專利名稱：光通信系統(tǒng)中非線性效應(yīng)的電域補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)，并且特別涉及光通信系統(tǒng)中的四波混合(Four Wave Mixing)、SPM、XPM和光串?dāng)_的電域(electricaldomain)補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
光通信系統(tǒng)通常包括利用光波導(dǎo)(即，光纖)鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)。在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)內(nèi)，通信信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用于信號(hào)再生和/或路由選擇，并被轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，用于通過(guò)光鏈路傳輸?shù)搅硪还?jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的光鏈路通常由多個(gè)級(jí)聯(lián)的光元件組成，這些光元件包括利用光放大器互連的一個(gè)或多個(gè)(并且可能20或更多)光纖跨距(span)(例如，長(zhǎng)度為40-150km)。
在現(xiàn)代光通信網(wǎng)絡(luò)中，通常希望以高功率電平發(fā)射光信號(hào)，以便在擴(kuò)展的傳輸距離上保持足夠的信噪比，并由此獲得已接收的光信號(hào)中可接受的低誤碼率(Bit Error Rate)(BER)。然而，常規(guī)的光纖包括光傳輸介質(zhì)，該傳輸介質(zhì)在高的光功率電平上呈現(xiàn)非線性效應(yīng)，導(dǎo)致光信號(hào)的惡化。這些非線性效應(yīng)通常是光功率的函數(shù)，并因此傳輸功率電平的任何增加都傾向于增加由于系統(tǒng)非線性而引起的信號(hào)惡化。非線性效應(yīng)可能類似地出現(xiàn)在系統(tǒng)的光終端內(nèi)、出現(xiàn)在光傳輸介質(zhì)中或者出現(xiàn)在諸如光放大器的部件中。可以發(fā)送光信號(hào)的最佳功率電平通常是避免由于非線性而引起的顯著惡化的最大功率電平。由于系統(tǒng)內(nèi)各種光學(xué)部件的性能隨著操作條件、壽命和部件替換而改變，因此在設(shè)置最大功率電平時(shí)使用安全余量(margin)。結(jié)果，光通信系統(tǒng)通常操作在小于最佳功率電平的功率電平上。由Agrawal，Govind P.在“Nonlinear Fiber Optics”，2nd.Ed.，Academic Press，Inc.，San Diego，CA，1995(ISBN 0-12-045142-5)中提供了非線性光效應(yīng)的詳細(xì)討論。
在考慮非線性處理時(shí)特別關(guān)注的是相位非線性的效應(yīng)，其隨著數(shù)據(jù)速率和光功率電平增加而增加，并且最終限制系統(tǒng)性能和信號(hào)到達(dá)。
相位非線性是光纖中存在的光功率、光纖介質(zhì)的折射率、波分多路復(fù)用(WDM)信道間隔、每個(gè)信道內(nèi)的信號(hào)的偏振狀態(tài)以及信道波長(zhǎng)與光纖的零色散波長(zhǎng)的鄰近之間復(fù)合交互作用的結(jié)果。相位非線性包括自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)和調(diào)制不穩(wěn)定性(MI)，這些全部在Agrawal(supra)的第4章和第7章中詳細(xì)討論了。
如圖1a所示，常規(guī)的光通信系統(tǒng)可以方便地利用被光纖鏈路4分隔的發(fā)射機(jī)2和接收機(jī)6來(lái)表示。如本領(lǐng)域中所公知的，鏈路4可以包括多個(gè)光纖跨距，這些光纖跨距利用例如有源光學(xué)器件諸如光放大器、信道均衡器等分隔開(kāi)。為了便于示意，在附圖中未顯示出這些元件。由于在經(jīng)過(guò)鏈路4的光信號(hào)上施加的非線性效應(yīng)(包括自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)和四波混合)引起的信號(hào)失真利用鏈路復(fù)數(shù)(complex)非線性算子T[E(t)]來(lái)表示(即，近似)；其中T[]是算子，而E(t)是任何一個(gè)光信號(hào)。公知方法諸如VoltarraSeries可以用來(lái)代表鏈路算子T[E(t)]。例如，參見(jiàn)Voltarra和Wiener的“Theories of Non-Linear Systems”，Martin & Schetzen，John Wiley & Sons.，1980?？梢岳靡阎椒?例如，如Agrawal(supra)中詳細(xì)討論的)導(dǎo)出這個(gè)鏈路算子T[E(t)]t。T[E(t)]可以包含一對(duì)一非線性效應(yīng)，其中一個(gè)信道中的光信號(hào)遭受由于它自己造成的失真；多對(duì)一非線性效應(yīng)，其中一個(gè)信道中的光信道遭受由于兩個(gè)或多個(gè)信道中的光信號(hào)引起的失真；和多對(duì)多非線性效應(yīng)，其中許多信道中的光信號(hào)遭受由于許多信道中的光信號(hào)引起的失真。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，通過(guò)參考集中在一對(duì)一非線性效應(yīng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明范圍的條件下，相同原理還可以應(yīng)用于多對(duì)一和多對(duì)多非線性效應(yīng)。線性串?dāng)_是用于多路分用經(jīng)由鏈路4到達(dá)接收機(jī)6上的WDM信號(hào)的密集信道的信道濾波器的有限帶寬的人為現(xiàn)象。這個(gè)有限帶寬導(dǎo)致一個(gè)信道中一些光信號(hào)功率經(jīng)由相鄰信道的濾波器“泄漏”。如在Agrawal(supra)t中詳細(xì)討論的，非線性串?dāng)_經(jīng)由諸如4波混合和XPM的機(jī)制出現(xiàn)。
在操作中，電輸入信號(hào)x(t)8形式的通信信號(hào)(或比特流)通過(guò)常規(guī)的電-光(E/O)轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光信號(hào)EIN(t)10。然后，利用常規(guī)的信道多路復(fù)用器16把光信號(hào)EIN(t)多路復(fù)用為WDM信號(hào)14。當(dāng)WDM信號(hào)14經(jīng)過(guò)光鏈路4時(shí)，其被復(fù)數(shù)非線性鏈路算子T[]失真，并且作為失真的WDM信號(hào)14a到達(dá)接收機(jī)6。在接收機(jī)6內(nèi)，利用常規(guī)的多路分用器20從失真的WDM信號(hào)14a中多路分用出接收的光信道信號(hào)EOUT(t)[＝T[EIN(t)]]18，并通過(guò)常規(guī)的光-電(O/E)轉(zhuǎn)換器24將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電輸出信號(hào)y(t)22。
已經(jīng)建議了各種用于補(bǔ)償光通信系統(tǒng)內(nèi)非線性的方法。這些系統(tǒng)通常通過(guò)在鏈路4內(nèi)插入一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償器來(lái)工作，在圖1b中利用補(bǔ)償算子C[E(t)]來(lái)表示這些補(bǔ)償器，其中C[]是算子，而E(t)是任何輸入光信號(hào)。選擇補(bǔ)償算子C[E(t)]，以最佳化鏈路4的性能。理想地，補(bǔ)償算子C[E(t)]等效于鏈路算子T[E(t)]的倒數(shù)(inverse)，在這種情況中T[C[E(t)]]＝E(t)，并且T[]和C[]的組合效果將是精確對(duì)應(yīng)于原始光信號(hào)EIN(t)的無(wú)失真的接收信號(hào)EOUT(t)＝T[C[EIN(t)]]。
例如，于2000年9月26日發(fā)出的題為“Transmission Systemwith Cross-Phase Modulation Compensation(具有交叉相位調(diào)制補(bǔ)償?shù)膫鬏斚到y(tǒng)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利US 6124960描述了一種承載調(diào)幅業(yè)務(wù)的WDM傳輸系統(tǒng)，其中發(fā)生有效的交叉相位調(diào)制。在這種情況下，通過(guò)利用應(yīng)用于每個(gè)其它信道的調(diào)幅的復(fù)制品或低通濾波復(fù)制品，在發(fā)射機(jī)上對(duì)各個(gè)光信道(即，信道MUX的上游)進(jìn)行“預(yù)先線性調(diào)頻(pre-chirping)”，提供補(bǔ)償算子C[E(t)]。這種方式的信道的預(yù)先線性調(diào)頻施加啁啾聲(chirp)(或頻移)，其近似等于光纖鏈路的XPM引起的啁啾聲并與之相反。還可以使用利用應(yīng)用于相同信道的調(diào)幅復(fù)制品來(lái)預(yù)先線性調(diào)頻每個(gè)單個(gè)信道，以提供對(duì)自相位調(diào)制(SPM)的補(bǔ)償。
