專利名稱：提取定時信號的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及把接收的光信號再生為電數(shù)據(jù)信號，更具體說，本發(fā)明涉及一種方法和設備，用于從接收的光信號中提取定時信號，為接收的光信號再生后的電數(shù)據(jù)信號提供時標。
數(shù)據(jù)速率為10Gb/s的光傳輸系統(tǒng)已在干線光通信中實現(xiàn)。但是近年來，部分歸因于因特網(wǎng)，要傳輸?shù)男畔⒘匡w快增長，而且還要求進一步增加傳輸能力。滿足此要求的一種途徑是采用時分復用以提高傳輸速度(包括光學時分復用OTDM)。全世界都在積極地研究和開發(fā)下一代傳輸系統(tǒng)，即40Gb/s系統(tǒng)。本發(fā)明特別適用于這下一代系統(tǒng)。
一般說來，在現(xiàn)有已知的光傳輸系統(tǒng)中，有下面兩種時標提取方法，可從光信號產(chǎn)生時鐘信號，該時鐘信號頻率XGHz名義上等于光信號的數(shù)據(jù)傳輸速率XGb/s。
(ⅰ)當XGHz的時鐘信號分量包括在接收的光信號的基帶頻譜內(nèi)時，例如在歸零(RZ)編碼信號的情形時，用鎖相環(huán)(PLL)方法。按照PLL方法，首先把光信號轉換成電信號，然后用帶通濾波器直接提取XGHz的定時信號。一個壓控振蕩器(VCO)輸出一個時鐘信號。把XGHz的定時信號與VCO的輸出(即時鐘信號)作相位比較，以便校正。于是，時鐘信號便與接收的光信號同步，并作為VCO的輸出而產(chǎn)生。
(ⅱ)當XGHz的時鐘信號分量不包含在接收的光信號的基帶頻譜內(nèi)時，要用非線性的提取方法。例如，在不歸零(NRZ)編碼信號的情形，可以采用非線性提取方法。按照非線性提取方法，首先把光信號轉換成電信號，然后把電信號分成兩路。經(jīng)兩路中的一路傳輸?shù)男盘栆舆t，其延遲時間等于一個符號周期的一半(1/40GHz=25pS)，然后該路信號通過把兩路信號引到一個EXOR電路而被2乘。之后，用帶通濾波器提取XGHz的定時信號。
在日本專利申請No.9-224056中，本發(fā)明者中的兩人指出，對40Gb/s或更高的超高速傳輸系統(tǒng)，精確的色散補償是必不可少的。作為達到這一目標的方法，本發(fā)明者提出，既要從接收的光信號中提取頻率在數(shù)值上等于光信號比特率的定時信號分量，還要設定光傳輸線的總色散量，使定時信號頻率分量的強度成為極大或極小。
在RZ信號情形，由于基帶頻譜中含有在數(shù)值上等于比特率的頻率分量，總色散量能用PLL(方法(ⅰ))按上述方法優(yōu)化。就是說，上述總色散優(yōu)化技術是使40GHz(數(shù)據(jù)速率)分量的強度達到極大，因而可以直接應用PLL方法(方法(ⅰ))。
用兩個反相的，其尾部互相重疊的20GHz RZ信號調(diào)制兩個光信號，兩光波的相位相對移動180°，以便使重疊部分抵消，這兩個光信號經(jīng)多路復用而形成一個40GHz的OTDM信號。在這種情形下，40GHz分量也包含在基帶頻譜內(nèi)。所以能用方法(ⅰ)來優(yōu)化總色散量。就是說，對OTDM信號，當使用上述總色散優(yōu)化技術時，總色散量的設定是使40GHz分量的強度為極小。無論如何，因為在極小點，40GHz分量的強度并不為零，所以能用方法(ⅰ)從色散已被上述技術優(yōu)化了的光信號中產(chǎn)生定時信號。
另一方面，對不歸零(NRZ)編碼信號，數(shù)值上等于信號比特率的頻率分量，因其工作原理而不包含在基帶頻譜內(nèi)。因而不能使用方法(ⅰ)，通常要用非線性提取方法(方法(ⅱ))。更具體說，如果把上述總色散量優(yōu)化技術用于一個40Gb/s的NRZ系統(tǒng)，總色散量使40GHz的頻率分量極小化，又因該系統(tǒng)的工作原理，40GHz分量的強度在極小點上變成零。因此40GHz分量不能用方法(ⅰ)提取，已經(jīng)建議用方法(ⅱ)。然而把方法(ⅱ)用于40Gb/s系統(tǒng)，要求有一個工作在80Gb/s的電子電路，即其速度是比特率的兩倍。這個80Gb/s的信號要由EXOR電路在輸出級提供。工作在80Gb/s的電路用當前的集成電路工藝是難以實現(xiàn)的。
因此，本發(fā)明的一個目的，是提供一種方法和設備，用于從接收的光信號中提取頻率分量，以產(chǎn)生一個時鐘信號。提取的頻率分量，其頻率在數(shù)值上應該等于接收的光信號的比特率。在提取頻率分量的同時，為了信號的再生要優(yōu)化光傳輸線內(nèi)的總色散量。還有一個目的是提供一種方法和設備，即使在約40Gb/s的超高速光信號傳輸條件下，和因工作原理而不含有數(shù)值上等于比特率的頻率分量的條件下，也能完成前述任務。
