一种用于高速光时分复用系统的时钟恢复方法

摘要

本发明提供了一种用于高速光时分复用系统的时钟恢复方法，该方法以附加相位调制的方式，将基频时钟置于高速光时分复用数据带内，实现高速光时分复用数据与基频时钟共传，在接收端只需将基频时钟分离出来，即可实现光时分复用系统基频时钟恢复。它克服了传统从光时分复用数据流中恢复时钟所需的光锁相环结构，具有方案新颖、结构简单、兼容性好的特点。本发明为探索面向下一代全光通信网中高速光信号处理单元打下基础，在光纤通信系统和全光交换组网等方面具有广泛应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光时分复用系统的时钟恢复方法，尤其设计一种基于附加相位调 制的数据和时钟共传方案、实现光时分复用系统时钟恢复的方法。

背景技术

光时分复用(OTDM)技术利用超短脉冲及归零码(RZ)，通过脉冲间插的方式把2^N(N为 正整数)基速率B比特/秒数据信通映射到一个基频时钟周期中去，在时域上把2^N路基速率 的光信号复用成B×2^N比特/秒速率的高速光脉冲数据流。OTDM信号经过光纤传输后，通 过光解复用器恢复出各路基速率数据信号。与波分复用(WDM)系统相比，OTDM使用单一 光源，避免了WDM系统各路功率叠加而产生的四波混频串扰和拉曼散射等问题，使在线 光纤放大器的管理简单化；虽然WDM已成为提高通信速率的首选方案，但利用OTDM可 以提高WDM单信通速率，降低WDM通信信道数量，从而在现有的掺铒光纤放大器(EDFA) 放大带宽内就可实现超大容量通信，传输管理更加简捷。OTDM技术通过在光域中对信号 的直接处理，以达到提高每个波道携带的信息量增加传输容量的目的，其本身适合作为采 用全光交换和全光路由选择的全光网络技术方案。

时钟恢复是指从高速光OTDM脉冲数据流中抽取基频时钟，基频时钟是OTDM系统 中的解复用器、路由选择、信道选择、信号再生等的驱动信号，因此时钟恢复是OTDM系 统必不可少的关键技术。在实际OTDM系统中，时钟恢复中最大的障碍在于复用后的OTDM 脉冲数据流中包含的频率成份为B×2^N赫兹及其高次谐波，并不包含基频时钟的B赫兹频 率成份，无法直接提取。目前，绝大部分时钟恢复方法基于电光或者全光锁相环实现，锁 相环是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统，一个锁相环由电光/全光鉴相器、 环路滤波器、压控振荡器三个基本单元组成。实现上由压控振荡器产生一个与基频时钟频 率接近的本地时钟，该本地时钟输入到光鉴相器与OTDM数据流进行相位比较。低通滤波 器用于滤除光鉴相器输出信号中的高频分量和其它干扰分量，保证锁相环的整体性能，并 增加环路的稳定性。低频的误差信号反馈给压控振荡器闭环调整本地时钟，从而得到稳定 的、与OTDM脉冲流同步的基频时钟输出。由于锁相环是“有记忆”的系统，它的输出需 要一定的时间才能响应输入的变化，这种方法虽然恢复时钟抖动小、质量高，但是很难获 得快速的锁定，即很难获得快速的相位同步。另外，随着复用速率的提高，高速率 (＞160Gbit/s)的电光/全光鉴相器难以实现，制约了该方法在超高速率OTDM系统中的应 用。

发明内容

针对上述锁相环时钟恢复方法中存在的不足，本发明提出一种适用于高速OTDM系统 快速时钟恢复方法，该方法以附加相位调制的方式，将基频时钟置于OTDM数据带内，实 现高速OTDM数据与基频时钟共传，在接收端，只需将基频时钟分离出来，即可实现光时 分复用系统基频时钟恢复。

本发明提出了一种高速光时分复用系统的时钟恢复方法，其特征包含以下步骤：

步骤1时钟恢复系统构成

如图2所示，时钟恢复系统由时钟置入单元和时钟提取单元，时钟置入单元位于OTDM 发射端，其由偏振控制器和相位调制器组成，置入时钟的OTDM数据信号经过传输光纤传 输后到达光接收端，之后数据信号被光功分器一分为二，一路光信号直接输出，另一路光 信号进入时钟提取单元，时钟提取单元由光带通滤波器和光电探测器组成；

步骤2时钟置入

在光发送端，速率为B×2^N比特/秒的OTDM数据经过偏振控制器入射到相位调制器中， 相位调制器的电口输入频率B赫兹的基频时钟信号，调整时钟信号的幅度，使得相位调制 产生的1阶边带最大，相位调制器的输出信号即是置入了基频时钟的OTDM数据。

步骤3时钟提取

速率为B×2^N比特/秒的OTDM数据经过光纤传输之后到达光接收端，数据信号入射到 光分路器一分为二，分路器的一支信号直接输出，分路器的另一支信号进入时钟提取单元， 在时钟提取单元中，先经过一光带通滤波器滤出OTDM信号的中心载波及其临近的一个基 频时钟边带，或者OTDM信号的B×2^N赫兹谱线及其临近的一个基频时钟边带，光带通滤 波器的输出光进入光电探测器进行光电转换，探测器输出的电信号即为恢复出的频率为B 赫兹的基频时钟。

