專利名稱：用于高比特率系統(tǒng)的傳輸格式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及信息的光傳輸，特別是涉及改善光纖傳輸系統(tǒng)上的傳輸能力。
背景技術(shù)：
由于沿光纖傳輸路徑的長(zhǎng)度上積累了很多的減損，諸如那些在海底或橫貫 大陸使用了光放大轉(zhuǎn)發(fā)器的陸地光波傳輸系統(tǒng)中那樣長(zhǎng)的光纖傳輸路徑，遭受 到了性能下降的影響。在單個(gè)數(shù)據(jù)信道中的這些減損源可以包括在摻鉺光纖放 大器(EDFA)中產(chǎn)生的被放大的自發(fā)劃寸(ASE)噪聲，單模光纖折射率取決 于傳播通過它的光強(qiáng)度弓l起的非線性效應(yīng)，和導(dǎo)致不同光頻率以不同群速度傳 播的色散。而且，極化相關(guān)效應(yīng)可以導(dǎo)致時(shí)變的減損，例如引起不同極化以不 同的群延遲傳播的極化模式色散和/或弓l起不同極化具有不同衰減的極化相關(guān)損 耗。此外，對(duì)于其中幾個(gè)光信道可能位于相同光纖上的波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)， 光纖非線性折射率導(dǎo)致的信道之間的串?dāng)_可能是需要關(guān)注的問題。
在某些系統(tǒng)中，每個(gè)信道都以高數(shù)據(jù)率操作遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)是有益的。多個(gè) 同步數(shù)字體系(SDH)標(biāo)準(zhǔn)，例如10Gb/s和40Gb/s，可以被認(rèn)為是有用的。通 常來說，限制系統(tǒng)性能的減損可導(dǎo)致兩種類型的接收眼孔圖樣的減損，這兩種 類型的減損與隨機(jī)性(噪聲引起的)和確定性減損(或者接收的位模式中的失 真)相關(guān)。第二種類型的失真有時(shí)被稱為符號(hào)間干擾或者ISI。當(dāng)比特率升至 每秒幾十吉比特時(shí)，管理那些影響所接收的脈沖形狀的減損并限制ISI可以是有 益的。
所接收的波形的失真受到傳輸線路的設(shè)計(jì)，以及傳輸脈沖形狀的影響。己 經(jīng)4頓開關(guān)鍵控(OOK)實(shí)現(xiàn)已知的遠(yuǎn)程系統(tǒng)，其中在OOK中傳輸?shù)拿}沖利用數(shù)據(jù)比特流的1和0被打開和關(guān)閉。開關(guān)鍵控可以多種眾所周知的格式來實(shí)
現(xiàn)，如歸零(RZ)，非歸零(NRZ)和啁啾歸零(CRZ)格式。通常，在RZ格 式中，傳輸?shù)墓饷}沖不占據(jù)整個(gè)比特周期并在相鄰比特間返回至零，而在NRZ 格式中，當(dāng)連續(xù)二進(jìn)制1被發(fā)送時(shí)光脈沖具有固定值特性。在啁啾格式中，例 如CRZ，比特同步正弦相位調(diào)制被給予所傳輸?shù)拿}沖。
相移鍵控(PSK)是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的另一種調(diào)制方法。在PSK 調(diào)制中，1和0是艦光載波中的相位差或轉(zhuǎn)棘識(shí)別的。PSK可艦在第一 個(gè)相位打開發(fā)射機(jī)以表示1，并在第二個(gè)相位表示0來實(shí)現(xiàn)。在差分相移鍵控 (DPSK)格式中，信號(hào)的光強(qiáng)度可保持不變，而1和0通過差分相位轉(zhuǎn)變來表 示。DPSK調(diào)制格式包括RZ-DPSK，這里的歸零幅度調(diào)制被給予DPSK信號(hào)和 CRZ-DPSK。
多級(jí)調(diào)制格式也是有益的。在多級(jí)調(diào)制格式中，多個(gè)數(shù)據(jù)比特可以被編碼 在單一傳輸符號(hào)上。這些格式可以增強(qiáng)光譜效率并改善對(duì)上面提到的減損的容 忍度。已知多種多級(jí)調(diào)制格式。用于每個(gè)符號(hào)編碼兩個(gè)比特的多級(jí)調(diào)制格式的 例子包括四相移鍵控(QPSK);其中信息以四個(gè)差分相位進(jìn)行編碼的差分四相 移鍵控(DQPSK);幅移鍵控和差分二進(jìn)制相移鍵控(ASK-DBPSK)的組合。 用于每符號(hào)編碼三個(gè)比特的具有八個(gè)符號(hào)級(jí)別的多級(jí)調(diào)制格式包括差分8級(jí)相 移鍵控(D8PSK)和ASK-DQPSK。四相幅移鍵控和差分四相調(diào)制 (QASK-DQPSK)的組合可以用于提供16個(gè)符號(hào)級(jí)別或者針符號(hào)4個(gè)比特。
當(dāng)傳輸系統(tǒng)的比特率增加時(shí)，傳輸損失可以變得更加限制。鑒于在上面列 出的減損，使用傳統(tǒng)的技術(shù)很難在橫越海洋的距離上傳送具有足夠性能限度的 40Gb/s信號(hào)。


結(jié)合以下附圖，參考以下具體描述，其中相同的附圖標(biāo)記代表相同的部件。 圖1是符合本發(fā)明公開內(nèi)容的系統(tǒng)的一個(gè)典型實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖。 圖2示出了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的發(fā)射機(jī)的一個(gè)典型實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖。 圖2A示出了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的劃寸機(jī)的另一個(gè)典型實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖。 圖3示出了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的與劃寸機(jī)的一個(gè)典型實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的波形。 圖4包括Q-因子與功率的曲線圖，其圖解了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的實(shí)施例的傳輸性能。