通過提供一種提取定時信號的方法，可以達到這些和其他目的，該方法從光信號的第一部分產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號，從光信號的第二部分提取定時信號，并把色散補償加到光信號第一和第二部分中至少一部分中去，從而控制光信號第二部分的總色散量，使之基本上不同于光信號第一部分的總色散量。提取定時信號的設備使用一個信號再生電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號，使用一個信號提取電路提取定時信號，使用一個色散控制裝置以添加色散補償。光信號可被比特率為X比特/秒的數(shù)據(jù)信號所調(diào)制，而提取的定時信號可有X赫茲的頻率。信號提取電路可與鎖相環(huán)一起使用。這時，一個壓控振蕩器產(chǎn)生時鐘信號，一個相位比較電路比較時鐘信號的相位和提取的定時信號相位，一個控制電路控制相位比較電路，以便按照比較結果產(chǎn)生壓控振蕩器的控制電壓。色散控制裝置可以用帶有光檢測器的可變色散補償器，光檢測器用來檢測光信號中某一特定頻率分量的強度，以便使該特定頻率分量的強度變成極小。
參照下面各個具體實施例的描述，可以毫不困難地了解本發(fā)明，各具體實施例僅僅作為例子。在各個附圖中，相同的標志代表相同的元件，這些附圖有

圖1是一曲線圖，畫出40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的OTDM信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖2是一曲線圖，畫出40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的NRZ信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖3是一曲線圖，畫出40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的RZ信號(占空比是50％)總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖4是一曲線圖，畫出40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的RZ信號(占空比是25％)總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖5是一曲線圖，表明OTDM信號的基帶頻譜；圖6是一曲線圖，表明NRZ信號的基帶頻譜；
圖7A,7B,7C分別畫出色散為-40ps/nm,Ops/nm,+40ps/nm下的OTDM信號的波形圖；圖8A,8B,8C分別畫出色散為-40ps/nm,Ops/nm,+40ps/nm下的NRZ信號的波形圖；圖9是按照本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例的光傳輸系統(tǒng)方框圖；圖10是按照本發(fā)明第二個優(yōu)選實施例的光傳輸系統(tǒng)方框圖；圖11是按照本發(fā)明第三個優(yōu)選實施例的光傳輸系統(tǒng)方框圖；圖12是一可變色散補償器的側視圖，它可用在圖11所示光傳輸系統(tǒng)中；圖13是一曲線圖，畫出加到圖12可變色散補償器各片上的電壓V1至V21的圖譜；圖14是一曲線圖，畫出在圖13所示電壓圖譜A至D下得到的色散值；圖15是控制電路46的方框圖，它可用在圖11所示光傳輸系統(tǒng)中；圖16是一方框圖，畫出圖11所示光傳輸系統(tǒng)的第一種改型；圖17是一方框圖，畫出圖11所示光傳輸系統(tǒng)的第二種改型；圖18是一曲線圖，畫出信號光功率為OdBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的OTDM信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖19是一曲線圖，畫出信號光功率為+5dBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的OTDM信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖20是一曲線圖，畫出信號光功率為+10dBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的OTDM信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖21是一曲線圖，畫出信號光功率為+13dBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s的OTDM信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖22是一曲線圖，畫出傳送40Gb/s