[发明专利]具有增多的偏振态的调制方案

说明书

技术领域

本发明涉及光通信，特别地涉及用于光通信的调制机制，其中光信号在不同的偏振态之间进行调制。 

背景技术

现有技术的使用两个独立相位调制的信号(例如两个QPSK(正交相移键控)信号)的偏振复用(PDM)的光传输机制与非偏振分集传输机制相比，具有较高的频谱效率。在相干接收机中，可以借助数字信号处理对这样的PDM信号进行偏振解复用和失真补偿。 

图1示出了传统的PDM-QPSK发射机。该发射机包括生成光载波信号的激光器。光载波信号被分割并且馈送到上方的IQ调制器2a和下方的IQ调制器2b。上方的IQ调制器2a用于对组合的光输出信号的第一偏振分量(图1中表示为“x”)，例如TE分量(TE-横电模)进行相位调制。下方的IQ调制器2b用于对组合的光输出信号的第二正交偏振分量(图1中表示为“y”)，例如TM分量(TM-横磁模)进行相位调制。此处，每个IQ调制器2a和2b由针对同相和正交分量的两个Mach-Zehnder干涉仪(MZI)形成，其中分配给正交分量的MZI的输出信号与分配给同相分量的MZI的输出信号相比相移90°(参见90°相移器，图1中表示为“90”)。优选地，每个MZI在两个饱和态之间进行数字调制。饱和态表示描述输出场幅度对电极驱动电压的依赖性的类正弦传递函数的最小值和最大值。 

基于要传输并由系统时钟定时的数据，调制编码器4生成用于控制上方IQ调制器2a的两个二进制信号D1-D2，和用于控制下方IQ调制器2b的两个二进制信号D3-D4。每对二进制信号从QPSK 星座图的4个相位态中选择一个相位态。此外，在下方IQ调制器的输出处，提供TE-TM转换器(TM到TE的转换器)(未示出)，将下方(上方)IQ调制器的TE(TM)工作偏振转换为TM(TE)偏振。作为替代，IQ调制器2a和2b的输入波可能已经呈正交偏振。两个偏振x和y在偏振组合器3中组合在一起。偏振组合器3的输出信号被馈送进光纤。 

假设在偏振组合器3中进行偏振复用之前，两个光信道是比特对准的，则每个符号周期T，两个组合信号形成具有特定的偏振态(SOP)和特定的初始相位 的光波。 

所得到的组合光信号SOP可以被表示为Poincaré球(PS)上的点。图2示出了这种PS，该球半径为1，被以PS中心为原点的卡迪尔坐标系S1、S2和S3所穿越。正S1轴上的SOP表示0°的线偏振(TE偏振)，相反的偏振点对应于正交SOP，即90°线偏振(TM偏振)。正S2轴指向具有45°仰角的线偏振，负S2轴指向具有-45°仰角的线偏振，并且PS的北极和南极分别对应于左旋和右旋圆偏振。该球上除了两极以及赤道上的点之外的所有点均表示椭圆偏振态。 

图3示出了在发射机输出处的组合PDM-QPSK信号的4种可能的SOP1-4。在2个QPSK信号彼此间呈光相位偏移ψ的情况下，四种SOP绕着S1轴旋转(旋转2ψ)。四种可能的SOP位于PS的公共面上，其中该公共面具有与PS相同的中心。换言之，四种可能的SOP正好定义了PS上的一个大圆(参见大圆10)，其中该大圆具有与PS相同的圆周，并且是PS上可以画出的最大的圆。 

取决于两个QPSK分量信号的调制相位之间的差异，每个SOP呈现初始相位 或 其可以在星座图中示为复平面上的四个点，即每个SOP可以在4种相位之间调制。在图3中，在四种SOP中的每一种SOP处，加上QPSK相位星座IQ1-IQ4，由此示出四种可能的相位 - 因此，图1中PDM-QPSK发射机的输出处的联合符号的符号字母表包括16个不同的符号，即16种不同的波， 其可以写为复数场E(k，m)： 

项“a(SOPk)”表示属于SOPk的Jones矢量，其中k＝1，..，4，并且项 (其中m＝1，..，4)描述初始相位。 

假设变量k和m分别由第一对比特b₀和b₁以及第二对比特b₂和b₃决定，则每个联合符号传送4比特信息。 

当使用现有的光纤基础设施经由这样的PDM-QPSK传输系统传送高数据速率(例如40Gb/s、100Gb/s或者更高)并且跨接长的传输跨距(例如几百km或者1000km)时，尽管使用了相干检测来实现较低符号速率和强大的电子均衡，系统仍然工作于其灵敏度的极限上。 

发明内容