圖5示出了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的實(shí)施例的幅度特性與符號(hào)速率.同步AM調(diào)制 的變化量的眼圖(eye diagram)。
圖6示出了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的實(shí)施例的幅度特性與相對(duì)于數(shù)據(jù)和符號(hào)速率 同步AM調(diào)制之間的時(shí)移的可'超的眼圖。
具體實(shí)施例方式
通常，符合本發(fā)明公開內(nèi)容的系統(tǒng)和方法可包括多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式，其結(jié) 合了與符號(hào)速率同步的幅度、相位、禾B/或極化調(diào)制。與多級(jí)調(diào)制結(jié)合的幅度、 相位和/或極化調(diào)制這里被稱為"開銷調(diào)制(overhead modulation)"。在具有符合 本發(fā)明公開內(nèi)容的多級(jí)調(diào)帝賂式的符號(hào)速率上使用同步開銷調(diào)制，在長(zhǎng)距離高 速光傳輸中產(chǎn)生了高性能用于單信道和WDM光傳輸系統(tǒng)。
光纖中某個(gè)中心頻率的光波有三W寺性幅度、相位(頻率)和極化狀態(tài)， aH^)t性可以連續(xù)隨時(shí)間變化。"調(diào)制格式"的意思是^H^t寺性中的一個(gè)或
多個(gè)根據(jù)給予該光波的信肩y數(shù)據(jù)而變化。其它參數(shù)可以不迫鄉(xiāng)艮隨信息信號(hào)。
如這里所用到的，"多級(jí)調(diào)制格式"應(yīng)該指的是允許在每個(gè)傳輸符號(hào)中編碼多于 一個(gè)繊比特的任何調(diào)制格式。例如，DQPSK是一種多級(jí)調(diào)制格式，它提供了 四符號(hào)級(jí)，允許每個(gè)符號(hào)編碼兩個(gè)比特。其他多級(jí)調(diào)制格式包括，但并不限于， QPSK、 ASK-DBPSK、 D8PSK、 ASK-DQPSK和QASK-DQPSK。
這里{柳的術(shù)語(yǔ)"符號(hào)"指的是在一次傳輸?shù)?的最小單元。術(shù)語(yǔ)"符號(hào)速 率"指的是每秒傳輸?shù)姆?hào)的數(shù)量，即赫茲(Hz)。對(duì)于使用多級(jí)調(diào)制格式進(jìn)行 編碼的數(shù)據(jù)，多個(gè)數(shù)據(jù)比特在單一的符號(hào)中同時(shí)被發(fā)送，導(dǎo)致符號(hào)速率為比特 率的幾分之一。例如，DQPSK調(diào)制的信號(hào)包括用于針符號(hào)的兩比特?cái)?shù)據(jù)，導(dǎo) 致符號(hào)速率是比特率的一半。
圖1是符合本發(fā)明公開內(nèi)容的WDM傳輸系統(tǒng)100的一個(gè)典型實(shí)施例的簡(jiǎn) 化框圖。該傳輸系統(tǒng)用來在從劃寸終端104至一個(gè)或多4^巨離的接收終端106 的光信息路徑102上發(fā)送多個(gè)光信道。該典型系統(tǒng)100可以是B巨離海底系統(tǒng)， 該系統(tǒng)被配置用于從發(fā)射機(jī)向5000公里或更遠(yuǎn)外的接收機(jī)發(fā)送信道。盡管在光 系統(tǒng)的上下文中描述了典型實(shí)施例，并該實(shí)施例與長(zhǎng)距離WDM光系統(tǒng)結(jié)合時(shí) 才有用，但這里討論的廣義概念可以在其他發(fā)射和接收其他類型信號(hào)的通信系
7統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，為了解釋方便本系統(tǒng)100已經(jīng)被描述為高度
簡(jiǎn)化的點(diǎn)到點(diǎn)的系統(tǒng)。例如，劃寸終端104和接收終端106當(dāng)然可以都被配置
為收發(fā)機(jī)，其中每一個(gè)都被配置來執(zhí)行劃寸和接收功能。然而，為了解釋方便， 在此僅僅關(guān)于發(fā)射或接收功能描寫和描述該終端。可以理解的是，符合本發(fā)明 公開內(nèi)容的系統(tǒng)和方法可以被結(jié)合在多種多樣的網(wǎng)絡(luò)組件和配置中。通過解釋 而不是限制的方式提供已闡明的典型實(shí)施例。
在闡明的典型實(shí)施例中，多個(gè)劃付幾TX1、 TX2…TXN中的針都在相關(guān) 聯(lián)的輸入端口 108-1、 108-2... 108-N上接收 信號(hào)，并在相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)V ^ ... 4上，該數(shù)據(jù)信號(hào)。發(fā)射機(jī)TX1 、 TX2... TXN中的一個(gè)或多個(gè)可被配置 通過使用多級(jí)調(diào)制格式并以符號(hào)速率進(jìn)行同步開銷調(diào)制將數(shù)據(jù)調(diào)制到該相關(guān)聯(lián) 的波長(zhǎng)上。當(dāng)然為了解釋方便，以高度簡(jiǎn)化的形式示出發(fā)射機(jī)。本領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到每個(gè)發(fā)射機(jī)可以包括電和光組件，這些組件被配置用于在具有 期望幅度和調(diào)制的其相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)。
所發(fā)送的波長(zhǎng)或者信道各自承載在多個(gè)路徑110-1、 110-2...110-N上。繊 信道被多路復(fù)用器或者組合器112組合到光路徑102上的聚合信號(hào)中。光信息 信道102可以包括光纖波導(dǎo)、光放大器、光濾波器、色散補(bǔ)償模塊和其他有源 和無(wú)源組件。