OTDM信號時，(a)最佳總色散量，以及(b)40Ghz分量為極小時的總色散量對信號光功率的依賴關系；圖23是一曲線圖，畫出信號光功率為OdBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s NRZ信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖24是一曲線圖，畫出信號光功率為+5dBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s NRZ信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖25是一曲線圖，畫出信號光功率為+10dBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖26是一曲線圖，畫出信號光功率為+13dBm時，40GHz時鐘分量強度對40Gb/s信號總色散量依賴關系的計算機模擬結果；圖27是按照本發(fā)明第四個優(yōu)選實施例的光傳輸系統(tǒng)方框圖。
圖1至圖4畫出40GHz分量強度對總色散依賴關系的計算機模擬結果。這些圖分別對OTDM信號(由兩個光信號多路復用而成，這兩個光信號被兩個反相的，其尾部互相重疊的20GHz RZ信號調(diào)制，兩光波的相位相對移動180°，以便使重疊部分抵消)，對NRZ光信號，對RZ光信號(占空比50％)，對RZ光信號(占空比25％)畫出基帶頻譜內(nèi)40GHz分量的強度，每種信號的數(shù)據(jù)信號比特率都是40Gb/s。眼圖張度大小亦在圖1至圖4上畫出。輸入光的波長為1.55μm，功率平均為-5dBm，所用單模光纖(SMF)的零色散波長為1.3μm，SMF的長度為50km；在這些條件下，通過改變與SMF串聯(lián)的DCF(色散補償光纖)的色散量，使總色散量發(fā)生變化。
正如從圖1至圖4看到的，對OTDM信號，如果總色散量的設定是使40GHz分量強度成為極小，對RZ信號，如果總色散量的設定是使40GHz分量強度成為極大，那么，在該極小處和該極大處的總色散量近于零。在這兩種情形中，由于40GHz分量強度并不為零，因此可以直接提取40GHz分量。與此相反，對NRZ信號，如果以同樣方式設定總色散量，那么40GHz分量強度變?yōu)榱?，不可能直接提取?br> 但是正如可從圖2看到的，對NRZ信號，存在兩個極大值，其上的40GHz頻率分量相當大。這兩個極大出現(xiàn)在總色散量約為±60ps/nm的地方。注意到這一點，那么按照本發(fā)明，信號的再生要使眼圖張度內(nèi)的總色散量成為極小。但是，為了產(chǎn)生定時信號，總色散量應該基本上不同于上述極小值，這樣可使定時信號分量變?yōu)闃O大，以便直接提取定時信號分量。
為供參考，畫出調(diào)制了的光信號的基帶譜，圖5和圖6分別為40Gb/sOTDM信號和40Gb/s NRZ信號。對NRZ信號，沒有40GHz分量。但是從定性的觀點看，認為由于譜的擴展，在色散之后會存在40GHz分量。圖7A,7B,7C分別畫出OTDM信號在色散為-40ps/nm,Ops/nm,+40ps/nm下的波形圖。圖8A,8B,8C分別畫出NRZ信號在色散為-40ps/nm,Ops/nm,+40ps/nm下的波形圖。如圖所示，兩種OTDM和NRZ信號都一樣，色散(正的負的)后，波形中心處“1”的高度都升高了，但相交點降低了。由此可見，強度以等于一個時隙的周期作變化。強度的變化產(chǎn)生了40GHz分量。
按照本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例，圖9畫出了一個裝有信號提取電路的光傳輸系統(tǒng)。圖9中，光發(fā)射機10輸出的40Gb/s NRZ光信號被光學后置放大器12放大，并經(jīng)光傳輸線(光纖)14傳送。在接收端，接收的光信號用光學前置放大器16放大，經(jīng)色散補償器18送進40Gb/s接收機系統(tǒng)20中的光電二極管22。
送至光電二極管22的光信號的一部分，用光耦合器(未畫出)分離出來，經(jīng)色散補償器24送進光電二極管26。光電二極管26輸出的電信號中含有的40GHz分量，用窄帶帶通濾波器28提取出來，經(jīng)放大器30放大，作為提取的用于數(shù)據(jù)判別等用途的定時信號，提供給40Gb/s接收機系統(tǒng)20。
這里，色散補償器18的色散值要使進入光電二極管22的光信號的總色散減至零值。色散補償器24的色散值為+60ps/nm，或-60ps/nm。這樣，輸入40Gb/s接收機系統(tǒng)20的信號的眼圖張度成為極大。同時，40GHz頻率分量也成極大，便于用窄帶帶通濾波器28提取。
