專利名稱：光接收機裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光傳輸，并且尤其涉及用于接收移相鍵控(PSK)光信號的方法和裝置。
背景技術(shù)：
與其它調(diào)制格式相比，PSK調(diào)制的使用以及特別是差分移相鍵控(DPSK)的使用已經(jīng)顯示出可以提供改善的性能。DPSK已經(jīng)顯示出在傳統(tǒng)使用的開/關(guān)鍵控(OKK)調(diào)制格式上提供3-dB的增強的接收機靈敏度。所述改善的接收機靈敏度允許采用DSPK調(diào)制的系統(tǒng)在沒有信號再生的情況下傳輸較長的距離。
還發(fā)現(xiàn)，與其它調(diào)制格式相比，DPSK信號傳輸對窄帶光濾波更健壯。這種特征使得DPSK調(diào)制成為用于光路由網(wǎng)絡(luò)的理想格式，所述網(wǎng)絡(luò)合并多個光分插復(fù)用器(OADM)或光交叉連接(OXC)。
為了充分利用移相鍵控(PSK)調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點，PSK光接收機典型地使用跟隨有平衡(balanced)光接收器的光延遲干涉儀來構(gòu)建。現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)建議，如果平衡接收機是完全振幅平衡的，則得到最佳的接收機性能。然而，對于合并了一個或多個光濾波器設(shè)備(例如OADMs或OXCs)的系統(tǒng)來說，會發(fā)現(xiàn)，對PSK信號的完全振幅平衡的接收的使用導(dǎo)致了降級的接收機性能。具體地，就PSK信號檢測時實現(xiàn)希望的誤碼率(BER)所要求的光信噪比而言，性能被降級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于改善在采用窄帶光濾波的系統(tǒng)中傳輸?shù)墓釶SK信號的接收的方法和裝置。通過在接收機處把光PSK信號轉(zhuǎn)換為兩個強度調(diào)制(intensity-modulated)的信號，并在所述兩個信號之間引入希望的振幅不平衡，從而實現(xiàn)改善的接收。通過有效地減輕由于窄帶光濾波造成的任何降級的接收機性能以及減小用于基本無差錯(error-free)的傳輸所要求的光信噪比，所述振幅不平衡的引入改善了窄帶濾波的PSK信號的接收機性能。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時可以更好地理解前面的概述和下面本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述。為了舉例說明本發(fā)明，目前優(yōu)選的實施例在附圖中示出。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所示的確切的布置和手段。
在附圖中圖1是可以根據(jù)本發(fā)明的實施例而被使用的接收機裝置的示意圖；圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接收機裝置的試驗性光傳輸系統(tǒng)的示意圖；圖3是示出通過零、一、二、和五個光分插復(fù)用器(OADMs)的傳輸之后載波抑制歸零差分移相鍵控(CSRZ-DPSK)信號的光譜的圖；圖4是示出達(dá)到約10-3的誤碼率(BER)所要求的OSNR(所要求的OSNR)相對于用于各種OADM級連的光電流不平衡的圖；和圖5是示出OSNR損失(penalty)相對于用于各種OADM級連的光電流不平衡的圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的各方面的用來接收窄帶濾波的光PSK信號的光接收機裝置100的示意圖。如這里所用的那樣，“窄帶濾波的”或“強濾波的(strongly fitered)”光信號是指承載例如B千兆比特/s的數(shù)據(jù)速率的信息的光信號，所述信號用大約B千兆赫茲(即，大約所述數(shù)據(jù)速率的一倍)帶寬的光濾波器而被光學(xué)濾波。作為特定的例子，具有40千兆赫茲帶寬的“窄帶”光濾波器將對承載40千兆比特/s的信息的CSRZ-DPSK光信號進(jìn)行“強”濾波。
光接收機裝置100包括用來接收PSK信號的干涉儀110。干涉儀110優(yōu)選地是在干涉儀110的臂111A、111B之間提供大約一比特延遲的Mach-Zehnder延遲干涉儀(MZDI)。干涉儀110把輸入的PSK信號轉(zhuǎn)換成第一和第二光強度調(diào)制信號(例如，在MZDI的建構(gòu)(constructive)和解構(gòu)(destructive)輸出端口)。第一和第二光強度調(diào)制信號分別是從干涉儀110在輸出端口110A和110B上輸出的。
