專利名稱：產(chǎn)生并檢測(cè)光差分可變多級(jí)相移鍵控/脈沖振幅調(diào)制(odvmpsk/pam)信號(hào)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速光通信的領(lǐng)域，更具體地涉及用于產(chǎn)生和檢測(cè)具有 高的頻譜和功率效率的振幅和差分相位編碼的信號(hào)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
支持具有高接收機(jī)靈敏度的高頻譜效率光通信需求的光調(diào)制格式 對(duì)將來(lái)的自由空間和陸地光通信是有吸引力的。光差分多級(jí)相移鍵控 (ODMPSK (optical differential multi-level phase shift keying)) 是獲得高頻譜效率的調(diào)制格式類型。已經(jīng)提出具有3比特/符號(hào)(symbol ) 的光差分8階相移鍵控(0D8PSK)格式(見，例如，C.Kim等人的
"Direct-detection optical differential 8-level phase-shift keying (0D8PSK) for spectrally efficient transmission" Optics Express vol. 12， pp. 3415-3421 ， 2004 )。也已經(jīng)提出將0副PSK和脈 沖振幅調(diào)制(PAM (phase amplitude modulation))組合使用以得到高 的頻語(yǔ)效率。已經(jīng)展示了基于差分正交相移鍵控(DQPSK)和4階脈沖振 幅調(diào)制格式(PAM)的4比特/符號(hào)(或16態(tài))調(diào)制格式(見，例如，L Sekine 等人的 "Proposal And Demonstration Of IO—G Symbol/sec, 16—ary (40Gb/s) Optical Modulat ion/Demodulat ion Scheme" ， Proceeding of European Conference on Optical Communication(ECOC' 04， paper We3,4. 5, 2004)。不幸地是，這些類型的調(diào)制格式具有幾個(gè)缺點(diǎn)。
更具體地，這些類型的調(diào)制格式的主要缺點(diǎn)是由于其符號(hào)星座效率 低所導(dǎo)致的接收機(jī)敏感度差 一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于給定的平均信號(hào)功率，為 了具有對(duì)噪聲高免疫的信號(hào)，期望使在調(diào)制格式的星座圖中的符號(hào)之間 的最小距離最大化。此外，對(duì)0DMPSK和ODMPSK/PAM的檢測(cè)是非常復(fù)雜 的。對(duì)于ODMPSK,需要高度穩(wěn)定的光解調(diào)器。還要求每個(gè)解調(diào)器能夠補(bǔ) 償由于周圍溫度改變或者信號(hào)栽波頻率漂移而造成的其干涉臂
(interfering arm)《間的相對(duì)相位的變化
發(fā)明內(nèi)容
使用根據(jù)本發(fā)明的原理的方法和裝置來(lái)生成多級(jí)相位和振幅調(diào)制
信號(hào)，以使對(duì)于該信號(hào)可能的多個(gè)振幅級(jí)(amplitude level)中的每 一個(gè)具有多個(gè)相位態(tài)，相位態(tài)的數(shù)目隨振幅級(jí)的增加而增加，其中該多 級(jí)相位和振幅調(diào)制信號(hào)具有較高的星座，并且不遭受與已知方法相關(guān)聯(lián) 的缺陷。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了功率-效率多級(jí)相位和振 幅調(diào)制信號(hào)，其中分配給給定的振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目與該振幅的大小 大致成比例，即，越大的振幅級(jí)被分配越多的相位態(tài)。該調(diào)制格式下文 中稱為光差分可變多級(jí)相移鍵控/脈沖振幅調(diào)制(ODVMPSK/PAM)。
