專利名稱：用于控制dpsk和dqpsk接收器和發(fā)送器的方法和裝置的制作方法
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本申請(qǐng)要求2005年8月24日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/710749號(hào)的權(quán)利。
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(不適用)
背景技術(shù)：
差分相移鍵控(DPSK，也稱作差分二進(jìn)制相移鍵控DBPSK)和差分 四相相移鍵控(DQPSK)是用于光數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆浅Ｓ形Φ恼{(diào)制格式。 當(dāng)與平衡直接探測(cè)接收器一起使用時(shí)，DPSK比傳統(tǒng)的開關(guān)鍵控接收器的靈 敏度好約3dB。使用DPSK調(diào)制格式，在40Gbit/s已經(jīng)證實(shí)了高達(dá)10000km 的密集波分復(fù)用(DWDM)傳輸。DQPSK的符號(hào)率是數(shù)據(jù)率的一半。例如， 對(duì)于43Gb/s的數(shù)據(jù)率，使用21.5吉符號(hào)/每秒的速率。因此，DQPSK具有 比傳統(tǒng)格式或DPSK窄的譜線帶寬、大的色散公差和大的關(guān)于極化模式色 散(PMD)的公差。
DPSK和DQPSK能夠是非歸零NRZ類型調(diào)制的，或者，如果將歸零 (RZ)脈沖整形器(carver)增加到發(fā)送器，則是RZ類型調(diào)制的?；诠?信-噪比(OSNR)靈敏度和關(guān)于非線性的魯棒性，在性能上，RZ類型通常 比NRZ類型格式好。
DPSK和DQPSK調(diào)制格式需要相當(dāng)復(fù)雜的發(fā)送器和接收器。圖1-3示 出用于DPSK和DQPSK調(diào)制格式的發(fā)送器20、 24和接收器22、 26。為了 正確操作，應(yīng)當(dāng)正確地調(diào)整發(fā)送器20、 24和接收器22、 26。對(duì)于商業(yè)使用， 實(shí)施控制器環(huán)以有助于正確的調(diào)整并保持發(fā)送器20、 24和接收器22、 26 的操作中的正確條件。
光接收器包括不對(duì)稱Mach-Zehnder千涉儀和平衡光電探測(cè)器，Mach-Zehnder干涉儀也通常稱作延時(shí)干涉儀(DI)，其用作光DPSK/DQPSK 解調(diào)器。千涉儀的兩臂之間的延時(shí)近似為光DPSK/DQPSK數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)間 符號(hào)時(shí)間段(slot)的整數(shù)倍。 △ t=nT (1)
其中，n=l， 2， ...， T4/B是符號(hào)時(shí)間段，而B是符號(hào)比特率。光解 調(diào)器將DPSK/DQPSK調(diào)相信號(hào)在一個(gè)輸出端轉(zhuǎn)換為調(diào)幅光信號(hào)，并在另一 輸出端轉(zhuǎn)換為反相調(diào)幅光信號(hào)。這些信號(hào)用平衡探測(cè)器探測(cè)，平衡探測(cè)器 包括諸如在接收器22、 26中示例的PIN 二極管23、 27的兩個(gè)高速探測(cè)器。 探測(cè)器的輸出被從彼此電相減，并且合成的電信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。
為使DPSK接收器正確地操作，不對(duì)稱Mach-Zehnder干涉儀或DI應(yīng) 當(dāng)被精確地相位調(diào)整或偏置。DPSK接收器22使用一個(gè)DI21，并且兩臂之 間的最佳相位偏置為?；騉。 DQPSK接收器26使用兩個(gè)DI25、 28。 一個(gè) DI調(diào)整到+兀/4偏置，而另一個(gè)DI調(diào)整到一7i/4偏置。
DPSK和DQPSK發(fā)送器20、 24中的調(diào)制器也應(yīng)當(dāng)正確地偏置。己知 的影響調(diào)制器控制的典型參數(shù)包括調(diào)制器偏置、RZ調(diào)制器作出的RZ脈沖 整形(carving)和數(shù)據(jù)調(diào)制之間的相對(duì)定時(shí)、以及兩個(gè)數(shù)據(jù)流之間的時(shí)間 對(duì)準(zhǔn)(對(duì)DQPSK發(fā)送器24)。DQPSK發(fā)送器24包括兩個(gè)平行Mach-Zehnder (MZ)調(diào)制器29。組合來自調(diào)制器29的光信號(hào)以產(chǎn)生RZDQPSK輸出。 由移相器32設(shè)置這些信號(hào)之間的正確的相對(duì)光相位或偏置為兀/2。在己知 系統(tǒng)中，移相器32基于光功率反饋操作。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)單地描述，本公開提供系統(tǒng)和方法，用于改善對(duì)光發(fā)送器和接收器 的控制，以隨比如可以由溫度或老化引起的系統(tǒng)參數(shù)中的變化而提供穩(wěn)定 的操作。本公開的系統(tǒng)和方法標(biāo)識(shí)并利用發(fā)送器或接收器中的輸出信號(hào)的 峰值強(qiáng)度測(cè)量來優(yōu)化針對(duì)發(fā)送器或接收器元件的控制設(shè)置。
根據(jù)示例實(shí)施例，基于受輸出信號(hào)峰值強(qiáng)度影響的反饋來控制針對(duì)光 通信器件的偏置設(shè)置。輸出信號(hào)峰值強(qiáng)度提供取決于兩個(gè)光學(xué)數(shù)據(jù)信號(hào)之 間的相位差的測(cè)量。從而，使用輸出信號(hào)峰值強(qiáng)度反饋來控制兩個(gè)光信號(hào) 之間的相位偏置以最優(yōu)化相位差。在一個(gè)實(shí)施例中，最小輸出信號(hào)峰值強(qiáng)度確定針對(duì)兩個(gè)光信號(hào)之間的相位差的最佳偏置設(shè)置。
根據(jù)本公開的系統(tǒng)和方法的一方面，施加給移相器元件的高頻抖動(dòng)音
(dither tone)控制相位移動(dòng)以獲得改善的相位差穩(wěn)定性。高頻抖動(dòng)音能夠 基于來自施加于電壓峰值探測(cè)器的光通信器件的輸出的反饋產(chǎn)生。反饋可 以包括耦合到輸出光信號(hào)的快速光電二極管。可選地，或另外，反饋信號(hào) 能夠是來自光通信器件的可利用的電輸出。
