优化不归零调制的改进的光调制器 对于相关申请的交叉引用
本申请基于在2001年8月23日申请的法国专利No.01 11 046，其公开内容被包含于此以供参考，并且要求其优先权。
【技术领域】
本发明涉及光纤传输技术，特别涉及一种光调制器，其改进传输质量从而改进在存在噪声的情况下传输的信号的检测。
背景技术
通信网络在最近几年已经获得相当大的扩展。尽管大部分呼叫，无论是承载语音(电话呼叫)还是数据，都通常使用标准的电话线路，其具有较低的位率，自从80年代中期开始无论是在公共或专用领域中互联网和所有其它数据网络的飞速发展导致对带宽的极大需求。为了面对要传输的信息量的指数增长，并且与所有媒体类型相关，即对于语音和数据，例如电子邮件(E-mail)、文本和图像传输、视频发布以及最重要的是互联网和万维网(WWW)的广泛使用，由于通过电介质(金属线、铜线)传输已经被证明是在长距离上的性能受到限制，因此需要开发新的技术。
至少是在这些网络的核心中，现在通常是通过光纤以非常高位率传输。数据或者信息位的交换速率通常是以吉比特每秒为单位来测量的。这意味着在一条1Gbit/s线路上每秒中可以交换十亿(109)位。在实践中，存在国际标准以对传输标准化，并且保证设备的互联。这些标准中最广泛使用的是SONET(同步光网)标准。SONET标准主要是一种北美标准，并且其欧洲的对应标准是SDH(同步数字系列)标准。这些标准大部分是相互兼容并且标准化地传输速度为2.48 Gbit/s(SONETOC-48)、10 Gbit/s(SONET OC-192)以及40 Gbit/s(SONET OC-768)。
尽管通信设备现在通过光纤网络进行通信，该网络可以是非常广泛的并且覆盖一个城市或国家，并且可以包括国家之间的传输，并且携带从相干光发射器(激光器)获得的光脉冲，它保持这样的情况，其中通信设备本身仍然基本上基于电子技术，并且构成该设备的外围电路必须能够有效地连接，并且低成本地把发送和接收光信号的设备与该光纤相接。
在最简单的形式中，传递上述信息位的二进制信号被通过通常为激光器的光发射器调制在两个电平上而简单地发送。这种光信号以两个功率电平产生，并且该激光从发射要由位于光纤的另一端的光接收器所接收的充分的光量的电平切换到不发射任何光线或发射少量光线的电平，在该状态下它被认为是被关闭。在一个位置上的接收器识别对应于信息位的两个电平(“1”通过对应于激光器发光的状态，但是反过来也是可行的)。如果激光器继续在两个连续“1”之间发光，并且仅仅在发射“0”时返回到关闭状态，则该调制模式被称为不归零(NRZ)调制。这种方式是廉价并且适合激光器的工作模式的，该激光器被启动或关闭以发射每个信息位。
但是，随着传输速度的大大增加，需要新一代的通信设备(高达40 Gbit/s)，这样越来越难以在短时间内控制激光器的启动或关闭并且保证接收器正确地检测所发送的信号，特别是在具有噪声的情况下，这种情况通常总是存在的。
因此本发明的目的是提供一种改进的光调制器，其保留NRZ方法的简易性，并且对该方法作出重大的改进，以改进信号传输的检测，即获得比常规NRZ方法更好的信噪比。
【发明内容】
因此，本发明提供一种用于通过调制光信号的强度而发送以NRZ模式编码的数据的光调制器，该调制器包括用于对光信号整形的装置，其中包括用于从一个输入控制信号产生低带宽信号的整形装置；具有有利于(favoring)所获得光信号的熄灭时间的传输函数的光调制器。
根据本发明的一个重要方面，所获得的光信号从最小亮度水平到最大亮度水平的过渡时间与信号的数位时间的比值为从0.1至0.6，并且在最大亮度水平的保持时间与总数位时间减去小于最小亮度水平和最大亮度水平之间的过渡时间的比值为从0.1至0.85之间。
从下文参照附图所示的本发明优选实施例的详细描述中，本发明的目的、特点和优点将更加清楚。
【附图说明】
图1为把NRZ调制模式与其它调制模式相比较的示意图。
图2示出用本发明进行补偿的常规NRZ调制模式的缺点。
图3A、3B、3C为示出如何根据本发明修改NRZ模式的示意图。
图4为表示可以用于评估所获得的改进的信噪比的示意图。
图5为示出如何通过测量光传输质量因子而精确地评价所获得的改进的示意图。
图6为示出本发明的一般应用的方框图。
【具体实施方式】