該聚合信號(hào)可以在一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程接收終端106上被接收。多路懶牟器114 將波長(zhǎng)^、 4...4上的傳輸信道分隔到相關(guān)聯(lián)的路徑116-1、 116-2...116-N上， 這些路徑與相關(guān)聯(lián)的接收機(jī)RX1、 RX2…RXN耦合。接收機(jī)RX1、 RX2...RXN 中的一個(gè)或多個(gè)被配置為解調(diào)所發(fā)送的信號(hào)，并在相關(guān)聯(lián)的輸出路徑118-1、 118-2、 118-3... 118-N上提供相關(guān)聯(lián)的輸出 信號(hào)。
圖2是符合本發(fā)明公開內(nèi)容的一個(gè)典型發(fā)射機(jī)250的簡(jiǎn)化框圖。盡管闡明 的典型實(shí)施例包括具體的多級(jí)調(diào)制格式，即DQPSK，和以符號(hào)速率^ 同步開 銷調(diào)制的調(diào)制器的配置，但是可以理解的是這里描述的典型實(shí)施例僅是為了闡 明而不是限制性的。符合本發(fā)明公開內(nèi)容的系統(tǒng)可以使用多級(jí)調(diào)制格式和/或開 銷調(diào)制的配置來實(shí)現(xiàn)。
所示典型實(shí)施例250包括激光器200，用于產(chǎn)生連續(xù)波(CW)光信號(hào)201。
該光信號(hào)可以與數(shù)據(jù)調(diào)制器耦合，用于使用多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式將數(shù)據(jù)信號(hào)編碼為光信號(hào)201。 ^M示的典型實(shí)施例中，光信號(hào)201與DQPSK數(shù)據(jù)調(diào)制器202 耦合，DQPSKM調(diào)制器202根據(jù)DQPSK調(diào)制格式調(diào)制信號(hào)，以一種熟知的 方式向其會(huì)好信息，并產(chǎn)生己調(diào)制的光信息信號(hào)203。 {頓DQPSK調(diào)制格式， 已調(diào)制光信息信號(hào)203可包括每符號(hào)兩數(shù)據(jù)比特。
數(shù)據(jù)調(diào)制器202可以從輸入數(shù)據(jù)源204接收將被給予光信號(hào)201的數(shù)據(jù)， 其可以是短距光信號(hào)。從輸入數(shù)據(jù)源接收的數(shù)據(jù)可以使用不同于由調(diào)制器202 鄉(xiāng)好的多級(jí)M調(diào)格式的調(diào)制格式進(jìn)fiH雕'J。光信號(hào)204可以在光接收機(jī)205 中被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。光接收機(jī)205可提供電 和時(shí)鐘信號(hào)206和207給多路 分角微208。例如，多路分角徵208可以在兩個(gè)線路209 (Dl)和210 (D2)上 提供比特去交織信號(hào)，以及時(shí)鐘信號(hào)207 —半速率的第二時(shí)鐘信號(hào)211 (Clk/2)。 這里的兩個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)209和210可以使用巳知的DQPSK編碼器電路212進(jìn)行 編碼，并且己編碼的信號(hào)可以在I和Q線路213和214上輸出，其可以驅(qū)動(dòng) DQPSK調(diào)制器202。
作為結(jié)果的DQPSK信號(hào)203可經(jīng)受一個(gè)或者多個(gè)額外的以符號(hào)速率同步 驅(qū)動(dòng)的開銷調(diào)制級(jí)。在所示的典型實(shí)施例中，符號(hào)速率是時(shí)鐘速率的一半，即 Clk/2 。開銷調(diào)制級(jí)可包括幅度調(diào)制器215，相位調(diào)制器216和/或極化調(diào)制器217， 并且產(chǎn)生同步己調(diào)制(以符號(hào)速率)DQPSK信號(hào)218。在符號(hào)速率時(shí)鐘信號(hào)經(jīng) 過相關(guān)的延遲調(diào)整和幅度調(diào)整之后，一個(gè)或多個(gè)調(diào)制級(jí)可以由符號(hào)速率時(shí)鐘信 號(hào)211 (Clk/2)來驅(qū)動(dòng)。例如，驅(qū)動(dòng)幅度調(diào)制器215的時(shí)鐘信號(hào)可以首先通過 延遲元件219，然后通過幅度調(diào)整220。驅(qū)動(dòng)相位調(diào)制器216的時(shí)鐘信號(hào)可以首 先M延遲元件221，然后通過幅度調(diào)整222。驅(qū)動(dòng)極化調(diào)制器217的時(shí)鐘信號(hào) 可以首先M延遲元件223，然后M幅度調(diào)整224。
符號(hào)速率時(shí)鐘211驅(qū)動(dòng)幅度調(diào)制器215的典型方式可fflil檢查光信號(hào)203 的電場(chǎng)分量來描述，幅度調(diào)制器作用于光信號(hào)203。在x-y坐標(biāo)系中，這些分量 可以表達(dá)為
<formula>formula see original document page 9</formula> (1)<formula>formula see original document page 9</formula>
這里^是光載波頻率，A必和Ay(t)假設(shè)為實(shí)際場(chǎng)幅度，實(shí)際場(chǎng)幅度可包括
任何 艘的調(diào)制，Ox(t)和0/t)是光相位分量，包括由調(diào)制器202纟好的 調(diào)制和任何可能存在的光相位調(diào)制。幅度調(diào)制器215可m僅改變實(shí)部幅度Ax(t)
和Ay(tM頓函數(shù)F(t)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，該函數(shù)是周期性的，并且具有基本的