本發(fā)明可應(yīng)用于DPSK和DQPSK發(fā)送器和接收器，使用RZ或NRZ 調(diào)制操作。發(fā)送器典型地包括光調(diào)制器，而接收器典型地包括光解調(diào)器。
在DQPSK發(fā)送器的情況下，電壓峰值探測(cè)器信號(hào)生成偏置控制器設(shè)置 來調(diào)整兩個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的一個(gè)分支中的移相器以最小化輸出信號(hào)峰值強(qiáng)度。 施加于移相器的合適的偏置是71/2或3tu/2。兀/2偏置設(shè)置最優(yōu)化兩個(gè)數(shù)據(jù)分 支的相位差，而37i/2偏置設(shè)置對(duì)應(yīng)于最優(yōu)化反相數(shù)據(jù)。
根據(jù)另一示例實(shí)施例，用于最優(yōu)化兩個(gè)光分支之間的相位差的反饋環(huán) 包括RF功率探測(cè)器，用于測(cè)量零和符號(hào)速率頻率之間的譜線帶中的RF功 率。RF功率探測(cè)器能夠探測(cè)中間范圍(midrange)譜線部分以確定調(diào)制偏 置是否正確。利用不正確的調(diào)制偏置，在中間范圍譜線部分中存在顯著部 分的信號(hào)能量。正確的調(diào)制在中間范圍譜線部分中產(chǎn)生具有較少集中的能 量的RF功率信號(hào)?？刂骗h(huán)能夠調(diào)整相位偏置設(shè)置來減小中間范圍譜線部分 中能量的量，以最優(yōu)化系統(tǒng)輸出。
根據(jù)另一示例實(shí)施例，本公開的系統(tǒng)和方法通過檢查電壓峰值探測(cè)器 的反饋來最優(yōu)化DPSK接收器的操作?？刂埔葡嗥鞯钠靡宰畲蠡贒PSK 接收器的輸出端的峰值電壓。針對(duì)偏置的最佳設(shè)置是0、 +兀和一兀。根據(jù) 本發(fā)明的一方面，基于校準(zhǔn)或系統(tǒng)初始化時(shí)兩個(gè)最大值中的一個(gè)來選擇穩(wěn) 定相位偏置。
根據(jù)另一示例實(shí)施例，基于對(duì)峰值電壓反饋的探測(cè)來最優(yōu)化DQPSK接 收器的輸出。輸出電壓施加于電壓峰值探測(cè)器，其依次給控制移相器的相 位偏置電子設(shè)備提供成比例的信號(hào)以獲得最佳相位移動(dòng)。DQPSK接收器包 括兩個(gè)分支，并且能夠具有兩個(gè)獨(dú)立的電壓峰值探測(cè)器和用于兩個(gè)獨(dú)立的 分支中的不同移相器的偏置控制器。在DQPSK接收器中，最佳移相器偏置 對(duì)應(yīng)于在反饋控制環(huán)中探測(cè)的峰值電壓的最小值。在+兀/4和_71/4存在對(duì)
8應(yīng)于兩個(gè)DI調(diào)制器的兩個(gè)最小值，并且在+ 3兀/4和一3兀/4存在對(duì)應(yīng)于針對(duì) 反相數(shù)據(jù)的調(diào)制器設(shè)置的另兩個(gè)最小值。由反饋控制環(huán)施加的移相器偏置 試圖調(diào)整相位移動(dòng)以最小化給DQPSK接收器中對(duì)應(yīng)的平衡接收器中的每 一個(gè)的峰值輸出電壓?？梢栽谛?zhǔn)或接收器初始化時(shí)選擇用于控制兩個(gè)DI 解調(diào)器的相位移動(dòng)的最小值的選擇。
根據(jù)本公開的系統(tǒng)和方法的一方面，可以使用RF功率探測(cè)器來控制相 位移動(dòng)偏置以最小化與DQPSK接收器的接收器輸出相關(guān)的RF功率。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，可以在平衡探測(cè)器的輸出端或在獨(dú)立的DI解調(diào)器 的一個(gè)或多個(gè)臂的光輸出端獲得峰值電壓反饋信號(hào)。相位移動(dòng)偏置控制可 以基于來自DQPSK接收器中的平衡探測(cè)器的單個(gè)光臂或兩個(gè)光臂的電壓 峰值探測(cè)?？蛇x地，或另外地，可以在平衡探測(cè)器的不同的臂或兩個(gè)臂一 起的電輸出端獲得峰值電壓探測(cè)。
根據(jù)本公開的另一示例實(shí)施例，用于光發(fā)送器或接收器的反饋控制環(huán) 使用與數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率成比例的信號(hào)以提供用于移相器的偏置?？刂骗h(huán)企圖調(diào) 整移相器上的偏置以最小化與數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率成比例的信號(hào)。數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率例如 可以取自前向糾錯(cuò)(FEC)芯片。使用與數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率成比例的信號(hào)的控制環(huán) 在時(shí)分復(fù)用(TDM)類型的系統(tǒng)中在不同的時(shí)間段中起作用，以避免針對(duì) 獨(dú)立的DI解調(diào)器的控制環(huán)之間的干涉。


下面參照附圖更加詳細(xì)地描述本公開的系統(tǒng)和方法，其中
圖la、 lb分別示例DPSK發(fā)送器和接收器； 圖2是RZ DQPSK發(fā)送器的示意性框圖； 圖3是RZ DQPSK接收器的示意性框圖； 圖4是已知光發(fā)送器的框圖5是根據(jù)本發(fā)明的RZDQPSK發(fā)送器的示意性框圖6a-6c是針對(duì)RZ DQPSK發(fā)送器的輸出光強(qiáng)與時(shí)間的關(guān)系的曲線圖
表；
圖7是針對(duì)DQPSK發(fā)送器的輸出峰值強(qiáng)度電壓與相位差的關(guān)系的曲線 圖表；圖8是根據(jù)本發(fā)明的具有反饋控制環(huán)的DPSK接收器的示意性框圖； 圖9是針對(duì)DPSK平衡探測(cè)器的輸出峰值強(qiáng)度電壓與相位差的關(guān)系的曲 線圖表；
圖10是具有取自平衡探測(cè)器的輸出端的反饋信號(hào)的DQPSK接收器的示 意性框圖lla-llc是針對(duì)RZDQPSK平衡探測(cè)器的輸出信號(hào)電壓與時(shí)間的關(guān)系 的曲線圖表；
