本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器及方法。

背景技術(shù)：

隨著社會的不斷進步和發(fā)展，人類對信息的需求量越來越大，從而使得現(xiàn)代社會信息數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)式的爆發(fā)增長。光通信網(wǎng)絡技術(shù)的迅猛發(fā)展為這一難題的解決提供了有效可靠的方案。

隨著光通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，傳輸容量已經(jīng)達到100T比特量級，網(wǎng)絡建設中100G已經(jīng)逐漸成為主流，甚至400G也有部分使用。在如此高速的光網(wǎng)絡中，除了各種算法以外，高速電光調(diào)制器也是一個至關(guān)重要的因素。

高速電光調(diào)制器是構(gòu)建高速光網(wǎng)絡的器件基石，它負責整個光通信網(wǎng)絡的電信號到光信號的轉(zhuǎn)換。因此調(diào)制器的性能直接決定了整個光通信網(wǎng)絡中傳輸?shù)墓庑盘栙|(zhì)量。

目前，在長距大容量光通信系統(tǒng)中相干光通信技術(shù)被大量的采用，但是中短跨距以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)之間使用相干系統(tǒng)，會使得系統(tǒng)復雜性和成本大幅提升。因此，受到成本的制約，中短距離光通信和數(shù)據(jù)中心之間的光互聯(lián)一般使用強度調(diào)制和直接探測的技術(shù)方案。其中，PAM(Pulse Amplitude Modulation，脈沖幅度調(diào)制)因其具有高光譜效率的優(yōu)勢，而成為一種強度調(diào)制格式被廣泛采用。然而，對于傳統(tǒng)的強度調(diào)制器，在PAM調(diào)制格式下，發(fā)送端需要一個DAC(Digital-Analog Converter，數(shù)模轉(zhuǎn)換器)芯片來產(chǎn)生加載到調(diào)制器上的射頻信號，這種方案，會增加發(fā)送端的成本，尤其是高速大帶寬的DAC芯片成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決在短跨距以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)中，強度調(diào)制器需要DAC芯片來產(chǎn)生加載到調(diào)制器上的射頻信號，造成發(fā)送端成本較高的問題，提供一種差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器及方法，在無需DAC芯片的情況下，實現(xiàn)四級脈沖幅度調(diào)制，能降低發(fā)送端的復雜度，降低系統(tǒng)光通信系統(tǒng)的成本。

本發(fā)明提供一種差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器，應用于短跨距以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)中，該調(diào)制器包括差分驅(qū)動調(diào)制器、第一差分電信號驅(qū)動器、第二差分電信號驅(qū)動器、可調(diào)電信號衰減器和可調(diào)電延遲線，其中，差分驅(qū)動調(diào)制器包括差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極，差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極各對應一個調(diào)制臂，第一差分電信號驅(qū)動器與可調(diào)電信號衰減器連接，第二差分電信號驅(qū)動器與可調(diào)電延遲線連接，可調(diào)電信號衰減器、可調(diào)電延遲線均與差分驅(qū)動調(diào)制器連接，該調(diào)制器用于在無需DAC芯片的情況下，實現(xiàn)四級脈沖幅度調(diào)制，形成四級脈沖幅度調(diào)制PAM4光信號。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)電信號衰減器、可調(diào)電延遲線與差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極或差分負驅(qū)動電極連接，具體連接方式有4種：

可調(diào)電信號衰減器連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極上，可調(diào)電延遲線連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分負驅(qū)動電極上；

可調(diào)電信號衰減器連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分負驅(qū)動電極上，可調(diào)電延遲線連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極上；

可調(diào)電信號衰減器、可調(diào)電延遲線均連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極上；

可調(diào)電信號衰減器、可調(diào)電延遲線均連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分負驅(qū)動電極上。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)電信號衰減器的衰減值在3dB-9dB之間。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)電信號衰減器的衰減值為6dB。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器還用于替換光同相正交IQ調(diào)制器中的I路和Q路的強度調(diào)制器，在不需要DAC芯片的情況下，產(chǎn)生16正交幅度調(diào)制器QAM信號。