頻率分量，該分量等于并且相位鎖定于時(shí)鐘信號(hào)211上。調(diào)制器215可以施加 額外的幅度調(diào)制，以便信號(hào)203的強(qiáng)度被乘以I(t)。此處假設(shè)周期性函數(shù)F(t)被
標(biāo)準(zhǔn)化在[+l， -l]限制的范圍內(nèi)，聰可以由下式給出
/(o二o.5n(卜5)F(,+ 。j+i+s] (3)
B=100"。m 0"。m《100 (4)
其中L是調(diào)制器215對(duì)信號(hào)203進(jìn)行幅度調(diào)制的百分比，l是與 調(diào)制有關(guān)的調(diào)制相位角。因而，I(t)可以是周期性函數(shù)F(t)的縮放函數(shù)，其具有 最大單位值、B的最小值，并且在時(shí)間上偏移^ 。 AM級(jí)別由幅度調(diào)整220來 設(shè)定，偏移^ 由可變延遲219來調(diào)整。來自幅度調(diào)制器225的信號(hào)可以由下面 的電場(chǎng)分量來表示
任何符合以上說明的周期性函數(shù)都可以為額外調(diào)制說明提供通用項(xiàng)。然而，
正弦調(diào)制可能是特別有用的。而且，本領(lǐng)域所熟知的驅(qū)動(dòng)幅度調(diào)制器215的電 信號(hào)可以是具有半符號(hào)速率頻率的正弦信號(hào)，由兩倍電壓驅(qū)動(dòng)(假設(shè)幅度調(diào)制 器215是Mach-Zehnder干涉計(jì)型調(diào)制器)。
相位調(diào)制器216和極化調(diào)制器217對(duì)信號(hào)的操作方式與幅度調(diào)制器215的 對(duì)信號(hào)的操作方式相似。這些組件可按包含額外相位項(xiàng)的方程(5)和(6)所描述的 方式運(yùn)行。例如，調(diào)制器216和217纟合予的符號(hào)速率處的同步調(diào)制可是正弦的。 調(diào)制級(jí)216和217可修改信號(hào)203的光相位，同時(shí)幅度不變化。在這種情況下， 光信號(hào)被纟舒的相位調(diào)制包括兩個(gè)不同且獨(dú)立的相位與極化調(diào)制器217相關(guān) 的相位^和與光相位調(diào)制器216相關(guān)的w因而，從極化調(diào)制器發(fā)起的光信號(hào) 218的相位角&和 可以是
10<formula>formula see original document page 11</formula>(7)
<formula>formula see original document page 11</formula> (8) 此處^和"y是極化調(diào)制器的相位調(diào)制指數(shù)，b是光相位調(diào)制器的相位調(diào)制
指數(shù)，^2分別是由延遲元件221和223設(shè)置的相位偏移，n是時(shí)鐘211設(shè)置的
比特率。
如方程(7)和(8)所示，光相位調(diào)制器216可以給予相同相位調(diào)制給光 信號(hào)的x和y分量。相應(yīng)地，光相位調(diào)制器216可以對(duì)信號(hào)203的光相位進(jìn)行 調(diào)制，而不調(diào)制它的極化。光相位調(diào)制器216不調(diào)制極化的原因可能是，光信 號(hào)的極化調(diào)制與在相位&和&之間的差成比例，并且由于光相位調(diào)制器對(duì)&和 ^進(jìn)fi^量的調(diào)制，因此該差并不受到光相位調(diào)制器216的影響。原則上，具 有這些電場(chǎng)分量的單頻信號(hào)的^可能極化態(tài)(State-of-Polarization) (SOP)都 能艦改變"^比率，同時(shí)保持fe+《;)值不變，并且改變?cè)?到2;r之間的相
關(guān)相位差A(yù)《來獲得。然而，極化調(diào)制器217可以艦僅改變相位《和^之差
艦光信號(hào)的SOP進(jìn)衍雕U，這足以提供一種調(diào)制周期中平均值較低的"極化 度，，(degree of polarization) (DOP)。
相應(yīng)地，輸出信號(hào)218可具有基本上等于零的極化度，并被稱為被擾亂的 極化。極化調(diào)制器217可用于在完整的龐加萊球(Poincare sphere)整個(gè)周期內(nèi) 超宗光信息信號(hào)218的SOP。可替換地，光信號(hào)的SOP可以沿著龐加萊球往返 運(yùn)動(dòng)。在任一種情況中，^H周制周期上的SOP的平均值基本上可以低于單位值。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，附圖2所示的不同調(diào)制器的功能僅僅是 解釋闡明，兩個(gè)或者更多的調(diào)制器可以在單一功能單元中實(shí)現(xiàn)。例如，通過使 數(shù)據(jù)信號(hào)213和214提供適合的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 調(diào)制器202可以也起幅度調(diào) 制器215的作用。此外，相位調(diào)制器216和極化調(diào)制器217的功能可以以對(duì)以于美國(guó)專利號(hào)為5,526,162的圖3所示的方式進(jìn)行組合，此處將其教導(dǎo)引入作為 參考。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到調(diào)制器可以按任何頓序提供。例如,如圖 2A所示，開銷調(diào)制可在數(shù)據(jù)調(diào)制之前給予，即數(shù)據(jù)調(diào)制器可以耦合到一個(gè)或多 個(gè)開銷調(diào)制器的輸出，或者開銷調(diào)制的一部分可以在數(shù)據(jù)調(diào)制之前提供，而幵 銷調(diào)制的另一部分在數(shù)據(jù)調(diào)制之后纟好。而且，僅使用所描述的調(diào)制器中的一 個(gè)或者多個(gè)是有用的。例如，在某些應(yīng)用中極化調(diào)制可能并不是必要的，并且 設(shè)備217、 224和223可能被省略。而且，開銷調(diào)制可S31電波形來產(chǎn)生，例如 M激光器的直接調(diào)制。這里《頓的表ii"通信鄰"耦合"指的是任何連接、耦合、 鏈接等等，通過它們， 一個(gè)系統(tǒng)元件承載的信號(hào)被給予'通信'或'耦合"元件。這