這個(gè)技術(shù)的限制是在將每個(gè)信道多路復(fù)用到光纖鏈路4中之前，作為獨(dú)立步驟施加預(yù)先線性調(diào)頻。然而，在鏈路4內(nèi)，XPM(和SPM)引起的啁啾聲和相關(guān)聯(lián)的時(shí)域信號(hào)失真是分布式效應(yīng)，它們是色散和鏈路長(zhǎng)度的函數(shù)。結(jié)果，盡管這個(gè)技術(shù)有助于XPM和SPM引起的頻域信號(hào)失真的補(bǔ)償，但是它不能全部補(bǔ)償相關(guān)聯(lián)的時(shí)域失真。
在2000年5月23日發(fā)出的題為“Equalization，Pulse Shapingand Regeneration of Optical Signals”的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利US6067180號(hào)中，利用在接收機(jī)6上可以用來(lái)從入站的光信號(hào)中除去光失真(包括SPM和XPM)的光調(diào)制器來(lái)提供補(bǔ)償算子C[E(t)]。這個(gè)方案的限制是光調(diào)制器趨于復(fù)雜，并因而是昂貴的，而且遭受高的插入損失。這后一問(wèn)題減少了其中到達(dá)接收機(jī)上的光信號(hào)已經(jīng)具有低的信噪比的長(zhǎng)途光網(wǎng)絡(luò)鏈路中這些調(diào)制器的合意性。
在“Exact Compensation for Both Chromatic Dispersion andKerr Effect in a Transmission Fiber Using Optical PhaseConjugation”(Watanabe，S.，et al.，Journal of LightwaveTechnology，Vol.14，No.3，March 1996，pp243-248)中描述了一種用于完全補(bǔ)償色度色散(包括SPM)的效應(yīng)的技術(shù)。在這個(gè)技術(shù)中，光纖鏈路被分成利用光相位共軛器分隔開(kāi)的兩個(gè)光纖部分。第一部分被設(shè)計(jì)為高色散介質(zhì)，其中色散被設(shè)計(jì)為鏡像(mirror)第二部分的色散。結(jié)果，施加在經(jīng)由第一部分傳播的光信號(hào)上的信號(hào)失真將被第二部分的那些偏移。實(shí)際上，補(bǔ)償算子C[E(t)]是利用第一部分的色散分布(profile)以及光相位共軛器提供的。在理論上，如果第一部分的色散分布能夠被制作成精確地鏡像第二部分的分布，則補(bǔ)償算子C[E(t)]將是非線性算子T[]的倒數(shù)，并且基本無(wú)失真的信號(hào)EOUT(t)≈EIN(t)將出現(xiàn)在光纖鏈路的接收器端上。
這個(gè)技術(shù)具有許多缺點(diǎn)。特別地，必須設(shè)計(jì)第一跨距，以使色散分布(沿著第一部分的長(zhǎng)度)緊密地鏡像第二部分的色散分布。這意味著，必須為其對(duì)應(yīng)的第二跨距設(shè)計(jì)第一部分，這急劇地增加成本。此外，公知的光相位共軛器是昂貴的，衰減光信號(hào)，并引入噪聲。在理論上，通過(guò)設(shè)計(jì)第一部分以使第一部分的功率和色散分布鏡像第二部分的功率和鏡像，可以消除光相位共軛器。然而，在光域中實(shí)施這個(gè)方案是極其困難的，因?yàn)榈诙糠值墓β史植嫉溺R像需要第一部分被提供有帶增益的光纖跨距以及帶損耗的放大器。
因此，用于在WDM光通信系統(tǒng)中減輕由于非線性效應(yīng)引起的信號(hào)失真的經(jīng)濟(jì)合算的技術(shù)是極其希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于在WDM光通信系統(tǒng)中至少部分地補(bǔ)償由于非線性效應(yīng)引起的信號(hào)失真的方法和設(shè)備。
這個(gè)目的利用所附的獨(dú)立權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的特征來(lái)滿足。在從屬權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的附加的可選特征。
因此，本發(fā)明的一方面提供了補(bǔ)償由于光通信系統(tǒng)的非線性效應(yīng)引起的光信號(hào)失真的方法。根據(jù)本發(fā)明，確定實(shí)質(zhì)上減輕給予經(jīng)過(guò)光通信系統(tǒng)的通信信號(hào)的由于非線性引起的信號(hào)失真的補(bǔ)償算子。然后把電輸入信號(hào)輸入到補(bǔ)償算于，以生成預(yù)失真電信號(hào)。這個(gè)預(yù)失真電信號(hào)隨后用于調(diào)制光源，以生成用于經(jīng)由光通信系統(tǒng)傳輸?shù)南鄳?yīng)預(yù)失真光信號(hào)。
通常，補(bǔ)償算子是光鏈路復(fù)數(shù)非線性算子T[]的倒數(shù)。結(jié)果，當(dāng)預(yù)失真光信號(hào)經(jīng)由光鏈路傳播時(shí)，鏈路的光非線性對(duì)預(yù)失真光信號(hào)產(chǎn)生作用，使得到達(dá)鏈路的接收端上的光信號(hào)基本上沒(méi)有非線性引起的失真。
因而，本發(fā)明的方法在輸入信號(hào)的電-光(E/O)轉(zhuǎn)換之前在光鏈路的發(fā)射機(jī)端上實(shí)施光非線性引入的信號(hào)失真的補(bǔ)償。這種安排是特別有利的，因?yàn)槠淠軌颡?dú)立于接收機(jī)中使用的檢測(cè)類型(即，直接或相干)而有效實(shí)施補(bǔ)償。
本發(fā)明通過(guò)在經(jīng)由通信系統(tǒng)的光鏈路傳輸之前在電域中處理通信信號(hào)來(lái)補(bǔ)償非線性引入的信號(hào)失真。這個(gè)通信信號(hào)的處理是根據(jù)作為光鏈路傳遞函數(shù)的逆的補(bǔ)償函數(shù)來(lái)管理的。利用這個(gè)安排，能夠以在光鏈路的接收端上獲得比較上無(wú)失真的光信號(hào)的方式來(lái)補(bǔ)償由光鏈路產(chǎn)生的任意非線性引起的信號(hào)失真。


從下面的結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中圖1a和圖1b是示意地圖示常規(guī)的光通信系統(tǒng)的操作的方框圖；圖2是示意地圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的補(bǔ)償系統(tǒng)的主要元件和操作的方框圖；圖3是示意地圖示可在圖2的實(shí)施例中使用的第一補(bǔ)償處理器的主要元件和操作的方框圖；圖4是示意地圖示可在圖2的實(shí)施例中使用的第二補(bǔ)償處理器的主要元件和操作的方框圖；圖5a-5c是示意地圖示圖3和圖4的數(shù)字濾波器的相應(yīng)可替代實(shí)施例的方框圖；
圖6是示意地圖示可在圖2的實(shí)施例中使用的第三補(bǔ)償處理器的主要元件和操作的方框圖；和圖7是示意地圖示根據(jù)本發(fā)明可替代實(shí)施例的補(bǔ)償系統(tǒng)的主要元件和操作的方框圖。
將注意，在全部附圖中，類似的特征利用類似的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供用于補(bǔ)償光通信系統(tǒng)中非線性和交叉信道效應(yīng)的方法和系統(tǒng)。對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，“非線性和交叉信道效應(yīng)”應(yīng)當(dāng)被理解為涉及由于相位非線性諸如自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)、調(diào)制不穩(wěn)定性(MI)和四波混合引起的信號(hào)失真?！敖徊嫘诺佬?yīng)”應(yīng)當(dāng)被理解為涉及由于光串?dāng)_引起的信號(hào)失真。圖2是示意地圖示根據(jù)本發(fā)明方法的補(bǔ)償系統(tǒng)的主要元件和操作的方框圖。
根據(jù)本發(fā)明，由于鏈路復(fù)非線性算子T[E(t)]引起的信號(hào)失真通過(guò)以下處理被至少部分地進(jìn)行補(bǔ)償導(dǎo)出最佳化鏈路4的性能的補(bǔ)償算子C[E(t)]，以及然后在電域中使用確定的補(bǔ)償算子C[E(t)]預(yù)失真輸入信號(hào)x(t)。由于鏈路算子T[E(t)]是復(fù)數(shù)，因此補(bǔ)償算子C[E(t)]也將是復(fù)數(shù)。
