相干光发射器和相干光接收器的制造方法
【专利说明】相干光发射器和相干光接收器
【背景技术】
[0001] 本发明涉及一种相干光发射器和一种相干光接收器。本发明还涉及一种提供超信 道光信号的方法和一种接收超信道光信号的方法。
[0002] 在lOOGbps以上的光传输系统，例如400Gbps或lTbps系统，还称为400G或1T系 统中，由于电光部件的带宽限制而必须使用多子载波超信道系统。为了进一步提高相比于 100G单载波系统的频谱效率，第2010/0329683号美国专利"相干光0FDM的系统、方法和装 置"和第2008/0019703号美国专利"使用尼奎斯特脉冲整形的光发射器"中描述了 0FDM(正 交频分复用）和尼奎斯特-WDM(尼奎斯特波分复用）方案。其它出版物显示这两个方案 成为400G/1T系统候选的可能性。直到现在，所有试验和测试都涉及一个子载波的离线处 理。技术成熟度离商业化还很远。为了使这些技术用于工业应用，存在一些需要克服的 困难。例如，定时恢复、频率偏移补偿和色度色散估计和补偿是其中一些困难。eOFDM(电 0FDM)信号具有非常弱的定时音调。由于子音调在0FDM信号中是频率覆盖的，所以在时域 中，这会产生模拟伪随机信号，该模拟伪随机信号在子载波中的符号定时信息已经消失。第 2008/0205905号美国专利"估计0FDM系统中的时间和频率偏移的方法"和第2009/0324223 号美国专利"利用相干光0FDM的双偏振训练符号进行信道估计的系统、方法和装置"中提 出了导频音调或前导，用于插入到0FDM符号流中来实现定时恢复。尼奎斯特-WDM信号同样 具有弱的定时音调，因为相同子信道中符号之间的时域符号间干扰破坏了符号定时信息。 eOFDM和尼奎斯特-WDM系统两者都对Tx(传输）载波和Rx(接收）载波之间的频率偏移非 常敏感。
[0003] 目前，不存在多子载波超信道的产物。将在单载波系统中使用的色度色散、定时误 差估计和频率偏移估计的方法应用在具有子载波之间的某个保护带的密集排列多子载波 系统中或者将训练序列或导频音调插入到数据中产生以下缺点。第一，在密集排列系统中 使用的这些方法的质量和稳定性比在正常系统中使用的弱得多，使得它们不能用于真实应 用场景；第二，保护带、训练序列或导频音调会降低频谱效率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供在适合高质量和稳定性和提供高频谱效率的相干光通信系 统中的多子载波超信道技术的概念。
[0005] 该目的由独立权利要求的特征来实现。其它实施方式从从属权利要求、描述内容 和附图中显而易见。
[0006] 本发明基于以下发现：不使用相同的Tx-DSP结构用于传统超信道eOFDM和尼奎 斯特-WDM系统中的每个子载波，而是使用其中一个子载波用于常规调制，例如（D)QPSK调 制。在eOFDM系统中，这种子载波不使用频率覆盖；在尼奎斯特-WDM系统中，这种子载波 不使用尼奎斯特滤波。这种特殊子载波承载具有或不具有训练序列/导频音调/前导的数 据。因此，这种特殊子信道提供更多信息以获取或跟踪定时时钟，估计色度色散（CD)和估 计Tx-激光器和Rx-激光器之间的频率偏移（L0F0,本地振荡器频率偏移）。定时恢复、⑶ 估计和LOFO估计在接收这种特殊子信道时执行，并且将获取到的信息传递给其它子信道。 其它子信道直接或者通过少量其它处理，例如⑶估计或定时抖动处理，使用这种信息，例 如，定时频率偏移和L0F0。应用本发明放宽了多子载波eOFDM/尼奎斯特-WDM转发器的设 计并且使工业应用产品的开发变得可行。
[0007] 通过在相干光传输和接收中分配这样的特殊子载波，相干光系统的性能在如下文 将介绍的质量、稳定性和频谱效率方面得到显著提高。
[0008] 为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩略语和符号：
[0009] CD: 色度色散，
[0010] a⑶： 由于相邻子信道波长差异导致的⑶差异，
[0011] PMD： 偏振模色散，
[0012] 0FDM： 正交频分复用，
[0013] eOFDM： 电正交频分复用，
[0014] WDM ： 波长复用，
[0015] DSP ： 数字信号处理，
[0016] PDM ： 偏振分割多路复用，
[0017] PDM-I/Q： 同相/正交信号的偏振分割复用，
[0018] ⑶QPSK: (差分）正交相移键控正交相移键控，
[0019] P0LMUX-QPSK:偏振复用正交相移键控，
[0020] CDE : 色度色散估计，
[0021] L0F0 ： 本地振荡器频率偏移，
[0022] ADC ： 模数转换器，
[0023] 0FE ： 光前端，
[0024] VC0 ： 压控振荡器，
[0025] PLL： 锁相环，
[0026] L0 ： 本地振荡器，
[0027] I: 同相，
[0028] Q： 正交，
[0029] Tx ： 传输，
[0030] Rx ： 接收。