禾中"通信或者'耦合"設(shè)備不必直接相互連接，并且可以fflii中間光組件或者設(shè)備
進(jìn)行分離。
圖3示出了符合當(dāng)前所公開內(nèi)容的與刻寸機(jī)相關(guān)的一系列示例波形，其被 設(shè)置發(fā)送CRZ-DQPSK波形(即同步幅度和相位調(diào)制，沒有極化調(diào)制)。例如， 模式301可以表示信號(hào)204上的光數(shù)據(jù)，信號(hào)204根據(jù)不同于，機(jī)250 會(huì)舒的多級(jí)調(diào)制格式的典型'短距"格式進(jìn)行調(diào)制。波形301的 比特可以以 比特率B (或者等于比特時(shí)間T-1/B)出現(xiàn)在符合本發(fā)明所公開的，機(jī)的輸入 端中。例如，模式301的這個(gè)輸入數(shù)據(jù)流可以以40Gb/s比特率運(yùn)行，其使得比 特時(shí)間T為25psec。波形302和303表示了圖2的點(diǎn)225上信號(hào)的典型幅度和 相位。幅度特性302示出了占據(jù)符號(hào)時(shí)間S大約40%的脈沖。這些脈沖由幅度 調(diào)制器215形成，其中幅度調(diào)制指數(shù)(調(diào)制深度)是100%。在該圖中，符號(hào)時(shí) 間S是輸入數(shù)據(jù)的比特時(shí)間的兩倍(2T)。
為了改善系統(tǒng)BER，符合本發(fā)明公開內(nèi)容的系統(tǒng)中一個(gè)或更多發(fā)射機(jī)可包 括用于對(duì)調(diào)制數(shù)據(jù)應(yīng)用前向糾錯(cuò)(FEC)編碼的編碼器。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員 所熟知的是，F(xiàn)EC編碼本質(zhì)上將適合碼結(jié)合到數(shù)據(jù)流中，以檢測(cè)和糾正沒有先 前已知信息的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。糾錯(cuò)碼被產(chǎn)生用于數(shù)據(jù)流(即編碼)，并發(fā)送給接收機(jī)。 接收機(jī)可包括FEC解碼器用于恢復(fù)糾錯(cuò)碼，并使用這些碼糾正接收到的數(shù)據(jù)流 中的任何錯(cuò)誤(即解碼)。
已知有大量的糾錯(cuò)碼，每一糾錯(cuò)碼具有的不同特性與如何生成碼和隨后它 們?nèi)绾螆?zhí)行有關(guān)。這些碼的一些例子是線性的和周期性漢明碼、周期性
12Bose-Chaudhun-Hocquenghen (BCH)碼、巻積碼(Viterbi)、循環(huán)Golay和Fire碼， 一些較新碼如Turbo巻積和乘積碼(TCC、 TPC)。用于執(zhí)行多種糾錯(cuò)碼的硬件 和軟件配置已為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知。在符合本發(fā)明公開內(nèi)容的系統(tǒng)中， 例如如果使用了7。/。的FEC開銷，實(shí)際符號(hào)速率將增加7%，而且相應(yīng)的符號(hào)周 期 7%。
波形303表示的是點(diǎn)225處信號(hào)的光相位。此處RZ-DQPSK信號(hào)采取以W2 弧度間隔的4個(gè)傲級(jí)別(即0、 W2、 ；r、 3W2)之一。圖2中波形304表示的 是點(diǎn)226處的光相位。波形303和304之間的差是相位調(diào)制器216提供的正弦 相位調(diào)制。波形304表示的是具有1個(gè)弧度峰峰相位調(diào)制的正弦相位調(diào)制。304 描述的信號(hào)相位在符號(hào)時(shí)間內(nèi)不是恒定值，但連續(xù)比特之間的相位差是恒定。 因而，差分相位調(diào)制器仍可對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)而不沒有"背靠背"衰耗惡化。這在 Neal S.Bergano的公開號(hào)為2004/0161245的美國(guó)專利"Synchronous amplitude modulation for improved performance of optical transmission systems"中進(jìn)行了描 述，此處將其教導(dǎo)齡引入作為參考。
圖4圖示了典型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，即符合本發(fā)明公開內(nèi)容的系統(tǒng)育嫩提高光傳 輸系統(tǒng)的非線性容錯(cuò)。加入由幅度調(diào)制器215、相位調(diào)帶U器216禾口/或極化調(diào)制 器217提供的額外調(diào)制的動(dòng)機(jī)是，改善光 傳輸系統(tǒng)中的傳輸性能。該圖表 示了為三種不同調(diào)制格式收集的數(shù)據(jù)，這三種調(diào)制格式ffl31使用圖2中所示的 典型劃寸器是可以的。
在此實(shí)驗(yàn)中，發(fā)射了 28個(gè)具有133GHz信道間隔和42.7Gb/s比特速率的 WDM信道。DQPSK調(diào)制器由兩個(gè)21.4Gb/s預(yù)編碼2154偽隨機(jī)比特流來驅(qū)動(dòng)。 鄰近信道被隨機(jī)極化(PRZ)或者正交極化(CRZ)，并利用反向和延遲數(shù)據(jù)模 式調(diào)制。