兩個光電二極管115A、115B分別被耦合到干涉儀110的輸出端口110A、110B。所述光電二極管115A、115B被用來差分地檢測第一和第二光強度調(diào)制信號，以及產(chǎn)生電強度調(diào)制信號(即產(chǎn)生表示第一和第二光強度調(diào)制信號的光電流)。所述光電二極管115A、115B優(yōu)選地是相同的InP波導(dǎo)PIN光電二極管。
一個或多個振幅衰減器/增益單元120A、120B、120C、120D被用來控制或調(diào)節(jié)來自干涉儀110的第一和第二光強度調(diào)制信號或者來自光電二極管115A、115B的第一和第二電強度調(diào)制信號中的至少一個的功率(即振幅)。衰減器/增益單元120A、120D例如可以是可變的光衰減器、可變的光增益設(shè)備、或任何能夠控制第一和/或第二光強度調(diào)制信號的功率的設(shè)備。衰減器/增益單元120B、120C例如可以是電可變的增益放大器、可變的電衰減器、或任何能夠控制第一和/或第二電強度調(diào)制信號的功率的設(shè)備。
衰減器/增益單元120A、120B、120C、120D優(yōu)選地被用來在第一和第二光強度調(diào)制信號之間，和/或在第一和第二電強度調(diào)制信號之間引入振幅不平衡。應(yīng)當(dāng)理解，對于完全平衡的接收機，即在理想的PSK調(diào)制和寬的光濾波下產(chǎn)生相等振幅的第一和第二電強度調(diào)制信號的接收機，一旦接收的PSK信號經(jīng)過窄帶濾波，“固有的”不平衡存在于第一和第二強度調(diào)制信號(光的或電的)之間。因此，根據(jù)本發(fā)明的各方面，在第一和第二強度調(diào)制信號(光的或電的)之間引入振幅不平衡包括向“平衡的”信號引入不平衡、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(例如優(yōu)選的)接收機性能。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，振幅不平衡的引入包括改變第一和第二光強度調(diào)制信號、和/或第一和第二電強度調(diào)制信號的振幅比例。通過改變第一和第二電強度調(diào)制信號的振幅的比例，在由窄帶光濾波所影響的第一和第二電強度調(diào)制信號之間的光能量的固有分布以這樣的方式被改變形狀，即，接收機輸出信號(例如下面討論的接收機輸出信號160、280)變得更適合檢測。
全部的光電子的轉(zhuǎn)換因子可以分別由SA和SB給出。光電子轉(zhuǎn)換因子SA或SB被定義為光強度調(diào)制信號(例如在輸出110A處的)的光信號振幅和電強度調(diào)制信號(例如，如下面討論的那樣，在差分放大器150之前)的電信號振幅之間的比率。如上面討論的那樣，完全平衡的接收機具有SA＝SB的特征。SA對應(yīng)于延遲干涉儀的建構(gòu)輸出端口，和SB對應(yīng)于解構(gòu)端口。然后，在接收機設(shè)置中的任何不平衡可以使用接收機不平衡βA而被量化βA＝(SA-SB)/(SA+SB)，其中βA＝0對應(yīng)于完全的平衡的情況。
差分線性放大器150等優(yōu)選地被用來結(jié)合第一和第二電強度調(diào)制信號以產(chǎn)生代表接收到的PSK信號的接收機輸出信號160。
使用圖2中所示的試驗性傳輸系統(tǒng)200來測試本發(fā)明的各方面。包括串連的兩個LiNbO3Mach-Zehnder調(diào)制器(MZMs)發(fā)射機210被用來在1550.4nm處產(chǎn)生載波抑制歸零(CSRZ-DPSK)(即67％歸零DPSK信號)調(diào)制的單波長信道。第一調(diào)制器210A被21.30GHz的時鐘驅(qū)動，以及作為脈沖分割器(carver)以用來產(chǎn)生67％RZ的脈沖。通過在零點(null point)驅(qū)動第二調(diào)制器210B，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相位調(diào)制。
當(dāng)在試驗測試中使用加強的前向糾錯(FEC)數(shù)據(jù)速率(其有7％的開銷，類似于標(biāo)準(zhǔn)的FEC)時，在所述試驗中FEC實際上不被執(zhí)行。在發(fā)射機后使用100到50GHz的光交織器(interleaver)(IL)220(具有～44GHz的3-dB帶寬)以提供CSRZ-DPSK信號的預(yù)濾波。
