專利名稱：光通信鏈路中的多信道非線性補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光通信系統(tǒng)，尤其涉及用于補償波分多路復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)中的交叉信道非線性失真的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代光通信系統(tǒng)包括通過光波導(dǎo)(通常是單模光纖鏈路)互連的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)，通信信號在用于信號處理( 包括再生和路由)的電形式和用于節(jié)點間的傳輸?shù)墓庑问街g轉(zhuǎn)換。節(jié)點間的鏈路包括多個串接的光學(xué)部件以及相應(yīng)的光學(xué)放大器，其中，串接的光學(xué)部件通常包括多個每個為幾十公里長的光纖跨距，光學(xué)放大器用于克服光學(xué)信號在傳輸通過光纖跨距期間所經(jīng)歷的衰減。通過光纖鏈路傳輸?shù)男盘柺芫€性色散過程(例如色度色散和偏振模色散)的影響。特別地，色度色散可以在傳輸系統(tǒng)中的任意方便點被補償，許多現(xiàn)有的已安裝光纖傳輸鏈路包括安裝在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和/或放大器位置處的色散補償部件，例如一段色散補償光纖。在光纖傳輸系統(tǒng)內(nèi)配置在線色散補償部件的技術(shù)有時被稱為“色散管理”，而傳輸鏈路內(nèi)的所得到的累積色散特性被稱為“色散圖”。盡管色散管理技術(shù)可以是非常有效的，但其具有缺乏靈活性的缺點。例如，對于在具體傳輸鏈路內(nèi)的特定波長信道有效的色散圖可能對于以其它波長傳輸?shù)男诺啦惶行?，?或?qū)τ阪溌返娜炕虿糠蛛S后被合并到不同的光學(xué)傳輸路徑的情況也不太有效。因此，對色散管理鏈路進行升級以承載更多數(shù)量的波分多路復(fù)用(WDM)信道或?qū)ζ渲邪惭b鏈路的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)進行重新配置可能需要重新設(shè)計色散管理策略以及修改鏈路內(nèi)的色散補償部件?？梢酝ㄟ^使用如申請序列號為12/089，571的美國專利(還出版為第WO 2007/041799號國際公報)中描述的電子色散補償方法來實現(xiàn)更大的靈活性，該申請?zhí)貏e地公開了如下電子色散補償方法該方法使用信息的塊編碼以及所得到的接收信號的頻域均衡，以在電域提供完整的線性色散補償。該方法可以通過使用用于對電信號編碼和解碼的正交頻分多路復(fù)用(OFDM)方法來特別方便地實現(xiàn)。盡管如此，仍存在采用固定的色散管理的大量現(xiàn)有已安裝的傳輸系統(tǒng)。除了線性過程之外，光學(xué)信號的傳播可能受到非線性影響。盡管在大多數(shù)實際傳輸介質(zhì)中(特別是二氧化硅光纖中)存在的光學(xué)非線性的量級相對低，但通常期望以高功率水平來傳輸光學(xué)信號，以在延伸的傳輸距離上保持足夠的信噪比。使用高傳輸功率會增加光學(xué)非線性的影響，從而導(dǎo)致光學(xué)信號失真，該失真最終會限制所接收的信號的質(zhì)量，因而必須檢測、恢復(fù)和再生該信號之前可實現(xiàn)的最大傳輸距離。因此，期望盡可能減輕非線性失真的影響以及線性過程(例如色散)的影響。序列號為12/445，386的美國專利申請(也出版為W 2008/074085號國際公報)公開了用于通過發(fā)送端(即，預(yù)補償)和/或在接收端(即，后補償)處的電信號處理來補償光學(xué)非線性效應(yīng)的方法及設(shè)備。該在先公開總體上涉及補償所謂的單信道效應(yīng)，該單信道效應(yīng)例如為自相位調(diào)制(SPM)，其源自于會給信道本身帶來非線性失真的、特定信道中的高傳輸功率水平。然而，在使用大量的不同波長信道傳輸信息的WDM系統(tǒng)中，單信道對整體光學(xué)功率的貢獻相對小，所謂的交叉信道效應(yīng)(例如，四波混頻(FWM)和交叉相位調(diào)制(XPM))顯著。線色散補償(例如在許多現(xiàn)有光學(xué)傳輸鏈路中采用的色散管理技術(shù))被認為會增大非線性失真的水平。該增大的失真是由WDM信道之間的增強的非線性混合(例如由于XPM)而引起的，這是因為通過使用色散管理降低了 WDM信道之間的“走離(walk off)”。特別地，色散使得不同的WDM信道以不同的速度通過光纖傳播，由此，“平均”效應(yīng)降低了非線性失真的嚴重性，這是因為不存在信號中的一部分持續(xù)地承受總光學(xué)功率的任何特定峰值。然而，在存在在線色散補償或色散管理的情況下，該益處有所降低。通常認為交叉信道效應(yīng)(例如XPM)不能通過電子處理來有效地減輕，這是因為 消除非線性傳播效應(yīng)需要基于在光纖內(nèi)傳輸?shù)乃行诺赖耐暾硎疽约八鼈兊膫鞑ヌ匦缘木狻Ａ硪环矫?，如上面所指出的，使用光學(xué)補償技術(shù)通常會限制網(wǎng)絡(luò)的靈活性，特別是有關(guān)于以簡單且節(jié)省成本的方式來執(zhí)行升級和/或重新配置。因此，本發(fā)明的目的是以可有效地或高效地應(yīng)用于現(xiàn)有傳輸鏈路(包括采用色散管理策略的那些傳輸鏈路)的方式，提供對線性失真尤其是交叉信道效應(yīng)的補償和/或減輕的改進，并同時適于支持網(wǎng)絡(luò)升級和重新配置。