專利名稱：Wdm通信系統(tǒng)中信標(biāo)的使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信設(shè)備，更具體而言，涉及用于光波分復(fù)用 (WDM)通信系統(tǒng)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
將光WDM通信系統(tǒng)設(shè)計為采用具有多個載波(頻率)的光信 號?？梢圆捎脭?shù)據(jù)單獨調(diào)制每一載波，并且可以將每一載波與其 他調(diào)制波長結(jié)合。在從發(fā)射器到接收器的光通信鏈路上，例如， 光纖上傳輸所得到的光WDM信號，在接收器中，分離調(diào)制波長， 并對其進(jìn)行獨立處理，以恢復(fù)數(shù)據(jù)。WDM系統(tǒng)的這一并行傳輸很 多數(shù)據(jù)流的能力使所述系統(tǒng)能夠具有相對較大的傳輸能力。
在WDM系統(tǒng)中經(jīng)常采用的一種調(diào)制類型為相移鍵控(PSK)。 更具體而言，PSK調(diào)制采用波長相位將數(shù)據(jù)編碼到栽波上。例如， 在最筒單的(二進(jìn)制)形式中，PSK將數(shù)字"1"和"0"編碼成 相隔180度的兩個相應(yīng)相位。其他形式的PSK能夠采用兩個以上 的相位對數(shù)據(jù)進(jìn)行類似編碼。
一種在接收器中對PSK調(diào)制信號解碼的方法是以零差檢波 為基礎(chǔ)的，其中，將所接收的PSK調(diào)制信號與本地振蕩器(L0) 信號結(jié)合。之后，測量所產(chǎn)生的干涉信號的強度，以確定調(diào)制相 位。本領(lǐng)域已知，相對于其他光學(xué)調(diào)制檢波組合而言，與零差檢 波結(jié)合的PSK能夠有利地提供顯著的靈敏度提高。
采用零差PSK的一個問題在于，每一調(diào)制信號的零差檢波均 采用被鎖相至該調(diào)制信號的載波的L0信號。但是，在接收器中，
較難實現(xiàn)對載波的鎖相，因為PSK將在所接收的信號中導(dǎo)致偽隨 機相位變化。而且，針對多個波長提供多個鎖相L0信號的任務(wù) 使在現(xiàn)有技術(shù)WDM系統(tǒng)中采用零差PSK更為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理通過一種WDM通信系統(tǒng)解決了現(xiàn)有技術(shù) 中的問題，所述WDM通信系統(tǒng)具有基本上相互鎖相的兩個光頻梳 源(0FCS )，且在發(fā)射器處采用這些0FCS中的一個生成WDM通 信信號，在接收器處采用另一 0FCS生成多個本地振蕩器信號， 所述信號適于對接收自發(fā)射器的WDM通信信號進(jìn)行零差檢波。 0FCS是適于生成多個頻率分量的光源，所述頻率分量又被稱為 梳狀線，并且相互之間具有明確限定的相位關(guān)系。0FCS的一個 例子為脈沖鎖模激光器。所述接收器適于采用WDM信號分量的又 被稱為信標(biāo)的子集在接收器和發(fā)射器的0FCS之間建立基本鎖 相。
有利地，在發(fā)射器和接收器處具有兩個相互鎖相的0FCS能 夠?qū)崿F(xiàn)在采用相對簡單的鎖相電路的同時采用PSK調(diào)制和零差 檢波。例如，將接收器的0FCS生成的梳狀線的相位鎖定至所接 收的WDM信號的相應(yīng)信標(biāo)線的鎖相環(huán)還在接收器的0FCS的一個 或多個額外梳狀線與WDM信號的相應(yīng)的一個或多個非信標(biāo)分量 之間產(chǎn)生基本鎖相。因此，可以在不采用任何額外鎖相環(huán)的情況 下采用零差檢波在接收器處處理WDM信號的這些非信標(biāo)分量。
在一個實施例中，所述發(fā)射器具有(i )適于生成第一頻率 梳(frequency comb )的第一 0FCS,以及(ii )適于采用所述 第一頻率梳生成用于傳輸至接收器的WDM通信信號的光調(diào)制器， 這一 WDM信號具有至少兩個信標(biāo)線。所述接收器具有笫二 0FCS， 其適于生成第二頻率梳，從而使所述笫二頻率梳具有至少兩個具 有信標(biāo)線頻率的梳狀線，將所述梳狀線的相位鎖定至所接收的 WDM信號的信標(biāo)線的相位。


圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的WDM通信系統(tǒng)的方框
圖2A-E以圖形的方式示出了圖1所示的系統(tǒng)的代表性構(gòu)造；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在圖1所示的系 統(tǒng)中作為光頻梳源(0FCS)采用的鎖模激光器的布局；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在圖1所示的系 統(tǒng)中采用的反饋電路的示意性方框圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在圖1所示的系 統(tǒng)中采用的光調(diào)制器的布局；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在圖l所示的系 統(tǒng)中采用的多信道零差檢波器的布局；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的WDM通信系統(tǒng)的示意