圖12a-12c是針對(duì)圖lla-llc中示出的各個(gè)信號(hào)圖表的眼圖； 圖13是在DQPSK平衡探測(cè)器的輸出端的的輸出峰值強(qiáng)度電壓與相位差
的關(guān)系的曲線圖表；
圖14是具有取自每個(gè)平衡探測(cè)器中的光電二極管的反饋信號(hào)的DQPSK
接收器的示意性框圖15是具有取自延時(shí)干涉儀的光輸出端的反饋信號(hào)的DQPSK接收器的
示意性框圖16是具有取自平衡探測(cè)器中的每一個(gè)中的兩個(gè)光電二極管的反饋信 號(hào)的DQPSK接收器的示意性框圖17是具有取自延時(shí)干涉儀中的每一個(gè)的兩個(gè)光輸出端的反饋信號(hào)的 DQPSK接收器的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式
本申請(qǐng)參照了 2005年8月24日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/710749號(hào)。 現(xiàn)在參照?qǐng)D4，示出了具有脈沖調(diào)制器36和數(shù)據(jù)調(diào)制器38的光發(fā)送器 的圖示。光反饋信號(hào)39提供控制信息給調(diào)制器控制器42。調(diào)制器控制器 42提供關(guān)于產(chǎn)生調(diào)制的光信號(hào)的三個(gè)控制信號(hào)。脈沖偏置控制信號(hào)44提供 偏置控制給脈沖調(diào)制器36，數(shù)據(jù)偏置控制信號(hào)46提供偏置控制給數(shù)據(jù)調(diào)制 器38并且相位控制信號(hào)48提供針對(duì)移相器50的相位控制。
通常，調(diào)制器控制器42監(jiān)控光反饋39中的輸出光功率并且針對(duì)數(shù)據(jù) 偏置信號(hào)46、脈沖偏置信號(hào)44和相位控制信號(hào)48保持期望的值。調(diào)制器 控制器42使用一系列高頻抖動(dòng)來設(shè)置偏置信號(hào)44和46以及相位控制信號(hào) 48，以針對(duì)溫度、老化以及其它漂移引起的特性產(chǎn)生并保持最佳光波形。測(cè)量最佳光波形的一種方式是在要被提供調(diào)制的光信號(hào)的接收器提供比特
錯(cuò)誤率。輸出光功率中的波動(dòng)作為脈沖偏置44、數(shù)據(jù)偏置46以及相位控制 48的函數(shù)受到影響，以提供針對(duì)控制圖4的光發(fā)送器中的系統(tǒng)操作的三維 偏置0
下述的公開的系統(tǒng)和方法描述適用于DPSK和DQPSK發(fā)送器和接收 器，利用RZ或NRZ調(diào)制操作。發(fā)送器典型地包括光調(diào)制器，而接收器典 型地包括光解調(diào)器。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，除用于圖4中示例的RZDPSK發(fā)送器的那些控制參數(shù) 外，使用針對(duì)DQPSK發(fā)送器60的另外的控制參數(shù)。因?yàn)榇嬖诜謩e進(jìn)入數(shù) 據(jù)調(diào)制器62、 63的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2，所以存在用于數(shù)據(jù)調(diào)制 器的兩個(gè)偏置。另外，存在用于脈沖調(diào)制器66的兩個(gè)控制， 一個(gè)用于時(shí)鐘 信號(hào)64和輸入數(shù)據(jù)1之間的定時(shí)，而另一個(gè)用于時(shí)鐘信號(hào)和輸入數(shù)據(jù)2之 間的定時(shí)。這兩個(gè)控制類似于針對(duì)圖4中示出的脈沖調(diào)制器36的RZDPSK 時(shí)鐘控制并且對(duì)于RZ或DPSK調(diào)制可以被省略。
除上述信號(hào)和控制外，應(yīng)當(dāng)控制光輸入數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間7u/2的偏置 以最優(yōu)化發(fā)送器性能。此外，還應(yīng)當(dāng)控制在某一數(shù)據(jù)水平上的輸入數(shù)據(jù)1 和數(shù)據(jù)2之間的合適定時(shí)。用于DQPSK發(fā)送器60的控制環(huán)類似于針對(duì)圖 4關(guān)于數(shù)據(jù)調(diào)制器和脈沖調(diào)制器66中的RZ定時(shí)描述的那些。通常，那些 控制方案使用光功率反饋來保持合適的偏置設(shè)置。例如，參照?qǐng)D4，如果數(shù) 據(jù)調(diào)制器38的驅(qū)動(dòng)電壓小于約1.53V兀，則正確的偏置設(shè)置對(duì)應(yīng)于光功率輸 出與偏置的關(guān)系曲線的最小值。如果用于數(shù)據(jù)調(diào)制器38的驅(qū)動(dòng)電壓比約 1.53Vtt高，則正確的偏置設(shè)置對(duì)應(yīng)于光能量輸出與偏置的關(guān)系曲線的最大 值。此外，圖4的光發(fā)送器中的RZ與數(shù)據(jù)定時(shí)的比率設(shè)置為最大光能量輸 出。RZ脈沖調(diào)制器36可以是Mach-Zehnder (MZ)調(diào)制器，其能夠由全時(shí) 鐘速率(rate)正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)。也就是，信號(hào)頻率能夠等于數(shù)據(jù)信號(hào)速率頻 率?？蛇x地，RZ調(diào)制器能夠由半-速率信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在全時(shí)鐘速率信號(hào)的情況 下，RZ偏置設(shè)置為正交(quadrature)。在半時(shí)鐘速率信號(hào)的情況下，RZ 偏置能夠設(shè)置為最小值或最大值傳輸點(diǎn)。
圖5中示例的RZDQPSK發(fā)送器60中存在一些可用的優(yōu)于現(xiàn)有光發(fā)送 器的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榇嬖趦蓚€(gè)數(shù)據(jù)調(diào)制器，在時(shí)分復(fù)用(TDM)方案中在第二調(diào)制器中，可以增加附加的定時(shí)時(shí)間段。還有，不同的高頻抖動(dòng)音頻率可 以用于兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)調(diào)制器。此外，能夠以不同的方式控制RZ脈沖整形 和數(shù)據(jù)流之間的定時(shí)控制。例如，系統(tǒng)可以控制針對(duì)輸入數(shù)據(jù)1和輸入數(shù)