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了一種用于減輕波分多路復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)中的多個波長信道之一上所承載的光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的方法，該方法包括如下步驟獲得多個波長信道的合計光功率的測量值；以及對所述光學(xué)信號施加與所述合計光功率的測量值成比例的相位調(diào)制。如上面所指出的，通常認為在沒有全面了解通過光學(xué)鏈路傳輸?shù)乃蠾DM信道以及相關(guān)傳播特性的情況下，不能通過電子處理來有效地減輕交叉信道失真。然而，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)使用所有相關(guān)波長信道上的合計光功率的單個測量可以實現(xiàn)交叉信道非線性失真的顯著有效減輕。這被認為是由于色度色散的影響，色度色散即使在色散管理系統(tǒng)中也利用WDM信道的調(diào)制頻率和頻率間隔使得交叉信道效應(yīng)(例如XPM)效率的降低。例如，已經(jīng)計算出對于50GHz的WDM信道間隔，只有那些頻率小于IGHz的信號分量可以對相鄰的信道施加實質(zhì)上的交叉相位調(diào)制(XPM)損失。對于更遠的WDM信道，該帶寬被期望進一步減小?？梢栽诠鈧鬏旀溌返慕邮斩藖韴?zhí)行非線性失真的減輕。可替換地或此外，可以在光學(xué)鏈路或光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個或更多個位置(例如放大器所處的位置或插入/分出節(jié)點)處執(zhí)行在線非線性失真減輕。因此，有利的是，合計光功率的單個測量值可以用作用于減輕交叉信道非線性失真的基礎(chǔ)。在優(yōu)選實施例中，可以使用單個光電二極管來檢測多個WDM信道中的光功率，然而,還可以使用多個光電二極管(例如每個WDM信道一個,或多個光電二極管覆蓋多個WDM頻帶)來獲得合計光功率的合適測量值。鑒于上述討論，優(yōu)選的是，合計光功率的測量值是多個波長信道中的瞬時光功率的帶寬受限的測量值。應(yīng)理解，使用實際的光電和電子部件將會固有地導(dǎo)致所檢測的光功率的帶寬受限的測量值。然而，在優(yōu)選實施例中，可以通過使所述測量適用于系統(tǒng)和特定的光學(xué)信號來在交叉信道非線性失真的減輕中實現(xiàn)額外的改進。更具體地，優(yōu)選地根據(jù)低通特性限制瞬時光功率的測量的帶寬。有利地，低通特性的帶寬小于光學(xué)信號的帶寬。更優(yōu)選地，對低通特性進行選擇或優(yōu)化，以使得光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的補償水平最大化。在一些實施例中，自適應(yīng)數(shù)字濾波器和/或模擬濾波器的使用有利地使得濾波器特性能夠被動態(tài)地優(yōu)化，以有助于靈活布置和重新配置。在優(yōu)選實施例中，利用具有相應(yīng)非線性傳播特性的傳統(tǒng)單模光纖，所施加的相位調(diào)制為相位超前。另外，在優(yōu)選實施例中，根據(jù)WDM傳輸系統(tǒng)的有效非線性長度的測量值來確定合計光功率的測量值與相位調(diào)制水平之間的比例常數(shù)。有利地，多個波長信道包括從大量傳輸WDM信道中選擇的一組信道。特別地，對其施加補償?shù)墓鈱W(xué)信號可以位于所選擇的一組信道的中心附近。如之前所指出的，對于較遠 的波長信道，交叉信道非線性失真效應(yīng)明顯降低，因此期望避免對于對所感興趣的光學(xué)信號的失真沒有做出實質(zhì)貢獻的信道的檢測。該組波長的信道例如被至少IOOGHz的帶寬所包括，優(yōu)選地被至少200GHz的帶寬所包括，以及更加優(yōu)選地被至少300GHz的帶寬所包括。在要減輕多個光學(xué)信號中的非線性失真的多信道系統(tǒng)中，有益的是對于每個光學(xué)信號使用不同的補償信號(即，合計光功率的測量值)。例如，瞬時光功率的測量的最佳帶寬特性可能針對每個光學(xué)信號而不同。然而，因為該方法需要額外的部件和處理，在使所有光學(xué)信號上的補償最大化與成本/復(fù)雜度之間存在相應(yīng)的權(quán)衡。有利地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以實現(xiàn)非線性失真的有效減輕而無需對每個單獨的光學(xué)信號進行優(yōu)化，因此，在一些實施例中，可以使用多個波長信道中的合計光功率的單個測量來向多個光學(xué)信號施加相位調(diào)制，以減輕交叉信道非線性失真。明顯的是，權(quán)衡范圍因此可能處于成本/復(fù)雜度與非線性失真的最佳減輕之間。在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于減輕波分多路復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)中的多個波長信道之一上所承載的光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的設(shè)備，該設(shè)備包括第一光學(xué)接收器，其被布置成檢測多個波長信道的合計光功率的測量值；以及非線性失真補償器，其包括用于對所述光學(xué)信號施加與所述合計光功率的測量值成比例的相位調(diào)制的裝置。在一些實施例中，非線性失真補償器包括布置在光學(xué)信號的光學(xué)傳輸路徑中的光學(xué)相位調(diào)制器，該相位調(diào)制器具有由從第一光學(xué)接收器的輸出獲得的信號所驅(qū)動的調(diào)制控制輸入。該設(shè)備還可以包括第二光學(xué)接收器，其被布置成檢測光學(xué)信號以有利地在光傳輸鏈路的接收端執(zhí)行非線性失真補償。在這樣的實施例中，非線性失真補償器可以包括電子相位調(diào)制器，其被布置在第二光學(xué)接收器的檢測之后的所接收的光學(xué)信號的電信號處理路徑中，該相位調(diào)制器具有由從第一光學(xué)接收器的輸出獲得的信號驅(qū)動的調(diào)制控制輸入。