在本發(fā)明的另一方面，提供用于接收ODVMPSK/PAM信號(hào)的方案，其 是通用的并且可以以簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。


圖1A到1C分別是OD32PSK、 0DQPSK/PAM8和40態(tài)0DVMPSK/PAM4 信號(hào)調(diào)制格式的星座圖，其中信號(hào)平均功率被歸一化。
圖2是根椐本發(fā)明的144態(tài)0DVMPSK/PAM8信號(hào)調(diào)制格式的星座圖，
其中信號(hào)平均功率被歸一化。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)制0DVMPSK/PAM信號(hào)的調(diào)制器裝置的示
例性實(shí)施例的方框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于接收0DVMPSK /PAM信號(hào)的接收機(jī)裝置的示 例性實(shí)施例的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下列說(shuō)明目的是說(shuō)明本發(fā)明的原理。因此將理解的是，本領(lǐng)域技術(shù) 人員能夠設(shè)計(jì)出盡管沒有在此處明確描述或示出、但體現(xiàn)了本發(fā)明的原 理并且包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種布置。此外，此處所迷的所 有例子和條件語(yǔ)言的主要目的特別地僅僅為了教學(xué)目的，以幫助讀者理 解本發(fā)明的原理和由(多個(gè))發(fā)明人為增進(jìn)本領(lǐng)域所貢獻(xiàn)的概念，并且 應(yīng)該被解釋為不局限于這樣的具體例子和狀況。此外，此處敘述本發(fā)明 的原理、方面、實(shí)施例及其特定例子的所有陳述目的是包含其結(jié)構(gòu)上和 功能上的等價(jià)物。此外，這樣的等價(jià)物意圖包含當(dāng)前已知的等價(jià)物和將 來(lái)開發(fā)的等價(jià)物，即，任何所開發(fā)的、無(wú)關(guān)結(jié)構(gòu)而執(zhí)行相同的功能的元 件。
除非此處另有具體說(shuō)明，圖未按比例畫出。在說(shuō)明書中，在每個(gè)不 同的圖中編號(hào)相同的部件指的是同一個(gè)部件。
5圖1A和1B分別示出了兩個(gè)示例性的光差分多級(jí)相移鍵控(ODMPSK) 調(diào)制4各式，即OD32PSK(即，32階ODMPSK)和0DQPSK/PAM8 (即，四階 ODMPSK/八階脈沖振幅調(diào)制)的星座圖。每個(gè)信號(hào)調(diào)制格式具有32個(gè)可 能的態(tài)或者符號(hào)。32個(gè)符號(hào)能代表五個(gè)信息比特。信號(hào)平均功率被歸一 化。眾所周知，這樣的星座圖在復(fù)平面中代表了 (多個(gè))數(shù)字光調(diào)制方 案。按照慣例，實(shí)軸和虛軸通常分別被稱為同相或I軸以及正交或Q軸。
圖1C示出根據(jù)本發(fā)明的示例性的具有4階脈沖振幅調(diào)制的40態(tài)光
差分可變多級(jí)相移鍵控調(diào)制格式0DVMPSK/PAM4。 40態(tài)0DVMPSK/PAM4格
式的符號(hào)位置如下
第一振幅級(jí)q.[i，乂-i,一y];
3;r 5;r 3;r .7丌
第二才展幅級(jí)"，—.[l,e^，e^，^7，e"乂l"乂T乂7L
第三振幅級(jí)a3-[1,^6乂3,^乂 3 乂6 ,e"乂6 ,e;3 乂2 乂 3 乂 6 ];和 第四振幅級(jí)
a,[l,eWeJT,eWeJ7乂Ty"乂T,乂T乂T乂T乂7乂丁]，
其中，[%"2，"3，"4]是PAM的振幅級(jí)的大小。對(duì)于PAM-m格式的優(yōu)選 的相對(duì)振幅約為
C.