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在圖7所示的系 統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)中繼裝置(DRA)的方框圖；以及
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的能夠在圖8所示的 DRA中采用的發(fā)射器的示意性方框圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的WDM通信系統(tǒng)100。 系統(tǒng)100具有通過光通信鏈路106耦合的WDM發(fā)射器102和WDM 接收器104。發(fā)射器102具有適于生成多個頻率(波長)分量的 光頻梳源(0FCS) 110a。在一種構(gòu)造中，所述頻率分量可以具有 基本均勻的間隔。在另一構(gòu)造中，可以抑制或濾除一些頻率分量，
以建立多個非均勻間隔的頻率分量。在下文中，將通過與0FCS 110a類似的0FCS生成的多個頻率分量稱為"頻率梳"，將頻率 梳的每一獨立的頻率分量稱為"梳狀線"。
將耦合至0FCS 110a的光調(diào)制器120配置為采用由數(shù)據(jù)流 118提供的數(shù)據(jù)調(diào)制由所述0FCS生成的梳狀線的一些或全部。 還將調(diào)制器120配置為對經(jīng)調(diào)制和未經(jīng)調(diào)制的(如果存在)梳狀 線進(jìn)行多路復(fù)用，以形成WDM信號122。采用光學(xué)放大器130對 WDM信號122放大，并將所得到的放大WDM信號施加至光通信鏈 路106,以傳輸至接收器104。
接收器104接收所傳輸?shù)腤DM信號，并將該信號施加給多信 道零差檢波器150。通過與發(fā)射器102的OFCS 110a類似的OFCS 110b提供用于檢波器150的本地振蕩器信號。對于所接收的WDM 信號的每個調(diào)制分量而言，檢波器15 0確定所述分量在每一時隙 (比特間隔)內(nèi)的相位，并將確定結(jié)果提供給信號處理器160. 之后，信號處理器160將這些結(jié)果轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于數(shù)據(jù)流118的數(shù) 據(jù)流162。
采用反饋電路140b實現(xiàn)將OFCS 110b產(chǎn)生的L0信號鎖相至 所接收的WDM信號。在下文中，信號122的梳狀線和在接收器 104所接收的信號的對應(yīng)梳狀線被稱為信標(biāo)，所述梳狀線由接收 器用來在WDM和LO信號之間建立鎖相。由下文的說明顯然可以 認(rèn)識到，信標(biāo)可以是未經(jīng)調(diào)制的梳狀線，在這種情況下，將其稱 為CW信標(biāo)?；蛘?，信標(biāo)可以是調(diào)制的梳狀線，在這樣的情況下， 將其稱為調(diào)制的信標(biāo)。
在一個實施例中，OFCS llOa-b中的每一個包括鎖模激光器， 所述鎖模激光器的諧振腔模式使其自身作為相應(yīng)頻率梳的梳狀 線顯露。此外，將OFCS llOa-b配置為使其各自的頻率梳具有包 括對應(yīng)于信標(biāo)的頻率的公共頻率組。將反饋電路140b設(shè)計為將 具有信標(biāo)頻率的OFCS 110b的梳狀線鎖相至所接收的WDM信號的 信標(biāo)線。由于鎖模激光器的所有模式均互相鎖相，因而當(dāng)反饋電 路140b已經(jīng)將具有信標(biāo)頻率的OFCS 110b的梳狀線鎖相至所述 WDM信號的信標(biāo)線時，OFCS 110b的所有梳狀線都將變?yōu)楸绘i相 至所接收的WDM信號的對應(yīng)頻率分量。后一特征使OFCS 110b能 夠向多信道零差檢波器150提供適當(dāng)?shù)腖O信號，以實現(xiàn)對所接 收的WDM信號的所有調(diào)制分量的適當(dāng)?shù)南辔粰z測。
將OFCS 110b鎖相至所接收的WDM信號實質(zhì)上是將該OFCS 鎖相至OFCS 110a。盡管OFCS 110a-b相互鎖相，但是它們?nèi)匀?可能受到相對緩慢的頻率漂移的影響，即使所述頻率漂移是同步 的頻率漂移。為了充分避免這一頻率漂移，可以任選地將OFCS 110a鎖相至頻率穩(wěn)定化基準(zhǔn)信號138。例如，可以采用基本上與 反饋電路14 0b類似的反饋電路140a實現(xiàn)這一鎖相。在一種配置 中，可以由主OFCS (未示出)提供所述基準(zhǔn)信號138，所述主