這里，如果信號光的波長基本上等于光纖14的零色散波長，因此即使不用色散補償器18，輸入40Gb/s接收機系統(tǒng)20的信號的眼圖張度也足夠大，那么可以省去色散補償器18。此外，色散補償器18和24不一定要有固定色散值，但可用半固定色散值的可變色散補償器構成，它能根據(jù)外部信號改變其色散值。還有，對OTDM信號，它不會遇到NRZ信號的零強度問題，如果用兩個不同的色散值，一個使進入光電二極管22的信號的眼圖張度為極大(使40GHz分量變?yōu)闃O小)，另一個使進入光電二極管的光信號的40GHz分量為極大，那么，與在光電二極管22和26上都令40GHz分量成為極小相比較，所提取的時鐘信號的精度提高了。
圖10畫出本發(fā)明第二個優(yōu)選實施例。在此實施例中，提取的40GHz分量不直接送給40Gb/s接收機系統(tǒng)20。而是由一個壓控振蕩器(VCO)34向40Gb/s接收機系統(tǒng)提供時鐘信號。提取的40GHz定時信號與VCO34輸出的時鐘信號都送至相位比較器32。相位比較器32比較提取的時標信號相位與VCO34輸出的時鐘信號相位。根據(jù)比較結果，控制電路36向VCO34送去一個控制電壓，從而產(chǎn)生與提取的40GHz分量同步的時鐘信號。此時鐘信號被送至40Gb/s接收機系統(tǒng)20。這些附加的元件的作用是消除送給接收機系統(tǒng)20的信號的抖動和畸變。
圖11畫出本發(fā)明第三個優(yōu)選實施例。在此實施例中，用可變色散補償器18’代替固定或半固定色散值的色散補償器18。送至光電二極管22的光信號的一部分，被另一個光耦合器(未畫出)分離出來，提供給光電二極管38，并由光電二極管38轉換為電信號。用帶通濾波器40從光電二極管38的輸出中提取40GHz分量。40GHz分量被放大器42放大，其功率由檢測器44檢測。根據(jù)測得的功率，控制電路46控制可變色散補償器18’的色散量，使功率為極小。
下面描述可變色散補償器18’的一個實例(M.M.Ohn et al.,“Tunable fiber grating dispersion using a piezoeleetric stack”,OFC’97Technical Digest,WJ3,pp.155-156)。
如圖12所示，21段線性調(diào)頻光纖光柵90的每一段，都粘結在一壓電元件92上。當按圖13所示遞增率的各個電壓V1至V21加在各個壓電元件92上時，沿光柵90的縱向所加壓力發(fā)生變化。電壓V1至V21是按照圖13所示電壓圖譜A至D加上去的。電壓圖譜A至D產(chǎn)生的色散值(直線的斜率)畫在圖14上。對圖11所示傳輸系統(tǒng)，使用圖13所畫各個電壓圖譜之間的圖譜，可以得到圖14所示各種色散值之間的色散值。
圖15是示意圖，畫出控制電路46的一個實例，此電路可用在圖11所畫的傳輸系統(tǒng)內(nèi)。40GHz頻率分量強度值用A/D轉換器94作A/D轉換，成為數(shù)字信號送至微處理器單元(MPU)96。MPU96比較當前強度值Ic和先前接收的存放在存儲器98的強度值Ip，檢查并確定當前色散量與40GHz強度之間的關系是在圖2強度曲線的X傾斜部分抑或在Y傾斜部分。就是說，當在X傾斜部分(強度增加)時，如果減小可變色散補償器34的色散量，則色散量將趨于零(Z點)。當在Y傾斜部分(強度減小)時，如果增加可變色散補償器18’的色散量，則色散量將趨于零。當Ic＞Ip，認定此時的關系是在X傾斜部分，要控制加在可變色散補償器18’上的電壓V1至V21，使色散量減小。加在各個壓電元件的電壓，每一個電壓都通過帶有鎖存器的數(shù)模轉換器(D/A)100輸出。反之，當Ic＜Ip，則認為此時的關系是在Y傾斜部分，要控制電壓V1至V21，使可變色散補償器18’的色散量增加。
這里，為了設置V1至V21的數(shù)值，圖13與圖14的數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)代表著色散量與V1至V21之間的關系)和圖2的數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)代表著40GHz分量強度與總色散量之間的關系)都事先存放在存儲器98內(nèi)。然后，確定此關系是在圖2的X傾斜部分還是在Y傾斜部分，并從圖2上的數(shù)據(jù)獲得當前的色散量Dc。其后，由當前的色散量Dc確定可變色散補償器18’所必需的色散量D’c，以便使色散量減小至零，即至Z點。換言之，確定D’c，使Dc+D’c=0。
按此方法一旦確定了D’c后，為得到D’c而加在可變色散補償器18’上的電壓V1至V21，可根據(jù)圖13與圖14的數(shù)據(jù)確定。
