置的示意图；
图2是包括根据本发明的一个实施例的接收机装置的试验性光传输***的示意图；
图3是示出通过零、一、二、和五个光分插复用器(OADMs)的传输之后载波抑制归零差分移相键控(CSRZ-DPSK)信号的光谱的图；
图4是示出达到约10-3的误码率(BER)所要求的OSNR(所要求的OSNR)相对于用于各种OADM级连的光电流不平衡的图；和
图5是示出OSNR损失(penalty)相对于用于各种OADM级连的光电流不平衡的图。
具体实施方式
图1是根据本发明的各方面的用来接收窄带滤波的光PSK信号的光接收机装置100的示意图。如这里所用的那样，“窄带滤波的”或“强滤波的(strongly fitered)”光信号是指承载例如B千兆比特/s的数据速率的信息的光信号，所述信号用大约B千兆赫兹(即，大约所述数据速率的一倍)带宽的光滤波器而被光学滤波。作为特定的例子，具有40千兆赫兹带宽的“窄带”光滤波器将对承载40千兆比特/s的信息的CSRZ-DPSK光信号进行“强”滤波。
光接收机装置100包括用来接收PSK信号的干涉仪110。干涉仪110优选地是在干涉仪110的臂111A、111B之间提供大约一比特延迟的Mach-Zehnder延迟干涉仪(MZDI)。干涉仪110把输入的PSK信号转换成第一和第二光强度调制信号(例如，在MZDI的建构(constructive)和解构(destructive)输出端口)。第一和第二光强度调制信号分别是从干涉仪110在输出端口110A和110B上输出的。
两个光电二极管115A、115B分别被耦合到干涉仪110的输出端口110A、110B。所述光电二极管115A、115B被用来差分地检测第一和第二光强度调制信号，以及产生电强度调制信号(即产生表示第一和第二光强度调制信号的光电流)。所述光电二极管115A、115B优选地是相同的InP波导PIN光电二极管。
一个或多个振幅衰减器/增益单元120A、120B、120C、120D被用来控制或调节来自干涉仪110的第一和第二光强度调制信号或者来自光电二极管115A、115B的第一和第二电强度调制信号中的至少一个的功率(即振幅)。衰减器/增益单元120A、120D例如可以是可变的光衰减器、可变的光增益设备、或任何能够控制第一和/或第二光强度调制信号的功率的设备。衰减器/增益单元120B、120C例如可以是电可变的增益放大器、可变的电衰减器、或任何能够控制第一和/或第二电强度调制信号的功率的设备。
衰减器/增益单元120A、120B、120C、120D优选地被用来在第一和第二光强度调制信号之间，和/或在第一和第二电强度调制信号之间引入振幅不平衡。应当理解，对于完全平衡的接收机，即在理想的PSK调制和宽的光滤波下产生相等振幅的第一和第二电强度调制信号的接收机，一旦接收的PSK信号经过窄带滤波，“固有的”不平衡存在于第一和第二强度调制信号(光的或电的)之间。因此，根据本发明的各方面，在第一和第二强度调制信号(光的或电的)之间引入振幅不平衡包括向“平衡的”信号引入不平衡、和/或增加或修改任何“固有的”的(即存在的)不平衡以得到改善的(例如优选的)接收机性能。
本领域技术人员可以理解，振幅不平衡的引入包括改变第一和第二光强度调制信号、和/或第一和第二电强度调制信号的振幅比例。通过改变第一和第二电强度调制信号的振幅的比例，在由窄带光滤波所影响的第一和第二电强度调制信号之间的光能量的固有分布以这样的方式被改变形状，即，接收机输出信号(例如下面讨论的接收机输出信号160、280)变得更适合检测。
全部的光电子的转换因子可以分别由SA和SB给出。光电子转换因子SA或SB被定义为光强度调制信号(例如在输出110A处的)的光信号振幅和电强度调制信号(例如，如下面讨论的那样，在差分放大器150之前)的电信号振幅之间的比率。如上面讨论的那样，完全平衡的接收机具有SA＝SB的特征。SA对应于延迟干涉仪的建构输出端口，和SB对应于解构端口。然后，在接收机设置中的任何不平衡可以使用接收机不平衡βA而被量化：
βA＝(SA-SB)/(SA+SB)，
其中βA＝0对应于完全的平衡的情况。
差分线性放大器150等优选地被用来结合第一和第二电强度调制信号以产生代表接收到的PSK信号的接收机输出信号160。