再循環(huán)環(huán)230包括單個10-km范圍的SSMF光纖，緊隨其后的是提供全色散補償?shù)男甭势ヅ渖⒀a償模塊(DCM)235。所述再循環(huán)環(huán)230還包括具有背靠背連接的IL240A和解交織器(D-IL)240B的OADM 240，這仿真了一條通過OADM節(jié)點的嚴(yán)格濾波的路徑。
在系統(tǒng)的接收機側(cè)使用EDFA預(yù)放大器250，緊隨其后的是50到100GHz的D-IL 255?？烧{(diào)的色散補償器(TDC)(沒有示出)被用來使CSRZ-DPSK信號的凈色散約為零。
接收機257被耦合到再循環(huán)環(huán)230，并包括在兩個臂之間具有1-bit延遲(23.4ps)的MZDI 260、可變的光衰減器265A、265B和光前端(OFE)270。MZDI 260被用來在兩個輸出端口260A、260B把輸入的CSRZ-DPSK信號轉(zhuǎn)換成第一和第二光強度調(diào)制信號(根據(jù)鄰近比特之間的相位差)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，當(dāng)在CSRZ-DPSK信號的鄰近比特之間沒有相位變化時，最大功率出現(xiàn)在一個輸出端口(即“建構(gòu)”端口)，以及在鄰近比特內(nèi)的相位以π不同時，最大功率出現(xiàn)在另一個端口(即“解構(gòu)”端口)。
使用可變的光衰減器265A和265B來調(diào)節(jié)第一和第二光強度調(diào)制信號的光功率水平，以在第一和第二光強度調(diào)制信號之間引入希望的振幅不平衡。
包括跟隨有差分線性放大器275的兩個相同的InP波導(dǎo)PIN光電二極管270A、270B的OFE 270被用來檢測第一和第二光強度調(diào)制信號和產(chǎn)生接收機輸出信號280。
在光電二極管270A、270B處的平均光電流被監(jiān)測。然后使用商業(yè)的電解復(fù)用器290把接收機輸出信號280從42Gb/s解復(fù)用到10Gb/s，和測量BER。在環(huán)操作中，測量的BER是四個10.7Gb/s支路上的平均值。
圖3示出了經(jīng)過零、一、二、和五個OADMs之后的CSRZ-DPSK信號的光譜，其舉例說明了由于濾波器級連而變窄的光譜。在圖2的試驗性傳輸系統(tǒng)200中使用的交織器240A、240B是標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)上可用的10-Gb/s交織器和3-dB和20-dB帶寬分別是～44GHz和62GHz的三階高斯濾波器。
在被強濾波的CSRZ-DPSK上的振幅不平衡的影響被研究，關(guān)于達(dá)到10-3的目標(biāo)BER(即，無差錯操作的門限(使用增強的FEC的校正的BER是10-6或更好))所要求的光信噪比(OSNR)來評估圖2的試驗傳輸系統(tǒng)200的性能。
通過使用在OFE270之前的衰減器256A、256B調(diào)節(jié)信號的光功率，輸入到OFE270中的第一和第二光強度調(diào)制信號之間的振幅不平衡被引入。可以關(guān)于在時間平均的光電二極管電流內(nèi)的不平衡(βI)來定義在OFE270處的振幅不平衡βI＝(Icons-Ides)/(Icons+Ides)，其中Icons和Ides是由來自光電二極管270A、270B的第一和第二電強度調(diào)制信號產(chǎn)生的平均光電流。對于Icons＝Ides，βI＝0和光電流平衡的檢測被完成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，正的(負(fù)的)βI對應(yīng)于來自建構(gòu)(解構(gòu))端口的加重的信號。根據(jù)上面的教導(dǎo)，可以理解，加重信號可以由于窄帶光濾波而自然地發(fā)生，也可以由于改變口A而故意地發(fā)生。對于βI＝+1(βI＝-1)，建構(gòu)(解構(gòu))端口的單端的檢測被實現(xiàn)。
通過借助于在預(yù)放大器250之前載入ASE噪聲來降級接收到的OSNR直到測量的BER降級到10-3，可以得到所要求的OSNR(OSNRReq)(即，接收到的CSRZ-DPSK信號的總信號功率除以在0.1nm帶寬內(nèi)所測量的放大自發(fā)發(fā)射(ASE)的比率)。圖4示出了作為多次通過所述OADM240的光電流不平衡(βI)的函數(shù)的CSRZ-DPSK信號的OSNRReq。“無濾波器”曲線對應(yīng)于當(dāng)在發(fā)射機或接收機處沒有交織器時的情況(有時被稱為“背靠背”的情況)。“無濾波器”曲線表示了在最小光濾波下可得到的性能，其中所述OSNRReq對于正的和負(fù)的βI緩慢的增長。“無OADM”曲線對應(yīng)于當(dāng)包括在發(fā)射機210和接收機257處的交織器222、255時的情況。隨著OADM節(jié)點的數(shù)目增加，當(dāng)接收機257被平衡時OSNRReq快速地增長。性能甚至還對于負(fù)的βI降級。正的βI導(dǎo)致了顯著改善的接收機性能。所述改善在圖4中插入的電眼圖中也是明顯的。
