光通信信号发射机

摘要

一种光RZ-DPSK通信信号发射机包括：光载波源(1)；光电调制器(4)，所述光电调制器至少包括一个光程适于由电驱动信号(T)修改的元件(11、12)，以便基于所述驱动信号(T)对所述光纤载波进行强度调制；以及从电通信信号(DATA)生成所述驱动信号的驱动电路(6)。所述驱动信号(T)是脉冲型信号，具有在时间上由中性信号状态分开的两种类型的脉冲，其中，在调制器(4)中存在所述驱动信号的中性状态时，调制器(4)的发射变为零，并且所述两种类型的脉冲均在调制器(4)导致非零的发射和对每种类型的脉冲特定的相移。

权利要求

1.一种光RZ-DPSK通信信号发射机，它具有：光载波源(1)；光电调制器(4)，所述光电调制器至少包括其光程适于由电驱动信号(T)修改的至少一个元件(11、12)，以便基于所述驱动信号(T)对所述光载波进行强度调制；以及驱动电路(6)，用于由电通信信号(DATA)生成所述驱动信号，

其特征在于，所述驱动信号(T)是具有在时间上由中性信号状态分开的两种类型的脉冲的脉冲型信号，其中，所述两种类型的脉冲具有相反的符号，并且其中，当处于所述驱动信号的中性状态时，所述调制器(4)的发射变为零，并且所述两种类型的脉冲导致所述调制器(4)的非零发射和特定于各类型脉冲的相移。

2.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述特定的相移差为π。

3.如权利要求1或2所述的发射机，其特征在于，所述光电调制器(4)是干涉仪，其中所述干涉仪的至少一个臂(7、8)的光程可由所述驱动信号(T)控制，以使得臂(7、8)之间的光程差为所述载波波长的一半。

4.如权利要求1或2所述的发射机，其特征在于，它包括用于发射所述驱动信号(T)的两个导体(14a、14b)，其中，所述第一类型的脉冲在所述第一个导体(14a)上发射，而所述第二类型的脉冲在所述第二导体(14b)上发射。

5.如权利要求3所述的发射机，其特征在于，所述两臂(7、8)各自包括具有可控光程的元件(11、12)，其中第一元件连接到所述第一导体，而第二元件连接到所述第二导体。

6.如权利要求1或2所述的发射机，其特征在于，所述驱动电路(6)包括用于形成称为预编码信号(D)的信号的差分电路(17、18)，该信号表示所述电通信信号(DATA)的连续比特位之间的差，并且所述驱动信号从所述预编码信号(D)而获得。

7.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，所述差分电路(17、18)包括“异或”门(17)和双稳态触发器(18)。

8.如权利要求1或2所述的发射机，其特征在于，所述驱动电路(6)包括四对开关(T1、T2...T8)，每个开关具有第一、第二主端口以及控制端口，其中，在每对开关中，所述开关的第一主端口彼此连接，并在它们的控制端口上施加互逆输入信号(C、C、Q、Q)。

9.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，在第一、第二对开关(T1，T2；T3，T4)中，所述第二主端口连接到所述驱动电路(6)的两个输出端口(14)，而在第三、第四对开关(T5，T7；T6，T8)中，所述第二主端口之一与所述两个输出端口(14)之一相连，而另一第二主端口则分别连接到所述第一、第二对(T1，T2；T3，T4)的第一主端口。

10.如权利要求9所述的发射机，其特征在于，所述第一、第二开关对(T1，T2；T3，T4)的输入信号是时钟信号(C、C)，而所述第三、第四开关对(T5，T7；T6，T8)的输入信号是所述预编码信号(D)。

11.如权利要求8所述的发射机，其特征在于，在第一、第二和第三开关对(T1，T2；T3，T4；T5，T7)中，所述第二主端口连接到所述驱动电路(6)的两个输出端口(14)，而在第四对开关(T6，T8)中，公共第一主端口连接到电源电压，而每一第二主端口则分别连接到所述第一、第二对开关(T1，T2；T3，T4)的公共第一主端口之一。

12.如权利要求11的发射机，其特征在于，所述第一、第二和第三开关对(T1，T2；T3，T4；T5，T7)的输入信号是所述预编码信号(D)，而所述第四对开关(T6，T8)的输入信号是时钟信号(C、C)。