本發(fā)明還提供一種基于上述差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器實現(xiàn)四級脈沖幅度調(diào)制的方法，應用于短跨距以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)中，該方法包括以下步驟：

S1、第一差分電信號驅(qū)動器產(chǎn)生第一驅(qū)動信號，第二差分電信號驅(qū)動器同步產(chǎn)生第二驅(qū)動信號，可調(diào)電信號衰減器將第一驅(qū)動信號的電壓峰值降低為第二驅(qū)動信號的一半，可調(diào)電延遲線將第二驅(qū)動信號的時序延遲，使得第二驅(qū)動信號的時序與第一驅(qū)動信號的上升沿或者下降沿在時間上同步；

S2、光信號由差分驅(qū)動調(diào)制器的輸入端輸入，輸入的光信號經(jīng)過衰減后的第一驅(qū)動信號和延遲后的第二驅(qū)動信號分別進行脈沖幅度調(diào)制，再線性疊加后輸出，形成PAM4光信號。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)電信號衰減器、可調(diào)電延遲線與差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極或差分負驅(qū)動電極連接，具體連接方式有4種：

可調(diào)電信號衰減器連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極上，可調(diào)電延遲線連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分負驅(qū)動電極上；

可調(diào)電信號衰減器連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分負驅(qū)動電極上，可調(diào)電延遲線連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極上；

可調(diào)電信號衰減器、可調(diào)電延遲線均連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分正驅(qū)動電極上；

可調(diào)電信號衰減器、可調(diào)電延遲線均連接到差分驅(qū)動調(diào)制器的差分負驅(qū)動電極上。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)電信號衰減器的衰減值在3dB-9dB之間。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)電信號衰減器的衰減值為6dB。

本發(fā)明還提供一種基于上述差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器產(chǎn)生16正交幅度調(diào)制器信號的方法，應用于短跨距以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)中，該方法包括以下步驟：采用所述差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器替換光同相正交IQ調(diào)制器中的I路和Q路的強度調(diào)制器，在不需要DAC芯片的情況下，產(chǎn)生16正交幅度調(diào)制器QAM信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：

(1)本發(fā)明利用差分驅(qū)動調(diào)制器的兩個調(diào)制電極：差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極，通過幅度不同的信號驅(qū)動，并且施加驅(qū)動的電壓峰值比例為2：1，同時直接使用兩路差分信號來產(chǎn)生PAM4信號，能夠顯著提高效率，避免使用DAC芯片，在無需DAC芯片的情況下，實現(xiàn)四級脈沖幅度調(diào)制，形成PAM4(Pulse Amplitude Modulation 4，四級脈沖幅度調(diào)制)光信號。本發(fā)明對現(xiàn)有的強度調(diào)制器進行改進，利用一種簡單的方案產(chǎn)生PAM信號，不需要對現(xiàn)有的驅(qū)動電路做出修改，從而降低發(fā)送端的復雜度，以降低系統(tǒng)光通信系統(tǒng)的成本。

(2)本發(fā)明有效地利用了差分驅(qū)動調(diào)制器的兩個信號電極，不僅避免了浪費，還提高了工作效率，而且適用于短距光傳輸?shù)闹闭{(diào)直檢系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)。

(3)本發(fā)明中的差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器還可以用于替換光IQ調(diào)制器中的I路和Q路的強度調(diào)制器，這樣，在不需要DAC芯片的情況下，很容易地實現(xiàn)16QAM信號的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中只有差分正驅(qū)動電極處于工作狀態(tài)時，差分正驅(qū)動電極上加載的時序脈沖序列示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中只有差分正驅(qū)動電極處于工作狀態(tài)時，輸出光信號的眼圖。

圖4為本發(fā)明實施例中只有差分負驅(qū)動電極處于工作狀態(tài)時，差分負驅(qū)動電極上加載的時序脈沖序列示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例中只有差分負驅(qū)動電極處于工作狀態(tài)時，輸出光信號的眼圖。

圖6為本發(fā)明實施例中差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極都處在工作狀態(tài)時，差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極上加載的兩路調(diào)制電信號的時序脈沖序列沒對準的示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例中差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極都處在工作狀態(tài)時，差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極上加載的兩路調(diào)制電信號同步的時序脈沖序列分布示意圖。