) (1),
其中C是歸一化因子，m是PAM的振幅級(jí)的數(shù)目。如在本上下文中 使用的，術(shù)語(yǔ)"振幅"試圖指光場(chǎng)域中的振幅，它是光強(qiáng)度的平方根。 在示例性實(shí)施例中，假定光場(chǎng)中的隨機(jī)高斯噪聲，通過(guò)將信號(hào)的誤碼率 (BER (bit-error rate))最小化來(lái)確定最低振幅級(jí)的值為0. 9C。
在示例性的40態(tài)0DVMPSK/PAM格式中，在ai,^a3,a4振幅級(jí) (amplitude level )中的相位態(tài)的數(shù)量分別是4、 8、 12和16?？梢钥?到，在每個(gè)振幅級(jí)中的相位態(tài)的數(shù)目與振幅的大小成比例，即，振幅越 大，振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目越大。
在示例性實(shí)施例中，ODVMPSK/PAM信號(hào)具有m個(gè)振幅級(jí)并且每個(gè)振
幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目如下
/>(/) = 4.,,其中/ = 1,2,3..州 (2)符號(hào)態(tài)N的數(shù)目為 A^i尸(/)^4.,-2/w(/n + l) (3)
'=1
當(dāng)存在光噪聲時(shí)，每個(gè)符號(hào)在信號(hào)星座圖中的真實(shí)位置是隨時(shí)間變 化的并且按照由噪聲場(chǎng)的強(qiáng)度確定的同 一標(biāo)準(zhǔn)偏差偏離其初始位置。對(duì) 于差分檢測(cè)接收機(jī)，在接收機(jī)處任何兩個(gè)相互比較的符號(hào)之間的相位差 的間距影響接收機(jī)性能差分相位的間距越大，接收機(jī)性能越好。假設(shè) 在給定的時(shí)刻，兩個(gè)進(jìn)行比較的符號(hào)均處于具有p(i, t)的可能的相位 態(tài)的第i振幅級(jí)，可以使用相位品質(zhì)因數(shù)，來(lái)指示所有可能的符 號(hào)組合的接收機(jī)性能
,,/) = ~^~ (4)
其中C7是噪聲場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。注意，這樣選擇不同振幅級(jí)的每一個(gè) 的相位態(tài)的數(shù)目以使得信號(hào)星座被優(yōu)化以使信號(hào)的整體性能達(dá)到最佳， 如上所述。
假設(shè)在給定的時(shí)刻，第一進(jìn)行比較的(在先)符號(hào)處于具有P(j， t) 的可能的相位態(tài)的第j振幅級(jí)O力，第二進(jìn)行比較的(當(dāng)前)符號(hào)處于
具有p(i, t)的可能的相位態(tài)的第i振幅級(jí)fl(,，/)，可以使用以下相位品 質(zhì)因數(shù)，來(lái)指示所有可能的符號(hào)組合的接收機(jī)性能
,)=-'^ ,) (5)
比較等式4和5，可以理解，當(dāng)在先符號(hào)相比與當(dāng)前符號(hào)具有更小 的振幅時(shí)，接收機(jī)性能比反過(guò)來(lái)的糟糕。因此，對(duì)于給定的符號(hào)，根據(jù) 先前符號(hào)的振幅級(jí)可以有利地排除對(duì)相位態(tài)的 一 些選擇以便對(duì) ODVMPSK/PAM信號(hào)具有高靈敏度的差分檢測(cè)。當(dāng)當(dāng)前符號(hào)的振幅與其在 前符號(hào)相比更大時(shí)，當(dāng)前符號(hào)的所允許的相移狀態(tài)的數(shù)目等于其在前符 號(hào)的所允許的相移狀態(tài)的數(shù)目。因此，0DVMPSK/PAM信號(hào)的符號(hào)態(tài)的有 效數(shù)目乂#可以比其符號(hào)態(tài)的總數(shù)目N少。因此，每個(gè)振幅級(jí)的所允許
7的相位態(tài)的有效數(shù)目為
")
其中，第一總和代表振幅小于當(dāng)前符號(hào)的在先符號(hào)的所允許的相位態(tài)的數(shù)目，第二總和代表振幅不小于當(dāng)前符號(hào)的在先符號(hào)的所允許相位
態(tài)的數(shù)目。態(tài)的有效數(shù)目A^于是可以如下表示
~4|{淋[|柴+|>(力]} (7)
對(duì)于如圖1C中所示的40態(tài)ODVMPSK/PAM格式，態(tài)的有效數(shù)目是34，其對(duì)應(yīng)于每符號(hào)的比特的有效數(shù)目(bps)是5.09。