13.如权利要求1、2、5、7、9、10、11或12所述的发射机，其特征在于，用于改变所述脉冲持续时间与所述中性状态持续时间之比的控制装置(19)。

14.如权利要求13所述的发射机，其特征在于，所述控制装置是位于所述驱动电路(6)的时钟线上的单稳态触发器(19)。

说明书

技术领域

本发明涉及光RZ-DPSK(归零差分相移键控)通信信号发射机。此类发射机用于以高数据率在光纤上发送通信信号。用于生成相移键控信号的光发射机一般包括激光器和调制器，所述激光器用于生成窄带光载波，而所述调制器接收来自所述激光器的光载波并基于施加给它的、其中信息经过编码的通信信号对该光载波进行相移键控。载波在通过相位调制器后其强度未被调制修改。传输质量的改进，即误码率的改善和/或增加传输距离而无需改变信号功率可通过在这种信号上施加RZ包络而实现，因此，传输信号的符号彼此按某个时间间隔分开，在该时间间隔内，传输信号的强度变为零。

背景技术

用于相移健控RZ信号的先有技术光发射机一般具有如图1A所示的结构。激光器1充当被引导通过相位调制器2的恒定功率载波源，在该调制器中对该载波进行相移键控，相移对应于提供给相位调制器的二进制信息比特(通常为电通信信号DATA)。相位调制器2包括由诸如铌酸锂等双折射材料形成的波导管节，其折射率受施加了电通信信号DATA的电极的影响而变化，并且它因此可根据施加给它的通信信号的电平而具有两个不同的光程等级。相位调制器的输出信号M具有恒定功率，且由一系列可相对于激光器1提供的载波取两个不同相移值的部分形成，分别如图1A中信号M的示意图中有阴影和无阴影的部分所示。不同的相移对应于图1A所示星座图中完全相对的点。不同相位的两个部分之间的过渡不是瞬时的，而是需要一个短的时间间隔，在该时间间隔内，调制器2输出信号M的相位持续变化，即，在这些时间内，已调制信号M的状态在星座图中单位圆上移动，在该单位圆上，有两个对应于一个符号的相态。
为抑制信号M中不确定相位的过渡时间，相位调制器2在其输出上连接了强度调制器3，为此强度调制器提供了时钟信号CLK，该时钟的频率与通信信号数据的比特频率相同。强度调制器3以一系列脉冲的形式提供要在波导上输出的发射信号T，这些脉冲由具有零强度的时间间隔分开，并且可具有相移180度的两个相态。
RZ-DPSK光发射机的另一已知实施例中，相位调制器2被替换为干涉仪4，在该干涉仪中，至少其两臂之一具有可由通信信号S修改的光程。通过叠加在干涉仪的两臂上发射的部分信号而获得的干涉仪输出信号可根据两臂之间的光程差而具有不同的幅度，但它始终只具有两个可能的相位值，包括两个符号之间的过渡相(transition phase)。干涉仪4的输出信号因此具有不恒定的包络，但在每次相位变化时，已调制信号M的功率通过最低值。为由干涉仪4的输出信号形成RZ信号，通常引导输出信号通过强度调制器3，该调制器上施加了通信信号DATA的时钟CLK，正如图1A中的相位调制器2一样。
因此，这两种已知的RZ-DPSK发射机需要两个光调制器，它们不仅昂贵而且需要占用电路板上的大量空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光RZ-DPSK通信信号、制造成本经济并且只需占用电路板上少量空间的发射机。
所述目的通过具有权利要求1特征的发射机实现。
根据本发明的光电强度调制器必须包括至少一个光程适于由驱动信号修改的元件，以便不仅能够产生以通信信号调制的光载波的恒相强度变化，而且产生伴以倒相的零强度过渡。此类光电调制器可以例如干涉仪的形式形成，其中，至少一个臂具有适于由驱动信号控制的光程，但也可想到将施加了驱动信号的法拉弟旋转器与后继的线性偏光器结合使用。
为在接收端简化从发射机提供的输出信号中恢复所述通信信号的操作，发射机的驱动电路最好包括差分电路，该电路提供在下文称为预编码信号的信号，表示电通信信号两个连续比特之差，从中可获得施加给强度调制器的驱动信号。
此差分电路可简单地由“异或”门和双稳触发器形成。
信号处理电路可由4对开关简单而方便地形成，每个开关具有第一端口和第二主端口与控制端口，其中，在每对开关中，两个开关的第一主端口彼此连接，且在它们的控制端口上施加互逆信号；其中，在第一和第二对开关中，每对开关的各第二主端口分别连接到所述驱动电路的两个输出，并且在第三和第四对开关中，各对开关的两个主端口之一分别连接到所述两个输出之一，而另一主端口则分别连接到所述第一和第二对开关的第一主端口。在此类开关阵列中，所述第一和第二开关对的输入信号可以是时钟信号，而所述第三和第四开关对的输入信号可以是所述预编码信号；相反地，所述第一和第二开关对的输入信号可以是所述预编码信号，而所述第三和第四开关对的输入信号可以是时钟信号。
为实现所述发射机产生的所述通信信号的最佳范围和/或在此通信信号的接收器取得最佳信噪比，需要一种具有改变所述通信信号的占空比的装置，其允许针对给定应用优化所述占空比。这种装置例如可由单稳触发器形成，其在不稳定状态的停留时间是可控的。