在10-3BER處的OSNR損失被定義為通過完全平衡檢測的背靠背濾波(無濾波器)OSNRReq后的OSNRReq。圖5中示出了所述OSNR損失為光電流不平衡(βI)的函數(shù)，并且所述OSNR損失對于正的βI值被有效地最小化。對于+0.55的不平衡βI，相對于通過平衡檢測(βI＝0)的13dB，經(jīng)過四個OADM節(jié)點后，在10-3的BER處的OSNR損失是3.2dB。從圖5中可以看出，隨著OADM級連的數(shù)目增長，OSNR損失對于負(fù)的βI快速地增長。同樣地，隨著由于緊(tight)濾波而造成的失真增加，接收機257的性能對任何不平衡變得更敏感(相比未濾波的情況)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里披露的方法和裝置可以被用于有益地使用平衡檢測來解碼的各種其它調(diào)制格式，包括但不限于DPSK、CSRZ-DPSK、差分正交PSK(DQPSK)、移頻鍵控(FSK)、極化移位鍵控(PolSK)、最小頻移鍵控(MSK)等。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對上面描述的實施例進(jìn)行修改，而不脫離其廣泛的發(fā)明思想。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所披露的特定的實施例，而是意欲覆蓋由所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于接收窄帶濾波的光移相鍵控(PSK)信號的方法，包括在接收機處把PSK信號轉(zhuǎn)換成第一強度調(diào)制信號和第二強度調(diào)制信號；和在所述第一和第二強度調(diào)制信號之間引入希望的振幅不平衡，以改善接收機性能。
2.根據(jù)權(quán)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驟基本上減輕了由于窄帶光濾波所造成的任何降級的接收機性能。
3.根據(jù)權(quán)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驟基本上減小了用于基本無差錯的傳輸所要求的PSK信號的光信噪比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用光衰減器和光增益單元中的至少一個來執(zhí)行引入所述希望的振幅不平衡的步驟。
5.一種用于接收窄帶濾波的光移相鍵控(PSK)信號的方法，包括在接收機處把PSK信號轉(zhuǎn)換成第一光強度調(diào)制信號和第二光強度調(diào)制信號；使用多個光電二極管來檢測所述第一和第二光強度調(diào)制信號，以產(chǎn)生第一電強度調(diào)制信號和第二電強度調(diào)制信號；和在第一和第二電強度調(diào)制信號之間引入希望的振幅不平衡，以改善接收機性能。
6.根據(jù)權(quán)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驟基本上減輕了由于窄帶光濾波所造成的任何降級的接收機性能。
7.根據(jù)權(quán)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驟基本上減小了基本無差錯的傳輸所要求的PSK信號的光信噪比。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中使用電衰減器和電增益單元中的至少一個來執(zhí)行引入所述希望的振幅不平衡的步驟。
9.一種光接收機裝置，包括用于在接收機處把PSK信號轉(zhuǎn)換成第一強度調(diào)制信號和第二強度調(diào)制信號的裝置；和用于在所述第一和第二強度調(diào)制信號之間引入希望的振幅不平衡以基本上減輕由于窄帶光濾波所造成的任何降級的接收機性能的裝置。
全文摘要
用于接收窄帶濾波的光PSK信號的方法和裝置，包括在接收機處把PSK光信號轉(zhuǎn)換成強度調(diào)制的信號，以及在第一和第二強度調(diào)制的信號之間引入希望的振幅不平衡以改善接收機性能。
文檔編號H04J14/02GK1815931SQ200610002450
公開日2006年8月9日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者安佳利·阿加瓦爾, 安德列斯·本茲, 塞薩瑪?shù)鹿摹ゅX德拉塞克哈爾, 比德·J.·文澤爾 申請人:朗迅科技公司