0FCS以諸如原子鐘的頻率標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)。可以在上文引用的共同 擁有的名為 "Cloning Opt i ca l-Frequency Comb Sources" 的 專利申請中找到對適當(dāng)?shù)闹鱋FCS及其對頻率標(biāo)準(zhǔn)的參考的更為 詳細(xì)的i兌明。
圖2A-E以圖形示出了系統(tǒng)100的一個代表性配置，其中， 采用了 CW信標(biāo)。更具體而言，圖2A-C以圖形示出了在發(fā)射器 102處的特定光信號，圖2D-E以圖形示出了在接收器104的特 定光信號。
圖2A示出了從(例如)主OFCS接收的基準(zhǔn)信號138。信號 138可以具有相對較寬(例如，跨越倍頻程)的頻鐠，并且包括 間隔相對密集的梳狀線(為了舉例說明，將其示為具有80MHz的 頻鐠間隔)。圖2B示出了由OFCS 110a生成的頻率梳。這一頻 率梳可以具有相對較窄的頻譜跨度，并且包括間隔相對較寬的梳 狀線(為了舉例說明，將其示為具有大于約10GHz的頻譜間隔)。 在圖2A和2B之間繪制的豎直的雙頭箭頭以符號方式表示信號 138的相應(yīng)選定梳狀線與采用反饋電路140a獲得的OFCS 110a 的頻率梳之間的鎖相。圖2C示出了 WDM信號122。注意，由調(diào) 制器120賦予的數(shù)據(jù)調(diào)制引起了對應(yīng)梳狀線的頻譜展寬。為了舉 例說明，將CW信標(biāo)示為OFCS 110a的頻譜內(nèi)的兩條外邊緣線。 在不同的配置中，可以選擇任何其他兩條梳狀線，使之起著信標(biāo) 的作用。
圖2D示出了在接收器104處從通信鏈路106接收的WDM信 號。與圖2所示的WDM信號相比較，所接收的WDM信號的減弱的 強度以圖形的方式示出了通信鏈路106帶來的信號衰減。圖2E 示出了由OFCS 110b生成的頻率梳。這一頻率梳與圖2B所示的 頻率梳類似。在圖2D和2E之間繪制的豎直的雙頭箭頭表示所接 收的WDM信號的信標(biāo)線和采用反饋電路14 0b獲得的OFCS 110b 的對應(yīng)梳狀線之間的鎖相。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例能夠在系統(tǒng)100中作為 OFCS 110使用的鎖模激光器300的布局。激光器300具有由高 度反射反射鏡330和部分透明反射鏡340限定的光學(xué)腔。光學(xué)腔 具有帶有多個重疊的光通帶的陣列波導(dǎo)光柵(AWG) 308。對于每
一通帶而言，光學(xué)腔具有與專用相位調(diào)諧器(PT) 312串聯(lián)的專 用半導(dǎo)體光放大器(S0A) 310。每一 S0A 310適于為相應(yīng)的光通 帶提供光增益，相應(yīng)的相位調(diào)諧器312適于充分提供該光通帶內(nèi) 的色散補償。所述光學(xué)腔還具有可飽和吸收器(SA) 302 ，其適 于調(diào)制所述腔內(nèi)的光損耗，從而使S0A 310提供的光增益和SA 302提供的損耗調(diào)制為光脈沖串創(chuàng)建通過部分透明反射鏡340從 所述腔發(fā)射的條件。例如，可以通過適當(dāng)配置相位調(diào)諧器312來 控制對應(yīng)于脈沖串的頻率梳的頻譜特性。在一種實施方式中，激 光器300是集成波導(dǎo)電路?？梢栽诖砦臋n號為"Doerr 106" 的于2005年12月8日提交的為本申請人共同所有的名為 "Wide—Bandwidth Mode—Locked Laser"的美國專利申請No. 11/296, 996中找到針對激光器300的更為詳細(xì)的說明，在此將 其教導(dǎo)引入以供參考。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在系統(tǒng)100中作 為反饋電路140采用的反饋電路400的示意性方框圖。在圖4中， 為了舉例說明，將反饋電路400示為耦合至圖3的激光器300。 施加至反饋電路400的基準(zhǔn)信號402可以是與基準(zhǔn)信號138 (參 考圖1和圖2A)類似的信號，或者可以是與具有信標(biāo)線(參考 圖1和圖2D)的WDM信號類似的信號。
將激光器300的光輸出信號452施加至濾光器410，其阻擋 信號452的除了在圖4中分別被指定為梳狀線A和B的兩條梳狀 線之外的所有梳狀線，并分離出這兩條梳狀線。在將反饋電路 4 00配置為反饋電路140a (圖1 )時，梳狀線A和B可以是任何 兩條對應(yīng)于基準(zhǔn)信號138的梳狀線的適當(dāng)梳狀線?；蛘?，在將反 饋電路400配置為反饋電路140b (圖1 )時，梳狀線A和B具有 各自的對應(yīng)于所接收的W簡信號(例如，參考圖2C-D)的信標(biāo) 線的頻率的頻率。在通過濾光器410之后，梳狀線A和B分別出 現(xiàn)在濾光器的端口 A和B。