圖16畫出圖11所示系統(tǒng)的第一種改型。圖16里，可變色散補償器18’的補償量是與色散補償器24的補償量合并在一起的，可變色散補償器18’的控制是使總色散量減小至零。如果色散補償器24的色散值選定為+60ps/nm或-60ps/nm，那么要使40GHz分量成為極大，進入光電二極管26的光信號的色散應是-60ps/nm或+60ps/nm。
圖17畫出圖11所示系統(tǒng)的第二種改型。在圖17所示系統(tǒng)里，不用可變色散補償器18’和控制其色散量使總色散量減至零的方法，而是在光發(fā)射機10中采用波長可變的光源48。控制信號光的波長，以便使提取的40GHz分量強度變?yōu)闃O小，因而是使信號光的波長基本上等于光纖14的零色散波長，總色散量減小至零。在這種情況下，必須考慮色散補償器24的色散量對波長的依賴關系(色散斜率)。還可以構造出一個這樣的系統(tǒng)，它能隨信號光波長的變化而把色散量控制在一恒定值上。
上述各例均假定是一個40Gb/s的NRZ(或OTDM)系統(tǒng)，其中當40GHz分量強度為極小時，總色散量為零且眼圖張度為最大。然而，這一假定只有在傳輸光功率足夠小，非線性效應(自相位調(diào)制SPM)的影響可忽略時才成立。
圖18至21畫出(作為模擬結果)傳輸光功率分別取0,+5,+10,+13dBm，沿一根50km單模光纖(SMF)的40Gb/s OTDM信號傳輸線傳輸?shù)那闆r下，40GHz分量強度與眼圖張度之間關系對總色散量(色散補償后)的曲線。從圖1及圖18至21可以看到，只有低傳輸功率時，強度及眼圖張度的極值才在相同的總色散上。就是說，只有在上信號光功率(-5dBm)的線性傳輸情形下，40GHz分量強度取極小時的總色散量才與眼圖張度取最大時的總色散量相同。隨著信號光功率的增大，非線性效應增強，兩個極值分開，兩極值間的位移隨信號光功率的增大而增大。
圖22是曲線圖，表明40Gb/s的OTDM信號在50km的SMF傳輸情況下，眼圖張度最大時的總色散量和40GHz分量極小時的總色散量與傳輸光功率的函數(shù)關系。如圖22所示，40GHz分量為極小時的總色散量不依賴于傳輸?shù)墓夤β?，恒維持在Ops/nm，而眼圖張度為最大時的總色散量則隨傳輸光功率的增加而增加。
對OTDM信號，如果已通過控制電路使40GHz分量強度為極小而把總色散變成極小即變成零，那么可以添加由傳輸光功率決定的色散量，使眼圖張度成為極大。另外，對色散已減小至零的光信號，可以添加規(guī)定的固定色散補償量，使40GHz分量變成極大。
圖23至26是曲線圖，畫出對NRZ信號模擬的結果。圖23至26畫出在一根50km的SMF傳輸線內(nèi)傳輸?shù)墓夤β史謩e為0,+5,+10,+13dBm時，40GHz分量強度和眼圖張度之間關系對總色散量(色散補償后)的曲線。從圖2和圖23至26可見，眼圖張度為最大的總色散量隨傳輸光功率的增大而增大。這一特性與OTDM信號相同。
但是，40GHz分量強度隨總色散量變化的方式與OTDM信號不同。更具體說，對OTDM信號，在總色散量為零時，40GHz分量總為極小，與傳輸?shù)墓夤β薀o關。另一方面，對NRZ信號，在線性傳輸情形下，總色散量為零時，40GHz分量為極小(=0)。但當傳輸?shù)墓夤β试龃髸r，40GHz強度極小點出現(xiàn)在較大的總色散量處。因此，與OTDM信號情形不同，不能按照40GHz分量在零總色散處為極小的方式來控制可變色散補償器18’。但是，對40Gb/s NRZ信號，由于在+60ps/nm和-60ps/nm處達到極大而與傳輸功率無關，因此可以采用定出兩個極大間的中點的辦法，控制可變色散補償器18’，使總色散量變成零。
圖27畫出本發(fā)明第四個優(yōu)選實施例。利用上面所述技術，在實施例可應用在非線性效應不能忽略的情形。對OTDM信號，一個類似于圖11控制電路的控制電路46’，控制光信號在可變色散補償器18’輸出端的色散，使之為零。這樣使測得的40GHz分量強變?yōu)闃O小。對NRZ信號，控制電路46’掃描40GHz分量的強度，定出兩個強度峰的色散值?？勺兩⒀a償器18’的色散補償量設定為兩個極大間中點處的色散補償量。這就使40HGz頻率分量強度在色散補償器18’的輸出端變?yōu)闃O小，而與傳輸?shù)墓夤β薀o關。
可變色散補償器VDC50把根據(jù)傳輸光功率確定的色散量加進去，使眼圖張度變?yōu)闃O大。VDC50把色散添加到光信號中，而光信號的色散已經(jīng)被調(diào)控成使40GHz頻率分量為極小。VDC50的輸出送給40Gb/s接收機系統(tǒng)20。
用光學后置放大器12分離出部分光輸出并用光電二極管檢測其光功率，可以實現(xiàn)傳輸光功率的檢測。或者，從光學后置放大器12提供的功率信息，可以確定傳輸?shù)墓夤β?。在圖27中，關于光輸出功率的信息是從發(fā)射端(從后置放大器12)送出的，但作為變通的一種方法，也可在接收端檢測光功率，或者可以利用光學前置放大器16中的監(jiān)控信號。