為了在波分多路復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中提供對(duì)于一對(duì)一、多對(duì)一和多對(duì)多非線性效應(yīng)的補(bǔ)償，共同使用向量記法來(lái)考慮所有的信道信號(hào)是方便的。因而，所有的信道輸入信號(hào)可以一起標(biāo)記為輸入向量X(t)＝[x(t，ω1)，x(t，ω2)，x(t，ω2)，…x(t，ωn)]其中x(t，ωi)是第i個(gè)WDM信道的輸入信號(hào)。可以在整個(gè)鏈路4上使用類似的記號(hào)。因而，例如，WDM信號(hào)可以被表示為向量E(t)＝[E(t，ω1)，E(t，ω2)，E(t，ω2)，…E(t，ωn)]其中E(t，ωi)是第i個(gè)WDM信道的光信道信號(hào)。根據(jù)用于共同標(biāo)記所有信道的記號(hào)，鏈路復(fù)數(shù)非線性算子T[E(t)]和補(bǔ)償算子C[E(t)]將是矩陣算子。隨后，通過(guò)對(duì)于鏈路復(fù)數(shù)非線性算子T[E(t)]的每個(gè)元素計(jì)算合適的值，能夠容易地近似多對(duì)一和多對(duì)多效應(yīng)，并且例如，通過(guò)計(jì)算鏈路復(fù)數(shù)非線性算子T[E(t)]的倒數(shù)，能夠?qū)С鲅a(bǔ)償算子C[E(t)]。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的描述，下面的說(shuō)明將集中在單個(gè)信道上。在這種情況中，可以避免向量和矩陣記號(hào)，并且為了簡(jiǎn)潔，省略信道標(biāo)識(shí)符(ωi)。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將意識(shí)到，這個(gè)描述直接應(yīng)用于一對(duì)一非線性效應(yīng)(例如，自相位調(diào)制)的情況，并且通過(guò)恢復(fù)到向量和矩陣與方法來(lái)一起處理所有的信道，可以容易地被擴(kuò)展為覆蓋多對(duì)一和多對(duì)多非線性效應(yīng)。
如圖2所示，補(bǔ)償處理器26使用補(bǔ)償算子C[E(t)]來(lái)處理每個(gè)信道輸入信號(hào)x(t)8，由此產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)失真電輸入信號(hào)x1(t)28。預(yù)失真輸入信號(hào)x1(t)28隨后被E/O轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的預(yù)失真光信號(hào)E1IN(t)10a，被多路復(fù)用成WDM信號(hào)14并被經(jīng)由光鏈路4發(fā)送到接收機(jī)6。在數(shù)學(xué)上，預(yù)失真光信號(hào)E1IN(t)10a能夠與圖1的傳統(tǒng)系統(tǒng)中由E/O轉(zhuǎn)換器12生成的(無(wú)失真)信道光信號(hào)EIN(t)10有關(guān)，因?yàn)镋1IN(t)＝C[EIN(t)]。
在接收機(jī)6內(nèi)，常規(guī)的多路分用器20從經(jīng)過(guò)鏈路4的WDM信號(hào)14中多路分用出輸入光信號(hào)E1OUT(t)18a。光-電(O/E)轉(zhuǎn)換器24隨后把光信號(hào)E1OUT(t)18a轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號(hào)y1(t)22a。正如可以從圖2看到的那樣，接收的光信號(hào)E1OUT(t)18a是利用鏈路非線性算子T[E(t)]修改的預(yù)失真光信號(hào)E1IN(t，ωi)10a，因而EOUT1(t)=T[EIN1(t)]=T[C[EIN(t)]]----(1)]]>如可以意識(shí)到的，當(dāng)由于補(bǔ)償算子C[E(t)]引入的失真完全抵消由于鏈路非線性算子T[E(t)]引入的失真時(shí)，被O/E轉(zhuǎn)換器24“看到”的接收光信號(hào)E1OUT(t)18a將基本上等于原始(無(wú)失真)光信號(hào)EIN(t)10(圖1a和圖1b)。
如果希望的話，鏈路非線性算子T[E(t)]可以包含多路復(fù)用器16和多路分用器20的非線性效應(yīng)(諸如串?dāng)_)，以及E/O和O/E轉(zhuǎn)換器12和24的非線性。在這種情況下，補(bǔ)償算子C[E(t)]也將提供這些效應(yīng)的有效補(bǔ)償。
因而，本發(fā)明提供了用于通過(guò)在E/O轉(zhuǎn)換和經(jīng)由光鏈路4傳輸之前在電域中預(yù)失真原始輸入信號(hào)x(t)8來(lái)補(bǔ)償施加在經(jīng)過(guò)鏈路4的光信號(hào)上的失真的技術(shù)。由于在電域中完成失真補(bǔ)償，所以可以實(shí)施基本上任意的補(bǔ)償算子C[E(t)]，因而有助于對(duì)甚至比較嚴(yán)重的非線性和交叉信道效應(yīng)進(jìn)行有效補(bǔ)償。
如可以認(rèn)識(shí)到的，能夠以各種方式表示補(bǔ)償算子C[E(t)]。通常，補(bǔ)償算子C[E(t)]將被表示為鏈路算子T[E(t)]的倒數(shù)，使得T[C[E(t)]]≈E(t)。在此情況下，補(bǔ)償算子C[E(t)]將包含與鏈路算子T[E(t)]相同的項(xiàng)，并且為了有助于輸入信號(hào)x(t)8的電域預(yù)失真而進(jìn)行的補(bǔ)償算子C[E(t)]的“確定”變成確定C[E(t)]的每個(gè)項(xiàng)的大小的事情。
可以注意到，能夠想象到極端的非線性和交叉信道效應(yīng)，對(duì)于這些極端情況，補(bǔ)償算子C[E(t)]的實(shí)際解決方案將不是可能的。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，補(bǔ)償?shù)姆秶虺潭葘⑹艿皆谘a(bǔ)償處理器26中實(shí)施的補(bǔ)償算子C[E(t)]的公式化的固有限制。例如，考慮其中補(bǔ)償算子C[E(t)]被公式化為僅補(bǔ)償SPM的情況。當(dāng)這個(gè)補(bǔ)償算子C[E(t)]的參數(shù)可以被確定以精確補(bǔ)償SPM時(shí)，由于鏈路的其它效應(yīng)造成的信號(hào)失真(比如XPM，MI，四波混合和串?dāng)_)將仍然保持未被補(bǔ)償。因此，為了本發(fā)明的公開(kāi)，提及“非線性和交叉信道效應(yīng)的補(bǔ)償”將被理解為涉及由于補(bǔ)償算子C[E(t)]的選擇公式化而引起的那些效應(yīng)。類似地，作為作用在預(yù)失真光信號(hào)E1IN(t)10a上的鏈路4的非線性失真和交叉信道效應(yīng)的結(jié)果，在鏈路4的接收端上獲得的“基本上無(wú)失真光信號(hào)”應(yīng)當(dāng)被理解為是表示，接收的光信號(hào)E1OUT(t)18a基本上沒(méi)有由于在那個(gè)實(shí)施例中使用的補(bǔ)償算子C[E(t)]的特定公式化補(bǔ)償?shù)哪切┬?yīng)所造成的信號(hào)失真。
可以使用各種方法來(lái)確定補(bǔ)償算子C[E(t)]。在圖2的實(shí)例中，接收機(jī)6上或其附近的WDM信號(hào)14和光信號(hào)E1OUT(t)18a被監(jiān)視(在30)，以檢測(cè)指示光鏈路4的非線性和交叉信道效應(yīng)的信號(hào)質(zhì)量參數(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，信號(hào)質(zhì)量參數(shù)包括所感興趣的波長(zhǎng)頻帶上的SPM、XPM、MI、四波混合以及串?dāng)_的直接測(cè)量。測(cè)量SPM、XPM、MI、四波混合和串?dāng)_的方法是本領(lǐng)域中公知的。用于在安裝的網(wǎng)絡(luò)中測(cè)量這些參數(shù)的方法例如被公開(kāi)在以下文獻(xiàn)中美國(guó)專利號(hào)US 6128111(Roberts等人)以及共同轉(zhuǎn)讓與待審的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/xxx,xxx，題為“Monitoring Phase Non-Linearities In AnOptical Communications System(監(jiān)視光通信系統(tǒng)中的相位非線性)”。因而，例如，通過(guò)經(jīng)由第一信道發(fā)射探查信號(hào)，可以測(cè)量一對(duì)信道之間的XPM，同時(shí)經(jīng)由其它信道同時(shí)發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)ED(t)。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)經(jīng)由鏈路4共同傳播時(shí)，信道A與N之間的XPM生成測(cè)試信號(hào)，這個(gè)測(cè)試信號(hào)經(jīng)由信道N被接收節(jié)點(diǎn)4b接收。所接收的探查信號(hào)與測(cè)試信號(hào)之間的相關(guān)性允許計(jì)算XPM傳遞函數(shù)，這模擬施加在經(jīng)過(guò)鏈路的信號(hào)業(yè)務(wù)上的XOM引入的信號(hào)失真。
在許多情況下，SPM可以被描述為XPM的函數(shù)，因?yàn)樯婕霸诋a(chǎn)生XPM和SPM時(shí)所牽涉的機(jī)制。結(jié)果，對(duì)于任何特定的光通信系統(tǒng)，可以定義用于從檢測(cè)的XPM中估算SPM的查找表。用于填充查找表的數(shù)據(jù)可以例如基于在光通信系統(tǒng)的建立和運(yùn)行期間獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果需要的話，可以例如使用在光通信系統(tǒng)的維護(hù)期間獲得的新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)更新查找表數(shù)據(jù)，以適應(yīng)光學(xué)部件性能的遷移。
