本发明涉及通信领域中的光传输技术， 尤其涉及一种星型光信号的生 成方法及装置。 背景技术

随着光网络的不断发展， 光网络对容量的需求越来越大， 因此需要不 断提升单通道、 单波长的光信号的传输速率。 但是由于器件的工艺和技术 方面的局限性， 仍然无法满足日益增长的容量需求， 因此只能开发高阶调 制格式来实现大容量、 高速的光信号传输。

正交幅度相位调制 （QAM )是一种将两种调幅信号汇合到一个信道的 方法， 因此会双倍扩展有效带宽。 正交调幅被用于脉冲调幅， 通常在无线 网络中应用。 但由于其拥有较高的带宽利用率， 已经逐渐被运用于超高速 率的光调制上面， 如单通道 400G/1 T的光信号调制。

正交调幅信号由两个相同频率的载波， 但是相位相差 90度（四分之一 周期， 来自积分术语） 的信号组成。 一个信号叫 I信号， 另一个信号叫 Q 信号。 从数学角度将一个信号可以表示成正弦， 另一个表示成余弦。 这两 路信号实现的是并行的信号传输， 对应在光路中即为并行的两路光信号传 输。 该调制方式通常有二进制 QAM ( 4QAM )、 四进制 QAM ( 16QAM )、 八进制 QAM ( 64QAM )等， 对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图， 分别有 4、 16、 64个矢量端点。 这种在光路中实现的多进制的正交幅度相 位调制也可简称为光 M-Q AM调制。

在现有技术中， 为实现在光上面实现 M-Q AM调制， 通常会釆用马赫 曾德（M-Z )调制器级联。 但本申请的发明人在实现本申请实施例中技术 方 案的过程中， 却发现该现有技术存在如下缺点：

由于釆用级联技术， 因此需要很多个调制器以及相应的放大器， 而且 在这些调制器中至少需要一个 I-Q调制器；

由于多个调制器及相应的放大器釆用级联， 因此， 要求数据之间的相 位要严格同步；

由于釆用的装置多， 且相位要严格同步， 因此， 存在整个装置会比较 庞大， 复杂， 且难以控制的缺点。 发明内容

本发明提供一种星型光信号的生成方法及装置 ， 用于解决现有技术中 整个装置结构庞大、 复杂及难于控制的技术问题。

一方面， 本发明通过本申请中的一个实施例， 提供如下技术方案： 一种星型光信号的生成方法， 所述星型光信号为星型 2n进制光信号， 其中 n为大于或等于 2的整数， 所述方法包括：

接收光信号和待传输的数字化数据；

将所述光信号分成第一路光信号和第二路光信 号；

通过星座图信息映射， 将所述待传输的数字化数据分成第一组数字化 数据和第二组数字化数据， 其中所述星座图中的星座点数为所述的 2 ⁿ ;

转化所述第一组数字化数据为第一路多电平信 号， 转化所述第二组数 字化数据为第二路多电平信号；

根据所述第一路多电平信号调制所述第一路光 信号， 生成第一路正交 相移键控信号； 根据所述第二路多电平信号调制所述第二路光 信号， 生成 第二路正交相移键控信号；

基于所述第一路正交相移键控信号和所述第二 路正交相移键控信号， 获得星型 n进制正交振幅调制光信号。

较佳地， 所述通过星座图信息映射， 将所述待传输数字化数据分成第 一组数字化数据和第二组数字化数据， 具体包括：

将所述待传输的数字化数据按格雷码的形式映 射为 2 ⁿ 个矢量星座点， 获得 2 ⁿ 个数据， 每个数据大小为 n比特；

将所述 n比特数据分成两组， 获得所述第一组数字化数据和第二组数 字化数据。

较佳地， 所述转化所述第一组数字化数据为第一路多电 平信号， 转化 所述第二组数字化数据为第二路多电平信号， 具体包括：

将所述第一组数字化数据转换为第一模拟信号 ； 将所述第二组数字化 数据转换为第二模拟信号；

将所述第一模拟信号放大， 获得所述第一路多电平信号； 将所述第二 模拟信号放大， 获得所述第二路多电平信号。

较佳地， 所述基于所述第一路正交相移键控信号和所述 第二路正交相 移键控信号， 获得星型 n进制正交振幅调制光信号， 具体包括：

调整所述第一路正交相移键控信号和所述第二 路正交相移键控信号间 的相位差为 il;