使用图2中所示的试验性传输***200来测试本发明的各方面。包括串连的两个LiNbO3Mach-Zehnder调制器(MZMs)发射机210被用来在1550.4nm处产生载波抑制归零(CSRZ-DPSK)(即67％归零DPSK信号)调制的单波长信道。第一调制器210A被21.30GHz的时钟驱动，以及作为脉冲分割器(carver)以用来产生67％RZ的脉冲。通过在零点(null point)驱动第二调制器210B，对数据进行相位调制。
当在试验测试中使用加强的前向纠错(FEC)数据速率(其有7％的开销，类似于标准的FEC)时，在所述试验中FEC实际上不被执行。在发射机后使用100到50GHz的光交织器(interleaver)(IL)220(具有～44GHz的3-dB带宽)以提供CSRZ-DPSK信号的预滤波。
再循环环230包括单个10-km范围的SSMF光纤，紧随其后的是提供全色散补偿的斜率匹配色散补偿模块(DCM)235。所述再循环环230还包括具有背靠背连接的IL240A和解交织器(D-IL)240B的OADM 240，这仿真了一条通过OADM节点的严格滤波的路径。
在***的接收机侧使用EDFA预放大器250，紧随其后的是50到100GHz的D-IL 255。可调的色散补偿器(TDC)(没有示出)被用来使CSRZ-DPSK信号的净色散约为零。
接收机257被耦合到再循环环230，并包括在两个臂之间具有1-bit延迟(23.4ps)的MZDI 260、可变的光衰减器265A、265B和光前端(OFE)270。MZDI 260被用来在两个输出端口260A、260B把输入的CSRZ-DPSK信号转换成第一和第二光强度调制信号(根据邻近比特之间的相位差)。本领域的技术人员可以理解，当在CSRZ-DPSK信号的邻近比特之间没有相位变化时，最大功率出现在一个输出端口(即“建构”端口)，以及在邻近比特内的相位以π不同时，最大功率出现在另一个端口(即“解构”端口)。
使用可变的光衰减器265A和265B来调节第一和第二光强度调制信号的光功率水平，以在第一和第二光强度调制信号之间引入希望的振幅不平衡。
包括跟随有差分线性放大器275的两个相同的InP波导PIN光电二极管270A、270B的OFE 270被用来检测第一和第二光强度调制信号和产生接收机输出信号280。
在光电二极管270A、270B处的平均光电流被监测。然后使用商业的电解复用器290把接收机输出信号280从42Gb/s解复用到10Gb/s，和测量BER。在环操作中，测量的BER是四个10.7Gb/s支路上的平均值。
图3示出了经过零、一、二、和五个OADMs之后的CSRZ-DPSK信号的光谱，其举例说明了由于滤波器级连而变窄的光谱。在图2的试验性传输***200中使用的交织器240A、240B是标准的商业上可用的10-Gb/s交织器和3-dB和20-dB带宽分别是～44GHz和62GHz的三阶高斯滤波器。
在被强滤波的CSRZ-DPSK上的振幅不平衡的影响被研究，关于达到10-3的目标BER(即，无差错操作的门限(使用增强的FEC的校正的BER是10-6或更好))所要求的光信噪比(OSNR)来评估图2的试验传输***200的性能。
通过使用在OFE270之前的衰减器256A、256B调节信号的光功率，输入到OFE270中的第一和第二光强度调制信号之间的振幅不平衡被引入。可以关于在时间平均的光电二极管电流内的不平衡(βI)来定义在OFE270处的振幅不平衡：
βI＝(Icons-Ides)/(Icons+Ides)，
其中Icons和Ides是由来自光电二极管270A、270B的第一和第二电强度调制信号产生的平均光电流。对于Icons＝Ides，βI＝0和光电流平衡的检测被完成。本领域的技术人员可以理解，正的(负的)βI对应于来自建构(解构)端口的加重的信号。根据上面的教导，可以理解，加重信号可以由于窄带光滤波而自然地发生，也可以由于改变口A而故意地发生。对于βI＝+1(βI＝-1)，建构(解构)端口的单端的检测被实现。