作為選擇，可以監(jiān)視到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)信號(hào)，以檢測(cè)帶有色散的信號(hào)噪聲中的變化。這提供了總的XPM和SPM引入的信號(hào)失真的直接指示，但是這不能夠使這些效應(yīng)被分隔開(kāi)。
一些光連網(wǎng)設(shè)備利用高速模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)把接收的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成用于數(shù)據(jù)恢復(fù)和系統(tǒng)管理的相應(yīng)數(shù)字信號(hào)。可以選擇這些ADC的抽樣速率，以滿足用于接收信號(hào)業(yè)務(wù)的奈奎斯特(Nyquist)定理，這意味著可以從ADC產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中恢復(fù)完整的接收信號(hào)波形。隨后，可以使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)電路諸如數(shù)字均衡器和前向糾錯(cuò)電路來(lái)從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中恢復(fù)數(shù)據(jù)比特。利用這種安排，有可能以ADC產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的數(shù)字抽樣的連續(xù)序列的形式存儲(chǔ)抽樣數(shù)據(jù)。這個(gè)抽樣數(shù)據(jù)能夠與接收機(jī)的數(shù)據(jù)恢復(fù)電路所恢復(fù)的相應(yīng)數(shù)據(jù)比特相關(guān)。信號(hào)波形(如利用存儲(chǔ)的ADC輸出表示的)與相應(yīng)恢復(fù)的數(shù)據(jù)比特之間的比較提供了信號(hào)失真的直接測(cè)量，并且可以用來(lái)直接計(jì)算歸應(yīng)于色散和SPM的復(fù)數(shù)傳遞函數(shù)。相鄰信道的信號(hào)波形(由相應(yīng)存儲(chǔ)的ADC輸出表示的)之間的比較提供交叉信道效應(yīng)諸如串?dāng)_的直接指示。
上述方法可以或單獨(dú)或組合用于評(píng)價(jià)鏈路4中的相位非線性和交叉信道效應(yīng)。這個(gè)信息隨后可以用于利用已知方法來(lái)確定補(bǔ)償算子C[E(t)]。
其它的信號(hào)質(zhì)量參數(shù)諸如誤碼率、信噪S/N比、信道色散的方差或眼圖閉合度(eye closure)可以被用作非線性和交叉信道效應(yīng)的代理。可以基于通過(guò)抽取光鏈路4中的WDM信號(hào)14而獲得的光信號(hào)(如32所示)、多路分用的光信道信號(hào)E1OUT(在34上)和/或通過(guò)分析由E/O轉(zhuǎn)換器24生成的輸出信號(hào)y1(t)22a(如36所示)，可以檢測(cè)任何信號(hào)質(zhì)量參數(shù)。隨后，可以使用已知技術(shù)確定性地和/或自適應(yīng)地確定(在38)最佳化檢測(cè)參數(shù)的補(bǔ)償算子C[E(t)]。
可以使用其它方法來(lái)確定補(bǔ)償算子C[E(t)]。例如，美國(guó)專利號(hào)US 6124960(Garth等人)教導(dǎo)了計(jì)算歸應(yīng)于WDM系統(tǒng)中任何一對(duì)波長(zhǎng)之間XPM的傳遞函數(shù)的方法。這個(gè)XPM傳遞函數(shù)可以用來(lái)確定補(bǔ)償XPM的補(bǔ)償算子C[E(t)]的合適分量值。
作為選擇，使用計(jì)算光纖非線性傳播的已知方法，諸如split-stepFourier(分步傅里葉)，通過(guò)仿真光鏈路4的假設(shè)鏡像的光性能，能夠計(jì)算補(bǔ)償算子C[E(t)]。在此情況下，利用γ(z)＝γp(z)來(lái)描述鏈路4，其中γ是非線性的系數(shù)，而P(z)是沿鏈路的功率分布。把z＝L/2定義為鏈路4的開(kāi)頭，并且把z＝L定義為鏈路的結(jié)尾。假設(shè)的鏈路4的鏡像則被定義用于0≤z≤L/2，并具有γ(z)＝γ(L-z)的特性。然后，使用中間跨距頻譜倒置，即，通過(guò)利用脈沖傳播等式來(lái)傳播從z＝0到z＝L/2的輸入信號(hào)x(t)，并且然后相位共軛結(jié)果，計(jì)算預(yù)失真信號(hào)x1(t)。這個(gè)計(jì)算所需的參數(shù)是光纖損耗、光纖類型、信號(hào)功率電平、EDFA或Raman放大、以及鏈路4的每個(gè)光纖跨距和放大器的色散。這些值可以在系統(tǒng)安裝之前(或期間)進(jìn)行測(cè)量，或者可以使用例如測(cè)量功率電平的US專利號(hào)5513029的方法；測(cè)量色散的US專利號(hào)6252692的方法；確定光纖類型的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9/481691的方法；測(cè)量分布式Raman放大的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9/852777的方法；以及測(cè)量PDL的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9/975985的方法由系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。
應(yīng)當(dāng)注意，確定補(bǔ)償算子C[E(t)]的功能步驟(在38)可以利用硬件和軟件的任何適當(dāng)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些硬件和軟件可以與接收機(jī)6、發(fā)射機(jī)2位于一起或者任何其它位置。在其中檢測(cè)參數(shù)包括非線性的直接測(cè)量或者相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)的計(jì)算的實(shí)施例中，可以計(jì)算補(bǔ)償算子C[E(t)]，以最小化(和最好消除)總的非線性引起的信號(hào)失真。如果誤碼率和/或眼圖閉合度用作代理，則計(jì)算補(bǔ)償算子C[E(t)]，以最佳化這些相應(yīng)值。
如上所述，由于鏈路算于T[E(t)]是復(fù)數(shù)，因此補(bǔ)償算子也將是復(fù)數(shù)。在此情況下，E/O轉(zhuǎn)換器12必須以這樣一種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)除了輸入信號(hào)x(t)8的振幅信息外，還可以把差分相位延遲施加到輸出光信號(hào)上。各種已知E/O轉(zhuǎn)換器能夠提供這個(gè)功能。在圖3的實(shí)施例中，E/O轉(zhuǎn)換器12被提供為耦合到2維光調(diào)制器42的調(diào)諧光源40諸如窄帶激光器。利用這種安排，可以驅(qū)動(dòng)2-D調(diào)制器42以調(diào)制光源40輸出的振幅和相位延遲，從而生成預(yù)失真光信號(hào)E1IN(t)10a。在本領(lǐng)域中公知能夠提供這個(gè)功能的各種已知2-D光調(diào)制器，例如，諸如Mach-Zehnder調(diào)制器。
通常，補(bǔ)償處理器26的設(shè)計(jì)將通過(guò)補(bǔ)償算子C[E(t)]的公式化以及必須格式化預(yù)失真信號(hào)x1(t)28以提供用于E/O轉(zhuǎn)換器12的合適控制信號(hào)的需求來(lái)驅(qū)動(dòng)。在圖3的實(shí)施例中，2-D調(diào)制器42受預(yù)失真信號(hào)x1(t)28的相應(yīng)的一對(duì)正交(例如，同相和正交)信號(hào)分量I和Q(在44和46)的控制。結(jié)果，補(bǔ)償處理器26提供一對(duì)補(bǔ)償路徑48，這對(duì)補(bǔ)償路徑48被設(shè)計(jì)為生成所要求的預(yù)失真信號(hào)x1(t)28的同相和正交信號(hào)分量I和Q。每個(gè)補(bǔ)償路徑48包括接收輸入信號(hào)x(t)8的相應(yīng)(通常是非線性)的數(shù)字濾波器50，并接受補(bǔ)償算子C[E(t)]的相應(yīng)分量作為輸入。每個(gè)數(shù)字濾波器50的輸出是相應(yīng)信號(hào)分量的連續(xù)數(shù)字值流52，其隨后使用相應(yīng)的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器54能夠被轉(zhuǎn)換成模擬預(yù)失真信號(hào)x1(t)28分量的相應(yīng)瞬時(shí)電平。