圖27的系統(tǒng)是考慮到非線效應，對圖11的系統(tǒng)加以改變而構造出來的。應該看到，對圖16和圖17的系統(tǒng)，也可作類似的改變。
在50km SMF的40Gb/s NRZ信號傳輸線內(nèi)，總色散量(色散補償后)對40GHz分量的關系中(圖2)，40GHz分量按周期性間隔變成零。在為可變色散補償器設定最佳值的過程中，當要大范圍地掃描可變色散補償器的色散值時(例如啟動系統(tǒng)時)，時鐘信號的同步有可能短暫地丟失，引起系統(tǒng)工作故障。還有一種可能(危險)是，可變色散補償器的置值恰好與時鐘分量的零狀態(tài)重合，沒有時鐘信號產(chǎn)生，因而導至認為出現(xiàn)故障的錯誤判斷。要避免這類麻煩，系統(tǒng)工作時，首先應實現(xiàn)色散補償?shù)膬?yōu)化，之后，應該開始時標提取。對RZ信號(圖3和4)，由于時鐘分量按周期性間隔變成零，也必須按相同的順序。
按照本發(fā)明，在超高速光傳輸系統(tǒng)中，接收機系統(tǒng)能用可變色散補償器監(jiān)控和優(yōu)化色散量。這樣做的同時，即使對NRZ信號，還可以用PLL方法來提取定時信號。
雖然本發(fā)明的描述是結合各個優(yōu)選實施例進行的，但應該明白，對熟此專業(yè)的人來說，在上述原理范圍內(nèi)的各種改動是顯而易見的。因此，本發(fā)明不局限于各優(yōu)選實施例，而應當包括這類改動。
權利要求
1．一種定時信號提取設備，包括信號再生電路，它從光信號的第一部分產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號；信號提取電路，它從光信號的第二部分提取定時信號；以及色散控制裝置，它把色散補償量加到光信號第一與第二部分的至少一部分中去，從而控制先信號第二部分的總色散量，使之基本上不同于光信號第一部分的總色散量。
2．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中色散控制裝置使光信號第一和第二部分的至少一部分中的總色散變?yōu)闃O小。
3．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中的色散控制裝置包含第一色散補償器和第二色散補償器，第一色散補償器使光信號第一和第二部分的色散成為極小，第二色散補償器則僅使光信號第二部分的色散從極小總色散增大。
4．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中的光信號被比特率為X比特/秒的數(shù)據(jù)信號調(diào)制，且提取的定時信號頻率為X赫茲。
5．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中的信號提取電路包含鎖相環(huán)。
6．按照權利要求1的定時信號提取設備，還包括壓控振蕩器，用于產(chǎn)生時鐘信號；相位比較電路，用于比較時鐘信號的相位和提取的定時信號的相位；與相位比較電路相聯(lián)的控制電路，它根據(jù)相位比較電路的比較結果，產(chǎn)生控制電壓，提供給所述壓控振蕩器。
7．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中的色散控制裝置包括可變色散補償器，它在所述第一光信號被送給所述信號再生電路之前，把由光信號功率決定的色散補償加到所述第一光信號中去。
8．按照權利要求7的定時信號提取設備，還包括一個前置放大器，它放大光信號并把光信號沿傳輸線發(fā)送，可變色散補償器將根據(jù)前置放大器的放大功率來添加色散補償量。
9．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中光信號是不歸零信號或光學時分多路復用信號。
10．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中色散控制裝置包括可變色散補償器；以及控制電路，它控制可變色散補償器，使可變色散補償器下行方向某點的總色散變?yōu)闃O小。
11．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中色散控制裝置包括光檢測器，它檢測光信號中特定頻率分量的強度，此光信號的強度對總色散的特征曲線至少有兩個峰；以及可變色散補償器，用于控制光信號的總色散量，使特定頻率分量的強度，基本上變成光信號強度對總色散特征曲線上兩個最高峰間的極小。