将调整后的所述第一路正交相移键控信号和所 述第二路正交相移键控 信号进行合路， 获得星型 n进制正交振幅调制光信号。

另一方面， 本发明通过本申请中的另一实施例提供如下技 术方案： 一种星型光信号的生成装置， 所述装置包括：

光生成单元， 用于产生光信号并输出；

数据分组单元， 用于通过星座图信息映射， 将接收的待传输的数字化 数据分成第一组数字化数据和第二组数字化数 据， 其中所述星座图中的星 座点数为所述的 2 ⁿ ;

转化单元， 用于将所述第一组数字化数据转化为第一路多 电平信号， 将所述第二组数字化数据转化为第二路多电平 信号； 调制单元， 用于将所述光信号分成第一路光信号和第二路 光信号； 根 据所述第一路多电平信号调制所述第一路光信 号， 生成第一路正交相移键 控信号； 根据所述第二路多电平信号调制所述第二路光 信号， 生成第二路 正交相移键控信号； 还用于基于所述第一路正交相移键控信号和所 述第二 路正交相移键控信号， 获得星型 n进制正交振幅调制光信号。

较佳地， 所述光生成单元具体为激光器控制监测单元， 用于提供窄线 宽光源作为所述光信号。

较佳地， 所述数据分组单元包括：

星座图映射单元， 用于将所述待传输的数字化数据按格雷码的形 式映 射为 2 ⁿ 个矢量星座点， 获得 2 ⁿ 个数据， 每个数据大小为 n比特；

串并转换器， 用于将串行数据转换成并行数据。

较佳地， 所述转化单元包括：

第一数模转换单元， 用于将所述第一组数字化数据转换为第一模拟 信 号； 第二数模转换单元， 用于将所述第二组数字化数据转换为第二模拟 信 号；

第一驱动单元， 用于将所述第一模拟信号放大， 获得所述第一路多电 平信号；

第二驱动单元， 用于将所述第二模拟信号放大， 获得所述第二路多电 平信号。

较佳地， 所述装置还包括：

控制单元， 与所述第一驱动单元及所述第二驱动单元连接 ， 用于控制 所述第一驱动单元及所述第二驱动单元的驱动 电压的振幅。

较佳地， 所述调制单元包括：

光信号分路单元， 用于将所述光信号分成第一路光信号和第二路 光信 号； 第一调制单元， 用于根据所述第一路多电平信号调制所述第一 路光信 号， 生成第一路正交相移键控信号；

第二调制单元， 用于根据所述第二路多电平信号调制所述第二 路光信 号， 生成第二路正交相移键控信号；

光信号合路单元， 用于调整所述第一路正交相移键控信号和所述 第二 路正交相移键控信号间的相位差为 π /2;将调整后的所述第一路正交相移键 控信号和所述第二路正交相移键控信号进行合 路， 获得星型 η进制正交振 幅调制光信号。

本申请实施中的一个或多个实施例中的上述技 术方案， 至少具有如下 技术效果或优点：

(一 )通过建立 I-Q调制器的数学模型，在不用级联多个调制器 的前提 下， 能够产生任意星座点数，从而不需要额外的 I-Q调制器以及多个调制器 级联， 进而大大简化了多进制正交幅度相位调制装置 的复杂程度， 并且易 于控制。

(二）通过所述数学模型， 得到驱动调制器的第一路多电平信号和第 二路多电平信号的驱动电压计算表达式， 此表达式可以表示星座图中任意 点的信息， 因此多进制正交幅度相位调制在星座图中对应 的星座点都可由 上述推导出来的表达式进行表示， 进而可以灵活的进行多进制光信号正交 幅度相位调制， 并且通过控制单元的处理器控制实现多种进制 的灵活切换。 附图说明