采用光耦合器404將基準(zhǔn)信號402分割成兩個衰減的副本。 將信號4 02的第一個衰減副本和來自濾光器410的端口 A的梳狀 線A施加至光耦合器406a。類似地，將信號402的第二衰減副 本和來自濾光器510的端口 B的梳狀線B施加至光耦合器4 06b。
將光耦合器406a-b中的每一個設(shè)計為由信號402的相應(yīng)的 衰減副本以及梳狀線A和B中的相應(yīng)一個形成兩個干涉信號。之 后，將每一干涉信號引導(dǎo)至光探測器408中的相應(yīng)一個，在該處 將所述信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號。將電路400中的光探測器408 布置為兩對，如圖4所示，使每對中的兩個光探測器相互串聯(lián)。 由每一光探測器對生成的信號418實質(zhì)上是由相應(yīng)的光探測器 生成的電信號之間的差信號。將每一信號418施加至相應(yīng)的低通 濾波器(LPF) 420,以形成相應(yīng)的經(jīng)濾波的信號422。之后，將 每一經(jīng)濾波的信號422饋送給相應(yīng)的補償電路4 30,補償電路4 30 基于所述信號生成施加至激光器300的相應(yīng)控制信號432。
在梳狀線A和信號402的對應(yīng)梳狀線之間存在頻率失配的情 況下，信號418a具有對應(yīng)于所述梳狀線之間的頻差的拍頻。由 于LPF 420a適于阻擋這一拍頻，因而422a基本為零。另一方面， 如果梳狀線A的頻率與信號4 02的對應(yīng)梳狀線的頻率基本匹配， 那么信號418A具有與sin4)成比例的DC分量，其中，小是這些 梳狀線之間的相移。LPF 420a使這一 DC分量通過，以形成經(jīng)濾 波的信號422a。將補償電路4 30a設(shè)計為生成控制信號4 32a，從 而將信號422a基本驅(qū)動為零。由于信號4 22a的零對應(yīng)于小=0， 因而通過電路430a對激光器300進(jìn)行驅(qū)動，使其梳狀線A鎖相 至信號402的對應(yīng)梳狀線。
類似地，在梳狀線B和信號4 02的對應(yīng)梳狀線之間存在頻率 失配的情況下，信號418b具有對應(yīng)于梳狀線之間的頻差的拍頻， 所述拍頻受到LPF 420b的阻擋。另一方面，如果梳狀線B的頻 率與信號402的對應(yīng)梳狀線的頻率基本匹配，那么信號418B具 有通過LPF 420b以形成信號422b的DC分量。之后，補償電路 4 30b形成控制信號4 32b，從而使信號422b的幅度最小化，由此 對激光器300進(jìn)行驅(qū)動，從而使其梳狀線B鎖相至信號402的對 應(yīng)梳狀線。
注意，在激光器300中，將信號432a施加至對應(yīng)于具有梳 狀線A的頻鐠通帶的相位調(diào)諧器312。類似地，將信號432b施 加至對應(yīng)于具有梳狀線B的頻譜通帶的相位調(diào)諧器312。以控制 信號432a-b為基礎(chǔ)，通過控制電路440生成施加至激光器300
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的其他相位調(diào)諧器312的控制信號442 (圖4中僅出于舉例說明 的目的示出了其中的兩個)。更具體而言，每一控制信號442是 帶有適當(dāng)權(quán)重的信號4 32a-b的組合。例如，采用如下等式(1A-C) 形成施加至第i相位調(diào)諧器312的控制信號442-i:
<formula>formula see original document page 12</formula>(1A)
<formula>formula see original document page 12</formula>(IB)
<formula>formula see original document page 12</formula>(IC)
其中S 4 4 2 i、 3 4 3 23和34321)分別是信號442-i、 4 3 2 a和4 3 2 b的幅度； w"和Wbi為加權(quán)系數(shù)；FA、 Fb和Fi分別是對應(yīng)于接收信號4 32a的 相位調(diào)諧器312、接收信號432b的相位調(diào)諧器312和第i相位 調(diào)諧器312的頻譜通帶的中心頻率。
控制電路440包括實現(xiàn)等式(IA-C)的多個加權(quán)塊444和多 個求和節(jié)點446。例如，加權(quán)塊444ai使信號432a乘以因子wai。 類似地，加權(quán)塊444bi使信號432b乘以因子wbi。之后，在求和 節(jié)點中將所得的加權(quán)信號相加，以形成信號442-i。
在信標(biāo)是調(diào)制數(shù)據(jù)時，采用具有與電路400 (圖4)不同的 鎖相原理的反饋電路/裝置可能變得有利。這樣的適當(dāng)?shù)逆i相裝 置的例子可以是但不限于(1 )例如，在J.M. Kahn的文章