12．按照權利要求11的定時信號提取設備，還包括壓控振蕩器，用于產(chǎn)生時鐘信號；相位比較電路，用于比較時鐘信號的相位和提取的定時信號的相位；以及與相位比較電路相聯(lián)的控制電路，它根據(jù)相位比較電路的比較結果，產(chǎn)生控制電壓，提供給所述壓控振蕩器。
13．按照權利要求11的定時信號提取設備，其中光信號被比特率為X比特/秒的數(shù)據(jù)信號調(diào)制，且特定頻率分量和提取的定時信號的頻率都是X赫茲。
14．按照權利要求11的定時信號提取設備，其中光檢測器是在可變色散補償器的下行方向上。
15．按照權利要求11的定時信號提取設備，其中可變色散補償器對光信號的第一和第二部分的色散量都加以控制。
16．按照權利要求11的定時信號提取設備，其中可變色散補償器包含多片首尾相接的壓電片，緊靠著線性調(diào)頻光纖光柵，電壓分別加在每一片上。
17．按照權利要求11的定時信號提取設備，其中色散控制裝置還包括與光檢測器相聯(lián)的控制電路和可變色散補償器，控制電路包括存儲器，它存儲上一次的強度值，以及強度對總色散的特征曲線；處理器，它從光檢測器接收當前強度值，比較當前強度值與上一次強度值，根據(jù)比較結果，確定當前強度值在特征曲線的那一點，如果特定頻率分量的強度不在極小上，則根據(jù)比較結果，增加或減小色散補償量。
18．按照權利要求11的定時信號提取設備，其中，可變色散補償器控制光信號第一部分和第二部分兩部分的色散量，光信號第一部分在分離點與光信號的第二部分分離，以及色散控制裝置還包括在可變色散補償器和分離點的下行方向上的一個固定色散補償器，它只把色散補償添加到光信號的第二部分。
19．按照權利要求18的定時信號提取設備，其中色散控制裝置還包括第二個可變色散補償器，它在所述光信號第一部分傳送至所述信號再生電路之前，根據(jù)光信號功率，把色散補償量添加到第一光信號的所述部分。
20．按照權利要求11的定時信號提取設備，其中色散控制裝置還包括第二個可變色散補償器，它在所述光信號第一部分傳送至所述信號再生電路之前，根據(jù)光信號功率，把色散補償量添加到第一光信號的所述部分。
21．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中的色散控制裝置包括可變色散補償器；與可變色散補償器串聯(lián)的固定色散補償器；控制可變色散補償器的控制電路，它使總色散在可變色散補償器及固定色散補償器兩者的下行方向某點變?yōu)闃O小。
22．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中色散控制裝置包括光檢測器，它檢測光信號中特定頻率分量的強度，此光信號的強度對總色散的特征曲線至少有兩個峰；固定色散補償器；以及與固定色散補償器串聯(lián)的可變色散補償器，在固定色散補償器與可變色散補償器的下行方向某點上，可變色散補償器控制光信號的總色散量，使特定頻率分量的強度，基本上變成光信號強度對總色散特征曲線上兩個最高峰間的極小。
23．按照權利要求22的定時信號提取設備，其中光信號的第一部分，在固定與可變色散補償器之間的一個分離點與光信號的第二部分分離，信號再生電路在固定色散補償器的下行方向上。
24．按照權利要求22的定時信號提取設備，其中的色散控制裝置包括第二個可變色散補償器，它在所述第一光信號傳送至所述信號再生電路之前，根據(jù)光信號功率，把色散補償量添加到所述第一光信號中。
25．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中色散控制裝置包括波長可變光源；以及控制電路，它控制波長可變光源的波長，使總色散在波長可變光源的下行方向某點變成極小。
26．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中色散控制裝置包括光檢測器，它檢測光信號中特定頻率分量的強度，此光信號的強度對總色散的特征曲線至少有兩個峰；以及波長可變光源，它控制光信號的總色散量，使特定頻率分量的強度，基本上變成光信號強度對總色散特征曲線上兩個最高峰間的極小。
27．按照權利要求26的定時信號提取設備，還包括壓控振蕩器，它產(chǎn)生時鐘信號；相位比較電路，它比較時鐘信號的相位和提取的定時信號相位；控制電路，它與相位比較電路相聯(lián)，根據(jù)相位比較電路的比較結果，產(chǎn)生控制電壓，提供給所述壓控振蕩器。
28．按照權利要求26的定時信號提取設備，其中光信號被比特率為X比特/秒的數(shù)據(jù)信號調(diào)制，且特定頻率分量和提取的定時信號的頻率都是X赫茲。
29．按照權利要求26的定時信號提取設備，其中色散控制裝置還包括與光檢測器及波長可變光源相聯(lián)的控制電路，控制電路包括存儲器，它存儲上一次的強度值，以及強度對總色散的特征曲線；處理器，它從光檢測器接收當前強度值，比較當前強度值與上一次強度值，根據(jù)比較結果，確定當前強度值在特征曲線的那一點，如果特定頻率分量的強度不在極小上，則根據(jù)比較結果，改變可變波長光源的波長。