據(jù)2的路徑延時(shí)，而省去針對(duì)RZ調(diào)制器66中的延時(shí)路徑的控制。可選地， 系統(tǒng)可以控制針對(duì)RZ調(diào)制器66和輸入數(shù)據(jù)1中的路徑的延時(shí)，而省去針 對(duì)輸入數(shù)據(jù)2中的路徑延時(shí)的控制器。
RZ DQPSK發(fā)送器60中應(yīng)當(dāng)控制的參數(shù)是光數(shù)據(jù)1信號(hào)和光數(shù)據(jù)2信 號(hào)之間的相位差。此參數(shù)可以通常稱作數(shù)據(jù)偏置相位移動(dòng)。類似于其它控 制參數(shù)，數(shù)據(jù)偏置相位移動(dòng)取決于穩(wěn)定或控制系統(tǒng)中的變量以產(chǎn)生期望的 輸出的反饋值。然而，企圖使用光功率反饋來控制數(shù)據(jù)偏置相位移動(dòng)，類 似于控制系統(tǒng)中的其它控制參數(shù)，不提供滿意的控制。
使用平均輸出光功率作為反饋的設(shè)想似乎在控制環(huán)中提供一些穩(wěn)定來 保持相位移動(dòng)在期望值;t/2。例如，利用以針對(duì)控制的數(shù)據(jù)偏置相位移動(dòng)獲
得平均輸出光功率的最大值導(dǎo)數(shù)的控制環(huán)設(shè)置，獲得了一些期望的控制參 數(shù)。在此類型的控制中，施加于移相器的偏置音獲得最小化音的二次諧波 頻率的控制環(huán)。然而，由于隨機(jī)信號(hào)發(fā)送的出現(xiàn)，基于平均輸出光功率的 控制環(huán)反饋不如期望的穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)送隨機(jī)信號(hào)時(shí)，平均輸出光功率應(yīng)當(dāng)獨(dú) 立于兩個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)之間的相對(duì)偏置。因此，因?yàn)樵诔霈F(xiàn)隨機(jī)信號(hào)發(fā)送時(shí)平 均輸出光功率反饋不提供一致的控制結(jié)果，具有改善的控制穩(wěn)定性的可選 控制方案將是期望的。
公開的系統(tǒng)和方法提供用于在光發(fā)送器或接收器中生成反饋信號(hào)的技 術(shù)，以獲得對(duì)施加于發(fā)送器的或在接收器中觀察到的光數(shù)據(jù)信號(hào)之間的相 位差的改善的控制。公開的系統(tǒng)和方法使用兩個(gè)光信號(hào)的組合來產(chǎn)生取決 于數(shù)據(jù)信號(hào)的彼此的相位的光信號(hào)。圖5中示例了 RZ DQPSK發(fā)送器60 中的控制環(huán)的示意性框圖。發(fā)送器60類似于圖2中示例的發(fā)送器24，其中， 提供兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)路徑以編碼數(shù)據(jù)流18。參照?qǐng)D5，兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2提供針對(duì)MZ調(diào)制器62、 63的調(diào)制，以產(chǎn)生從發(fā)送器60 發(fā)送的光數(shù)據(jù)信號(hào)。移相器67控制光數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2信號(hào)之間的相位移動(dòng)。 光數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間的針對(duì)RZ DQPSK發(fā)送器60的期望的相位 移動(dòng)是Ti/2。保持此相位移動(dòng)會(huì)關(guān)于對(duì)改變光數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間的相位關(guān)系起作用的溫度和老化及其它系統(tǒng)變化挑戰(zhàn)元件的耐受性、非線 性、操作變化。因此，針對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間的相位差的控制 環(huán)應(yīng)當(dāng)在長(zhǎng)期期間中是魯棒的、 一致的并且精確的，以適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)中的 變化。
企圖以合適的相位移動(dòng)獲得期望的控制，對(duì)兩個(gè)光信號(hào)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2 的多個(gè)組合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。參照一下圖6a-6c，示例了光數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)l和數(shù) 據(jù)2之間的多個(gè)相位移動(dòng)。圖6a是示例針對(duì)為0或兀的相位移動(dòng)的光強(qiáng)輸 出與時(shí)間的關(guān)系曲線。在圖6a中觀察的光強(qiáng)峰值中，瞬時(shí)光場(chǎng)彼此強(qiáng)烈地 干涉。因?yàn)閮蓚€(gè)輸入光信號(hào)是由數(shù)據(jù)流相位調(diào)制的，流組合后的合成信號(hào) 是強(qiáng)烈地強(qiáng)度調(diào)制的信號(hào)。觀察到了多個(gè)比特的光強(qiáng)之間的顯著差異。也 就是說，雖然一些比特具有接近0的強(qiáng)度，但是一些比特的強(qiáng)度約是通過 組合光數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2而干涉前的信號(hào)比特的強(qiáng)度的4倍。也就 是說，當(dāng)被組合以在圖5中的點(diǎn)68與彼此干涉時(shí)，取自調(diào)制器62、 63的 輸出端的光數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)比特能夠被消除或倍增。