在色散預(yù)補(bǔ)償后，WDM信號(hào)被發(fā)送到6550km傳輸距離處的循環(huán)環(huán)形測(cè)試 臺(tái)。468km環(huán)形測(cè)試臺(tái)由12個(gè)單級(jí)C-bandEDFA， 9個(gè)45km斜率匹配跨度和 2個(gè)30km補(bǔ)償跨度組成。這些數(shù)據(jù)是14次經(jīng)過468km環(huán)形測(cè)試臺(tái)收集的，共 產(chǎn)生了 6550km傳輸距離。斜率匹,度由27km大有效面積光纖(IOO，2 ， +20ps/nm/km)組成，其后是18km反向色散光纖(30戶2 ， 40ps/nm/km)。測(cè)量 的剩她tt斜率是2fs/nm"/km，并且測(cè)量的測(cè)試臺(tái)(包括光纖、EDFA和所有 分量)PMD是0.056ps/sqrt(km)。在接收機(jī)中，在色散后補(bǔ)償之后，測(cè)量的信道是被濾波，并使用21.4GHz Mach-Zehnder延遲干、^i十進(jìn)fil軍調(diào)的。兩個(gè)光輸出被發(fā)送給平衡接收器。
前面的工作示出了同步調(diào)制能夠用來在損耗光譜效率條件下改善非線性容 錯(cuò)性(Neal S. Bergano等;Electronics Letters, vol.32,no.l,pp.52-54,Jan.1996)。由于 DQPSK光譜大概是DBPSK的光譜一半，因此重要的光譜間隔(同樣的光譜效 率)對(duì)于同步調(diào)制也是可用的。
圖4示出6550km后用于PRZ-DQPSK、 CRZ-DQPSK和RZ-DQPSK格式 的性能與信道功率。同步極化(PRZ)和相位調(diào)制(CRZ)格式展示了比 RZ-DQPSK更好的非線性容錯(cuò)性，這是由于更低的光譜密度。PRZ-DQPSK可 從每比特快速極化變化中獲益。信道功率容錯(cuò)性可增加 1.5dB，并且性能比 RZ^DQPSK格式的性能提高ldB。
圖5示出了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的具有不同幅度調(diào)制級(jí)另iJ/深度的典型系統(tǒng) 輸出中的幅度"眼圖"。幅度調(diào)制器和相位調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)是可調(diào)整(例如分 別使用幅度調(diào)整裝置220， 222),并且能用于優(yōu)化特殊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳輸性能。例 如，眼圖50卜506對(duì)應(yīng)0。/。(即沒有同步幅度調(diào)制)、20%、 40%、 60%、 80%和 100%的調(diào)制深度。在某些應(yīng)用中，以損害更大光帶寬來減少脈沖寬度是有優(yōu)勢(shì) 的，然而在其它應(yīng)用中，正確工程折衷可能是相反的。以相似的方式，在一些 應(yīng)用中，在調(diào)制器216中使用大相位調(diào)制指數(shù)是有優(yōu)勢(shì)的，然而以其它方式， 在其他應(yīng)用中，正確的工程折衷可能是相反的。
圖6示出了符合本發(fā)明公開內(nèi)容的系統(tǒng)輸出中的幅度"眼圖"，該'眼圖"在數(shù) 據(jù)符號(hào)和同步幅度調(diào)制間具有不同的延遲設(shè)置(例如使用不同的延 置219)。 圖6中所有的眼圖是以60%的AM指數(shù)進(jìn)行顯示的。因而，眼圖601與眼圖504 相似，眼圖601被計(jì)算用于0。時(shí)間偏移和60%AM調(diào)制指數(shù)。眼圖602和603 分別被計(jì)算用于-15°和-30°，而眼圖604和605被計(jì)算用于+15°和+30°。該可調(diào) 整的"偏斜"能用于改善傳輸性能。
驅(qū)動(dòng)和延遲的樹以優(yōu)化也適合于相位和極化調(diào)制部分。由于當(dāng)這三種同步 調(diào)制與相位調(diào)制一起i頓時(shí)，用于幅度調(diào)制器的最優(yōu)調(diào)制指數(shù)可變化，因此為 了獲得最優(yōu)盼性能，所有三種同步調(diào)制可以一起進(jìn)行優(yōu)化。為了選定的調(diào)制格 式可以優(yōu)化:tte擇接收光纖濾波器的選擇。
根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，提供了一種方法和裝置，其通過使用與多級(jí)傳輸格式結(jié)合的同步開銷調(diào)制來改善用于單信道和WDM的長(zhǎng)距離高速光傳輸性 能。這種開銷調(diào)制育^多是幅度調(diào)制、相位調(diào)制和/或與符號(hào)速率同步的極化調(diào)制 的組合。
例如，差分四相相移鍵控(DQPSK)能夠用于發(fā)送每符號(hào)兩比特。JOT每 符號(hào)兩比特能減少某些類型的損耗，這些損耗取決于如PMD之類符號(hào)的長(zhǎng)度和 與色散相關(guān)的損耗。高速 信號(hào)可以被多路，軍，并被編碼至兩條路徑上(通 常稱為"同柑鄰'四相"分量的I和Q)。 I和Q分量可使用DQPSK調(diào)制器調(diào)制光 信號(hào)。這個(gè)基本DQPSK信號(hào)可增加與符號(hào)速率同步的開銷調(diào)制。最終的信號(hào) 更能容忍通常在光波傳輸系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的失真，因而能夠提供更好的傳輸性能。
根據(jù)公開的一個(gè)方面，提供了一種用于發(fā)射光信號(hào)的裝置，該裝置包括 數(shù)據(jù)調(diào)制器，其被配置用于使用多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式調(diào)制光信號(hào)上的數(shù)據(jù)，來提 供數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)，其包括多個(gè)比特的所述數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在符號(hào)速率所提供的多 個(gè)輸出符號(hào)的每個(gè)上編碼；以及至少一個(gè)開銷調(diào)制器，其被配置用于以至少一 種特征的符號(hào)速率給予周期性調(diào)制，該特征從由所述光信號(hào)的幅度、所述光信 號(hào)的相位和所述光信號(hào)的極化構(gòu)成的組中選取。