如可以意識(shí)到的，補(bǔ)償處理器26可以被實(shí)施，從而以任何希望格式諸如極坐標(biāo)來(lái)生成預(yù)失真信號(hào)x1(t)28的信號(hào)分量。這里的唯一限制是必須提供合適的2-D調(diào)制器42，用于響應(yīng)于由補(bǔ)償處理器26生成的信號(hào)而調(diào)制適當(dāng)?shù)墓夥至俊?br> 圖4是圖示一個(gè)實(shí)施例的方框圖，其中E/O轉(zhuǎn)換器12被設(shè)計(jì)成利用任意偏振發(fā)射預(yù)失真光信號(hào)E1IN(t)10a。在此情況下，E/O轉(zhuǎn)換器12被提供為耦合到一對(duì)傳統(tǒng)2維光調(diào)制器42的調(diào)諧光源40正如窄帶激光器。傳統(tǒng)的光功率分配器56用于把來(lái)自光源40的光分為一對(duì)HE11模，由2-D調(diào)制器42中的相應(yīng)一個(gè)調(diào)制每個(gè)模。例如，使用傳統(tǒng)的四分之一波雙折射板58，使HE11模之一經(jīng)歷90°的偏振旋轉(zhuǎn)。調(diào)制的HE11模隨后利用傳統(tǒng)的偏振組合器60進(jìn)行組合并被發(fā)射到光鏈路4中。利用這個(gè)安排，可以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每個(gè)2-D調(diào)制器42，以調(diào)制其相應(yīng)的光模的振幅和相位延遲。如在圖3的實(shí)施例中，在現(xiàn)有技術(shù)中公知能夠提供這個(gè)功能的各種公知2-D光調(diào)制器，例如，諸如Mach-Zehnder調(diào)制器。
使用上述安排，圖4的補(bǔ)償處理器26為每個(gè)HE11模提供獨(dú)立的補(bǔ)償路徑48。每個(gè)補(bǔ)償路徑48提供一組并行的數(shù)字濾波器50和DAC 54，用于生成預(yù)失真信號(hào)x1(t)28的相應(yīng)模的相應(yīng)正交(I和Q)分量44和46。
各種已知數(shù)字濾波器類型可以用來(lái)實(shí)施每個(gè)數(shù)字濾波器50，比如直接形式實(shí)施和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器查找表(RAM LUT)。在任何一種情況中，每個(gè)補(bǔ)償路徑48中的數(shù)字濾波器50和DAC 54協(xié)作，以生成預(yù)失真信號(hào)x1(t)28，其補(bǔ)償由于鏈路非線性算子T[E(t)]造成的信號(hào)失真。
圖5a示意地圖示了其中使用RAM LUT 62實(shí)施數(shù)字濾波器50的一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)技術(shù)利用了輸入信號(hào)x(t)8是基本上無(wú)失真的二進(jìn)制信號(hào)的事實(shí)，其中連續(xù)比特可以被清楚地鑒別開(kāi)來(lái)。這極大地簡(jiǎn)化了數(shù)字濾波輸入信號(hào)x(t)8的問(wèn)題。
如圖5a所示，輸入信號(hào)x(t)8的連續(xù)比特通過(guò)串-并轉(zhuǎn)換器(SPC)64(例如，移位寄存器)被鎖存，該轉(zhuǎn)換器64把串行比特流轉(zhuǎn)換成具有N比特寬度的并行比特流。在圖5a所示的實(shí)施例中，N＝8，這被理解為可以根據(jù)需要使用N的其它值。然后，使用并行數(shù)據(jù)流來(lái)存取具有2N寄存器(未示出)的隨機(jī)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器(RAM)查找表62。
查找表62的每個(gè)寄存器包含至少一個(gè)代表預(yù)失真信號(hào)x1(t)28的相應(yīng)分量(44，46)的相應(yīng)瞬時(shí)模擬電平的數(shù)字值，它是為獨(dú)特的一組N比特預(yù)先計(jì)算的。因此，當(dāng)經(jīng)由串-并轉(zhuǎn)換器64發(fā)射(串行)輸入信號(hào)x(t)8時(shí)，從查找表62輸出預(yù)失真信號(hào)28的連續(xù)數(shù)字值流52。然后，可以使用數(shù)-模變換器54把這個(gè)數(shù)字值流52轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)分量44、46。如上所述，光轉(zhuǎn)換器12可以把模擬預(yù)失真信號(hào)x1(t)28轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的預(yù)失真光信號(hào)E1IN(t)10a。
由于相位非線性引起光輸入信號(hào)EIN(t)的時(shí)域失真，因此特定時(shí)刻(t)上的模擬預(yù)失真輸入信號(hào)x1(t)28的瞬時(shí)電平將必須是將所述時(shí)刻分類(bracket)的時(shí)間窗內(nèi)的輸入信號(hào)x(t)的模擬波形的函數(shù)。按符號(hào)測(cè)量的時(shí)間窗的寬度通常將是如下的函數(shù)將對(duì)其提供補(bǔ)償?shù)淖畲笊?；光信?hào)的寬度；和光信號(hào)的符號(hào)間隔。
在上述討論之后，將會(huì)明白，通過(guò)把計(jì)算的補(bǔ)償算子C[E(t)]應(yīng)用于2N個(gè)可能N比特序列之中的每一個(gè)，能夠容易地計(jì)算(在66上)存儲(chǔ)在查找表62中的每個(gè)值。對(duì)于每個(gè)N比特序列，隨后將計(jì)算的查找表值存儲(chǔ)在利用所述的N比特序列索引的RAM查找表62寄存器中。該處理將導(dǎo)致當(dāng)經(jīng)由串-并轉(zhuǎn)換器64發(fā)射輸入數(shù)據(jù)信號(hào)x(t)的連續(xù)比特時(shí)，查找表62被裝載將按順序被存取的預(yù)失真信號(hào)28的預(yù)計(jì)算值。
為了能夠利用DAC 54精確生成模擬信號(hào)分量44、46，從RAM LUT62輸出數(shù)字值52的速率應(yīng)最好滿足用于輸入信號(hào)x(t)8的奈奎斯特定理，包括頻譜再生長(zhǎng)的效應(yīng)。這通常將要求RAM LUT 62對(duì)于輸入信號(hào)x(t)的每個(gè)符號(hào)輸出預(yù)失真信號(hào)28分量的一個(gè)以上的數(shù)字值52。因而，例如，能夠以是輸入信號(hào)x(t)8的數(shù)據(jù)速率的兩倍或兩倍以上的時(shí)鐘速度，鎖存RAM LUT 62中的數(shù)字值52。這能夠容易地通過(guò)以下處理來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算(在66)每個(gè)N比特序列的所需的數(shù)字值組，并在合適的寄存器中存儲(chǔ)得到的數(shù)字值組。結(jié)果，當(dāng)經(jīng)由SPC 64發(fā)射輸入信號(hào)x(t)的每個(gè)比特時(shí)，將從RAM LUT 62中以適當(dāng)?shù)捻樞蜉敵鰹槊總€(gè)獨(dú)特N比特序列計(jì)算的所有數(shù)字值。
如上所述，在圖5a的實(shí)施例中，N＝8，這意味著系統(tǒng)可以補(bǔ)償跨越在至多8個(gè)符號(hào)上的時(shí)域失真。對(duì)于長(zhǎng)途光鏈路，也許需要跨越更多數(shù)量符號(hào)(例如，高達(dá)76個(gè)或更多)的失真補(bǔ)償。原則上，RAM LUT62和SPC 64可以按照需要進(jìn)行擴(kuò)展，以跨越任何所需數(shù)量的符號(hào)。然而，當(dāng)N增加時(shí)，RAM LUT的大小按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)(因?yàn)镽AM包含2N個(gè)寄存器)，結(jié)果是RAM LUT62的制造成本開(kāi)始強(qiáng)加嚴(yán)重的懲罰。通過(guò)使用線性近似并把RAM LUT62劃分成兩個(gè)或多個(gè)更小RAM 68的系列，可以避免這些限制，如圖5b所示。在此情況下，每個(gè)RAM 68存儲(chǔ)預(yù)失真信號(hào)分量x1(t)28的預(yù)期數(shù)值52的相應(yīng)部分。每個(gè)RAM 68的輸出以傳統(tǒng)方式數(shù)字地被求和(在70)，以產(chǎn)生是利用圖5a的單個(gè)RAM LUT62生成的“理想”值的可接受近似的數(shù)值52。這個(gè)安排僅僅通過(guò)提供合適數(shù)量的RAM 68，就能夠使數(shù)字濾波器50提供實(shí)際上跨越任何所需數(shù)量符號(hào)的有效失真補(bǔ)償。
對(duì)于許多實(shí)際的光鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于非線性效應(yīng)造成的信號(hào)變化集中在補(bǔ)償窗口的中心部分內(nèi)。朝向補(bǔ)償窗口的末端，信號(hào)離開(kāi)趨于隨機(jī)化由于非線性效應(yīng)引起的變化，以致于這些變化趨于變得不能與線性噪聲區(qū)分開(kāi)來(lái)。這提供了降低RAM LUT 50的大小和復(fù)雜度的機(jī)會(huì)。
因此，通過(guò)利用線性加法樹(shù)72替代在SPC 64(例如，接收第一和最后32比特)的末端上的RAM 68b和68c，可以修改圖5b的實(shí)施例，如圖5c所示。位于SPC 64中心的RAM 68a(例如，接收中間12個(gè)比特)被保留，并因此能夠精確補(bǔ)償在補(bǔ)償窗口中心部分中的非線性效應(yīng)。最好，使中心RAM 68a的尺寸最大化。線性加法樹(shù)72的相應(yīng)輸出被數(shù)字地求和(在74)，并然后數(shù)字地被加到中心RAM 68a的輸出(在76)，以產(chǎn)生是預(yù)失真信號(hào)28的“理想”電平的可接受近似的數(shù)值52。