[0031] 根据第一方面，本发明涉及一种相干光发射器，包括：多个滤波器，用于滤波多个 数据信号，所述多个滤波器提供多个已滤波数据信号，其中一个所述滤波器用于根据第一 滤波方案进行滤波，以及所述滤波器中的其它滤波器用于根据第二滤波方案进行滤波；多 个调制器，用于在多个光子载波上调制所述多个已滤波数据信号，所述多个调制器提供多 个已调制光子载波；以及复用器，用于将所述多个已调制光子载波复用到超信道光信号。
[0032] 所述相干光发射器提供高频谱效率的多子载波超信道光信号，很容易重构所述多 子载波超信道光信号的定时信息。
[0033] 在根据所述第一方面的所述相干光发射器的第一可能实施形式中，所述第一滤波 方案用于保存所述多个数据信号的定时信息。
[0034] 所述相干光发射器提供多子载波超信道光信号，很容易重构所述多子载波超信道 光信号的定时信息。所述多子载波超信道光信号是一种高质量的稳定信号。
[0035] 在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的所述第一实施形式的所述相干 光发射器的第二可能实施形式中，所述第二滤波方案用于对所述多个数据信号进行带宽限 制。
[0036] 因此，所述相干光发射器提供高带宽效率。大量数据可以在带宽通过带宽压缩等 方式进行限制时传送。
[0037] 在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述相干 光发射器的第三可能实施形式中，所述第二滤波方案可以是尼奎斯特-WDM方案或eOFDM方 案。
[0038] 通过使用尼奎斯特-WDM方案或eOFDM方案，超信道光信号的带宽得到减少。
[0039] 在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述相干 光发射器的第四可能实施形式中，所述第一调制方案可以是QPSK/DQPSK方案。
[0040] QPSK/DQPSK方案很容易实施，因为常规单载波光系统实施QPSK/DQPSK调制方案。
[0041] 在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述相干 光发射器的第五可能实施形式中，所述调制器包括偏振分割复用I/Q调制器，每个偏振分 割复用I/Q调制器用于调制包括复值X偏振分量和复值Y偏振分量的数据信号。
[0042] 当使用偏振分割复用I/Q调制器时，所述光信号可以通过所述光通信信道高效传 输。
[0043] 在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述相干 光发射器的第六可能实施形式中，由其中一个所述滤波器滤波的数据信号包括以下之一： 用户数据和训练序列、用户数据和导频音调、用户数据和前导、仅用户数据、仅训练序列。
[0044] 当所述数据信号承载训练序列、导频音调或前导时，很容易提取定时信息。然而， 还可以在仅传输用户数据或仅传输训练序列时提取定时信息。
[0045] 根据第二方面，本发明涉及一种相干光接收器，包括：多个相干光前端，用于将超 信道光信号划分为多个子信道光信号，所述多个相干光前端由多个光子载波驱动；以及耦 合到所述多个相干光前端的处理电路，所述处理电路用于基于所述多个子信道光信号中的 预定的一个子信道光信号的定时信息调整所述多个相干光前端。
[0046] 所述相干光接收器接收多子载波超信道光信号，很容易重构所述多子载波超信道 光信号的定时信息。所述多子载波超信道光信号是一种高质量的稳定信号。
[0047] 在根据所述第二方面的所述相干光接收器的第一可能实施形式中，所述多个子信 道光信号中的所述预定的一个子信道光信号承载DQPSK调制的数据信号。
[0048] 所述QPSK/DQPSK方案很容易实施，因为常规单载波光系统实施QPSK/DQPSK调制 方案。
[0049] 在根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的所述第一实施形式的所述相干 光接收器的第二可能实施形式中，所述多个子信道光信号中的其它子信道光信号承载尼奎 斯特-WDM或eOFDM调制的数据信号。
[0050] 通过使用尼奎斯特-WDM方案或eOFDM方案，超信道光信号的带宽得到减少。
[0051] 在根据如上所述的第二方面或根据所述第二方面的任意前述实施方式的所述相 干光接收器的第三可能实施方式中，所述相干光前端包括：偏振分集光混合器，用于提供所 述多个子信道光信号作为模拟数据信号，所述模拟数据信号中的每个模拟数据信号包括复 值X偏振分量和复值Y偏振分量；以及模数转换器，用于将所述模拟数据信号转换为数字数 据信号。
[0052] 当使用偏振分集光混合器时，数据可以通过光网络高效传输。
[0053] 在根据所述第二方面的所述第三实施形式的所述相干光接收器的第四可能实施 形式中，所述处理电路用于基于从所述多个子信道光信号中的所述预定的一个子信道光信 号中得出的色度色散信息和本地振荡器频率偏移信息调整所述数字数据信号。
[0054] 所述多个子信道光信号中的所述预定的一个子信道光信号提供容易获得的定时 信息