附图说明

根据以下参考附图对本发明所作的描述，可通过示例明白本发明的其它特征和优点。
已经讨论过的图1A和1B是常规RZ-DPSK发射机及其星座图的方框图；
图2是根据本发明的发射机的方框图；
图3以示意图方式显示了干涉仪的结构；
图4是图2驱动电路的示范电路图；
图5是图2驱动电路的替代电路图；以及
图6是与图2发射机互补的接收器的方框图。

具体实施方式

图2所示本发明的光发射机包括驱动电路6，该电路从到达的两电平通信信号DATA生成预编码信号，该预编码信号的比特对应于通信信号DATA的两个连续比特之差。通过在预编码信号D的比特之间插入具有零电平的时间间隔，便得到RZ预编码信号，此信号从驱动电路6作为驱动信号T输出到干涉仪4的调制输入。干涉仪4的光输入端与激光器1相连，该激光器构成恒定功率的单色光载波的源，驱动信号T要调制在该单色载波上。
图3以示意图方式显示Machzehnder类型的干涉仪4的结构。两个平行波导分支7、8将光输入9连接到光输出10。每个分支7、8包含由诸如铌酸锂等材料制成的光波导管节形式的鲍尔克盒(pocket cell)11、12，其折射率在提供到光输入端9的载波的受施加到电极13上的电压所产生的电场影响的极化下是可变的。每个鲍尔克盒的两个电极13之一接地，并且另一电极施加有直流偏置电压BIAS，偏置电压BIAS选择为使两个分支7、8的光程差λ/2，其中λ是激光器1提供的载波的波长，并且它以直流非偶合方式连接到形成驱动信号T的对称输入的两个导体14a、14b之一。选择驱动信号T的脉冲幅度，以便这些脉冲在它们所作用的鲍尔克盒11、12中造成λ/2的光程变化。驱动信号T具有零电平时，在不同分支7、8上发射的载波的分量在输出10进行相消干涉，因此，无光功率发射。如果存在驱动信号T的脉冲，则两个分量进行相长干涉，并且视脉冲加到两个导体14a、14b中哪一个导体上而定，在输出10上提供反相的发射信号X。
图4显示了驱动电路6的结构的示例。最初假定为不对称的通信信号DATA施加到“异或”门17的输入端。“异或”门17的对称输出连接到D双稳触发器18的对称输入D、D。时钟输入C、C连接到对称时钟信号CLK。D双稳触发器18具有对称数据输出Q、Q，其反相输出反馈到“异或”门17的第二输入端。因此，该“异或”门形成通信信号DATA的当前比特与存储在D双稳触发器18中并在其输出端口输出的比特之间的(无符号)差。因此，如果在前一比特周期中，在输出端口Q的比特与通信信号DATA的比特不同，则在输出端口Q输出的比特值在一比特周期内始终为零，而如果它们相同，则该值为一。D双稳触发器19的数据和时钟输出端口Q、Q、C、C连接到四对晶体管T1到T8构成的网络。每对晶体管的发射极彼此直接相连。第一对晶体管T1、T2的基极分别连接到D双稳触发器18的输出端口Q、Q，正如第二对晶体管T3、T4的基极一样。类似地，第三和第四对晶体管T5、T7和T8、T6的基极分别连接到时钟信号C和反相时钟信号C。晶体管T5、T6的集电极连接到构成驱动电路的输出的导体14中的第一个导体，并经电阻R1接地；类似地，晶体管T8、T7的集电极连接到第二个导体14，并经电阻R2接地。第四对T6、T8的发射极连接到T2的集电极，第三对T5、T7的发射极连接到T3的集电极。第一和第二对的发射极分别经发射操作期间导通的晶体管T9、T10连接到电源电压且连接到电阻R9、R10。