图 1为本发明实施例一中星型光信号的生成方法� �流程图；

图 2为本发明实施例一中正交调制器原理示意图� �

图 3 为本发明实施例一或二中星型十六进制正交幅 度相位调制的星座 图示意图；

图 4为本发明实施例一或二中十六进制正交幅度� �位调制的每个星座 点所需第一路多电平信号路和第二路多电平信 号参数表；

图 5为本发明实施例二中星型光信号的生成装置� �原理图；

图 6为本发明实施例二中光生成单元的模块图；

图 7为本发明实施例二中数据分组单元的模块图� �

图 8为本发明实施例二中转化单元的模块图；

图 9为本发明实施例二中控制单元的模块图；

图 10为本发明实施例二中调制单元的模块图；

图 11为本发明实施例二中星型十六进制光信号生� ��装置的模块图。 具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清 楚地理解本发明， 下面 结合附图， 通过具体实施例对本发明技术方案作详细描述 。

在本发明实施例中， 星型光信号为星型 2 ⁿ 进制光信号， n为大于或等 于 2的整数， 如： 2进制光信号、 4进制光信号、 8进制光信号、 16进制光 信号， 按照不同进制的正交幅度相位调制， 可以通过正交幅度相位调制生 成不同进制的光信号， 本发明可以广泛应用于釆用 M-QAM调制格式的光 收发合一模块， 特别针对 40Gb/s、 100Gb/s以及超 100Gb/s的超高速光收发 合一模块， 本发明实施例中将以常用的星型十六进制光信 号正交幅度相位 调制进行详细说明。

请参考图 1、 图 2 , 本申请实施例一中星型光信号的生成方法， 包括如 下步骤：

步骤 101 ,接收光信号和待传输的数字化数据， 在该步骤中接收的待传 输的数字化数据具体为比特流数据。

步骤 103 , 将所述光信号分为第一路光信号和第二路光信 号。

在具体的实施过程中， 结合图 2可知， 当接收光信号^ ₁ 后， 会将所述 光信号^ ₁ 分为两路光信号， _in l为所述第一路光信号， _in 2为所述第二路 光信号。

步骤 105 , 通过星座图信息映射， 将所述待传输的数字化数据分成第一 组数字化数据和第二组数字化数据， 其中所述星座图中的星座点数为 2 ⁿ 。

对于步骤 105 , 在本实施例中， 其具体的实现过程如下：

将所述待传输的数字化数据按格雷码的形式映 射为 2 ⁿ 个矢量星座点， 获得 2 ⁿ 个数据， 每个数据大小为 4比特， 请参考图 3 , 以 16进制为例， 即 为： 将所述待传输的数字化数据按格雷码的形式映 射为 16个矢量星座点， 获得 16个数据， 每个数据大小为 4比特。

然后， 将所述 16个数据分成两组， 第一组数字化数据和第二组数字化 数据， 每组数字化数据都拥有 8个数据， 在分的过程中， 可以将 16个数据 中编号为奇数的分成一组， 将 16个数据中编号为偶数的分成另一组； 也可 以将 16个数据中前 8个数据分成一组， 后 8个数据分成另一组。 当然， 本 申请所属技术领域的技术人员还可以根据需要 ， 釆用其他等同的方式来进 行分组， 但都属于本发明的保护范畴。

步骤 107 , 转化所述第一组数字化数据为第一路多电平信 号， 转化所述 第二组数字化数据为第二路多电平信号。

在具体实施过程中， 即是先将所述第一组数字化数据输入数模转换 单 元， 经过数模转化后， 生成第一模拟信号； 将第二路数字化数据输入数模 转换单元， 经过数模转化后， 生成第二模拟信号；

然后， 将所述第一模拟信号输入驱动单元中， 进行驱动放大， 获得第 一路多电平信号， 将所述第二模拟信号输入驱动单元中， 进行驱动放大， 获得第二路多电平信号， 即如图 2中的 ^和 表示所述第一路多电平 信号， 为所述第二路多电平信号。

在本实施例中， 首先会建立如下的数学模型：

^ = ^(exp(^¾ + exp(^¾) (1)