參照?qǐng)D6b， 3tt/4的偏置移動(dòng)導(dǎo)致類似于圖6a中示例的情況的高的峰值 強(qiáng)度和低水平信號(hào)比特強(qiáng)度。圖6a和6b中提供的偏置示例由于信號(hào)的干 涉和它們各自的相位，不合適的偏置如何導(dǎo)致高的信號(hào)峰值和低水平信號(hào) 比特值。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6c，示例了來源于光數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間的正確 的偏置相位移動(dòng)的光強(qiáng)。期望的信號(hào)相位移動(dòng)導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)比特在幅度上 彼此基本接近。利用針對(duì)光數(shù)據(jù)路徑之間的相位移動(dòng)的tt/2或3tc/2的相位 移動(dòng)偏置，瞬時(shí)光場(chǎng)彼此正交。結(jié)果，在干涉時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)比特的瞬時(shí)強(qiáng)度 增加到彼此之上，使得組合的輸出產(chǎn)生的數(shù)據(jù)比特的強(qiáng)度約是組合前的信 號(hào)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)比特的強(qiáng)度的約2倍。通過觀察圖6c中的圖表和圖6a和6b 中的那些圖表之間的差異，可以設(shè)想聚焦到峰值信號(hào)強(qiáng)度值上的控制方案。
有趣的是，在圖6a-6c的每一種情況下，平均光功率近似相同。然而， 因?yàn)榉逯敌盘?hào)強(qiáng)度與相位偏置的關(guān)系曲線中的差異，可以基于峰值信號(hào)強(qiáng) 度實(shí)現(xiàn)一致和穩(wěn)定的控制。例如，能夠基于組合的數(shù)據(jù)信號(hào)的最小峰值強(qiáng) 度來控制對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)信號(hào)之間的相位差Ti/2或3兀/2最佳偏置設(shè)置。圖7中 示例了此關(guān)系。從而，峰值信號(hào)強(qiáng)度可以用作反饋來控制不同數(shù)據(jù)路徑之間的相位差。
再次參照?qǐng)D5，示例了示例電壓峰值探測(cè)器69的使用的反饋環(huán)。電壓 峰值探測(cè)器69從光電二極管61獲得輸入，光電二極管61將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 反饋環(huán)中的電信號(hào)。電壓峰值探測(cè)器69產(chǎn)生輸出光信號(hào)峰值強(qiáng)度的指示， 其由偏置控制器65使用，用于控制移相器67以最小化信號(hào)峰值強(qiáng)度。實(shí) 際上，偏置控制器65可以產(chǎn)生要施加于移相器67的高頻抖動(dòng)音。最小化 信號(hào)峰值強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致;i/2或3;r/2的期望的相位移動(dòng)。
光電二極管61可以是對(duì)保持合適的環(huán)速度和穩(wěn)定性起作用的快速光電 二極管。通過最小化來自電壓峰值探測(cè)器69的信號(hào)，發(fā)送器60能夠在兩 個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間保持tc/2或3t!/2的合適的相位差。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，示例了針對(duì)發(fā)送器60的峰值電壓與相位差的關(guān)系曲線 的圖表。作為與峰值電壓中的最小值的對(duì)應(yīng)，觀察到了0.5兀和1.5兀的期望 的相位差設(shè)置。因此，最小化在反饋環(huán)中觀察到的峰值電壓的控制方案提 供合適的相位差偏置。7t/2的相位差對(duì)應(yīng)于未反相的數(shù)據(jù)，而相位差3兀/2 對(duì)應(yīng)于反相的數(shù)據(jù)?？梢栽谛?zhǔn)或器件初始化時(shí)進(jìn)行用于最小化反饋信號(hào) 峰值強(qiáng)度的兀/2或3兀/2的偏置的選擇。
用于標(biāo)識(shí)針對(duì)移相器67上的偏置的合適的控制環(huán)設(shè)置的另一技術(shù)是觀 察反饋信號(hào)的RF譜線。如圖6a-6c所示，期望的光輸出與不期望的光輸出 具有非常不同的RF譜線。不期望的光輸出強(qiáng)度信號(hào)具有強(qiáng)的強(qiáng)度調(diào)制并且 因此在中間范圍譜線部分中包含顯著部分的能量。期望的相位移動(dòng)和合成 的光輸出強(qiáng)度信號(hào)在中間范圍譜線部分中不具有大部分的能量。因此，圖5 中示例的電壓峰值探測(cè)器69可以由RF功率探測(cè)器代替，RF功率探測(cè)器測(cè) 量0和符號(hào)速率頻率之間的譜線帶中的RF功率。能夠最小化由探測(cè)器測(cè)量 的RF功率，以獲得用于控制移相器67的合適的相位移動(dòng)。
由公開的系統(tǒng)和方法提供的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是沒有必要修改在一數(shù)據(jù)水平的 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間的定時(shí)。也就是說，根據(jù)本發(fā)明，由數(shù)據(jù)路 徑數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2提供的真實(shí)的數(shù)據(jù)信息不必被移動(dòng)或修改。能夠在校準(zhǔn) 時(shí)或器件初始化時(shí)設(shè)置在一數(shù)據(jù)水平的輸入數(shù)據(jù)路徑數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2之間 的定時(shí)，并且然后用與RZ調(diào)制和數(shù)據(jù)調(diào)制相關(guān)的控制環(huán)保持該定時(shí)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，示例了具有根據(jù)本發(fā)明的電壓峰值探測(cè)器82的DPSK接收器80?？