通過(guò)比較三個(gè)調(diào)制格式的符號(hào)間的最小距離，預(yù)期40態(tài)0DVMPSK/PAM4格式(圖1C)的接收機(jī)靈敏度可以比OD32PSK (圖U)和0DQPSK/PAM4 (圖1B)格式的接收機(jī)靈敏度好大約5dB。由40態(tài)0DVMPSK/PAM4格式所提供的態(tài)超過(guò)32態(tài)OD32PSK和ODQPSK/PAM4才各式所提供的態(tài)的額外數(shù)目可以被用于允許需要一定開銷(overhead)的強(qiáng)前向糾錯(cuò)(FEC);允許更好的接收機(jī)性能，如上所述；或者執(zhí)行改善傳輸性能的編碼調(diào)制。
ODVMPSK/PAM可以栽有甚至更多的比特/符號(hào)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的144態(tài)0DVMPSK/PAM8調(diào)制格式的星座圖。根據(jù)等式7,該格式的態(tài)的有效數(shù)目可以是120,這有效地對(duì)應(yīng)于大約7bps。
注意到，每符號(hào)的比特越多，ODVMPSK/PAM格式相比常規(guī)的ODMPSK和ODMPSK/PAM格式可以具有更高的接收機(jī)靈敏度優(yōu)勢(shì)。在7bps時(shí)，就接收機(jī)靈敏度而言，ODVMPSK/PAM8格式分別可以優(yōu)過(guò)OD128PSK和DQPSK/PAM32 12dB和 10dB。
在圖2中所示的ODMVPSK/PAM格式中，存在8個(gè)具有相對(duì)大小為C"[.9，1.9,2.9，3.9,4.9，5.9，6.9,7.9]^l振中縣級(jí)，其中C是!J3—J匕因子。戶斤述振幅級(jí)
的相位階的數(shù)目分別是[4, 8, 12, 16, 20, 24， 28， 32]。在所示的示例性調(diào)制格式中，當(dāng)振幅級(jí)的大小增加時(shí)，每一個(gè)振幅級(jí)中的相位態(tài)的數(shù)目增加，即，振幅越大，為該振幅級(jí)所設(shè)置的相位態(tài)的數(shù)目越大。但是，在
8每個(gè)振幅級(jí)中的相位態(tài)的數(shù)目不需要準(zhǔn)確地與振幅級(jí)的大小成比例。例
如，在0DVMPSK/PAM8格式中，在8振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目可以是4、 4、8、 8、 16、 16、 16和16,結(jié)果產(chǎn)生88態(tài)調(diào)制格式。正如本領(lǐng)域纟支術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)的，這樣的88態(tài)調(diào)制格式與上迷的140態(tài)0DVMPSK/PAM8格式相比提供更低的頻語(yǔ)效率。但是，該88態(tài)0DVMPSK/PAM8格式與140態(tài)0DVMPSK/PAM8格式相比對(duì)線性和非線性的相位噪聲可以具有更高的免疫。使用偏振復(fù)用，具有超過(guò)8比特/符號(hào)的信號(hào)能以合理的接收機(jī)靈敏度實(shí)現(xiàn)。
參照?qǐng)D3,示出了根據(jù)本發(fā)明的0DVMPSK/PAM發(fā)射機(jī)300的示例性實(shí)施例的方框圖。在發(fā)射機(jī)300中，激光器301的輸出被提供給光學(xué)DQPSK調(diào)制器302,其輸出由分光器303分裂。功率分配器303包含log2(m)+l個(gè)輸出臂，其中m是PAM的振幅級(jí)的數(shù)目。如在2005年9月25提交的題目為"Multilevel Amplitude And Phase Encoded SignalGeneration (多級(jí)振幅和相位編碼信號(hào)生成)"的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)1 1/162,830 (其整體通過(guò)引用結(jié)合于此)所描述的，所希望的相關(guān)分裂功率分布分別為(0,4+m/2), (m/4)， (m/8)，…,(1)和(1/2)。
分配器303的第一輸出具有相對(duì)功率為(O. 4+m/2),該第一輸出被提供給相位控制單元304，但不被任何數(shù)據(jù)調(diào)制，而剩下的分裂信號(hào)輸出被那些與PAM相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)支流調(diào)制。相位調(diào)制器陣列305根椐與PAM調(diào)制相關(guān)聯(lián)的1og2(m)個(gè)數(shù)據(jù)支流調(diào)制所述分裂信號(hào)。數(shù)據(jù)支流由數(shù)據(jù)源308提供。