"1Gbit/s PSK Homodyne Transmission System Using phase—Locked Semiconductor Lasers" , Photonics Technology Letters, IEEE,第l巻，第10期，1989年10月，第340-342 頁中公開的導(dǎo)頻同步化裝置；(2)例如，在W.R. Leeb的文章
"Optical 90° Hybrid Costas-type Receivers" , Electronics Letters,第26巻，第18期，1990年8月30日，第14 31-14 32 頁中公開的Costas型鎖相環(huán)；(3)例如，在B. Wandernoth 的文章"20 Photon/Bit 565 Mbit/s PSK Homodyne Receiver Using Synchronization Bits" , Electronics Letters, 第28 巻，第4期，1992年2月13日，第387-388頁公開的同步化位 裝置；和/或(4)例如，在K.H. Kudielka和W. Klaus的文章
"Optical Homodyne PSK Receiver: Phase Synchronization by Maximizing Baseband Signal Power ，， ， Lasers and Electro-Op tics Society 1999， IEEE第12屆年會(LE0S' 99 )， 第1巻，1999年11月8-11日，第295-296頁中公開的被設(shè)計 為使基帶信號功率最大化的鎖相裝置。在此將這四篇文章全文引 入以供參考。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在系統(tǒng)100中作 為光調(diào)制器120使用的光調(diào)制器500的布局。調(diào)制器500具有解 復(fù)用器510，其被配置為將具有頻率梳的光輸入信號502解復(fù)用 成獨立的梳狀線512。在調(diào)制器500中未采用數(shù)據(jù)調(diào)制被標(biāo)為 512a和512b的兩條梳狀線，因而其能夠在所傳輸?shù)腤DM信號中 起著信標(biāo)的作用(仍然參考圖2)。將其他梳狀線512中的每一 個施加至相應(yīng)的Mach-Zehnder調(diào)制器(MZM ) 516,在推挽式構(gòu) 造中采用施加至調(diào)制器500的N個數(shù)據(jù)流中的相應(yīng)數(shù)據(jù)流驅(qū)動所 述MZM 516。由每一MZM 516產(chǎn)生的輸出信號是攜帶來自對應(yīng)數(shù) 據(jù)流的數(shù)據(jù)的相應(yīng)的PSK調(diào)制信號518。復(fù)用器520對梳狀線 512a-b和PSK調(diào)制信號518進(jìn)行復(fù)用，以形成能夠在系統(tǒng)100 中作為(例如)信號122使用的WDM信號522。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在系統(tǒng)100中作 為零差檢波器150使用的多信道零差檢波器600的布局。將檢波 器600配置為接收兩個光輸入信號602和604，例如，其分別為 通過通信鏈路106接收的WDM信號和由OFCS 110b生成的本地振 蕩器信號(參考圖1 )。將輸入信號602和604分別施加至解復(fù) 用器612和614，將解復(fù)用器612和614中的每一個配置為將相 應(yīng)的輸入信號分離成獨立的頻率分量(仍然參考圖2D-E)。將 具有相同頻率的兩個相應(yīng)的分離分量從解復(fù)用器612和614引導(dǎo) 至相應(yīng)的光耦合器620。將每一光耦合器620配置為(i )結(jié)合 所接收的分量，以形成兩個相應(yīng)的干涉信號，(ii)將這些干涉 信號施加至光探測器陣列6 30的相應(yīng)光探測器對6 32。對應(yīng)于一 個光耦合器62 0的光探測器對6 32通常與電路4 00的串聯(lián)的光探 測器對4 08 (參考圖4)類似。因此，陣列6 30中的每一這樣的 光探測器對形成表示信號602和604的相應(yīng)分量之間的相差的信
號.之后，檢波器600將陣列630生成的信號輸出至信號處理器， 例如，與圖1的信號處理器160類似的信號處理器，以供進(jìn)一步 處理。這一處理對這些信號解碼，并恢復(fù)由輸入信號602的調(diào)制 分量攜帶的數(shù)據(jù)。
在一個實施例中，檢波器600任選地包括耦合在解復(fù)用器 612和光耦合器62 0之間的移相器618。移相器618適于校正信 號602的梳狀線和信號604的相應(yīng)梳狀線之間的(準(zhǔn))靜態(tài)相差。 這樣的(準(zhǔn))靜態(tài)相差可能源自于脈沖啁啾(pulse chirp)的 差異、相應(yīng)光路中的色散差異等。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的WDM通信系統(tǒng)7 00。 更具體而言，系統(tǒng)700是具有多個繞地球軌道飛行的衛(wèi)星的大氣 層外通信系統(tǒng).在代表性配置中，系統(tǒng)700包括處于近地軌道 (LEO)的衛(wèi)星710的星座702。通常，星座702具有足夠數(shù)量 的衛(wèi)星710,從而完全覆蓋地球。商業(yè)系統(tǒng)IRIDIUM, TELEDESIC 和CELESTRI是星座702的代表性實例。