2 V V 其中， 为所述光信号， 。 _ut 为输出的经过调制的光信号， 以 16进制 为例， 。 _ut 即为星型十六进制正交幅度相位调制光信 号， 为所述第一路多 电平信号， ί¾为所述第二路多电平信号， ν _π 表示 Μ-Ζ调制器的半波驱动电 压， 用于产生光波的 π相位偏移， 可见通过公式（ 1 )就能准确描述出所述 光信号与所述第一路多电平信号和第二路多电 平信号间的关系。

进一步地， 用复数的形式表示图 3 中的十六进制正交幅度相位调制星 座图上的星座点：

A exp(j0) (0 < ^ < 1) (2) 其中， 为所述星座图上的星座点的幅度， 为所述星座图上的星座点 的复角度。

通过上述的公式（1 )和公式（2 ), 可以得到所述第一路多电平信号和 所述第二路多电平信号的表达式：

在公式（3 ) 中， 当 为小于 arccos ( ） 时， 在 前面加上一个 2 π , 计算得到的值将不会影响到所述第一路多电平 信号 和所述第二路多电平 信号 _Q 的值； 例如， 可以设振幅 A对应的三个值分别为 1、 1/3、 — , 经

3 过计算确定 16-QAM对应的每个星座点所需第一路多电平信号 和第二路多 电平信号满足如图 4所示参数值， 例如， 星座图上为 0011的星座点， 第一 路多电平信号对应的表达式 ^的值为 0.78539815000 , 第二路多电平信号 对应的表达式 ^的值为 3.926990696411。

ν _π 步骤 109 ,根据所述第一路多电平信号调制所述第一路� �信号， 生成第 一路正交相移键控信号； 根据所述第二路多电平信号调制所述第二路光 信 号， 生成第二路正交相移键控信号。

对于步骤 109, 请参考图 2所示， 其中， 为所述光信号， 。 _ut 为所述 星型十六进制正交幅度相位调制光信号， 为所述第一路光信号， E _in 2为 所述第二路光信号， 为所述第一路多电平信号， 为所述第二路多电平 信号， 。 _ut l为所述第一路正交相移键控信号， 。 _ut 2为所述第二路正交相移 键控信号， 对于根据所述第一路多电平信号调制所述第一 路光信号， 生成 第一路正交相移键控信号， 具体来讲即为： 根据所述第一路多电平信号 ^ 调制所述第一路光信号 ^ J , 生成第一路正交相移键控信号 。 _ut l ; 对于根 据所述第二路多电平信号调制所述第二路光信 号， 生成第二路正交相移键 控信号， 具体来讲即为： 根据所述第二路多电平信号 调制所述第二路光 信号 _η 2, 生成第二路正交相移键控信号 。 _ut 2。

步骤 111 ,基于所述第一路正交相移键控信号和所述第� �路正交相移键 控信号， 获得星型 2 ⁿ 进制正交振幅调制光信号。

在具体实施过程中， 请参考图 2, 步骤 111具体包括：

调制所述第一路正交相移键控信号 。 _ut l 与第二路正交相移键控信号 E _out 2间的相位差为 il ,并且将调整后的所述第一路正交相移键控信� � 。 _ut l 与第二路正交相移键控信号 。 _ut 2进行合成， 获得所述星型十六进制正交振 幅调制光信号 。 _ut , 将调制后的所述星型十六进制正交振幅调制光 信号 。 _ut 输出。

请参考图 3、 图 4、 图 5、 图 6、 图 7、 图 8、 图 9、 图 10及图 11 , 本 申请实施例二中星型光信号的生成装置， 包括：

光生成单元 203 , 用于产生并输出光信号。

在具体实现过程中， 所述光生成单元 203 具体为激光器控制监测单元 205, 通过所述激光器控制监测单元 205为整个装置提供窄线宽光源作为所 述光信号， 请参考图 2, 激光器控制监测单元 205输出的光信号即作为输入 光信号 _in 。