在示例性實(shí)施例中，相位調(diào)制器陣列305可以包含馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder )調(diào)制器的陣列，全部零偏置，以充當(dāng)相位調(diào)制器來(lái)基于由數(shù)據(jù)源308提供的數(shù)據(jù)在log"m)個(gè)分裂信號(hào)的每一個(gè)上產(chǎn)生"0"或";r"的相移。
另一個(gè)分光器306組合所有的被調(diào)制的分裂信號(hào)。優(yōu)選地，分光器306作為分光器303的鏡像圖像，具有和分光器303相同的分裂分布。因?yàn)樾盘?hào)光功率與信號(hào)光場(chǎng)振幅的平方成比例，具有相同的分裂比的分光器303和306的級(jí)聯(lián)布置產(chǎn)生所希望的信號(hào)功率級(jí)。相位控制單元304被用來(lái)保證第一分裂信號(hào)的光場(chǎng)與該被調(diào)制的分裂信號(hào)在相位上對(duì)齊。事實(shí)上，可以認(rèn)識(shí)到，m階PAM星座中的所有振幅級(jí)，C,(0.9+
)，可以通過(guò)在下列的1og2(m)個(gè)項(xiàng),即C,(m/4)，C,(w/8)， ..，和C"l/2)之中相加和相減，并加上平均項(xiàng)C,(0.4 + w/2)得到。例如，八階PAM格式的振幅級(jí)，0.9+
可以由4.4±2±1±0.5得到。更具體地，第一數(shù)據(jù)支流可以由提供該土2分量的最高有效(most significant)調(diào)制臂來(lái)編碼，第二數(shù)據(jù)支流可以由提供該±1分量的第二最高有效調(diào)制臂來(lái)編碼，最后的數(shù)據(jù)支流可以由提供該± 0. 5分量的最低有效(l ea s tsignificant)調(diào)制臂來(lái)編碼。
從分光器306輸出的信號(hào)有效地是0DQPSK/PAM信號(hào)，并且被提供給附加的相位調(diào)制器307。事實(shí)上，相位調(diào)制器307對(duì)于每個(gè)符號(hào)周期適當(dāng)"轉(zhuǎn)動(dòng)"ODQPSK/PAM星座以基于由數(shù)據(jù)源308提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)生在高振幅級(jí)上載有額外相位態(tài)(多于四)的ODVMPSK/PAM信號(hào)。例如，具有在0到3;r/8的范圍內(nèi)以;r/8為間隔尺寸的4態(tài)附加相位調(diào)制連同DPQSK調(diào)制將對(duì)于給定的PAM振幅級(jí)產(chǎn)生16個(gè)總相位態(tài)。這可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)具有4階信號(hào)的單態(tài)相位調(diào)制器或由1ogJ4)個(gè)、即兩個(gè)數(shù)據(jù)支流驅(qū)動(dòng)的多級(jí)相位調(diào)制器來(lái)得到。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的，由于它們的線性性質(zhì)，DQPSK(塊302)、 PAM(塊303-306)和附加調(diào)制(塊307)被執(zhí)行的順序可以變化;即，塊302、 303-306和307可以從在圖3中所示的順序中被重新排序。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，DQPSK調(diào)制(塊302)可以與附加相位調(diào)制(塊307)組合。在這樣的實(shí)施例中，多個(gè)嵌套式和級(jí)聯(lián)式相位調(diào)制器可以被用來(lái)得到ODVMPSK/PAM信號(hào)的所有所允許的相位態(tài)。優(yōu)選地，相位調(diào)制過(guò)程滿足上述條件，即當(dāng)當(dāng)前符號(hào)的振幅與其在前符號(hào)的振幅相比更大時(shí)，當(dāng)前符號(hào)的所允許的相位態(tài)的數(shù)目等于其在前符號(hào)的所允許的相位態(tài)的數(shù)目。
在示例性實(shí)施例中，光調(diào)制器可以被用來(lái)利用歸零(RZ(return-to-zero))脈沖格式化(formatting)來(lái)格式化0國(guó)PSK/PAM信號(hào)，這可以改善信號(hào)對(duì)符號(hào)間干擾的容差。該RZ脈沖格式化也可以在電域中完成。