烧{(diào)整DI84包括移相器86，用于通過應(yīng)用來自偏置控制器88 的電壓來調(diào)整?？梢杂枚鄠€(gè)技術(shù)來獲得對(duì)DI84中的相位移動(dòng)的真實(shí)控制， 除其它可利用技術(shù)外，該多個(gè)技術(shù)包括加熱DI 84的機(jī)構(gòu)的部分或通過利用 壓電元件來加強(qiáng)/壓縮材料而改變光路特性。接收器80解調(diào)輸入光DPSK數(shù) 據(jù)信號(hào)，并且應(yīng)當(dāng)具有最優(yōu)化的相位移動(dòng)控制以利用DI 84合適地解構(gòu) (deconstruct)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，來自平衡探測(cè)器85的輸出電 信號(hào)施加于電壓峰值探測(cè)器82以產(chǎn)生反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)可以由偏置控 制器88使用以合適地控制移相器86。峰值電壓探測(cè)器82的使用容許確定 要施加于移相器86的合適的控制，以保持DI 84中的期望的相位移動(dòng)。
參照?qǐng)D9，示例了峰值電壓與相位偏移的關(guān)系曲線的圖表。對(duì)于圖8中 示例的DPSK接收器80，針對(duì)移相器86的最佳偏置設(shè)置是O、十7T和一兀。 圖9中的圖表表明針對(duì)移相器86的期望的操作點(diǎn)取決于在平衡探測(cè)器85
的輸出端峰值電壓強(qiáng)度最大化的點(diǎn)。0、 +7E和一兀的最大值對(duì)應(yīng)于未反相
的數(shù)據(jù)和反相的數(shù)據(jù)，其中一個(gè)能夠在校準(zhǔn)或器件初始化時(shí)選擇。通過最 大化圖8的接收器的輸出峰值電壓強(qiáng)度，能夠保持對(duì)DI 84的合適的相位移 動(dòng)。因此，能夠提供針對(duì)DI84中的相位移動(dòng)偏置的控制環(huán)的實(shí)際實(shí)施。
除了使用輸出電壓峰值強(qiáng)度外，接收器80還可以使用RF功率探測(cè)器， 以產(chǎn)生能夠被最大化的信號(hào)。如上述，如果移相器86在遠(yuǎn)離期望的相位偏 移的點(diǎn)操作，則輸出電壓峰值強(qiáng)度或RF功率改變以產(chǎn)生要施加于移相器 86的合適的控制的指示。在電壓峰值強(qiáng)度的情況下，最大值是期望的。在 RF功率探測(cè)器的情況下，最大化RF功率是期望的。當(dāng)DI 84中的兩個(gè)光 路在相位上合適地移動(dòng)，使得組合的信號(hào)比特的每一個(gè)以相長(zhǎng)干涉增加時(shí)， 通常獲得最大RF功率。
現(xiàn)在參照?qǐng)D10，示例了 DQPSK接收器100。接收器100包括兩個(gè)DI 103、 104，分別具有可控制的移相器105、 106。接收器100的每個(gè)分支101、 102具有與圖8中的接收器80類似地操作的獨(dú)立的控制環(huán)。對(duì)應(yīng)地，電壓 峰值強(qiáng)度反饋用于分別從平衡探測(cè)器107、 108的獨(dú)立的電輸出的每個(gè)來控 制移相器105、 106。
圖lla-llc示例在平衡探測(cè)器107、 108中的一個(gè)的輸出信號(hào)。圖lla 對(duì)應(yīng)于0或7U的不正確的相位移動(dòng)設(shè)置，導(dǎo)致一些信號(hào)比特的取消和另一些信號(hào)比特的幅度的增長(zhǎng)。圖llb示例7e/8的相位移動(dòng)，其中發(fā)生較少的取 消，但是相位移動(dòng)不是最佳的。圖lie示例71/4的期望的相位移動(dòng)和信號(hào)比 特的疊加(一旦被重組以致彼此干涉)。輸出電壓峰值強(qiáng)度因此提供用于控
制器移相器105、 106的有用的方式，以產(chǎn)生期望的相位移動(dòng)，其能夠被以
合理量的精度保持。
參照?qǐng)D12a-12c，示例了用于針對(duì)DQPSK接收器100的相位移動(dòng)偏置 的不同值的眼圖。如能夠看到的，圖12c的眼圖是分得很開的，具有期望 的tt/4的相位移動(dòng)偏置。
參照?qǐng)D13，示例了針對(duì)平衡探測(cè)器107、 108的一個(gè)的輸出的峰值電壓 與相位偏移的關(guān)系曲線的圖表。針對(duì)DQPSK接收器100的期望的相位移動(dòng) 偏置設(shè)置是兀/4、 _兀/4、 3兀/4和一3兀/4。針對(duì)相位移動(dòng)偏置的期望的操作點(diǎn) 對(duì)應(yīng)于圖13中繪制的波形的最小值。對(duì)應(yīng)地，基于輸出電壓峰值強(qiáng)度探測(cè) 的反饋控制環(huán)尋求控制移相器105、 106，以最小化輸出電壓峰值強(qiáng)度。圖 13中示例的四個(gè)最小值對(duì)應(yīng)于未反相的和反相的數(shù)據(jù)，能夠在校準(zhǔn)或器件 初始化時(shí)選擇其中任一個(gè)來使用。
現(xiàn)在參照?qǐng)D14-17，示例了利用多個(gè)技術(shù)的用于探測(cè)峰值信號(hào)強(qiáng)度的 DQPSK接收器。圖14中，平衡探測(cè)器107、 108的一個(gè)臂用于獲得電壓峰 值強(qiáng)度指示。從平衡探測(cè)器107、 108中的2個(gè)光電二極管中的一個(gè)取出輸 出，用于確定輸出電壓峰值強(qiáng)度。
參照?qǐng)D15，接收器150中的DI 103、 104的光輸出的單路分別供給快 速光電探測(cè)器151、 152。接收器150中使用的針對(duì)DI 103、 104的每個(gè)的 快速光電探測(cè)器能夠針對(duì)控制環(huán)提供較快的響應(yīng)時(shí)間，以獲得精細(xì)的相位 調(diào)節(jié)。使用快速光電探測(cè)器還容許實(shí)施本發(fā)明而無需改變現(xiàn)存的接收器元 件。
參照?qǐng)D16，接收器160在平衡探測(cè)器107、 108的兩個(gè)路徑上都包括輸 出電壓峰值探測(cè)。每個(gè)路徑的輸出電壓提供給電壓峰值強(qiáng)度探測(cè)器。電壓 峰值強(qiáng)度探測(cè)器的輸出被加和以產(chǎn)生提供給偏置控制器162、 169的成比例 的信號(hào)。例如，電壓峰值強(qiáng)度探測(cè)器165和167的輸出被加和并施加于偏 置控制器169，以控制移相器105。通過給每個(gè)平衡探測(cè)器107、 108提供 兩個(gè)反饋信號(hào)，較大的反饋信號(hào)分度或間隔是可用的。在電壓峰值探測(cè)器