圖8為本發(fā)明實施例中差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極合成輸出的PAM4光信號的PAM4電信號時序幅度分布示意圖。

圖9為本發(fā)明實施例中差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極合成輸出的PAM4光信號眼圖。

附圖標記：1-差分驅(qū)動調(diào)制器，1a-差分正驅(qū)動電極，1b-差分負驅(qū)動電極，2-第一差分電信號驅(qū)動器，3-第二差分電信號驅(qū)動器，4-可調(diào)電信號衰減器，5-可調(diào)電延遲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器，應用于短跨距以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)中，該調(diào)制器包括差分驅(qū)動調(diào)制器1、第一差分電信號驅(qū)動器2、第二差分電信號驅(qū)動器3、可調(diào)電信號衰減器4和可調(diào)電延遲線5，其中，差分驅(qū)動調(diào)制器1包括差分正驅(qū)動電極1a和差分負驅(qū)動電極1b，差分正驅(qū)動電極1a和差分負驅(qū)動電極1b各對應一個調(diào)制臂，第一差分電信號驅(qū)動器2與可調(diào)電信號衰減器4連接，第二差分電信號驅(qū)動器3與可調(diào)電延遲線5連接，可調(diào)電信號衰減器4、可調(diào)電延遲線5均與差分驅(qū)動調(diào)制器1連接，該調(diào)制器用于在無需DAC芯片的情況下，實現(xiàn)四級脈沖幅度調(diào)制，形成PAM4(Pulse Amplitude Modulation 4，四級脈沖幅度調(diào)制)光信號。

本發(fā)明中的差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器還可以用于替換光IQ(In-phase Quadrature，同相正交)調(diào)制器中的I路和Q路的強度調(diào)制器，這樣，在不需要DAC芯片的情況下，很容易地產(chǎn)生16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度調(diào)制器)信號。

本發(fā)明實施例還提供一種基于差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器實現(xiàn)四級脈沖幅度調(diào)制的方法，應用于短跨距以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)中，該方法包括以下步驟：

S1、第一差分電信號驅(qū)動器2產(chǎn)生第一驅(qū)動信號，第二差分電信號驅(qū)動器3同步產(chǎn)生第二驅(qū)動信號，可調(diào)電信號衰減器4將第一驅(qū)動信號的電壓峰值降低為第二驅(qū)動信號的一半，可調(diào)電延遲線5將第二驅(qū)動信號的時序延遲，使得第二驅(qū)動信號的時序與第一驅(qū)動信號的上升沿或者下降沿在時間上同步；

S2、光信號由差分驅(qū)動調(diào)制器1的輸入端輸入，輸入的光信號經(jīng)過衰減后的第一驅(qū)動信號和延遲后的第二驅(qū)動信號分別進行脈沖幅度調(diào)制，再線性疊加后輸出，形成PAM4光信號。

例如：加載在差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a上的第一驅(qū)動信號為01011010，加載在差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分負驅(qū)動電極1b上的第二驅(qū)動信號為20020020，由差分驅(qū)動調(diào)制器1輸出的PAM4光信號為21031030。

可調(diào)電信號衰減器4的衰減值一般在3dB-9dB之間，特別是在衰減值為6dB時，較為接近本發(fā)明實施例中調(diào)制器的最佳工作狀態(tài)。

可調(diào)電信號衰減器4、可調(diào)電延遲線5與差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a或差分負驅(qū)動電極1b連接，具體連接方式有4種：

(1)可調(diào)電信號衰減器4連接到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a上，可調(diào)電延遲線5連接到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分負驅(qū)動電極1b上；

(2)可調(diào)電信號衰減器4連接到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分負驅(qū)動電極1b上，可調(diào)電延遲線5連接到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a上；

(3)可調(diào)電信號衰減器4、可調(diào)電延遲線5均連接到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a上；

(4)可調(diào)電信號衰減器4、可調(diào)電延遲線5均連接到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分負驅(qū)動電極1b上。