本发明的实质该方法在发送端利用相位调制方式将正弦基频时钟信号置入到待传输的 OTDM高速数据中，而在接收端，只需简单地从数据中提取该基频时钟信号就可恢复出基 频时钟。

本发明的优点或积极的效果：

本发明提出的基频时钟恢复方法无需利用锁相环实现时钟恢复，由于在OTDM发送端， OTDM脉冲流是由基频时钟驱动产生的，因此加载到OTDM数据中的基频时钟与OTDM 脉冲流是时刻保持同步的，并且两者经历了相同的传输路径，因此在OTDM接收端恢复出 的时钟与OTDM数据流一直保持同步，因此该方法不但能满足快速时钟同步，并且具有系 统稳定、结构简单的优点。

附图说明

图1是OTDM原理示意图(B＝10G赫兹，N＝4)。

图2是本发明的工作原理图。

图3是置入时钟前的OTDM数据信号光谱和眼图。

图4是置入时钟后的OTDM数据信号光谱和眼图。

图5是时钟提取单元中光滤波器输出信号光谱和光电探测后的恢复时钟波形。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作进一步描述。

如图1所示的光时分复用基本原理所示，本实施例中的基频时钟的频率为10G赫兹， 高重频脉冲源产生波长为1550.70nm，脉宽为1.4ps，重频为10G赫兹的重频光脉冲，经过 16路分路后，每一路加载10G比特/秒的数据之后，16路10G比特/秒的数据经过延时合成， 最终形成160G比特/秒的高速数据流输出，图3所示为160G比特/秒的数据信号的眼图， 图4的右上角子图为160G比特/秒的数据信号光谱图。

步骤1时钟恢复系统构成

如图2所示，160G比特/秒的高速数据入射到时钟置入单元，将10G赫兹的基频时钟 置入高速数据中，时钟置入单元的输出即是置入了时钟的数据信号，该信号经过长距离光 纤传输后到达光时钟提取单元，在时钟提取单元中，首先数据信号经过光分路器一分为二， 一部分直接从时钟提取单元的光端口输出，另一部分数据信号经过信号处理后，数据内的 10G赫兹基频时钟被提取出来并从时钟提取单元的电端口输出。

步骤2时钟置入

如图2所示，在时钟置入单元内，160G比特/秒的高速数据经过偏振控制器后输入到相 位调制器，相位调制器的电口输入10G赫兹的基频时钟信号，图4为置入了基频时钟160G 比特/秒数据信号光谱，图4的右上角子图为置入基频时钟后的160G比特/秒数据信号的眼 图。由于是相位调制，置入时钟前后数据信号的眼图相同，但两者区别从光谱上可看出来， 置入时钟的数据信号在其中心波长，160G赫兹整数倍的谱线上均产生了时钟调制边带，由 此表明基频时钟已纤被置入数据带内。

步骤3时钟提取

如图2所示，在时钟提取单元内，置入了时钟的160G比特/秒的数据信号先经过一光 带通滤波器滤出OTDM信号的中心波长及其临近的一个10G赫兹时钟边带，或者OTDM 信号的160G赫兹谱线及其临近的一个10G赫兹时钟边带，图5所示，窄带滤波器输出信 号的光谱，本例中我们滤出了数据信号中心波长1550.70nm及其附近的10G赫兹时钟上边 带，该信号经过光电探测器光电转换后，探测器输出的电信号即为恢复出的频率为10G赫 兹的基频时钟，恢复出的时钟信号波形如图5右上角的子图所示。

本发明提出的OTDM信号时钟恢复方案是在光发射机之后和光接收机之前在光域内对 数据信号进行了预处理，实现基频时钟与高速数据共传，达到简化OTDM接收机时钟恢复 的目的，该技术方案本身并不改变光发射和光接收机的原理、结构和设计，与现行的光纤 通信系统兼容。该方案具有如下优点：1、方案新颖，时钟恢复技术方案充分挖掘OTDM信 号的光谱特性，在不影响OTDM数据性能的前提下置入时钟信号，不占用其它光通信的波 长资源，提高了OTDM信号的频谱效率；2、技术先进，与传统的电光锁相环和全光时钟 恢复完全不同，该方案基频时钟在数据带内共传，两者经历相同的链路非对称性，这保证 了接收端对时钟的快速获取和稳定同步；3、结构简单，该方案从原理上克服了传统从OTDM 数据流中恢复时钟所需的光锁相环结构，系统结构大大简化；此外，特别指出的是我们提 出的时钟恢复机制将基速时钟嵌入高速数据中，其不仅适用于连续工作模式的超高速 OTDM数据流传输与解调，也可兼容突发模式的OTDM分组数据包传输与处理，这为探索 面向下一代全光通信网中高速光信号处理单元打下基础。