16165、 167和166、 168中生成的峰值強(qiáng)度信號(hào)加到一起，以產(chǎn)生較大的幅度 反饋信號(hào)，該信號(hào)產(chǎn)生分別對(duì)移相器105、 106的增強(qiáng)的控制。
參照?qǐng)D17，接收器170探測(cè)來自取自平衡探測(cè)器107、 108中的每個(gè)中 的兩個(gè)光路中的反饋的信號(hào)峰值強(qiáng)度。在平衡探測(cè)器107、 108中PIN二極 管前面取得反饋，使得為反饋目的處理一個(gè)光信號(hào)?？焖俟怆娞綔y(cè)器 171-174分別將從DI 103、 104輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成施加于電壓峰值強(qiáng)度探 測(cè)器175-178的電壓。加和結(jié)點(diǎn)(junction) 179、 180分別將電壓峰值強(qiáng)度 探測(cè)器175、 177和176、 178的輸出加和，并將加和的電壓信號(hào)施加于偏 置控制器181、 182?；谧钚』答佇盘?hào)的峰值信號(hào)強(qiáng)度，偏置控制器181 和182控制移相器105、 106，以在DI 103、 104中保持期望的相位差。由 此配置提供的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是容許將本發(fā)明施加于現(xiàn)存的系統(tǒng)，而無需修改系 統(tǒng)元件，比如DI103、 104或平衡探測(cè)器107、 108。
使用光信號(hào)峰值強(qiáng)度探測(cè)器而不將反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為電形式也是可能 的。該探測(cè)器能夠提供較快的控制環(huán)響應(yīng)和改善的穩(wěn)定性控制。
雖然已經(jīng)描述了基于峰值信號(hào)強(qiáng)度來穩(wěn)定光發(fā)送器和接收器中的相位 差的控制方案，但是，另外的或可選的控制標(biāo)準(zhǔn)是可用的。例如，可以生 成反饋信號(hào)，其與例如前向糾錯(cuò)(FEC) IC中的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率成比例。光發(fā) 送器或接收器控制環(huán)使用得自FEC的成比例的信號(hào)，以驅(qū)使數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率到 最小值。在光器件中使用兩個(gè)DI的情況下，使用FEC的控制環(huán)在不同的時(shí) 間段中起作用，以避免彼此干涉。時(shí)間段配置可以是時(shí)分復(fù)用(TDM)方 案，如上述。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白，可以對(duì)上述系統(tǒng)和方法作出進(jìn)一步的修改和 變化，而不脫離這里公開的發(fā)明設(shè)想。因此，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)視為僅由所附權(quán) 利要求的范圍和精神所限定。
權(quán)利要求
1、一種用于控制具有兩個(gè)或更多個(gè)光路的光通信器件的方法，該每個(gè)光路用于傳送光數(shù)據(jù)信號(hào)，該方法包括組合兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)；監(jiān)控所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)的峰值強(qiáng)度；以及調(diào)整所述兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)之間的相位差來影響所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)的所述峰值強(qiáng)度，以獲得預(yù)定的特性。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括調(diào)整所述兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信 號(hào)之間的所述相位差，以最小化所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)的所述峰值 強(qiáng)度。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括調(diào)整所述兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信 號(hào)之間的所述相位差，以最大化所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)的所述峰值 強(qiáng)度。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括在DPSK發(fā)送器中使用所述方法。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在DQPSK發(fā)送器中使用所述方法。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括在DPSK接收器中使用所述方法。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在DQPSK接收器中使用所述方法。
8、 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括在所述DPSK發(fā)送器中使用RZ 調(diào)制。
9、 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括在所述DPSK發(fā)送器中使用NRZ調(diào)制。
10、 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括產(chǎn)生光信號(hào)作為所述一個(gè)或更多 個(gè)合成的信號(hào)。
