[发明专利]用于短距离光学通信系统的相位噪声容忍相干调制格式

说明书

本文公开了用于使用5比特星座对相干光学信号进行相干调制和解调的系统和方法。5比特星座具有针对短距离光学通信系统的改善的适合性。第一5比特星座可以由四个环形成。第一环和第四环可以形成正交相移键控四符号子星座，并且第二环和第三环可以形成相移键控十二符号星座。来自第三子星座和第四子星座的符号被排列以形成正方形。第二5比特星座可以包括内部的16符号子星座以及十六符号外部子星座。内部子星座的每个符号沿着正交轴和同相轴两者与该符号的最接近的相邻符号相等地间隔。外部星座中的每个符号与在该外部子星座中的该符号的最接近的相邻符号具有相等的欧几里得距离。

背景技术

本申请是于2019年05月17日提交的题为“Phase Noise Tolerant CoherentModulation Formats For Short Reach Optical Communication Systems”的美国申请No.16/415,792的继续申请，所述美国申请的公开内容通过引用结合于此。

通信系统中持续增长的带宽要求继续驱动着对于更高速光学互连网络的需求。为了扩大互连接口带宽超过例如1Tb/s，可能需要更加带宽有效的通信系统以适应带宽要求。

光学相干通信允许信息除了光学信号的幅度之外还以相位和/或频率进行编码。这样的系统允许复杂的调制，其中单个符号可以编码两个或更多个比特的信息。在正在研发的各种相干调制格式中，每符号(每极化)5比特的2-D相干调制格式似乎是最具前景的格式。由于这些格式允许单一激光通过使用～40GHz的光学和电气分量带宽来传送例如大约800Gb/s的容量，所以基于这些格式的系统提供最可能的成功。然而，目前可用的每符号5比特的相干调制格式由于格式的各种噪声和容限问题，不足以适应带宽要求。

发明内容

本公开的一个方面针对一种光学转发器(transponder)。该光学转发器包括处理器，所述处理器被配置为使用二维5比特符号代码化/解码星座来调制要被输出至相干光学发射器的驱动信号和/或解调从相干光学接收器所接收的采样电信号。该星座包括具有半径R1的第一环，具有半径R2的第二环，具有半径R3的第三环，以及具有半径R4的第四环。该第一环包括采用正交相移键控的第一、四符号子星座。该第二环包括采用相移键控的第一、十二符号子星座。该第三环包括采用针对该第二环所采用的相同相移键控的第二、十二符号子星座。该第四环包括采用针对该第一环所采用的相同正交相移键控的第二、四符号子星座。

在一些实施方式中，该第一、四符号子星座和第二、四符号子星座两者具有相等的同相和正交的分量。在一些实施方式中，R1小于R2，R2小于R3，R3小于R4。在一些实施方式中，R1与R2、R3和R4的比率分别是R2/R1≈2.4，R3/R1≈3.75，以及R4/R1≈5.12。

在一些实施方式中，来自第二、十二符号子星座的八个符号和第二、四符号子星座被排列以形成正方形。在一些实施方式中，该星座中的任何两个符号之间的最小相位距离为大约30°。在一些实施方式中，沿该星座的正交轴和同相轴两者的峰值幅度为5.0，并且该星座中的任何两个符号之间的最小欧几里得距离为大约2.0。

本公开的另一个方面针对一种将数据流编码到光学信号上的方法。该方法包括接收所要传送的数据流，将该数据流分解为多个5比特符号，使用5比特星座将该多个5比特符号转换为多个正交和同相的调制驱动信号，并且利用该调制驱动信号驱动光学调制器以调制光学载波。在该方法中使用的星座包括具有半径R1的第一环，具有半径R2的第二环，具有半径R3的第三环，以及具有半径R4的第四环。该第一环包括采用正交相移键控的第一、四符号子星座。该第二环包括采用相移键控的第一、十二符号子星座。该第三环包括采用针对该第二环所采用的相同相移键控的第二、十二符号子星座。该第四环包括采用针对该第一环所采用的相同正交相移键控的第二、四符号子星座。