[发明专利]使用与附加调制格式组合的M-PPM的具有高灵敏度的光学传输和接收

说明书

有关申请的交叉引用

本申请的主题内容与以下申请有关：与本申请同日提交并且标题为“System，Method and Apparatus for High-Sensitivity Optical Detection”的第13／041,386号美国专利申请，通过整体引用将该申请结合于此。

技术领域

本发明涉及光学通信设备，并且更具体地但是并非完全地涉及相干光学传输系统中的光学调制和检测。

背景技术

本节介绍可以有助于更好理解的方面。因而，本节的陈述将鉴于这一点来加以解读，而将不被理解为承认什么是现有技术或者什么不是现有技术。

不断寻求提高光学通信系统中的、特别是用于自由空间光学通信的接收器灵敏度。直接提高接收器灵敏度或者减少每位所需的信号光子(ppb)会带来传输链路性能的改善。接收器灵敏度主要由所利用的调制格式和检测方案来确定。m进制脉冲位置调制(m-PPM)是一种已建立的调制格式，用于实现高接收器灵敏度。m，字母表的大小，通常是二的幂，从而每个符号代表log₂m位。

在与理想的光子计数接收器使用时，m-PPM能够随着m的增加而逼近香农限制。然而，光子计数接收器当前具有有限带宽而不适合于高速(>1Gb／s)光学传输。在与光学放大接收器使用时，m-PPM的理论灵敏度变成比在利用理想的光子计数接收器时更低。此外，在m-PPM中使用大的m会降低针对给定的(时隙)调制速度的信道数据速率。近来，直接检测二进制差分相移键控(DPSK)和相干检测二进制相移键控(BPSK)已经被用于实现高灵敏度和高数据速率通信，但是它们的灵敏度不如用高电平m-PPM实现的灵敏度那样高。

发明内容

这里公开用于具有高灵敏度的光学调制和检测的多种实施例。根据多种实施例，通过PPM格式的脉冲的定位并且通过这些脉冲的极化状态、幅度状态和相位状态中的至少一个状态或者用于这些脉冲的这些状态的组合对信息位编码。根据其它实施例，相干地检测信号，并且通过首先发现至少一个PPM脉冲的位置、然后对由这些脉冲携带的附加调制解码来取回在信号中包含的信息位。

在一个实施例中，脉冲的附加调制是通过极分复用正交相移键控(PDM-QPSK)，并且下文将新格式称为PQ-mPPM(极分复用正交相移键控m进制脉冲位置调制)。PQ-mPPM信号的相干检测可以基于导频辅助的单载波频分均衡(PA-SC-FDE)用于即使在严重PPM误差出现的情况下的可靠信号接收。这里提供的PDM-QPSK和PPM的独特组合使用产生比单独PPM或者PDM-QPSK高得多的接收器灵敏度。它还提供比将PPM与DPSK、BPSK或者QPSK简单地组合高得多的灵敏度。

根据一个实施例，通过与脉冲位置调制(PPM)格式对应的至少一个时隙位置对用于符号的多个位的第一非零部分编码，通过附加调制格式在至少一个时隙位置上对用于符号的多个位的第二非零部分编码，并且由光学调制装置将包括符号的信号调制到光学载波上。

根据另一实施例，通过与脉冲位置调制(PPM)格式对应的至少一个时隙位置对用于符号的多个位的第一非零部分编码，针对至少一个时隙位置通过用于脉冲的附加调制格式(例如极分复用相位调制的调制格式)对用于符号的多个位的第二非零部分编码，并且通过双极化光学调制器将包括符号的信号调制到光学载波上。

在一个实施例中，示例方法包括将数据位的流分组成用于符号的多个位，携带log₂(m)+4位的符号具有：经由与用于m进制脉冲位置调制(m-PPM)格式的脉冲对应的时隙位置而被编码的多个位的第一log₂(m)位(即第一非零部分)，以及针对该时隙位置经由用于脉冲的极分复用正交相移键控(PDM-QPSK)格式而被编码的多个位的剩余四(4)位(即第二非零部分)。可以针对每个符号对两个极化编码，每个极化携带多个位的第二非零部分的相应子部分。符号可以包括定位于对应时隙位置的多个脉冲。另外，符号可以具有m个时隙位置，m是整数值，2≤m≤16。