11、 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在所述DQPSK發(fā)送器中使用RZ調(diào)制。
12、 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在所述DQPSK發(fā)送器中使用NRZ 調(diào)制。
13、 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括產(chǎn)生光信號(hào)作為所述一個(gè)或更多 個(gè)合成的信號(hào)。
14、 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括 組合兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生兩個(gè)合成的光信號(hào)； 將所述兩個(gè)合成的光信號(hào)施加于平衡探測(cè)器或產(chǎn)生電信號(hào)作為所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)。
15、 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括 組合兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生兩個(gè)合成的光信號(hào)； 將所述兩個(gè)合成的光信號(hào)施加于平衡探測(cè)器或產(chǎn)生電信號(hào)作為所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)。
16、 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括 監(jiān)控接收的光信號(hào)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率；以及 基于所述數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率調(diào)整所述相位差。
17、 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括 監(jiān)控接收的光信號(hào)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率；以及 基于所述數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率調(diào)整所述相位差。
18、 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用RF功率探測(cè)器來監(jiān)控峰值 強(qiáng)度。
19、 一種具有兩個(gè)或更多個(gè)光路的光通信器件，該每個(gè)光路用于傳送光數(shù)據(jù)信號(hào)，所述器件包括光組合器件，用于組合兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)；峰值強(qiáng)度探測(cè)器，用于探測(cè)所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)的峰值強(qiáng)度； 以及一個(gè)或更多個(gè)移相器，耦合到所述峰值強(qiáng)度探測(cè)器和所述光路的一個(gè)或 更多個(gè)，用于調(diào)整所述兩個(gè)或更多個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)之間的相位差來影響所述 一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)的所述峰值強(qiáng)度，以獲得預(yù)定的特性。
20、 如權(quán)利要求19所述的光通信器件，其中，所述峰值強(qiáng)度探測(cè)器還 包括RF功率探測(cè)器。
21、 一種DPSK發(fā)送器，包括如權(quán)利要求19所述的器件。
22、 一種DQPSK發(fā)送器，包括如權(quán)利要求19所述的器件。
23、 一種DPSK接收器，包括如權(quán)利要求19所述的器件。
24、 一種DQPSK接收器，包括如權(quán)利要求19所述的器件。
25、 如權(quán)利要求23所述的接收器，還包括 由所述光組合器件產(chǎn)生的兩個(gè)合成的光信號(hào)；以及 耦合到所述光組合器件的平衡探測(cè)器，用于接收所述兩個(gè)合成的光信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)電信號(hào)作為所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)。
26、如權(quán)利要求24所述的接收器，還包括 由所述光組合器件產(chǎn)生的兩個(gè)合成的光信號(hào)；以及 耦合到所述光組合器件的平衡探測(cè)器，用于接收所述兩個(gè)合成的光信 號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)電信號(hào)作為所述一個(gè)或更多個(gè)合成的信號(hào)。
全文摘要
一種諸如發(fā)送器或接收器的光通信器件具有控制環(huán)，用于基于信號(hào)峰值強(qiáng)度來控制兩個(gè)相關(guān)光信號(hào)的相對(duì)相位。光發(fā)送器測(cè)量表示兩個(gè)數(shù)據(jù)通道的組合的光信號(hào)的信號(hào)峰值強(qiáng)度，以如期望的調(diào)整相對(duì)相位。光接收器測(cè)量組合的電信號(hào)、單個(gè)電信號(hào)或單個(gè)光信號(hào)的信號(hào)峰值強(qiáng)度，以如期望的調(diào)整相對(duì)相位。通過調(diào)整相對(duì)相位將信號(hào)峰值強(qiáng)度最小化或最大化，取決于使用的調(diào)制配置。反饋控制提供一致和魯棒的控制，以在出現(xiàn)諸如溫度改變、老化和制造公差的變化時(shí)穩(wěn)定光通信器件。
文檔編號(hào)H04B1/02GK101297489SQ200680039554
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者P·馬梅舍夫 申請(qǐng)人:名壇若公司