為了改善對(duì)噪聲的免疫，本發(fā)明的調(diào)制方案允許選擇不對(duì)最低有效數(shù)據(jù)支流的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行調(diào)制。所產(chǎn)生的多級(jí)信號(hào)的總數(shù)據(jù)速率將被減少，但是該信號(hào)將對(duì)噪聲更具有免疫力。這提供了數(shù)據(jù)速率敏捷傳輸?shù)撵`活性，其中，總信號(hào)數(shù)據(jù)速率可以取決于傳輸鏈路的質(zhì)量而變化(例如，鏈路質(zhì)量越糟，數(shù)據(jù)速率越低)以保證可接受的傳輸性能。這樣的數(shù)椐速率敏捷傳輸能利用本發(fā)明容易地實(shí)現(xiàn)。
為了檢測(cè)ODVMPSK/PAM信號(hào)，與振幅調(diào)制相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)支流可以使 用多級(jí)強(qiáng)度檢測(cè)(例如在K. Sekine等人的"Proposal And Demonstration Of IO-G Symbol/sec, 16-ary (40Gb/s) Optical Modulation/Demodulat ion Scheme" , ECOC'04, paper We3. 4. 5所描述 的)來(lái)恢復(fù)。與差分相位編碼相關(guān)聯(lián)的其他數(shù)據(jù)支流可以使用不同的技 術(shù)來(lái)恢復(fù)。具有固定相位態(tài)的ODMPSK信號(hào)例如可以通過(guò)接收機(jī)來(lái)解調(diào) 和檢測(cè)，該接收機(jī)包括分別在其兩個(gè)臂之間具有預(yù)定的相位補(bǔ)償?shù)亩鄠€(gè) 光延遲干涉4義(0DI (optical delay interferometer ))和由二進(jìn)制判 定電路緊隨的多個(gè)平衡檢測(cè)器(例如，在C. Kim等人的 "Direct-detection optical differential 8-level phase-shift keying (0D8PSK) for spectrally efficient transmission" Optics Express, vol. 12， pp. 3415-3421, 2004)。在這樣的接收機(jī)中所需要 的ODI的數(shù)目等于相位態(tài)數(shù)目的一半。例如，對(duì)于0DI6PSK,需要八個(gè) 0DI。這樣的實(shí)施是復(fù)雜并且昂貴的。
作為一種替換方案，可以使用兩個(gè)0DI和由多級(jí)判定電路緊隨的兩 個(gè)平衡檢測(cè)器用于接收ODMPSK信號(hào)，但在接收機(jī)靈敏度上具有折衷。 例如見H. Yoon等人的 "Performance comparison of optical 8—ary differentialphase-shiftkeyingsystemswith different electrica 1 decision schemes" ， Optics Express 13, 371-376(2005)。
對(duì)于相位態(tài)數(shù)目可變的并且取決于振幅的ODVMPSK/PAM信號(hào)，窮舉 沖全測(cè)方案(brute force detection scheme)需要復(fù)制ODI和平衡檢測(cè) 器以涵蓋對(duì)應(yīng)于不同振幅的不同的多級(jí)情況，并且基于被恢復(fù)的振幅數(shù) 據(jù)來(lái)選擇有意義的數(shù)據(jù)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于接收0DVMPSK/PAM信號(hào)的接收機(jī)裝置400 的示例性實(shí)施例的方框圖。進(jìn)入的ODVMPSK/PAM信號(hào)通過(guò)lx3耦合器401 被分為三個(gè)光路。第一光路包含具有相位偏移-。的ODI 402,其后緊隨 平衡檢測(cè)器404。第二光路包含具有相位偏移0。-;r/2的ODI 403,其后 緊隨平衡檢測(cè)器405。 ODI 402和403的每一個(gè)的兩個(gè)臂之間的延遲是 △r,其約為一個(gè)符號(hào)周期。
從耦合器401出來(lái)的第三光路指向光電檢測(cè)器406。從檢測(cè)器404、 405和406出來(lái)的信號(hào)被發(fā)送到"軟判決"塊410。軟判決塊410包括
ii模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)414、 415和416,每個(gè)所檢測(cè)的信號(hào)使用 一個(gè)。自動(dòng)增益控制(AGC)元件411-413可以可選地;故分別提供在ADC 414-416的每一個(gè)之前。