在一些實施例中，電子相位調(diào)制器包括至少一個模擬相位調(diào)制器，其被布置成根據(jù)調(diào)制控制輸入向從第二光學(xué)接收器輸出的電信號施加相位調(diào)制。在可替代實施例中，該設(shè)備還包括至少一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被布置成將從第二光學(xué)接收器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號采樣值序列；以及數(shù)字信號處理器，其被配置成根據(jù)調(diào)制控制輸入向數(shù)字信號采樣值序列施加相位調(diào)制。更具體地，該設(shè)備可以包括另外的ADC，其被布置成將第一光學(xué)接收器的輸出轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字控制采樣值序列，并且數(shù)字信號處理器可以被配置成根據(jù)數(shù)字控制采樣值序列向數(shù)字信號采樣值序列施加相位調(diào)制。第一光學(xué)接收器優(yōu)選地被配置成優(yōu)選地根據(jù)低通特性，以及更優(yōu)選地根據(jù)帶寬小于光學(xué)信號的帶寬，來限制合計光功率的測量值的帶寬，并且可以對低通特性或帶寬進行選擇，以使得光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的補償水平最大化。盡管第一光學(xué)接收器通常具有固有的受限帶寬，該接收器可以包括低通濾波器，和/或可以在向相位調(diào)制器施加控制信號之前執(zhí)行第一光學(xué)接收器的輸出的額外濾波。在采用數(shù)字信號處理的實施例中，可以執(zhí)行數(shù)字控制采樣值的數(shù)字濾波。有利地，這使得能夠例如通過使用自適應(yīng)數(shù)字濾波器和/或通過數(shù)字信號處理軟件的重新配置來高度靈活地優(yōu)化交叉信道非線性失真的減輕。本發(fā)明的方法和設(shè)備的其它益處、優(yōu)點以及優(yōu)選特征在下面的優(yōu)選實施例的描述中將變得明顯，而這些優(yōu)選實施例不應(yīng)當(dāng)被認為是對由前面描述中的任何描述或所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的限制。


參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖I示意性地示出了用于在非線性光學(xué)信道上傳輸信號的系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于減輕的設(shè)備；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于減輕所接收的光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的方法的流程圖；圖3是示出作為WDM傳輸系統(tǒng)中信道數(shù)量的函數(shù)的接收信號質(zhì)量的圖，其包括根據(jù)本發(fā)明的實施例所實現(xiàn)的結(jié)果；以及圖4是示出作為WDM傳輸系統(tǒng)中的發(fā)射功率/信道的函數(shù)的接收信號質(zhì)量的圖，其包括根據(jù)本發(fā)明的實施例所實現(xiàn)的結(jié)果。
具體實施例方式圖I示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在非線性光學(xué)信道上傳輸信號的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括發(fā)射器102和體現(xiàn)本發(fā)明的接收器設(shè)備104。發(fā)射器102和接收器設(shè)備104經(jīng)由色散管理的光學(xué)信道110互連。在發(fā)射端，設(shè)置有升壓放大器106，其包括一段用于預(yù)補償光學(xué)鏈路110內(nèi)的色散的色散補償光纖(DCF) 108。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計，升壓放大器106是多級放大器，例如DCF 108布置在第一級和第二級之間的兩級放大器。這樣的布置對于光通信領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的，因此不在此進行詳細描述。光學(xué)鏈路110包括多個跨距，每個跨距包括一段用于傳輸光學(xué)信號的標準單模光纖(S-SMF) 112 ;以及包括相應(yīng)長度的DCF 116的多級在線放大器114。在此處描述的示例中，每個S-SMF 112的長度跨越95km，并且使用了 20或25個跨距(S卩，總計1900km或2375km)。然而，應(yīng)理解光學(xué)信道的這些實施例僅是示例性的，并且本發(fā)明適用于包括用于WDM信號傳輸?shù)姆蔷€性光學(xué)信道的任何光學(xué)系統(tǒng)。為了方便起見，在系統(tǒng)100中僅示出了一個發(fā)射器102。然而，系統(tǒng)100通常是WDM系統(tǒng)，在此描述的示例中，通過接收設(shè)備104接收八個波長信道，該接收設(shè)備104具有圖I示意性地示出的接收光譜118。八個光學(xué)信道中的每一個信道具有帶寬120 (在此描述的示例中為30GHz)，信道以間隔122 (本示例中為50GHz)間隔開。在接收端，使用光學(xué)抽頭124取出所接收光學(xué)信號功率的一定比例，并將其送往第一光學(xué)接收器126。