系統(tǒng)700還包括處于同步軌道(GEO)內(nèi)的衛(wèi)星730的星座 (constellation) 704。主要將衛(wèi)星7 30配置為起著數(shù)據(jù)中繼站 的作用，且星座704起著數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)絡(luò)的作用。NASA的TDRSS 網(wǎng)絡(luò)是星座704的代表性實例。
系統(tǒng)700還可以包括多個專業(yè)化的航天器720,例如，宇宙 飛船、國際太空站、軍事管制衛(wèi)星等。典型地，航天器720生成 諸如高分辨率圖像、視頻流、遙測數(shù)據(jù)等的相對大量的數(shù)據(jù)，通 過星座702和704將所述數(shù)據(jù)中繼至相應(yīng)的地球站(未示出)。 同樣地，地球站往往將相對大量的數(shù)據(jù)通過星座702和704傳輸 至航天器720和/或其他地球站。例如，航天器720a可能具有打 算用于處于亞洲的地球站的數(shù)據(jù)。之后，航天器720a利用系統(tǒng) 700將所述數(shù)據(jù)傳輸至GEO衛(wèi)星730a，之后，GEO衛(wèi)星730a將 所述數(shù)據(jù)中繼至GEO衛(wèi)星730b， GEO衛(wèi)星730b再將所述數(shù)據(jù)中 繼至LEO衛(wèi)星710a，最后LEO衛(wèi)星710a將所述數(shù)據(jù)中繼至亞洲 的地球站。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到可以在系統(tǒng)7 00的各個通信 節(jié)點之間類似地實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)中繼路徑。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的能夠在系統(tǒng)700中采
用的數(shù)據(jù)中繼裝置(DRA) 800的方框圖。DRA 800具有通過雙向 光通信鏈路820耦合的兩個收發(fā)器810a-b。每一收發(fā)器810具 有發(fā)射器802和接收器804。將收發(fā)器810a的發(fā)射器802a通過 通信子鏈路820a耦合至收發(fā)器810b的接收器804b。類似地， 將收發(fā)器810b的發(fā)射器802b通過通信子鏈路820b耦合至收發(fā) 器810a的接收器804a。例如，收發(fā)器810a-b可以分別機栽地 位于系統(tǒng)700的航天器72 0a和GEO衛(wèi)星730a上。
在一個實施例中，每一發(fā)射器802基本類似于發(fā)射器102, 每一接收器804基本類似于接收器104 (參考圖1)。因此，收 發(fā)器810a-b能夠采用基本如上文在圖1和圖2的情況下所述的 光WDM信號、PSK調(diào)制和零差檢波交換數(shù)據(jù)。但是，注意，在通 過(例如)參考主OFCS將發(fā)射器802a-b配置為采用具有基本相 同的頻率的頻率梳時，收發(fā)器810a-b的相對運動將在所傳輸?shù)?WDM信號上產(chǎn)生多普勒漂移，并且導(dǎo)致例如在發(fā)射器802a處存 在與在接收器804a處相比不同的頻率組。此外，由于多普勒漂 移取決于相對速度，因而典型地每一接收器804將在接收自位于 不同衛(wèi)星上的發(fā)射器802的WDM信號中"看到，，不同的頻率組。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的能夠在DRA 800中作 為發(fā)射器802采用的發(fā)射器902的方框圖。發(fā)射器902類似于圖 1的發(fā)射器102，并且采用最后兩位相同的附圖標(biāo)記表示這兩個 發(fā)射器中的類似元件。但是，發(fā)射器102和發(fā)射器902之間的一 個差異在于，后者具有額外的元件，即，被并入到OFCS 910和 反饋電路940之間的反饋環(huán)內(nèi)的移相器(PS) 97 0。 PS 970使發(fā) 射器902提供多普勒漂移預(yù)補償。更具體而言，基于兩個通信收 發(fā)器的相對速度，發(fā)射器902調(diào)整OFCS 910生成的頻率梳，從 而基本抵消接收器處的多普勒漂移的影響。如果系統(tǒng)700中的每 一發(fā)射器具有類似的多普勒漂移預(yù)補償，那么所述系統(tǒng)中的每一 接收器將在接收自不同衛(wèi)星的WDM信號中有利地"看到"基本相 同的頻率組。