圖6顯示了補(bǔ)償處理器26的可替代實(shí)施例的主要元件。這個(gè)實(shí)施例依賴于使用共同定義相應(yīng)跨距算子Ti[]的級(jí)聯(lián)函數(shù)可以數(shù)學(xué)地近似光鏈路4的跨距的光性能的事實(shí)。使用這個(gè)近似，可以利用與線性濾波器函數(shù)級(jí)聯(lián)的非線性函數(shù)形式的算子Ti[]來(lái)模擬各個(gè)跨距(i)的相位非線性?？捎糜谶@目的的典型非線性濾波器函數(shù)是fNL(t)＝exp[-jΓLeff|E2(t)|]其中Γ是常數(shù)；而Leff是光纖中非線性的有效長(zhǎng)度。可以使用的簡(jiǎn)單線性濾波器函數(shù)是跨距的損耗和色散。可以使用的簡(jiǎn)單線性濾波器函數(shù)是fL(t)＝G·TF(t)其中G是跨距的增益/損耗，并且TF(t)是近似于跨距色散的線性橫向?yàn)V波器。如將意識(shí)到的，各種其它的已知線性和非線性函數(shù)可以用來(lái)以本領(lǐng)域的公知方式近似跨距的性能。
對(duì)于鏈路4的每個(gè)跨距使用上述的數(shù)學(xué)近似法，可以通過(guò)級(jí)聯(lián)線性和非線性濾波器來(lái)構(gòu)建補(bǔ)償處理器26，以便數(shù)學(xué)地鏡像鏈路4的級(jí)聯(lián)非線性和線性函數(shù)。因而，可以利用相應(yīng)的線性/非線性濾波器來(lái)表示鏈路4的每個(gè)跨距，這實(shí)施相應(yīng)的跨距補(bǔ)償算子Ci[]。相對(duì)于用來(lái)近似跨距的函數(shù)，以相反的順序安排線性和非線性濾波器，并且每個(gè)濾波器實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)函數(shù)的逆，如可以在圖6中看到的。在此情況中，提前獲知每個(gè)跨距的Leff，因此對(duì)于利用上述的非線性和線性函數(shù)形成的跨距算子T1[]，相應(yīng)的跨距補(bǔ)償算子Ci[]的推導(dǎo)包括用于該跨距的常數(shù)ΓLeff、G和TF(t)的計(jì)算。
在上面參照?qǐng)D1-圖6所述的實(shí)施例中，補(bǔ)償處理器26位于發(fā)射機(jī)2中，并在E/O轉(zhuǎn)換和經(jīng)由鏈路的傳輸之前通過(guò)在電域中預(yù)失真輸入信號(hào)x(t)來(lái)實(shí)現(xiàn)相位非線性的補(bǔ)償。如可以認(rèn)識(shí)到的，可以使用直接模擬技術(shù)在接收機(jī)6中實(shí)現(xiàn)電域補(bǔ)償。圖7是示意地顯示包括根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償處理器的接收機(jī)的方框圖。
圖7的接收機(jī)利用能夠檢測(cè)和接收具有任意偏振的輸入光信號(hào)的四維相干接收機(jī)。因而，偏振分束器78把入站光信號(hào)EOUT(t)分離成正交偏振模(表示為H和V)，其每個(gè)又被細(xì)分成相應(yīng)的一對(duì)分量(表示為H1、H2、V1和V2)。然而，如果需要的話，可以在偏振分束器78的上游使用偏振控制器(未示出)，以便把入站光信號(hào)EOUT(t)的偏振對(duì)準(zhǔn)偏振分束器78的主軸。相應(yīng)的光耦合器80隨后混合光分量H1、H2、V1、V2與相應(yīng)的本地振蕩器信號(hào)82，并且組合的光波84利用傳統(tǒng)的光檢測(cè)器86來(lái)檢測(cè)。然后利用傳統(tǒng)的帶通濾波器90濾波所得到的中頻(IF)信號(hào)88，以生成相應(yīng)接收的信號(hào)分量92。
如可以在圖7中看到的，接收機(jī)6a對(duì)于每個(gè)偏振模H、V以接收信號(hào)分量92的相應(yīng)對(duì)94的形式來(lái)生成接收信號(hào)EOUT(t)。每個(gè)信號(hào)對(duì)94提供相應(yīng)偏振模H和V的正交(例如，90度相移)分量，并因此提供足夠的信息用于接收信號(hào)EOUT(t)的相應(yīng)偏振模H和V的重構(gòu)。總之，兩個(gè)接收的信號(hào)對(duì)94包含足夠的信息用于完全重構(gòu)包括振幅、相位和偏振相關(guān)內(nèi)容的接收信號(hào)EOUT(t)。
補(bǔ)償處理器26包括用以奈奎斯特頻率抽樣每個(gè)信號(hào)分量92(包括頻譜再生長(zhǎng))的相應(yīng)模-數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器96。數(shù)字濾波器98隨后處理數(shù)字信號(hào)分量，以生成(基本無(wú)失真)輸出信號(hào)y(t)22。上面參照?qǐng)D4和圖6所述的任何一種方法可以用來(lái)實(shí)施數(shù)字濾波器98。對(duì)于圖6的方法，線性和非線性濾波器塊需要被適當(dāng)?shù)刂匦屡判?，以便適當(dāng)?shù)冂R像跨距4。在理論上，有可能設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器98來(lái)實(shí)施非線性Schrodinger方程和執(zhí)行(假設(shè))中間跨距頻譜倒置。通過(guò)重新計(jì)算用于輸出信號(hào)y(t)22的每個(gè)連續(xù)比特的Schrodinger方程，可以補(bǔ)償歸應(yīng)于相位非線性的信號(hào)失真。
上述的本發(fā)明的實(shí)施例僅僅用于示范。因此，本發(fā)明的范圍打算僅利用所附的權(quán)利要求的范圍來(lái)限制。
權(quán)利要求
1.一種補(bǔ)償由于光通信系統(tǒng)的非線性效應(yīng)引起的光信號(hào)失真的方法，該方法包括以下步驟確定實(shí)質(zhì)上減輕給予經(jīng)過(guò)光通信系統(tǒng)的通信信號(hào)的非線性引起的信號(hào)失真的補(bǔ)償算子；使用補(bǔ)償算子來(lái)修改電輸入信號(hào)，以生成預(yù)失真電信號(hào)；和使用預(yù)失真電信號(hào)來(lái)調(diào)制光源，以生成用于經(jīng)由光通信系統(tǒng)傳輸?shù)南鄳?yīng)預(yù)失真光信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定補(bǔ)償算子的步驟包括以下步驟測(cè)量與非線性引起的信號(hào)失真有關(guān)的性能參數(shù)；和計(jì)算最佳化測(cè)量的性能參數(shù)的補(bǔ)償算子的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的相應(yīng)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中測(cè)量性能參數(shù)的步驟包括測(cè)量以下任何一個(gè)或多個(gè)的步驟交叉相位調(diào)制；自相位調(diào)制；調(diào)制不穩(wěn)定性；和串?dāng)_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中修改電輸入信號(hào)的步驟包括使用以下任何一個(gè)來(lái)數(shù)字濾波電輸入信號(hào)的步驟有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器；和查找表(LUT)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中修改電輸入信號(hào)的步驟包括以下步驟通過(guò)與光通信系統(tǒng)的每個(gè)跨距相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)對(duì)的級(jí)聯(lián)數(shù)字濾波器塊，數(shù)字濾波電輸入信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中數(shù)字濾波電輸入信號(hào)的步驟包括以下步驟根據(jù)電輸入信號(hào)和補(bǔ)償函數(shù)，計(jì)算預(yù)失真信號(hào)的連續(xù)數(shù)值；和把每個(gè)連續(xù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成預(yù)失真信號(hào)的相應(yīng)模擬值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中預(yù)失真信號(hào)利用兩個(gè)或多個(gè)正交分量來(lái)表示，并且計(jì)算預(yù)失真信號(hào)的連續(xù)數(shù)值的步驟包括計(jì)算每個(gè)分量的連續(xù)相應(yīng)值的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中電輸入信號(hào)包括基本上無(wú)失真的二進(jìn)制信號(hào)，并且其中計(jì)算預(yù)失真信號(hào)的連續(xù)數(shù)值的步驟包括以下步驟計(jì)算與一組預(yù)定N比特序列之中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的預(yù)失真信號(hào)的相應(yīng)數(shù)值；將每個(gè)計(jì)算的數(shù)值存儲(chǔ)在查找表中；和使用二進(jìn)制信號(hào)從查找表中提取預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)連續(xù)數(shù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該組預(yù)定N比特序列包含N比特的所有可能序列。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中提取預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)連續(xù)數(shù)值的步驟包括以下步驟把二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列N比特字；將每個(gè)N比特字用作索引值來(lái)訪問(wèn)查找表的相應(yīng)寄存器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中提取預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)連續(xù)數(shù)值的步驟包括對(duì)于每個(gè)N比特字提取預(yù)失真信號(hào)的至少一個(gè)數(shù)值的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中每個(gè)序列中比特的數(shù)量(N)基于以下任何一個(gè)或多個(gè)光通信系統(tǒng)的期望最大色散；和查找表的期望響應(yīng)時(shí)間。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中以預(yù)定間隔重復(fù)計(jì)算預(yù)失真信號(hào)的相應(yīng)數(shù)值和在查找表中存儲(chǔ)計(jì)算的數(shù)值的步驟。