上述开关网络可具有四种不同的输入状态，即Q＝C＝0；Q＝0，C＝1；Q＝1，C＝0和Q＝C＝1。在这些状态的第一状态中，晶体管T1、T9、T5、T3、T10导通，并且导体14a、14b经这些晶体管和电阻R9、R10连接到电源电压，因此，它们在同一电平，对应于零对称输出信号。在状态Q＝0，C＝1中，晶体管T1、T9、T7、T3和T10是导通，因此，导体14a处于电源电压。同时，晶体管T6、T5、T4被阻塞，因此，导体14b通过R2接地。在状态Q＝1，C＝0中，导体14a、14b分别通过晶体管T8、T2、T9和T4、T10连接到电源电压，因此，输出信号同样为零。在状态Q＝C＝1中，晶体管T6、T2、T9和T4、T10分别导通，因此，导体14b处于电源电压，而晶体管T8、T1和T3被阻塞，因此，导体14a接地。可以容易地看到，在时钟信号为C＝0时，晶体管T1到T10构成的网络始终提供零电平；而如果时钟信号为C＝1，则根据数据信号Q的值，脉冲出现在导体14a或14b上。由此得到了驱动信号T。由此驱动信号驱动的干涉仪4因此提供脉冲串形式的如图2所示的发射信号X，该脉冲串中的脉冲由具有零信号强度的时间间隔分开，并且在该脉冲串中，载波相位可取两个不同的值，这在图中由有阴影或没有阴影的脉冲表示。
根据高级的实施例，可在双稳触发器18之前或如图中虚线矩形框所示在双稳触发器18之后在时钟信号线Q、Q上插入单稳触发器19，此单稳触发器在不稳定状态的停留时间是可控的，并且比时钟信号周期短。通过这种对称地作用于信号Q、Q上的单稳触发器，发射信号的占空比，即，在脉冲持续时间与发射信号周期的持续时间之比可受控。
为保证在鲍尔克盒11、12上提供所需λ/2延迟的驱动信号T的电压电平，如图2所示，可在驱动电路6与干涉仪4之间插入放大器14。
图5显示用于根据本发明的发射机的驱动电路的第二示例。元件17、18、19、T9、T10、R1、R2、R9、R10在布置和功能上与图4所示的相同，因而无需重述。D双稳触发器18的数据和时钟输出端口Q、Q、C、C连接到由四对晶体管T1到T8构成的网络。每对晶体管T1、T2；T3、T4；T5、T7和T6、T8的发射极保持直接相连。第一对晶体管T1、T2的基极分别连接到时钟信号C、C。类似地，第二、第三和第四对晶体管T3、T4；T5、T7和T6、T8的基极分别连接到D双稳触发器18的输出Q、Q。晶体管T4、T5、T6的集电极连接到构成驱动电路输出的导体14中的第一个导体，并经电阻R1接地；类似地，晶体管T3、T8、T7的集电极连接到第二个导体14，并经电阻R2接地。晶体管对T6、T8的发射极连接到T2的集电极，晶体管对T5、T7的发射极连接到T1的集电极，以及晶体管对T3、T4的发射极经晶体管T10和电阻R10连接到电源电压。第一对晶体管T1、T2的发射极经晶体管T9和电阻R9连接到电源电压。在发射操作中，晶体管T9、T10均导通。在开关网络的四种输入状态Q＝C＝0；Q＝0，C＝1；Q＝1、C＝0和Q＝C＝1的第一状态中，晶体管T1、T3、T5、T8导通，并且两个导体14a、14b经晶体管T9、T10和R9、R10连接到电源电压，因此产生零输出信号。在状态Q＝0、C＝1中，晶体管T2、T3、T5、T8导通，因此，导体14a处于电源电压。同时，晶体管T1、T4、T6、T7被阻塞，因此，导体14b由R2接地。在状态Q＝1、C＝0中，晶体管T1、T4、T6、T7导通，因此导体14a、14b均处于电源电压，且同样产生零输出信号。在状态Q＝C＝1中，晶体管T2、T4、T6、T7导通，因此导体14b处于电源电压，并且导体14a接地。图5所示驱动电路的行为与图4电路的行为没有不同。
在图6所示的接收器中，通信信号DATA要从发射机信号X中恢复。为此，后者在定向耦合器20被分配到两根光纤21a、21b上，并且光纤21b中的信号被相对于光纤21a的信号延迟一比特周期。视接收到的信号X的两个连续脉冲的相位是相等还是相反而定，在第二定向耦合器22下游的光电检测器23发生相长干涉或相消干涉。光电检测器23提供脉冲输出信号，该脉冲输出信号的电平等于信号DATA的电平。