通过借助于在预放大器250之前载入ASE噪声来降级接收到的OSNR直到测量的BER降级到10-3，可以得到所要求的OSNR(OSNRReq)(即，接收到的CSRZ-DPSK信号的总信号功率除以在0.1nm带宽内所测量的放大自发发射(ASE)的比率)。图4示出了作为多次通过所述OADM240的光电流不平衡(βI)的函数的CSRZ-DPSK信号的OSNRReq。“无滤波器”曲线对应于当在发射机或接收机处没有交织器时的情况(有时被称为“背靠背”的情况)。“无滤波器”曲线表示了在最小光滤波下可得到的性能，其中所述OSNRReq对于正的和负的βI缓慢的增长。“无OADM”曲线对应于当包括在发射机210和接收机257处的交织器222、255时的情况。随着OADM节点的数目增加，当接收机257被平衡时OSNRReq快速地增长。性能甚至还对于负的βI降级。正的βI导致了显著改善的接收机性能。所述改善在图4中***的电眼图中也是明显的。
在10-3BER处的OSNR损失被定义为：通过完全平衡检测的背靠背滤波(无滤波器)OSNRReq后的OSNRReq。图5中示出了所述OSNR损失为光电流不平衡(βI)的函数，并且所述OSNR损失对于正的βI值被有效地最小化。对于+0.55的不平衡βI，相对于通过平衡检测(βI＝0)的13dB，经过四个OADM节点后，在10-3的BER处的OSNR损失是3.2dB。从图5中可以看出，随着OADM级连的数目增长，OSNR损失对于负的βI快速地增长。同样地，随着由于紧(tight)滤波而造成的失真增加，接收机257的性能对任何不平衡变得更敏感(相比未滤波的情况)。
本领域的技术人员应当理解，这里披露的方法和装置可以被用于有益地使用平衡检测来解码的各种其它调制格式，包括但不限于DPSK、CSRZ-DPSK、差分正交PSK(DQPSK)、移频键控(FSK)、极化移位键控(PolSK)、最小频移键控(MSK)等。
本领域的技术人员应当理解，可以对上面描述的实施例进行修改，而不脱离其广泛的发明思想。因此，应当理解，本发明不限于所披露的特定的实施例，而是意欲覆盖由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (9)

1.一种用于接收窄带滤波的光移相键控(PSK)信号的方法，包括：
在接收机处把PSK信号转换成第一强度调制信号和第二强度调制信号；和
在所述第一和第二强度调制信号之间引入希望的振幅不平衡，以改善接收机性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步骤基本上减轻了由于窄带光滤波所造成的任何降级的接收机性能。
3.根据权利要求1所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步骤基本上减小了用于基本无差错的传输所要求的PSK信号的光信噪比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用光衰减器和光增益单元中的至少一个来执行引入所述希望的振幅不平衡的步骤。
5.一种用于接收窄带滤波的光移相键控(PSK)信号的方法，包括：
在接收机处把PSK信号转换成第一光强度调制信号和第二光强度调制信号；
使用多个光电二极管来检测所述第一和第二光强度调制信号，以产生第一电强度调制信号和第二电强度调制信号；和
在第一和第二电强度调制信号之间引入希望的振幅不平衡，以改善接收机性能。
6.根据权利要求5所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步骤基本上减轻了由于窄带光滤波所造成的任何降级的接收机性能。
7.根据权利要求5所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步骤基本上减小了基本无差错的传输所要求的PSK信号的光信噪比。
8.根据权利要求5所述的方法，其中使用电衰减器和电增益单元中的至少一个来执行引入所述希望的振幅不平衡的步骤。
9.一种光接收机装置，包括：
用于在接收机处把PSK信号转换成第一强度调制信号和第二强度调制信号的装置；和
用于在所述第一和第二强度调制信号之间引入希望的振幅不平衡以基本上减轻由于窄带光滤波所造成的任何降级的接收机性能的装置。
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