30．按照權利要求26的定時信號提取設備，其中，光信號的第一部分在分離點與光信號的第二部分分離，色散控制裝置還包括在分離點的下行方向上的色散補償器，它只把色散補償添加到光信號的第二部分。
31．按照權利要求30的定時信號提取設備，其中色散控制裝置還包括一個可變色散補償器，它在所述光信號第一部分傳送至所述信號再生電路之前，根據(jù)光信號功率，把色散補償量添加到第一光信號的所述部分。
32．按照權利要求26的定時信號提取設備，其中色散控制裝置還包括一個可變色散補償器，它在所述光信號第一部分傳送至所述信號再生電路之前，根據(jù)光信號功率，把色散補償量添加到第一光信號的所述部分。
33．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中的色散控制裝置包括波長可變光源；色散補償器；控制電路，它控制波長可變光源，使總色散在色散補償器的下行方向某點變成極小。
34．按照權利要求1的定時信號提取設備，其中的色散控制裝置包括光檢測器，它檢測光信號特定頻率分量的強度，此光信號的強度對總色散的特征曲線至少有兩個峰；色散補償器；波長可變光源，它產(chǎn)生光信號并通過改變光信號的波長來控制光信號的總色散量，使特定頻率分量的強度，在光信號強度對總色散特征曲線的兩個最高峰之間基本上達到極小，強度是在色散補償器下行方向的一點變成極小。
35．按照權利要求34的定時信號提取設備，其中光信號的第一部分在波長可變光源與色散補償器之間的分離點與光信號的第二部分分離，信號再生電路在色散補償器的下行方向上。
36．按照權利要求34的定時信號提取設備，其中色散控制裝置包括可變色散補償器，它在所述第一光信號傳送至所述信號再生電路之前，根據(jù)光信號功率，把色散補償量添加到所述第一光信號中。
37．一種提取定時信號的方法，包括的步驟有(a)從光信號的第一部分產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號；(b)從光信號的第二部分提取定時信號；(c)把色散補償加到光信號第一和第二部分的至少一部分中，從而控制光信號第二部分的總色散量，使之基本上不同于光信號第一部分的總色散量。
38．按照權利要求37的提取定時信號方法，其中光信號被比特率為X比特/秒的數(shù)據(jù)信號調(diào)制，提取的定時信號頻率為X赫茲。
39．按照權利要求37的提取定時信號方法，還包括步驟(d)用壓控振蕩器產(chǎn)生時鐘信號；(e)比較時鐘信號的相位與提取的定時信號相位；(f)根據(jù)步驟(e)的比較結果，產(chǎn)生控制電壓，提供給所述壓控振蕩器。
40．按照權利要求37的提取定時信號方法，其中步驟(c)包括一些分步驟檢測光信號中特定頻率分量的強度，此光信號強度對總色散的特征曲線至少有兩個峰，改變光信號的色散量，使特定頻率分量的強度，基本上成為光信號強度對總色散特征曲線上兩個最高峰間的極小。
41．按照權利要求40的提取定時信號方法，其中至少對光信號的第一部分，改變其色散量并使其特定頻率分量的強度成為極小。
42．按照權利要求40的提取定時信號方法，其中光信號被比特率為X比特/秒的數(shù)據(jù)信號調(diào)制，特定頻率分量和提取的定時信號的頻率都是X赫茲。
43．按照權利要求37的提取定時信號方法，其中步驟(c)至少要在步驟(a)之前完成。
44．按照權利要求40的提取定時信號方法，其中步驟(c)至少要在步驟(a)之前完成。
45．按照權利要求40的提取定時信號方法，其中用緊靠線性調(diào)頻光纖光柵的首尾相接的多片壓電片來改變色散量，色散量的改變方法是，在每片上獨立地加電壓，電壓從一片到相鄰一片逐漸變化，改變從一片到相鄰一片的電壓變化率便可改變色散量。
全文摘要
一種提取定時信號的方法,它從光信號的第一部分產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號,從光信號的第二部分提取定時信號,并把色散補償加到光信號的第一和第二部分的至少一部分中,從而控制光信號第二部分的總色散量,使之基本上不同于光信號第一部分的總色散量。定時信號提取設備用信號再生電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號,用信號提取電路提取定時信號,用色散控制裝置添加色散補償。光信號可以用比特率為X比特/秒的數(shù)據(jù)信號加以調(diào)制,提取的定時信號頻率可以是X赫茲。
文檔編號H04L7/033GK1211117SQ98108450
公開日1999年3月17日 申請日期1998年5月15日 優(yōu)先權日1997年9月11日
發(fā)明者石川丈二, 大井寬己, 井原毅 申請人:富士通株式會社