接收器126包括光學(xué)檢測器(例如光電二極管128)，該光學(xué)檢測器連接至包括放大器130的關(guān)聯(lián)電子器件，然后連接至用于向所接收的光電流或電壓波形施加帶寬限制的低通濾波器132。第一接收器126的輸出134是作為八個波長信道118的合計光學(xué)功率的測量的控制信號。盡管第一光學(xué)接收器126在圖I中被示出為包括三個獨立的元件，即光電檢測器128、放大器130以及低通濾波器132，這在一定程度上是為了示意的方便，在各種實施例中 可以采用部件的不同布置。例如，應(yīng)理解光電檢測器128和放大器130每一個會具有相關(guān)聯(lián)的頻率響應(yīng)特性，這些特性將與低通濾波器132的特性一起確定接收器126的整體頻率響應(yīng)。因此，實現(xiàn)特定的期望整體頻率響應(yīng)包括考慮整個接收器126的設(shè)計，由此，在一些實施例中低通濾波器132的特性被整體或部分地結(jié)合在放大器130以及其它相關(guān)聯(lián)的電子器件的設(shè)計中。此外，在一些優(yōu)選實施例中，通過數(shù)字信號處理技術(shù)可以至少部分地執(zhí)行控制信號134的額外數(shù)字處理，并且可以實現(xiàn)接收器126的相應(yīng)地期望的帶寬和/或頻率響應(yīng)特性。應(yīng)當(dāng)理解所有這樣的變化均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。在通過接收器126檢測合計光功率的同時，通過WDM解多路復(fù)用器136從WDM譜118中分離(諸如由發(fā)射器102生成的)獨立傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號。WDM解多路復(fù)用器136的一個或更多個輸出連接至相應(yīng)的光學(xué)接收器，特別是示例性系統(tǒng)100所示的被布置成檢測發(fā)射器102所發(fā)射的信號138的第二光學(xué)接收器140。根據(jù)所示實施例，接收器140具有連接至相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理電路142的多個輸出。更具體地，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖I所示，傳輸系統(tǒng)100采用正交頻分多路復(fù)用(OFDM)來對在光學(xué)信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號進行編碼和調(diào)制。通過示例，假設(shè)一個相干傳輸系統(tǒng)，其中光學(xué)OFDM信號經(jīng)由光學(xué)鏈路110來傳輸而無需附隨載波。為了最大化可用傳輸容量，可以基于光場的兩個正交偏振態(tài)來傳輸信號。因此，接收器140優(yōu)選包括本地振蕩器(例如半導(dǎo)體或其它激光源)和光橋接器，該光橋接器與相應(yīng)的用于檢測所接收的兩個偏振多路復(fù)用信號的同相分量和正交分量的成對的平衡光電二極管一起，分離傳輸?shù)南喔晒鈱W(xué)信號的正交偏振態(tài)以及其同相分量和正交分量。因此，接收器140包括最多四個電輸出端口。為了簡單起見，但又不失一般性，在此描述地特定示例中僅采用了單個偏振信道，因此接收器140僅具有兩個電輸出端口，這兩個電輸出端口通往數(shù)字轉(zhuǎn)換和處理塊142。序列號為12/089,571的美國專利申請(也出版為WO 2007/041799號國際公報)中公開了光學(xué)OFDM信號的生成和傳輸?shù)倪M一步細節(jié)，該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。該在先申請還詳細描述了使用電子數(shù)字信號處理技術(shù)來補償光學(xué)鏈路HO內(nèi)的殘余線性色散效應(yīng)。在優(yōu)選實施例中，還在系統(tǒng)100的數(shù)字處理塊142中執(zhí)行色散均衡。然而,本發(fā)明并不局限于使用光學(xué)OFDM信號，預(yù)期本發(fā)明對采用其他形式的光學(xué)調(diào)制(例如使用相干QPSK傳輸?shù)墓鈱W(xué)調(diào)制)的系統(tǒng)中的交叉信道非線性失真的減輕是有效的。系統(tǒng)100的示意圖包括多個可選部件和/或替代部件。在本發(fā)明的一些實施例中，控制輸出134可以被送往光學(xué)相位調(diào)制器144，以對一個或更多個接收的WDM信號施加與控制信號134的振幅成比例的相位調(diào)制。在替代實施例中，控制信號輸出134被送往模數(shù)轉(zhuǎn)換器146，其中控制信號輸出134被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，相應(yīng)的數(shù)字控制信號采樣值序列被送往數(shù)字信號處理塊142。在數(shù)字信號處理器142內(nèi)，計算與數(shù)字控制信號采樣值成比例的相位調(diào)制，并對檢測到的光學(xué)信號的數(shù)字采樣值施加該相位調(diào)制。特別地，在接收到的光學(xué)信號(同相分量和正交分量)以復(fù)數(shù)數(shù)值序列表示的系統(tǒng)中，相位調(diào)制可通過如下方式來實施將從模數(shù)轉(zhuǎn)換器146接收的控制信號采樣值轉(zhuǎn)換成具有單位幅值和與控制信號采樣值的幅值成比例的相位的相應(yīng)復(fù)數(shù)值；然后，將復(fù)數(shù)形式的信號采樣值乘以所計算的相位調(diào)制值。應(yīng)當(dāng)注意，至少在本發(fā)明的采用光學(xué)相位調(diào)制器144的實施例中，可以不需要檢測和/或處理各個光學(xué)信號來執(zhí)行非線性補償。