14.一種補(bǔ)償系統(tǒng)，用于補(bǔ)償由于光通信系統(tǒng)的非線性效應(yīng)引起的光信號(hào)失真，該補(bǔ)償系統(tǒng)包括處理器，適用于確定實(shí)質(zhì)上減輕給予經(jīng)過(guò)光通信系統(tǒng)的通信信號(hào)的非線性引起的信號(hào)失真的補(bǔ)償算子；補(bǔ)償處理器，用于使用補(bǔ)償算子來(lái)修改電輸入信號(hào)，以生成預(yù)失真電信號(hào)；和光調(diào)制器，用于使用預(yù)失真電信號(hào)來(lái)調(diào)制光源，以生成用于經(jīng)由光通信系統(tǒng)傳輸?shù)南鄳?yīng)預(yù)失真光信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中該處理器遠(yuǎn)離補(bǔ)償處理器來(lái)實(shí)施。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中該處理器包括檢測(cè)器，用于測(cè)量與非線性引起的信號(hào)失真有關(guān)的性能參數(shù)；和計(jì)算引擎，用于計(jì)算最佳化測(cè)量的性能參數(shù)的補(bǔ)償算子的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的相應(yīng)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中該檢測(cè)器適用于測(cè)量以下任何一個(gè)或多個(gè)交叉相位調(diào)制；自相位調(diào)制；調(diào)制不穩(wěn)定性；和串?dāng)_。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中該補(bǔ)償處理器包括數(shù)字濾波器，用于使用補(bǔ)償算子來(lái)濾波電輸入信號(hào)，以生成預(yù)失真信號(hào)的一系列連續(xù)數(shù)值；和數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，用于將每個(gè)連續(xù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成預(yù)失真信號(hào)的相應(yīng)模擬值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中該數(shù)字濾波器包括與光通信系統(tǒng)的每個(gè)跨距相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)對(duì)的級(jí)聯(lián)數(shù)字濾波器塊。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中該數(shù)字濾波器包括以下任何一個(gè)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器；和查找表。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中該查找表包括串-并轉(zhuǎn)換器(SPC)，用于把電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列連續(xù)N比特字；和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，被耦合以接收來(lái)自SPC的每個(gè)N比特字，該RAM適用于存儲(chǔ)預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)數(shù)值，并輸出基于來(lái)自SPC的N比特字的選擇的一個(gè)數(shù)值。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中RAM包括多個(gè)并行RAM；和數(shù)字加法器，用于對(duì)每個(gè)RAM的輸出進(jìn)行數(shù)字求和，以生成預(yù)失真信號(hào)的每個(gè)連續(xù)數(shù)值。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中該查找表包括串-并轉(zhuǎn)換器(SPC)，用于把電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列連續(xù)N比特字；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，被耦合以接收來(lái)自SPC的每個(gè)N比特字的中心部分，該RAM適用于存儲(chǔ)預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)數(shù)值，并基于N比特字的接收中心部分輸出選擇的一個(gè)數(shù)值；相應(yīng)的線性加法器樹(shù)，用于對(duì)來(lái)自SPC的N比特字的每個(gè)末端部分進(jìn)行數(shù)字求和；第一數(shù)字加法器，用于數(shù)字求和每個(gè)線性加法器樹(shù)的輸出；和第二數(shù)字加法器，用于數(shù)字求和第一數(shù)字加法器和RAM的輸出，以生成預(yù)失真信號(hào)的每個(gè)連續(xù)數(shù)值。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中預(yù)失真信號(hào)利用兩個(gè)或多個(gè)正交分量來(lái)表示，并且該查找表包括用于生成每個(gè)分量的相應(yīng)查找表。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中對(duì)于每個(gè)N比特字從查找表中提取預(yù)失真信號(hào)的至少一個(gè)數(shù)值。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)N比特序列中比特的數(shù)量(N)基于以下任何一個(gè)或多個(gè)光通信系統(tǒng)的期望最大色散；和查找表的期望響應(yīng)時(shí)間。
27.一種失真補(bǔ)償器，用于補(bǔ)償由于光通信系統(tǒng)的非線性效應(yīng)引起的光信號(hào)失真，該失真補(bǔ)償器包括補(bǔ)償處理器，用于使用預(yù)定補(bǔ)償算子修改電輸入信號(hào)，以生成預(yù)失真電信號(hào)，以致于使用預(yù)失真電信號(hào)的光源的調(diào)制生成相應(yīng)預(yù)失真光信號(hào)，用于經(jīng)由光通信系統(tǒng)傳輸。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的失真補(bǔ)償器，其中計(jì)算預(yù)定補(bǔ)償算子，以便至少部分地補(bǔ)償由于光通信系統(tǒng)的非線性效應(yīng)引起的光信號(hào)失真。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的失真補(bǔ)償器，其中該補(bǔ)償處理器包括數(shù)字濾波器，用于使用補(bǔ)償算子來(lái)濾波電輸入信號(hào)，以生成預(yù)失真信號(hào)的一系列連續(xù)數(shù)值；和數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，用于把每個(gè)連續(xù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成預(yù)失真信號(hào)的相應(yīng)模擬值。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的失真補(bǔ)償器，其中該數(shù)字濾波器包括與光通信系統(tǒng)的每個(gè)跨距相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)對(duì)的級(jí)聯(lián)數(shù)字濾波器塊。