多普勒漂移將頻率梳中的每一頻率從f變?yōu)閛c f ，其中，oc 是取決于發(fā)射器和接收器的相對速度的系數(shù)。相應(yīng)地，PS 970 賦予與頻率相關(guān)的相移，從而將頻率f轉(zhuǎn)換為頻率oc f,以模仿
多普勒漂移。之后，反饋電路940使0FCS 910相對于基準(zhǔn)信號 938的頻率采用因子1/cx對其頻率梳的頻率進(jìn)行縮放。多普勒漂 移和發(fā)射器902的頻率縮放的凈效應(yīng)為接收器處的WDM信號的頻 率將具有與基準(zhǔn)信號938基本相同的頻率。
如果采用類似于激光器300 (圖3)的鎖模激光器實現(xiàn)OFCS 910，那么其頻率梳具有處于頻率mc/(2npL)的梳狀線，其中，m 為整數(shù)，c為光速，L為腔長，np為折射率。因而，改變L(例如， 采用壓電致動器)將同時針對所有頻率跟蹤多普勒漂移。例如， 入Af/(2npfJ的腔長變化將基本補償具有往返行程頻率L的鎖 模激光器內(nèi)的波長入處的多普勒漂移△ f 。如果f,10GHz， △ f=5GHz， np=3.3， K. 5 5nm,那么腔長變化大約為0. lpm。
盡管已經(jīng)參考示范性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是不應(yīng) 將這一說明推斷為具有限制意義。盡管參考采用兩條梳狀線實現(xiàn) 鎖相的情況描述了本發(fā)明，但是可以采用兩條以上的梳狀線獲得 這樣的鎖相。如果通信系統(tǒng)中能夠容忍緩慢頻率漂移，那么可以 省略主OFCS中的原子鐘參考。盡管參考PSK調(diào)制描述了本發(fā)明 的實施例，但是也可以采用其他類型的調(diào)制，例如，開/關(guān)鍵控、 幅移鍵控以及多級相位或幅度調(diào)制方案實踐本發(fā)明。 一般而言， 將本發(fā)明的發(fā)射器和接收器配置為以強度處于量子極限以上的 光信號工作。例如，對于二進(jìn)制零差PSK以及IO"的誤碼率(BER) 而言，量子極限為每位9個光子。 一般，本說明書中采用的"光" 一詞是指任何適當(dāng)?shù)碾姶泡椛涞牟捎?，而未必是指對?yīng)于可見或 紅外光譜區(qū)的光.所描述的實施例的多種修改以及本發(fā)明的其他 實施例對于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的，其被 認(rèn)為落在權(quán)利要求所表述的本發(fā)明的原理和范圍內(nèi)。
除非另行明確闡述，否則應(yīng)當(dāng)將每一數(shù)值或范圍解釋為近似 值或范圍，就像在所述值或范圍的值之前存在"大約"或"近似" 等詞語一樣。
文中引用的"一個實施例"或"實施例"意味著，結(jié)合該實 施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可能包含在本發(fā)明的至少一個 實施例中。出現(xiàn)在說明書的不同位置的短語"在一個實施例中" 未必都是指同一實施例，也未必是與其他實施例互斥的獨立或擇
一實施例，"實施方式" 一詞也是這樣。
盡管采用帶有對應(yīng)標(biāo)號的具體順序陳述了下述方法權(quán)利要 求(如果存在的話)中的步驟，但是除非權(quán)利要求陳述中隱含著 采用特定順序?qū)嵤┻@些步驟中的部分或全部，否則這些步驟未必 限于按照所述特定順序?qū)嵤?br> 權(quán)利要求
1.一種通信方法，包括以下步驟接收WDM通信信號，所述信號具有代表第一頻率梳的第一和第二信標(biāo)線；生成第二頻率梳；將所述第二頻率梳的第一梳狀線的相位鎖定至所述第一信標(biāo)線的相位；以及將所述第二頻率梳的第二梳狀線的相位鎖定至所述第二信標(biāo)線的相位，以基本上實現(xiàn)所述第一和第二頻率梳之間的鎖相。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中，采用數(shù)據(jù)調(diào)制所述 笫一和第二信標(biāo)線中的至少一個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中 采用第一光頻梳源(0FCS)生成所述笫一頻率梳； 采用笫二 0FCS生成所述第二頻率梳； 所述第一 0FCS位于發(fā)射器處；所述第二 0FCS位于接收器處；所述第一和第二 0FCS中的每一個為鎖模激光器；并且 將所述第一 0FCS鎖相至主0FCS。