图1的基本功能是把NRZ调制(110)与其它调制类型相比较，以便使读者更好的理解本发明用于通信产品中所获得的简化和低成本的效果。具体来说，它可以与被称为归零(RZ)模式(120)的第二调制模式相比较。与NRZ模式相反，在连续传输“1”电平时，在每个数位周期中，发出光信号的设备被启动然后关闭(100)。显然这在要传输的信号中会导致较多次数的过渡(125)，其对应于所传送能量在较宽频率范围上的传播，这是本领域所公知的一种现象，并且可以通过使用适当的测量装置进行这种信号的频谱分析而清楚地示出。换句话说，在采用光纤的情况中，传输介质和接收器必须能够发送和接收包括较高频率的成份的调制信号，因此如果该信号不会变差则将提供更好的性能。另一种通常使用的调制是双向位或者曼彻斯特(manchester)代码调制(130)。由于在每个“1”或“0”数位周期中至少有一个过渡，因此其包括更多次数的过渡。该调制模式的频谱成份因此更加面向高频率，并且所导致的缺点更加严重。因此，在可能时，NRZ调制模式是优选的，因为它实现简单并且低成本。
但是，图2示出NRZ调制的一个问题，特别是当必须在一长串“1”符号(220)中传输一个“0”符号(210)时由其如此。由于符号之间的相互作用，特别是超出接收器中的电子滤波器的工作范围，发光器的关闭不够迅速，因此这会导致由该远程接收器检测单独的“0”符号更加困难。换句话说，在电子滤波之后信号的熄灭速度下降。因此本发明从增加应用领域的角度来提出对NRZ调制的改进，从而避免使用例如RZ调制这样的其它调制模式的必要性，尽管这些调制模式能够在发射器激活时清楚地区分“1”符号，但是它仍然具有上文所述的缺点。
图3A、3B、3C示出如何根据本发明调制所发送的信号以获得更好的熄灭速率。图3A对应于一个NRZ调制信号的标准情况，其中“0”和“1”保持时间相同，即当保持在1的比率等于1的情况，其中该保持在1的比率被定义为如下：
过渡比率表示从一个电平变为另一个电平所需的比特时间的比值，在图3A中等于0.44，其被定义为如下：
因此本发明对于保持时间导致较大或较小的改变，以使信号在“0”电平保持更长的时间，从而增加光传输设备的熄灭时间。这在图3B和3C中示出在不同的电平上。因此，图3B示出保持在1的比率等于0.43的信号，以及图3C示出该比率为0的情况。
所获得的优点必须通过由光传输领域中的技术人员执行适当的测量来进行精确地评估。因此图4示出在检测以根据本发明的模式调制的位率为10Gbit/s的信号时，作为在接收器中的电子滤波器的相等噪声频带的一个函数产生10-9的最低误码率的限制OSNR。对于该图，过渡比率为0.3。该数值对于所比较的两种调制模式为相同是重要的，因为它良好的示出在两种情况中该调制器具有完全相同的速度。对于保持在1的时间等于0.5的情况，该曲线示出OSNR的限制数值为比在常规的NRZ模式(保持在1的时间等于由该曲线所表示的1)中调制的信号所得的数值小0.5dB。这些曲线可以应用于任何位率，只要与相等噪声频带与位率的基频之间的比率相符合即可。
所获得优点还可以通过标准的光传输质量的测量而评估。该因子被称为传输质量因子或Q因子。标准测量工具可以是如图5中所示的曲线图，其中质量因子被表达为保持在1的比率的1个函数以及作为过渡比率的一个函率。为该图选择最佳的相等噪声频带，即对于在10Gbit/s的被调制信号为5GHz。对于光传输领域的技术人员来说图5清楚的示出根据本发明的一个区域，其中与该曲线图中所示用于比较目的的标准NRZ调制相比，质量因子被改进，即增加。这是对于与普通方法不同的过渡比率和保持在1的时间的范围所获得的效果，因此其优点是使用该范围来改进使用NRZ调制的传输。由保持在1的比率所确定的区域为从0.1至0.85(在横坐标轴上)，对于过渡比率为从0.1至0.6(在纵坐标轴上)。
图6示出如何一般地应用本发明。以便于理解本领域的技术人员容易作出各种变型而不脱离本发明的范围。该光发射器(610)在此是一个集成的激光调制器(ILM)。该设备接收由电子控制单元(620)所提供的控制信号(618)，以对该调制器输出端上的信号整形。根据本发明，该信号必须具有小的带宽，给定的传输速度，特别具有受控制的过渡时间。这最好通过例如模拟或数字的电子滤波器(625)这样的适当装置所获得，该滤波器例如是用于根据本发明的原理对由上游控制逻辑电路所产生的数据信号(635)进行变换的第五阶贝塞尔滤波器。在本发明的优选实施例中，该ILM的特征是一种非线性传输函数(630)，并且产生具有所有上文所述的所需特征的所得光信号(640)。当根据上述原理使用NRZ调制，这些特征把其用途扩展到传统应用领域的范围之外。
不被本发明所覆盖的系统使用该NRZ调制模式改进光纤上的传输质量。尽管存在有其它调制模式提供更好的性能，但是NRZ模式是最容易实现的并且最经济的模式，并且使用于大规模使用的模式。本发明非常适合用于控制激光器形式的光发射器，其必须根据要发送的“1”或“0”电平而被关闭或开启。通过适当的整形该光信号，本发明补偿当需要在一系列“1”电平中发送单独的一个“0”电平时难以检测“0”电平这样的NRZ模式所固有的缺点。