因此，應(yīng)理解，盡管實施例104當(dāng)前被描述為在光傳輸鏈路的接收端來執(zhí)行非線性補償，但是也可以在光學(xué)鏈路或網(wǎng)絡(luò)中的一個或更多個點(例如，放大器位置或插入/分出節(jié)點)處來執(zhí)行在線補償。優(yōu)選地，接收設(shè)備104還包含針對單信道非線性效應(yīng)的補償(諸如自相位調(diào)制 (SPM))。在圖I的示意圖中示出了 SPM補償塊148，該SPM補償塊148的操作可以依據(jù)在序列號為12/445，386的美國專利申請(也出版為WO 2008/074085號國際公報)中所描述的原理。該在先申請還描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例實施可在發(fā)射器102內(nèi)實施的單信道非線性預(yù)補償?shù)氖褂?。接收設(shè)備104還可以包括光學(xué)帶通濾波器150，其被布置成從經(jīng)由光學(xué)鏈路110接收的大量WDM信道中選擇一組WDM信道(諸如八個信道118)。更具體地，因為特定傳輸光學(xué)信號所經(jīng)歷的交叉信道非線性失真主要是由頻率上最接近的其它WDM信道產(chǎn)生的，因此期望最有影響的WDM信道被包括在由第一接收器126所生成的控制信號中，并且優(yōu)選地，在第一接收器126所生成的控制信號中排除較遠的WDM信道。在具有分布在寬范圍的光波長上的大量波長信道的WDM系統(tǒng)中，期望提供多個接收設(shè)備104，每個接收設(shè)備104對應(yīng)于經(jīng)由帶通濾波器150選擇的特定組的接收信道。在一些布置中，帶通濾波器150可以是粗調(diào)WDM解多路復(fù)用器，其中不同組的WDM信道被送往多個輸出端口中的每一個輸出端口。期望在每個組所覆蓋的波長范圍之間設(shè)置交疊，以使得每個單獨的光學(xué)信號中可以減輕交叉信道非線性失真的程度最大化。此外，可能期望帶通濾波器(或WDM解多路復(fù)用器)150的頻率響應(yīng)在頻帶的每個邊緣處包括逐漸的“下降(roll off)”，使得只有(在波長上)距離感興趣的接收信號最遠的那些信道的功率部分被送往第一接收器126。以此方式，較遠信道對接收器126的輸出134處所產(chǎn)生的控制信號的貢獻可以與這些信道對感興趣的光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的貢獻大小相等。在實施例100中，帶通濾波器150布置在光學(xué)抽頭124之前，然而在替代實施例中，帶通濾波器150可以布置在光學(xué)抽頭124與接收器126之間，使得到達WDM解多路復(fù)用器136的傳輸WDM光學(xué)信號不受帶通濾波器150的特性的影響。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，圖2示出說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于減輕所接收的光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的方法的流程圖200。圖2所示的方法由圖I所示的系統(tǒng)100的接收設(shè)備104來實施。特別地，在步驟202中，對應(yīng)于帶通濾波器150的函數(shù)，任意選擇一組WDM信道。
在步驟204中，檢測該組的WDM信道內(nèi)的瞬時合計光功率，對應(yīng)于所接收的WDM信號經(jīng)由光學(xué)抽頭124到達第一接收器126的方向。在步驟206中，對所檢測的信號施加帶寬限制。該步驟對應(yīng)于低通濾波器132的功能和/或由處理塊142執(zhí)行的合適的數(shù)字信號處理。在步驟208中，對所得到的控制信號進行縮放(例如通過施加合適的“相位調(diào)制因子”)以產(chǎn)生與在接收器126的輸出134處所提供的合計光功率的帶寬受限測量值成比例的相位調(diào)制信號(或相應(yīng)的數(shù)字控制采樣值序列)。在模擬實現(xiàn)時，例如使用相位調(diào)制器144，通過使用合適的電增益和/或衰減來施加合適的調(diào)制因子。這可以在低通濾波器132之前或之后來實施，或包含到低通濾波器132和/或電子放大器130內(nèi)。在數(shù)字實現(xiàn)時，通過數(shù)字信號處理塊142內(nèi)的數(shù)字處理容易地實現(xiàn)合適的比例因子。最后，在步驟210中，例如經(jīng)由相位調(diào)制器144或通過數(shù)字信號處理142來對所接收的光學(xué)信號施加相關(guān)相位調(diào)制。
關(guān)于帶寬限制206，這與所接收的光學(xué)信號傳輸通過光學(xué)鏈路110期間發(fā)生的交叉信道非線性失真的有效帶寬有關(guān)。特別地，各個S-SMF跨距112和DCF補償器116內(nèi)的色度色散限制了所接收的光學(xué)信號的受交叉信道非線性失真影響最嚴重的頻率分量的范圍。這是由于光頻域內(nèi)的WDM信道的相對“走離”而導(dǎo)致的，由此只有相對低的頻率分量在充分長的時間段內(nèi)保持相位匹配，以對交叉信道非線性失真做出顯著貢獻。受交叉信道失真影響的最大頻率分量隨著貢獻信道之間的光頻率差的增加而降低，并且在色度色散的增大水平內(nèi)。因而，最佳帶寬限制取決于光學(xué)鏈路110的色散圖以及WDM信道在光頻域內(nèi)的間隔?？梢酝ㄟ^合適的計算和/或通過使用實驗測量或數(shù)值仿真來估計最佳濾波帶寬。舉例說明，對于50GHz WDM信道網(wǎng)格，對交叉信道非線性失真的最顯著貢獻發(fā)生在IGHz以下，因此這提供了在使用50GHz信道間隔的示例性系統(tǒng)中的低通濾波器132的合適帶寬估計。通過本發(fā)明人執(zhí)行的數(shù)值仿真已表明交叉信道非線性失真減輕方法的性能并不嚴格地依賴于實現(xiàn)精確優(yōu)化的低通濾波器帶寬。