由ADC 414-416輸出的數(shù)字化信號(hào)被提供給數(shù)據(jù)恢復(fù)單元417,其計(jì)算所有必要的判決變量，并且輸出所有的包含在ODVMPSK/PAM信號(hào)中的N個(gè)數(shù)據(jù)支流，如d、 c2、…和"。
由平衡檢測(cè)器(balanced detector )404和405檢測(cè)的兩個(gè)信號(hào)(此處分別以^和^表示)可由下式表示
(8)
其中少(/)是進(jìn)入接收機(jī)的歸一化的信號(hào)場(chǎng)，Re(x)和Im(x)分別是復(fù)變量x的實(shí)部和虛部。
為了恢復(fù)與0DMPSK信號(hào)的相位態(tài)相關(guān)聯(lián)的數(shù)椐支流，希望在給定
0DVMPSK/PAM信號(hào)具有m個(gè)振幅級(jí)，并且最高的振幅級(jí)具有最大數(shù)目的相位態(tài)M-P(m)。所需要的判決變量的最大數(shù)目是M/2,這可以利用具有;r/M, 3;r/M,…和(2M-l);r/A/的相位偏移(△》)的M個(gè)0DI得到。如下所示，M/2個(gè)判決變量中的每一個(gè)可以從僅來(lái)自兩個(gè)0DI的被檢測(cè)信號(hào)^和 導(dǎo)出。更具體地，與具有給定相位偏移^的0DI相關(guān)聯(lián)的判決變量是
K^) = R+A (/)-/(/_△ !} ( 9 )這可以根據(jù)檢測(cè)信號(hào)a和&表示
v(靖=Re一")' 一潛-=cos(A》—00). w, _ sin(A- - ^0) we
(10)
當(dāng)M=2n (其中n是大于2的整數(shù))時(shí)，M/2個(gè)判決變量于是可以被用來(lái)恢復(fù)和如下相位態(tài)相關(guān)聯(lián)的n個(gè)數(shù)據(jù)支流。=(w, 〉 0),
ce = ("e > 0)，M4 M 4
c4 = [dv(
;r-—)>0] [c/v(——+
)>0]
其中十表示異或(XOR)邏輯運(yùn)算。
注意到在發(fā)射機(jī)處的光調(diào)制之前對(duì)初始數(shù)據(jù)支流進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)編 碼能被用來(lái)保證被解碼的數(shù)椐支流是初始的數(shù)椐支流。預(yù)編碼功能夠基 于所使用的光調(diào)制方案和光解調(diào)和解碼方案來(lái)確定。
在ODVMPSK/PAM的檢測(cè)中，給定時(shí)刻的判決變量分別依賴于當(dāng)前符 號(hào)的強(qiáng)度級(jí)I(n)和在前符號(hào)的強(qiáng)度級(jí)I(n-l)。使用如由檢測(cè)器406所 提供的I(n)和I(n-1),數(shù)據(jù)恢復(fù)單元417可以根據(jù)等式8-10計(jì)算與相 位調(diào)制相關(guān)聯(lián)的所需要的判決變量。事際上，與相位調(diào)制相關(guān)聯(lián)的初始 數(shù)據(jù)支流基于判決變量的逐符號(hào)的基于強(qiáng)度的推導(dǎo)來(lái)恢復(fù)。注意到與 PAM相關(guān)聯(lián)的判決變量可以通過(guò)使用從光電檢測(cè)器406所測(cè)量的信號(hào)強(qiáng) 度分布圖I(t)直接得到。最后，數(shù)據(jù)內(nèi)容或者從判決變量直接提取，或 者在進(jìn)一步解碼(如果在發(fā)射機(jī)處應(yīng)用編碼調(diào)制)后提取。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)恢復(fù)單元417可以使用數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)實(shí)施，其可以例如在專用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)中實(shí)施。
應(yīng)當(dāng)理解上述實(shí)施例僅示出了可以代表本發(fā)明的應(yīng)用的可能的具 體實(shí)施例中的幾個(gè)。在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以進(jìn)行各種不同的其它布置。
1權(quán)利要求
1. 一種產(chǎn)生振幅和差分相位編碼的光信號(hào)的方法，包括對(duì)光載波進(jìn)行振幅調(diào)制和相位調(diào)制用以產(chǎn)生光差分可變多級(jí)相移鍵控/脈沖振幅調(diào)制(ODVMPSK/PAM)信號(hào)，其中給定振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目小于或等于較高振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目，并且至少兩個(gè)振幅級(jí)具有不同數(shù)目的相位態(tài)。