根據(jù)公開的另一個(gè)方面，提供了一種傳輸系統(tǒng)，其包括發(fā)射機(jī)、與所述發(fā) 射機(jī)耦合的光傳輸路徑和與光傳輸路徑耦合的接收機(jī)。。發(fā)射機(jī)可包括數(shù)據(jù)調(diào)制 器，其被配置用于使用多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式調(diào)制光信號(hào)上的數(shù)據(jù)，來提供數(shù)據(jù)調(diào) 制信號(hào)，其包括多個(gè)比特的所述數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在符號(hào)速率所提供的多個(gè)輸出符 號(hào)的每個(gè)上編碼；至少一個(gè)開銷調(diào)制器，其被配置用于以至少一種特征的符號(hào) 速率給予周期性調(diào)制，該特征從由所述光信號(hào)的幅度、所述光信號(hào)的相位和所 述光信號(hào)的極化構(gòu)成的組中選取。
根據(jù)公開的另一個(gè)方面，提供了一種用于在 信系統(tǒng)上調(diào)制光信號(hào)以傳 輸?shù)姆椒ǎ@個(gè)方纟跑括使用多級(jí)調(diào)制格式調(diào)制光信號(hào)上的數(shù)據(jù)，來編碼多個(gè) 比特的所述數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在符號(hào)速率所提供的多，出符號(hào)的每個(gè)中；以至少 一種特征的符號(hào)速率給予周期性調(diào)制，該特征從由所述光信號(hào)的幅度、所述光 信號(hào)的相位和所述光信號(hào)的極化構(gòu)成的組中選取。
雖然這里描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是在M31說明性而非限制性的方式示 出了使用符合本發(fā)明公開的系統(tǒng)或方法的若干實(shí)施例中的一些。本令頁(yè)域技術(shù)人 員很容易理解到，在本質(zhì)上不偏離所公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以做
15出許多其它實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種用于發(fā)射光信號(hào)的裝置，包括數(shù)據(jù)調(diào)制器，其被配置用于使用多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式調(diào)制光信號(hào)上的數(shù)據(jù)，來提供數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)，所述數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)包括多個(gè)比特的所述數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在符號(hào)速率所提供的多個(gè)輸出符號(hào)的每個(gè)中編碼，以及至少一個(gè)開銷調(diào)制器，其被配置用于以至少一種特征的符號(hào)速率給予周期性調(diào)制，該特征從由所述光信號(hào)的幅度、所述光信號(hào)的相位和所述光信號(hào)的極化構(gòu)成的組中選取。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中以所述符號(hào)速率的所述周期性調(diào)制包括 至少兩^K寺征的周期性調(diào)制，這兩個(gè)特征從由所述光信號(hào)的所述幅度、所述光 信號(hào)的所述相位和所述光信號(hào)的所述極化構(gòu)成的組中選取。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中以所述符號(hào)速率的所述周期性調(diào)制包括 所述光信號(hào)的所述幅度、所述光信號(hào)的所述相位和所述光信號(hào)的所述極化的每 個(gè)的周期性調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)幅度調(diào)整機(jī)制，用于選擇性地改^^述周期性調(diào)制的級(jí)別。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)可變的延遲機(jī) 制，用于選擇性地改^m述周斯性調(diào)制相對(duì)所述輸出符號(hào)的定時(shí)。
6. 根據(jù)權(quán)禾腰求1所述的裝置，其中所述多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式是差分四相相移 鍵控(DQPSK)調(diào)制格式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式是四相相移鍵控 (QPSK)調(diào)制格式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)包括前向糾錯(cuò)(FEC) 編碼。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中以所述符號(hào)速率的所述周期性調(diào)制由與 所述 調(diào)制器耦合的時(shí)鐘建立。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述至少一個(gè)開銷調(diào)審U器與所述數(shù)據(jù) 調(diào)制器的輸出耦合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述數(shù)據(jù)調(diào)制器與所述至少一個(gè)開銷調(diào)制器的輸出耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述數(shù)據(jù)由所述裝置以不同于所述多 級(jí)娜調(diào)制格式的調(diào)制格式進(jìn)行接收。