数据分组单元 201 , 用于通过星座图信息映射， 将接收的待传输的数字 化数据分成第一组数字化数据和第二组数字化 数据， 其中所述星座图中的 星座点数为 2 ⁿ 。 所述数据分组单元 201包括： 星座图映射单元 206, 用于将 所述待传输的数字化数据按格雷码的形式映射 为 2 ⁿ 个矢量星座点， 获得 2 ⁿ 个数据， 每个数据大小为 4比特， 请参考图 3 , 以 16进制为例， 即为： 将 所述待传输的数字化数据按格雷码的形式映射 为 16个矢量星座点，获得 16 个数据， 每个数据大小为 4比特。

还包括串并转换单元 207, 用于将所述 2 ⁿ 个数据分成两组， 获得所述 第一组数字化数据和第二组数字化数据， 以 16进制为例， 即为： 将所述 16 个数据分成两组， 第一组数字化数据和第二组数字化数据， 每组数字化数 据都拥有 8个数据， 在分的过程中， 可以将 16个数据中编号为奇数的分成 一组， 将 16个数据中编号为偶数的分成另一组； 也可以将 16个数据中前 8 个数据分成一组， 后 8个数据分成另一组。 当然， 本申请所属技术领域的 技术人员还可以根据需要， 釆用其他等同的方式来进行分组， 但都属于本 发明的保护范畴。

转化单元 202 , 用于将所述第一组数字化数据转化为第一路多 电平信 号， 将所述第二组数字化数据转化为第二路多电平 信号。 所述转化单元包 括：

第一数模转换单元 208 ,用于将所述第一组数字化数据转换为第一模� � 信号；

第二数模转换单元 209,用于将所述第二组数字化数据转换为第二� �拟 信号；

第一驱动单元 210, 用于将所述第一模拟信号放大， 获得所述第一路多 电平信号； 第二驱动单元 211 , 用于将所述第二模拟信号放大， 获得所述第二路多 电平信号。

进一步， 该装置还包括控制单元 216 , 与第一驱动单元 210及第二驱动 单元 211连接， 用于控制第一驱动单元 210及第二驱动单元 21 1的驱动电 压的振幅。

在具体实施过程中， 所述转化单元 202先将所述第一组数字化数据输 入第一数模转换单元 208 , 经过数模转化后， 生成第一模拟信号， 将第二路 数字化数据输入第二数模转换单元 209 , 经过数模转化后， 生成第二模拟信 号；

然后， 将所述第一模拟信号输入第一驱动单元 210中， 进行驱动放大， 获得第一路多电平信号， 将所述第二模拟信号输入第二驱动单元中 211 , 进 行驱动放大， 获得第二路多电平信号， 即如图 2中的 和 ί¾, ^！表示所述 第一路多电平信号， 为所述第二路多电平信号。

在本实施例中， 首先会建立如下的数学模型：

^ = ^(exp(^¾ + exp(^¾) (1) 其中， 为所述光信号， 。 _ut 为输出的经过调制的光信号， 以 16进制 为例， 。 _ut 即为星型十六进制正交幅度相位调制光信 号， 为所述第一路多 电平信号， ί¾为所述第二路多电平信号， ν _π 表示 Μ-Ζ调制器的半波驱动电 压， 用于产生光波的 π相位偏移， 可见通过公式（ 1 )就能准确描述出所述 光信号与所述第一路多电平信号和第二路多电 平信号间的关系。

进一步地， 用复数的形式表示图 3 中的十六进制正交幅度相位调制星 座图上的星座点：

其中， 为所述星座图上的星座点的幅度， 为所述星座图上的星座点 的复角度。 通过上述的公式（1 )和公式（2 ), 可以得到所述第一路多电平信号和 所述第二路多电平信号的表达式：

在公式（3 ) 中， 当 为小于 arccos ( ） 时， 在 前面加上一个 2 π , 计算得到的值将不会影响到所述第一路多电平 信号 和所述第二路多电平 信号 _Q 的值； 例如， 可以设振幅 A对应的三个值分别为 1、 1/3、 — , 经

3 过计算确定 16-QAM对应的每个星座点所需第一路多电平信号 和第二路多 电平信号满足如图 4所示参数值， 例如， 星座图上为 0011的星座点， 第一 路多电平信号对应的表达式 ^的值为 0.78539815000, 第二路多电平信号 对应的表达式 ^的值为 3.926990696411。