2. 權(quán)利要求1所迷的方法，其中相位調(diào)制步驟包括取決于當(dāng)前符號(hào) 和在先符號(hào)的振幅級(jí)來(lái)對(duì)光栽波進(jìn)行相位調(diào)制，使得當(dāng)當(dāng)前符號(hào)的振幅 大于在先符號(hào)的振幅時(shí)，當(dāng)前符號(hào)的所允許的相位態(tài)的數(shù)目等于在先符 號(hào)的所允許的相位態(tài)的數(shù)目。
3. 權(quán)利要求1所述的方法，其中振幅調(diào)制步驟包括 將光載波分裂為多個(gè)光信號(hào)，其中多個(gè)光信號(hào)的每一個(gè)具有不同的光功率；對(duì)多個(gè)光信號(hào)的至少一個(gè)進(jìn)行相位調(diào)制；和 組合被相位調(diào)制的光信號(hào)。
4. 權(quán)利要求3所迷的方法，其中光栽波被分裂為N+l個(gè)光信號(hào)，所 述N+1個(gè)光信號(hào)具有(0.4+2N") , (2N-2) ， (2N—3) ,...(l)， (0.5)的相應(yīng) 功率分配分布。
5. 權(quán)利要求1所述的方法，其中ODVMPSK/PAM信號(hào)的每一個(gè)振 幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目在按增長(zhǎng)級(jí)的順序設(shè)置的振幅級(jí)的情況下與振幅 級(jí)的階近似成比例。
6. —種產(chǎn)生振幅和差分相位編碼的光信號(hào)的裝置，包括 振幅調(diào)制器；和相位調(diào)制器，其中振幅調(diào)制器和相位調(diào)制器對(duì)光栽波進(jìn)行振幅調(diào)制和相位調(diào)制 以產(chǎn)生光差分可變多級(jí)相移鍵控/脈沖振幅調(diào)制(ODVMPSK/PAM)信號(hào)， 其中給定振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目小于或等于較高振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù) 目，并且至少兩個(gè)振幅級(jí)具有不同數(shù)目的相位態(tài)。
7. 權(quán)利要求6所述的裝置，其中相位調(diào)制步驟包括取決于當(dāng)前符號(hào) 和在先符號(hào)的振幅級(jí)來(lái)對(duì)光載波進(jìn)行相位調(diào)制，使得在當(dāng)前符號(hào)的振幅 大于在先符號(hào)的振幅時(shí)，當(dāng)前符號(hào)的所允許的相位態(tài)的數(shù)目等于在先符 號(hào)的所允許的相位態(tài)的數(shù)目。
8. 權(quán)利要求6所述的裝置，其中振幅調(diào)制器包括 將光載波分裂為多個(gè)光信號(hào)的分配器，其中多個(gè)光信號(hào)的每一個(gè)具有不同的光功率；對(duì)多個(gè)光信號(hào)的至少 一 個(gè)進(jìn)行相位調(diào)制的相位調(diào)制器；和 用于組合被相位調(diào)制的光信號(hào)的組合器。
9. 權(quán)利要求8所述的裝置，其中光載波被分裂為N+l個(gè)光信號(hào)， 所述N+1個(gè)光信號(hào)具有(0.4+2N") , (2N—2) ， (2N-3) ，...(l)， (0.5)的相 應(yīng)功率分配分布。
10. 權(quán)利要求6所述的裝置，其中ODVMPSK/PAM信號(hào)的每一個(gè)振 幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目在以增長(zhǎng)級(jí)的順序設(shè)置的振幅級(jí)的情況下與振幅 級(jí)的階近似成比例。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于產(chǎn)生和接收振幅和差分相位編碼的信號(hào)的方法和裝置，其中給定振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目總是小于或等于更高振幅級(jí)的相位態(tài)的數(shù)目，并且至少兩個(gè)振幅級(jí)具有不同數(shù)目的相位態(tài)。
文檔編號(hào)H04B10/155GK101490986SQ200780027544
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者R·C·吉爾斯, X·劉 申請(qǐng)人:盧森特技術(shù)有限公司