而是，存在可以實現(xiàn)接近最佳結(jié)果的濾波器參數(shù)的合理范圍。這使得接收設(shè)備104能夠在WDM組118的多個光學(xué)信道上有效執(zhí)行，而無需低通濾波器132的參數(shù)的精確優(yōu)化。如果需要，可以通過調(diào)節(jié)濾波器帶寬來在操作系統(tǒng)100內(nèi)適應(yīng)性地執(zhí)行濾波參數(shù)的優(yōu)化，以最大化接收信號質(zhì)量的測量。應(yīng)理解，如果在數(shù)字域內(nèi)整體或部分地執(zhí)行帶寬限制，則可以容易地實現(xiàn)濾波參數(shù)的適應(yīng)性優(yōu)化。針對接收器126的輸出134處所生成的控制信號關(guān)于對所接收的光學(xué)信號施加的相位調(diào)制水平的因子(即，比例)，在使用S-SMF (例如112)的傳輸系統(tǒng)的情況下，適當(dāng)?shù)恼{(diào)制通常包括相位超前。相位超前的適當(dāng)水平通常取決于光學(xué)鏈路110內(nèi)的WDM信道之間的非線性相互交互的強度。這又取決于發(fā)射到每個跨距的功率水平、構(gòu)成這些跨距的光纖(即S-SMF 112和DCF 116)的非線性屬性以及這些跨距的非線性有效長度。非線性有效長度的概念在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，其解釋了基于整體非線性交互的衰減效應(yīng)。具體地，當(dāng)信號傳播通過使得它們被衰減的光纖跨距時，相應(yīng)地，非線性交互的水平降低。即，非線性過程朝著每個跨距的輸入端越來越明顯，在跨距的輸入端處光功率水平最高。因此，光纖跨距的非線性有效長度通常在一定程度上小于該跨距的實際物理長度。在實際中，可以基于光學(xué)鏈路110的屬性的上述考慮的來獲得適當(dāng)?shù)南辔徽{(diào)制因子的粗略估計。然后，可以通過適當(dāng)?shù)膬?yōu)化處理在操作系統(tǒng)100內(nèi)調(diào)整所得到的單個常數(shù)，以最大化接收器140、142處的信號質(zhì)量的合適測量值。因此，通常，(在步驟206中應(yīng)用的)帶寬限制的量主要依賴于光學(xué)鏈路110的色散屬性，然而，(在步驟208中應(yīng)用的)相位調(diào)制因子主要依賴于對非線性交互的強度作出貢獻的因子，例如光纖非線性、衰減以及光學(xué)發(fā)射功率。接收設(shè)備104的這兩個參數(shù)因此彼此相對獨立，并因此可以易于經(jīng)由獨立的優(yōu)化處理進行優(yōu)化。此外，由于在容易識別的范圍內(nèi)各自呈現(xiàn)相應(yīng)接收信號質(zhì)量的單個最大值，因此可以容易地實現(xiàn)在線優(yōu)化處理。為了評估本發(fā)明的實施例的有效性，已執(zhí)行了總體上對應(yīng)于示例性系統(tǒng)100的傳輸系統(tǒng)的多次計算機仿真。這些仿真被應(yīng)用于包括多個光纖傳輸跨距的模型系統(tǒng)，其中為了簡單起見，假設(shè)每個光纖傳輸跨距是相同的。仿真系統(tǒng)包括八個WDM信道，每個信道承載一個30GHz帶寬的光學(xué)OFDM信號，根據(jù)4-QAM方案調(diào)制的1024個子載波導(dǎo)致在單偏振下 的60 Gbit/s的原始數(shù)據(jù)速率。WDM信道間隔是50GHz。針對仿真系統(tǒng)的光色散圖，(通過DCF 108)總計施加初始色度色散預(yù)補償1530ps/nm。每個跨距包括95km的S-SMF 112，接著是包含DCF116的放大器114，其被配置成以85ps/nm來不完全地補償S-SMF 112中的色散。在接收器處補償殘余色散。雙級放大器106、114補償每個跨距的損失并具有5dB的噪聲系數(shù)。放大器增益被配置成使得從每段DCF116輸出的功率與每段S-SMF 112的輸出相同，以最小化在DCF 116中的非線性效應(yīng)。在以下參照圖3和圖4更詳細地描述其結(jié)果的各種仿真中，跨距110的總數(shù)是變化的(為20個或25個跨距)，發(fā)射到每個跨距的功率也在-IOdBm /每信道到OdBm /每信道之間變化。關(guān)于仿真接收設(shè)備104，包括第一接收器126和相位調(diào)制器144的交叉信道非線性補償器布置在解多路復(fù)用器136之前，從而能夠?qū)崿F(xiàn)所有八個WDM信道的同時補償。參照圖I和圖2，如根據(jù)前面的描述所理解的，并不預(yù)期這樣的布置會總體上帶來所有八個WDM信道的最佳補償，然而，仿真結(jié)果表明使用該技術(shù)可以在多個WDM信道中減輕交叉信道非線性失真，并且執(zhí)行多個WDM信道的同時補償可以有利地降低接收設(shè)備104的復(fù)雜度和/或成本。在這些仿真中，執(zhí)行數(shù)值優(yōu)化，以通過系統(tǒng)地改變?yōu)V波器通帶和過渡帶的寬度來獲得交叉信道非線性失真的最高補償水平而使低通濾波器132的特性適應(yīng)于第四個WDM信道(即，靠近組的中心)。這八個WDM信道經(jīng)由解多路復(fù)用器136進行解多路復(fù)用，由SPM補償器148來單獨地補償SPM，以及使用相干接收器140進行檢測。然后，通過接收信號的數(shù)字處理塊142恢復(fù)4-QAM調(diào)制數(shù)據(jù)，并且確定所得到的電信號質(zhì)量Q。在這些特定的示例中，信號質(zhì)量Q被定義為4-QAM符號到復(fù)平面的相關(guān)軸的平均距離的平方除以相應(yīng)的符號變化。S卩，Q是檢測錯誤的似然性(或比率)的測量值，其中Q值越高表示信號質(zhì)量越好。明顯地，存在略大于9dB的Q值的下限，通過使用合適的前向糾錯(FEC)算法可以在該下限值以上實現(xiàn)無錯傳輸。