13 —種傳輸系統(tǒng)，包括鄉(xiāng)機(jī)，所述發(fā)射機(jī)包括數(shù)據(jù)調(diào)制器，其被配置用于使用多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式調(diào)制光信號(hào)上的 ， 來提供數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)，所述數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)包括多個(gè)比特的所述數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在 符號(hào)速率所提供的多個(gè)輸出符號(hào)的每個(gè)中編碼-,至少一個(gè)開銷調(diào)制器，其被配置用于以至少一種特征的所述符號(hào)速率給予 周期性調(diào)制，該特征從由所述光信號(hào)的幅度、所述光信號(hào)的相位和所述光信號(hào) 的極化構(gòu)成的組中選?。慌c所述發(fā)射機(jī)耦合的光傳輸路徑；以及與光傳輸路徑耦合的接收機(jī)。
14 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中以所述符號(hào)速率的所述周期性調(diào)制包括至少兩個(gè)特征的周期性調(diào)制，這兩個(gè)特征從由所述光信號(hào)的所述幅度、所述 光信號(hào)的所述相位和所述光信號(hào)的所述極化構(gòu)成的組中選取。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中以所述符號(hào)速率的所述周期性調(diào)制包 括所述光信號(hào)的所述幅度、所述光信號(hào)的所述相位和所述光信號(hào)的所述極化的 每個(gè)的周期性調(diào)制。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，所述裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)幅度調(diào)整機(jī) 制，用于選擇性地改^^述周期性調(diào)制的級(jí)別。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，所述裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)可變的延遲 機(jī)制，用于選擇性地改變所述周期性調(diào)制相對(duì)所述輸出符號(hào)的定時(shí)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式是差分四相相 移鍵控(DQPSK)調(diào)制格式。
19. 根據(jù)權(quán)禾腰求13所述的系統(tǒng)，其中所述多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式是四相相移鍵 控(DPSK)調(diào)制格式。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)包括前向糾錯(cuò)(FEC) 編碼。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中以所述符號(hào)速率的所述周期性調(diào)制由與所述數(shù)據(jù)調(diào)制器耦合的時(shí)鐘建立。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)開銷調(diào)制器與所述數(shù)據(jù) 調(diào)制器的輸出耦合。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)調(diào)律U器與所述至少一個(gè)開銷調(diào)制器的輸出耦合。
24. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)由所述^l材幾以不同于所述 多級(jí)翻調(diào)制格式的調(diào)制格式進(jìn)行接收。
25. —種用于在光通信系統(tǒng)上調(diào)制光信號(hào)以傳輸?shù)姆椒?，所述方法包?使用多級(jí)調(diào)制格式調(diào)制所述光信號(hào)上的數(shù)據(jù)，來編碼多個(gè)比特的所述數(shù)據(jù)，該 在符號(hào)速率所提供的多賴出符號(hào)的齡中；以至少一種特征的所述符號(hào)速率給予周期性調(diào)制，該特征從由所述光信號(hào) 的幅度、所述光信號(hào)的相位和所述光信號(hào)的極化構(gòu)成的組中選取。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括選擇性地調(diào)整在所述 符號(hào)速率處的所述周期性調(diào)制的級(jí)別。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括用于選擇性地改^^f 述光信號(hào)的幅度的所述周期性調(diào)律湘對(duì)所述輸出符號(hào)的定時(shí)。
全文摘要
一種裝置系統(tǒng)和方法，其中多級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)制格式(圖2)，例如DQPSK與符號(hào)速率同步幅度(215，圖2)、相位(216，圖2)和/或極化調(diào)制(217，圖2)結(jié)合。
文檔編號(hào)H04B10/04GK101438518SQ200780007889
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者A·N·皮利佩特斯基, M·尼索夫, N·S·伯加諾, 蔡金星 申請(qǐng)人:泰科電訊(美國(guó))有限公司