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的失真補(bǔ)償器，其中該數(shù)字濾波器包括以下任何一個(gè)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器；和查找表。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的失真補(bǔ)償器，其中該查找表包括串-并轉(zhuǎn)換器(SPC)，用于把電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列連續(xù)N比特字；和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，被耦合以接收來(lái)自SPC的每個(gè)N比特字，該RAM適用于存儲(chǔ)預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)數(shù)值，并基于來(lái)自SPC的N比特字輸出選擇的一個(gè)數(shù)值。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的失真補(bǔ)償器，其中該RAM包括多個(gè)并行RAM；和數(shù)字加法器，用于數(shù)字求和每個(gè)RAM的輸出，以生成預(yù)失真信號(hào)的每個(gè)連續(xù)數(shù)值。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的失真補(bǔ)償器，其中該查找表包括串-并轉(zhuǎn)換器(SPC)，用于把電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列連續(xù)N比特字；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，被耦合以接收來(lái)自SPC的每個(gè)N比特字的中心部分，該RAM適用于存儲(chǔ)預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)數(shù)值，并基于N比特字的接收中心部分輸出選擇的一個(gè)數(shù)值；相應(yīng)的線性加法器樹(shù)，用于數(shù)字求和來(lái)自SPC的N比特字的每個(gè)末端部分；第一數(shù)字加法器，用于數(shù)字求和每個(gè)線性加法器樹(shù)的輸出；和第二數(shù)字加法器，用于數(shù)字求和第一數(shù)字加法器和RAM的輸出，以生成預(yù)失真信號(hào)的每個(gè)連續(xù)數(shù)值。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的失真補(bǔ)償器，其中預(yù)失真信號(hào)利用兩個(gè)或多個(gè)正交分量來(lái)表示，并且該查找表包括用于生成每個(gè)分量的相應(yīng)查找表。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的失真補(bǔ)償器，其中對(duì)于每個(gè)N比特字，從查找表中提取預(yù)失真信號(hào)的至少一個(gè)數(shù)值。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的失真補(bǔ)償器，其中每個(gè)N比特字內(nèi)比特的數(shù)量(N)基于以下任何一個(gè)或多個(gè)光通信系統(tǒng)的期望最大色散；和查找表的期望響應(yīng)時(shí)間。
38.一種補(bǔ)償由于光通信系統(tǒng)的非線性效應(yīng)引起的光信號(hào)失真的方法，該方法包括以下步驟確定實(shí)質(zhì)上減輕給予經(jīng)過(guò)光通信系統(tǒng)的通信信號(hào)的非線性引起的信號(hào)失真的補(bǔ)償算子；檢測(cè)通過(guò)光通信系統(tǒng)接收的失真光信號(hào)，以生成相應(yīng)的失真電信號(hào)；和使用補(bǔ)償算子來(lái)修改失真電信號(hào)，以生成基本上無(wú)失真的電輸出信號(hào)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中確定補(bǔ)償算子的步驟包括以下步驟測(cè)量與非線性引起的信號(hào)失真相關(guān)的性能參數(shù)；和計(jì)算最佳化測(cè)量的性能參數(shù)的補(bǔ)償算子的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的相應(yīng)值。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中測(cè)量性能參數(shù)的步驟包括測(cè)量以下任何一個(gè)或多個(gè)的步驟交叉相位調(diào)制；自相位調(diào)制；調(diào)制不穩(wěn)定性；和串?dāng)_。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中修改失真電信號(hào)的步驟包括使用以下任何一個(gè)來(lái)數(shù)字濾波失真電信號(hào)的步驟快速傅里葉變換(FFT)濾波器；有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器；無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器；和查找表(LUT)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中修改失真電信號(hào)的步驟包括以下步驟通過(guò)與光通信系統(tǒng)的每個(gè)跨距相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)對(duì)的級(jí)聯(lián)數(shù)字濾波器塊，數(shù)字濾波失真電信號(hào)。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中數(shù)字濾波失真電信號(hào)的步驟包括以下步驟把失真電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的N比特?cái)?shù)字失真信號(hào)；和根據(jù)數(shù)字失真信號(hào)和補(bǔ)償函數(shù)，計(jì)算基本上無(wú)失真輸出信號(hào)的連續(xù)數(shù)值。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中計(jì)算基本上無(wú)失真輸出信號(hào)的連續(xù)數(shù)值的步驟包括以下步驟對(duì)于基本上無(wú)失真輸出信號(hào)的每個(gè)比特，重新計(jì)算Schrodinger方程。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中計(jì)算基本上無(wú)失真輸出信號(hào)的連續(xù)數(shù)值的步驟包括以下步驟對(duì)于一組預(yù)定N比特字中的每一個(gè)，計(jì)算基本上無(wú)失真輸出信號(hào)的相應(yīng)數(shù)值；將每個(gè)計(jì)算的數(shù)值存儲(chǔ)在查找表中；和使用數(shù)字失真信號(hào)，從查找表中提取基本上無(wú)失真輸出信號(hào)的多個(gè)連續(xù)數(shù)值。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中該組預(yù)定N比特字包含N比特的所有可能序列。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中提取基本上無(wú)失真輸出信號(hào)的多個(gè)連續(xù)數(shù)值的步驟包括以下步驟將數(shù)字失真信號(hào)的每個(gè)N比特字用作索引來(lái)訪問(wèn)查找表的相應(yīng)寄存器。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中提取預(yù)失真信號(hào)的多個(gè)連續(xù)數(shù)值的步驟包括以下步驟對(duì)于每個(gè)N比特字，提取預(yù)失真信號(hào)的至少一個(gè)數(shù)值。
全文摘要
在電－光轉(zhuǎn)換和經(jīng)由通信系統(tǒng)的光鏈路傳輸之前，通過(guò)在電域中處理輸入通信信號(hào)，補(bǔ)償非線性引入的信號(hào)失真。根據(jù)本發(fā)明，確定實(shí)質(zhì)上減輕給予經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)的光信號(hào)的非線性引起的信號(hào)失真的補(bǔ)償算子。然后，把輸入通信信號(hào)輸入到補(bǔ)償算子，以生成預(yù)失真電信號(hào)。這個(gè)預(yù)失真電信號(hào)隨后用于調(diào)制光源，以生成用于經(jīng)由光通信系統(tǒng)傳輸?shù)南鄳?yīng)預(yù)失真光信號(hào)。利用這個(gè)安排，以在光鏈路的接收端上獲得比較上無(wú)失真光信號(hào)的方式，能夠補(bǔ)償由于光鏈路給予的任意非線性引起的信號(hào)失真。
文檔編號(hào)H04B10/18GK1795627SQ200480014752
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者K·B·羅伯茨, L·斯特勞欽斯基, M·S·奧沙利文 申請(qǐng)人:北方電訊網(wǎng)絡(luò)有限公司