Q的這個值因此構(gòu)成無錯傳輸?shù)摹癋EC限值”。圖3是示出八個信道WDM信道中的每一個(在軸304上)的Q (在軸302上)的平均值的曲線圖300。曲線圖300還示出了 FEC限值306。傳輸系統(tǒng)包括20個跨距，每個跨距為95km，總計1900km，發(fā)射功率為_2dBm /每信道。圓圈308表示沒有補償?shù)慕邮招盘栙|(zhì)量。三角形310表示僅具有交叉信道非線性失真減輕的接收信號質(zhì)量。正方形312表示僅具有單信道(即SPM)非線性失真補償?shù)慕邮招盘栙|(zhì)量。菱形314表示具有交叉信道非線性失真減輕和單信道非線性失真減輕二者的接收信號質(zhì)量。顯然，在不具有非線性失真減輕的情況下，由于來自其它信道的強交叉信道效應(yīng)，中間信道(例如信道3至6)呈現(xiàn)最差的性能。針對各個信道的SPM的減輕向組邊緣處的信道(例如信道I和8)提供了最大的益處，這是因為這些信道最少經(jīng)受交叉信道非線性失真影響。相反，交叉信道效應(yīng)的減輕只對中間信道(例如信道3至6)提供最大益處。當(dāng)執(zhí)行單信道非線性失真減輕和交叉信道非線性失真減輕兩者時，所得到的所有八個WDM信道的質(zhì)量均在FEC限值之上。現(xiàn)在，轉(zhuǎn)向圖4，圖4示出了曲線圖400，在曲線圖400中，關(guān)于發(fā)射功率/每信道(在軸404上)繪制信號質(zhì)量(在軸402上)。曲線406、408表示沒有應(yīng)用非線性失真的補償?shù)南到y(tǒng)。曲線410、412表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的、應(yīng)用單信道非線性失真減輕和交叉信道非線性失真減輕二者的系統(tǒng)。此外，曲線406、410表示包括20個傳輸跨距的系統(tǒng)，其中每個跨距為95km，總計為1900km ;而曲線408、412表示包括25個跨距的系統(tǒng)，其中每個跨距為95km，總計傳輸2375km。所有四條曲線406、408、410、412示出每種情況下最差WDM信、道的信號質(zhì)量。根據(jù)曲線圖400示出的結(jié)果，明顯的是對于任一傳輸距離，使用包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的交叉信道減輕的非線性補償，使得能夠使用更高的最佳發(fā)射功率/每信道，并存在最差(即最差情況)接收信號質(zhì)量的相應(yīng)增加。特別地，在沒有非線性減輕的情況下，最佳發(fā)射功率為大約_6dBm (414)，而在具有非線性減輕的情況下，可以幾乎增加2dB (416)，并且在最差情況下可以實現(xiàn)接收信號質(zhì)量的I. 3dB的提高(418)。此外，當(dāng)采用非線性減輕時，可以在所有WDM信道中均超過FEC限值，甚至在25個色散管理跨距的2375km的距離上也如此，然而，在沒有非線性補償時，不可能在相同的傳輸鏈路獲得上述結(jié)果。此外，通過參照圖3的曲線圖300中所示的結(jié)果，明顯的是當(dāng)沒有應(yīng)用補償時，(由曲線圖400中示出的曲線406、408表示的)最差執(zhí)行信道是朝著WDM組的中心定位的信道。只能通過使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的交叉信道非線性失真減輕來實現(xiàn)這些信道的質(zhì)量的足以超過FEC限值的顯著提高。(比較起來，在WDM組的邊緣處的信道(例如信道I和8)只通過SPM補償就實現(xiàn)了信號質(zhì)量的總提高的大部分)。因此，顯然只通過使用本發(fā)明的實施例就可以在WDM傳輸系統(tǒng)中的所有信道上實現(xiàn)接收信號質(zhì)量的顯著提高。特別地，根據(jù)在此公開的各個實施例，可以使用如下描述的相對簡單的實施來有利地實現(xiàn)所需要的提高在該實施中使用低窄帶寬接收器126來獲得多個波長信道的合計光功率的單個測量，這因而可以有利于同時或逐個信道地減輕在一個或更多個波長信道中的接收光學(xué)信號的交叉信道非線性失真效應(yīng)。已描述了多個實施選擇和變型，其他修改對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是明顯的。因此，本發(fā)明并不局限于在此描述的特定實施例，而是本發(fā)明的保護范圍由所附權(quán)利要求來限定的。
權(quán)利要求
1.一種用于減輕波分多路復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)中的多個波長信道之一上所承載的光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的方法，所述方法包括如下步驟 獲得所述多個波長信道的合計光功率的測量值；以及 對所述光學(xué)信號施加與所述合計光功率的測量值成比例的相位調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述合計光功率的測量值是所述多個波長信道中的瞬時光功率的帶寬受限的測量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)帶寬小于所述光學(xué)信號的帶寬的低通特性來限制所述瞬時光功率的測量值的帶寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括如下步驟選擇或優(yōu)化所述低通特性，以使得所述光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的補償水平最大化。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所施加的相位調(diào)制為相位超前。