下面對本發(fā)明的工作原理進行詳細說明。

只有差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a處于工作狀態(tài)時，第一驅(qū)動信號經(jīng)過可調(diào)電信號衰減器4后，加載到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a上的時序脈沖序列示意圖參見圖2所示，相應工作狀態(tài)下的輸出光信號眼圖參見圖3所示。由于第一驅(qū)動信號經(jīng)過了可調(diào)電信號衰減器4，使得電壓峰值下降了一半為0.5Vpp，同時其光信號的眼圖上顯示消光比也下降了約一半。

只有差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分負驅(qū)動電極1b處于工作狀態(tài)時，第二驅(qū)動信號經(jīng)過可調(diào)電延遲線5后，加載到差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分負驅(qū)動電極1b上的時序脈沖序列示意圖參見圖4所示，相應工作狀態(tài)下的輸出光信號眼圖參見圖5所示，此時，第二驅(qū)動信號的電壓峰值為Vpp。

本發(fā)明實施例同時在差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a和差分負驅(qū)動電極1b上加載幅度不同的調(diào)制電信號：第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號，差分正驅(qū)動電極1a上加載的電壓為差分負驅(qū)動電極1b上加載電壓的一半；且差分正驅(qū)動電極1a上加載的調(diào)制電信號(第二驅(qū)動信號)的時序，與差分負驅(qū)動電極1b上加載的調(diào)制電信號(第一驅(qū)動信號)的上升沿或者下降沿在時間上同步；由于本發(fā)明實施例提供的差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器是一個線性系統(tǒng)，光信號的整體響應相當于兩個差分電極單獨工作時響應狀態(tài)的線性疊加。

在本發(fā)明實施例中，差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a上加載的電壓為差分負驅(qū)動電極1b上加載電壓的一半，是通過對差分正驅(qū)動電極1a上的可調(diào)電信號衰減器4進行微調(diào)實現(xiàn)的，使得差分正驅(qū)動電極1a上的信號響應為差分負驅(qū)動電極1b上的信號響應的一半。

一般情況下，當差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a和差分負驅(qū)動電極1b都處在工作狀態(tài)時，差分正驅(qū)動電極1a、差分負驅(qū)動電極1b上加載的兩路調(diào)制電信號的時序脈沖序列是沒有對準的，參見如圖6所示，因此，本發(fā)明實施例需要對差分負驅(qū)動電極1b的可調(diào)電延遲線5進行調(diào)節(jié)，直到調(diào)整到差分正驅(qū)動電極1a和差分負驅(qū)動電極1b的兩路調(diào)制電信號的上升沿或者下降沿在時間上同步為止。

差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a和差分負驅(qū)動電極1b上加載的兩路調(diào)制電信號同步的時序脈沖序列分布參見圖7所示，因為兩者的時鐘是一樣的，所以只要有一個脈沖對齊，其它的就都對齊了。

差分驅(qū)動調(diào)制器1的差分正驅(qū)動電極1a和差分負驅(qū)動電極1b合成輸出PAM4光信號，經(jīng)過光電探測器得到的PAM4電信號時序幅度分布參見圖8所示，對應的PAM4光信號眼圖參見圖9所示。

現(xiàn)在大量商用的差分驅(qū)動強度調(diào)制器一般采用差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極等進行幅度驅(qū)動。本發(fā)明實施例利用差分驅(qū)動調(diào)制器的兩個調(diào)制電極：差分正驅(qū)動電極和差分負驅(qū)動電極，能夠顯著提高效率，且簡單地產(chǎn)生PAM4信號。

本發(fā)明實施例中的差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器在應用于強度調(diào)制時，可避免使用DAC芯片來產(chǎn)生PAM4信號，并且適用于短距光傳輸?shù)闹闭{(diào)直檢系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)系統(tǒng)。

另外，利用本發(fā)明實施例提供的差分驅(qū)動馬赫曾德強度調(diào)制器分別替換光IQ調(diào)制器中的I路和Q路的強度調(diào)制器，可以在不需要DAC芯片的情況下，很容易地實現(xiàn)16QAM信號的產(chǎn)生。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明實施例進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。