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)明，還包括以下步驟 對所述第二頻率梳進(jìn)行光學(xué)濾波，以選擇所述第一和第二梳狀線；使所述第一梳狀線與所接收的WDM信號的第一副本混合，以 生成笫一對干涉信號；使所述第二梳狀線與所接收的WDM信號的第二副本混合，以 生成第二對干涉信號；將第一對所述干涉信號轉(zhuǎn)換成指示所迷第一梳狀線和所述 第一信標(biāo)線之間的相差的第一電信號；將第二對所述干涉信號轉(zhuǎn)換成指示所述第二梳狀線和所述第二信標(biāo)線之間的相差的第二電信號；以及基于所述第一和第二電信號，生成一個或多個控制信號，將 所述控制信號施加至所述第二 0FCS,以實現(xiàn)(i )將所述笫一梳 狀線的相位鎖定至所述第一信標(biāo)線的相位；以及(ii )將所述第二梳狀線的相位鎖定至所述第二信標(biāo)線的相位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)明，還包括以下步驟 基于所述第一電信號生成第一控制信號； 基于所述第二電信號生成笫二控制信號； 對所述第一和第二控制信號中的每一個加權(quán)，以生成相應(yīng)的加權(quán)信號；使所述兩個相應(yīng)的加權(quán)信號相加，以生成第三控制信號；以及采用不同的加權(quán)系數(shù)重復(fù)加權(quán)和相加的步驟，以形成至少一 個額外的控制信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其中 所述第一 0FCS相對于所迷第二 0FCS移動；并且 所述方法包括如下步驟對于第一頻率梳的每一梳狀線而言，將所述梳狀線的頻率從 相應(yīng)的初始頻率變?yōu)橄鄳?yīng)調(diào)整的頻率，以引入絕對值基本等于因 所述運動而導(dǎo)致的所述調(diào)整的頻率的多普勒漂移的頻移，其中， 所述第一 0FCS是具有光學(xué)腔的鎖模激光器，并且所述方法還包 括改變所述光學(xué)腔的長度的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中 所述第一信標(biāo)線是所接收的WDM信號的第一非調(diào)制分量； 所述第二信標(biāo)線是所接收的WDM信號的第二非調(diào)制分量；并且所接收的WDM信號包括代表所述第一頻率梳的一個或多個 數(shù)據(jù)調(diào)制分量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)明，其中所述方法還包括以下 步驟生成所述第一頻率梳；將所述第一頻率梳解復(fù)用成單個梳狀線；采用所述數(shù)據(jù)的相應(yīng)部分獨立調(diào)制所迷第一頻率梳的選定 的一個或多個梳狀線中的每一個；對所述一個或多個調(diào)制的梳狀線進(jìn)行復(fù)用，以形成復(fù)用信 號；以及 通過通信鏈路傳輸所述復(fù)用信號，以產(chǎn)生所接收的WDM信號。
9. 設(shè)備，包括檢測器，其適于接收WDM通信信號，所述信號具有代表由第 一光頻梳源(0FCS)生成的第一頻率梳的笫一和第二信標(biāo)線； 適于生成第二頻率梳的第二 0FCS;以及控制電路，其適于控制所述第二 0FCS，使得(i )將所述第 二頻率梳的第一梳狀線的相位基本鎖定至所述第一信標(biāo)線的相 位；以及(ii )將所述第二頻率梳的第二梳狀線的相位基本鎖定 至所述第二信標(biāo)線的相位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其中所述控制電路包括 濾光器，其適于對所述第二頻率梳濾波，以選擇所述第一和第二梳狀線；第一光耦合器，其適于使所述第一梳狀線與所接收的WDM信 號的第一副本混合，以形成第一對干涉信號；第二光耦合器，其適于使所述第二梳狀線與所接收的WDM信 號的第二副本混合，以形成第二對干涉信號；第一光探測器，其適于將第一對所述干涉信號轉(zhuǎn)換為指示所 述第一梳狀線和所述第一信標(biāo)線之間的相差的第一電信號；第二光探測器，其適于將第二對所述干涉信號轉(zhuǎn)換成指示所 述第二梳狀線和所述第二信標(biāo)線之間的相差的第二電信號；以及適于基于所述第一和第二電信號生成一個或多個控制信號 的電路，所述一個或多個控制信號被施加至所述第二 0FCS，以 鎖定(i )所述第一梳狀線的相位至所述笫一信標(biāo)線的相位；以 及鎖定(ii)所述笫二梳狀線的相位至所述第二信標(biāo)線的相位。
全文摘要
一種WDM通信系統(tǒng)，具有兩個基本相互鎖相的光頻梳源(OFCS)，并且在發(fā)射器處采用這些OFCS中的一個生成WDM通信信號，在接收器處采用另一OFCS生成適于對接收自發(fā)射器的WDM通信信號進(jìn)行零差檢波的多個本地振蕩器信號。在一個實施例中，所述發(fā)射器具有(i)適于生成第一頻率梳的第一OFCS，以及(ii)適于采用所述第一頻率梳生成用于傳輸至接收器的WDM通信信號的光調(diào)制器，這一WDM信號具有至少兩個信標(biāo)線。所述接收器具有第二OFCS，其適于生成第二頻率梳，從而使所述第二頻率梳具有至少兩個具有信標(biāo)線頻率的梳狀線，將所述梳狀線的相位鎖定至所接收的WDM信號的信標(biāo)線的相位。
文檔編號H04J14/02GK101371479SQ200780002502
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者C·R·德爾, P·J·溫策爾 申請人:盧森特技術(shù)有限公司