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，根據(jù)所述WDM傳輸系統(tǒng)的有效非線性長度的測量值，確定所述合計光功率的測量值與所述相位調(diào)制的水平之間的比例常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述多個波長信道包括從大量傳輸WDM信道中選擇的一組信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述光學(xué)信號承載在位于所述多個波長信道的中心波長附近的波長上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，對所述WDM傳輸系統(tǒng)中的兩個或更多個波長信道上所承載的光學(xué)信號施加所述相位調(diào)制。
10.一種用于減輕波分多路復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)中的多個波長信道之一上所承載的光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的設(shè)備，所述設(shè)備包括 第一光學(xué)接收器，其被布置成檢測所述多個波長信道的合計光功率的測量值；以及 非線性失真補償器，其包括用于對所述光學(xué)信號施加與所述合計光功率的測量值成比例的相位調(diào)制的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述非線性失真補償器包括布置在所述光學(xué)信號的光學(xué)傳輸路徑中的光學(xué)相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器具有由從所述第一光學(xué)接收器的輸出獲得的信號所驅(qū)動的調(diào)制控制輸入。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括被布置成檢測所述光學(xué)信號的第二光學(xué)接收器，其中，所述非線性失真補償器包括布置在所述第二光學(xué)接收器的檢測之后的接收光學(xué)信號的電信號處理路徑中的電子相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器具有由從所述第一光學(xué)接收器的輸出獲得的信號所驅(qū)動的調(diào)制控制輸入。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述電子相位調(diào)制器包括至少一個模擬相位調(diào)制器，所述模擬相位調(diào)制器被布置成根據(jù)所述調(diào)制控制輸入對從所述第二光學(xué)接收器輸出的電信號施加相位調(diào)制。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括至少一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器被布置成將從所述第二光學(xué)接收器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號采樣值序列；以及 數(shù)字信號處理器，其被配置成根據(jù)所述調(diào)制控制輸入對所述數(shù)字信號采樣值序列施加相位調(diào)制。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，包括另一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述另一模數(shù)轉(zhuǎn)換器被布置成將所述第一光學(xué)接收器的輸出轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字控制采樣值序列，其中，所述數(shù)字信號處理器被配置成根據(jù)所述數(shù)字控制采樣值序列對所述數(shù)字信號采樣值序列施加相位調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述第一光學(xué)接收器被配置成根據(jù)低通特性來限制所述合計光功率的測量值的帶寬。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，對所述低通特性進行選擇，以使得所述光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的補償水平最大化。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述數(shù)字信號處理器還被配置成對所述數(shù)字控制采樣值執(zhí)行具有下述低通特性的數(shù)字濾波該低通特性被選擇為使得所述光學(xué)信號的交叉信道非線性失真的補償水平最大化。
全文摘要
一種設(shè)備(104)，其減輕波分多路復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)(100)中的多個波長信道(118)之一上所承載的光學(xué)信號(138)的交叉信道非線性失真。所述設(shè)備包括第一光學(xué)接收器(126)，其被布置成檢測所述多個波長信道的合計光功率的測量值(134)。非線性色散補償器包括用于對所述光學(xué)信號施加與所述合計光功率的測量值成比例的相位調(diào)制的裝置(144)。
文檔編號H04B10/2557GK102754367SQ201080055312
公開日2012年10月24日 申請日期2010年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月7日
發(fā)明者杜亮, 阿瑟·詹姆斯·洛厄里 申請人:奧菲迪烏姆有限公司