ν _π 调制单元 204, 用于将所述光信号分成第一路光信号和第二路 光信号； 用于根据所述第一路多电平信号调制所述第一 路光信号， 生成第一路正交 相移键控信号； 根据所述第二路多电平信号调制所述第二路光 信号， 生成 第二路正交相移键控信号； 用于基于所述第一路正交相移键控信号和所述 第二路正交相移键控信号， 获得星型 2 ^η 进制正交振幅调制光信号。

具体实现过程中， 请参考图 2所示， 其中， 为所述光信号， 。 _ut 为所 述星型十六进制正交幅度相位调制光信号， 为所述第一路光信号， _η 2 为所述第二路光信号， 为所述第一路多电平信号， 为所述第二路多电 平信号， 。 _ut l为所述第一路正交相移键控信号 , E _out 2为所述第二路正交相 移键控信号。

调制单元 204根据所述第一路多电平信号调制所述第一路 光信号， 生 成第一路正交相移键控信号， 具体来讲即为： 根据所述第一路多电平信号 ^调制所述第一路光信号 n 生成第一路正交相移键控信号 。 _ut l。

调制单元 204根据所述第二路多电平信号调制所述第二路 光信号， 生 成第二路正交相移键控信号， 具体来讲即为： 根据所述第二路多电平信号 ί¾调制所述第二路光信号 _in 2, 生成第二路正交相移键控信号 。 _ut 2。

然后， 调制单元 204基于所述第一路正交相移键控信号和所述第 二路 正交相移键控信号， 获得星型 2 ⁿ 进制正交振幅调制光信号。 具体来讲， 其 详细过程即为： 调制所述第一路正交相移键控信号 。 _ut l与第二路正交相移 键控信号 。 _ut 2间的相位差为 π /4, 并且将调整后的所述第一路正交相移键 控信号 。 _ut l与第二路正交相移键控信号 。 _ut 2进行合成，获得所述星型十六 进制正交振幅调制光信号 。 _ut ,将调制后的所述星型十六进制正交振幅� �制 光信号 。 _ut 输出。

请参考图 10, 调制单元 204具体包括：

光信号分路单元 212 ,用于将所述光信号分成第一路光信号和第二� �光 信号；

第一调制单元 213 ,用于根据所述第一路多电平信号调制所述第� �路光 信号， 生成第一路正交相移键控信号；

第二调制单元 214 ,用于根据所述第二路多电平信号调制所述第� �路光 信号， 生成第二路正交相移键控信号；

光信号合路单元 215 ,用于调整所述第一路正交相移键控信号和所� �第 二路正交相移键控信号间的相位差为 π /4;将调整后的所述第一路正交相移 键控信号和所述第二路正交相移键控信号进行 合路， 获得星型 2 ^η 进制正交 振幅调制光信号。

通过本发明中一个或多个实施例中的技术方案 ， 至少可以实现如下技 术效果：

(一 )通过建立 I-Q调制器的数学模型，在不用级联多个调制器 的前提 下， 能够产生任意星座点数，从而不需要额外的 I-Q调制器以及多个调制器 级联， 进而大大简化了多进制正交幅度相位调制装置 的复杂程度， 并且易 于控制。

(二）通过所述数学模型， 得到驱动调制器的第一路多电平信号和第 二路多电平信号的驱动电压计算表达式， 此表达式可以表示星座图中任意 点的信息， 因此多进制正交幅度相位调制在星座图中对应 的星座点都可由 上述推导出来的表达式进行表示， 进而可以灵活的进行多进制光信号正交 幅度相位调制， 并且通过控制单元的处理器控制实现多种进制 的灵活切换。

尽管已描述了本申请的优选实施例， 但本领域内的技术人员一旦得知 了基本创造性概念， 则可对这些实施例作出另外的变更和修改。 所以， 所 附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落 入本申请范围的所有变更和 修改。

显然， 本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动 和变型而不脱离 本申请的精神和范围。 这样， 倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权 利要求及其等同技术的范围之内， 则本申请也意图包含这些改动和变型在 内。