專利名稱：非線性補(bǔ)償裝置、方法和發(fā)射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別涉及一種信道內(nèi)非線性補(bǔ)償裝置、方法和發(fā)射機(jī)。
背景技術(shù)：
信道內(nèi)非線性是光傳輸系統(tǒng)中的一種固有損傷，它源自光纖的克爾效應(yīng)。當(dāng)單信道速率達(dá)到40 60Gbits/s甚至更高時(shí)，由于色散的作用，同一個(gè)信道內(nèi)脈沖會(huì)極大的展寬并相互重疊，在非線性的作用下，相互重疊的脈沖之間會(huì)產(chǎn)生能量交換。這種情況下，即使在接收端對(duì)鏈路中的殘余色散進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)依然會(huì)受到嚴(yán)重的非線性損傷。信道內(nèi)非線性對(duì)系統(tǒng)的影響包括定時(shí)抖動(dòng)、信號(hào)幅度波動(dòng)以及影子脈沖的產(chǎn)生。
近年來，隨著光纖傳輸系統(tǒng)容量的進(jìn)一步提升，更復(fù)雜的多維調(diào)制技術(shù)已經(jīng)逐漸取代簡(jiǎn)單的強(qiáng)度調(diào)制格式，成為研究的熱點(diǎn)。為了能夠保證復(fù)雜調(diào)制格式有足夠的信噪比， 需要鏈路系統(tǒng)有更高的入纖功率，這無疑導(dǎo)致了系統(tǒng)非線性代價(jià)的增加。
對(duì)于長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)，如何補(bǔ)償或減弱信道內(nèi)非線性的代價(jià)是一個(gè)重要研究課題。人們分別從鏈路設(shè)計(jì)、接收機(jī)DSP處理以及發(fā)射信號(hào)編碼等方面進(jìn)行研究?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出一種在發(fā)射機(jī)端減去非線性微擾的方法來減輕非線性的方法。該方法基于I倍過采，其中微擾項(xiàng)等于一系列三項(xiàng)(三個(gè)時(shí)刻的符號(hào)信息數(shù)據(jù))乘積的加權(quán)和，權(quán)值由鏈路的色散、增益/衰減以及非線性系數(shù)決定。該方法的優(yōu)勢(shì)在于復(fù)雜度的降低，尤其是在PSK 系統(tǒng)中，預(yù)補(bǔ)償波形可以完全通過加減法來實(shí)現(xiàn)。
但是，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于對(duì)于NRZ碼(非歸零碼)的性能不佳，系統(tǒng)性能有待進(jìn)一步提高。
下面列出了對(duì)于理解本發(fā)明和常規(guī)技術(shù)有益的文獻(xiàn)，通過引用將它們并入本文中，如同在本文中完全 闡明了一樣。
[參考文獻(xiàn) I] IEEE PTL Vol. 12, No. 4,2000, Antonio Mecozzi et. al.；
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本發(fā)明實(shí)施例提供一種非線性補(bǔ)償裝置、方法和發(fā)射機(jī)，目的在于進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，尤其是NRZ碼(非歸零碼)的性能。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種非線性補(bǔ)償裝置，該裝置包括
信息序列獲取器，用于獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列；
微擾量獲取器，用于計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的微擾量，并將獲得的所述微擾量旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的相位；
信息補(bǔ)償器，用于計(jì)算所述符號(hào)信息序列與所述微擾量之差，以獲得補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列，使得發(fā)射端根據(jù)所述補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列發(fā)射信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一個(gè)方面，提供了一種非線性補(bǔ)償方法，所述非線性補(bǔ)償方法包括
信息序列獲取步驟，獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列；
微擾量獲取步驟，計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的微擾量，并將所述微擾量旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的相位；
信息補(bǔ)償步驟，計(jì)算所述符號(hào)信息序列與所述微擾量之差，以獲得補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列，使得發(fā)射端根據(jù)所述補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列發(fā)射信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一個(gè)方面，提供了一種發(fā)射機(jī)，其中，所述發(fā)射機(jī)包括如上所述的非線性補(bǔ)償裝置，所述發(fā)射機(jī)還包括
脈沖成型器，用于根據(jù)所述非線性補(bǔ)償裝置獲得的補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列進(jìn)行脈沖成型，以獲得每個(gè)脈沖的波形；
信號(hào)發(fā)射器，用于 接收所述脈沖成型器發(fā)送的每個(gè)脈沖的波形，并對(duì)所述波形調(diào)制后進(jìn)行發(fā)射。
本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于可對(duì)發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息進(jìn)行補(bǔ)償，若將該裝置應(yīng)用到發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)可利用該補(bǔ)償后的符號(hào)信息進(jìn)行脈沖成型和調(diào)制，最后將信號(hào)發(fā)射出去，這些信號(hào)在經(jīng)過光纖傳輸鏈路的非線性效應(yīng)后，在接收機(jī)可獲得理想的無損信號(hào)。
并且，通過計(jì)算一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用的加權(quán)和，并將獲得的微擾量進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)后對(duì)原始信息序列進(jìn)行補(bǔ)償；可以進(jìn)一步提高性能，尤其是NRZ碼(非歸零碼)的性能；并且計(jì)算方法簡(jiǎn)單，能夠應(yīng)用于單偏振和偏振復(fù)用系統(tǒng)中，同時(shí)可以兼容任意調(diào)制格式。
參照后文的說明和附圖，詳細(xì)公開了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本發(fā)明的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。
針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。


圖1是典型的光通信系統(tǒng)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例的非線性補(bǔ)償裝置的一構(gòu)成示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例的非線性補(bǔ)償裝置的又一構(gòu)成示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例的無色散補(bǔ)償?shù)腄P-QPSK系統(tǒng)經(jīng)過不同的非線性補(bǔ)償?shù)男阅軐?duì)比圖5是本發(fā)明實(shí)施例的單偏振NRZ-QPSK預(yù)補(bǔ)償系統(tǒng)隨幅度系數(shù)和旋轉(zhuǎn)相位變化的趨勢(shì)示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例的非線性補(bǔ)償方法的流程圖7是本發(fā)明實(shí)施例的微擾量獲取步驟的流程圖8是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射機(jī)的構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行說明。這些實(shí)施方式只是示例性的， 不是對(duì)本發(fā)明的限制。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地理解本發(fā)明的原理和實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式以光通信系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。但應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的實(shí)施方式適用于所有存在非線性損失的通信系統(tǒng)。
圖1為典型的光通信系統(tǒng)示意圖，其中，發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過傳輸鏈路中不同的器件(光纖、光放大器、色散補(bǔ)償光纖等)到達(dá)接收機(jī)。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過非線性補(bǔ)償裝置在發(fā)射端對(duì)輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列進(jìn)行補(bǔ)償，使得發(fā)射端發(fā)射經(jīng)過特定形變的信號(hào)，這些信號(hào)在經(jīng)過光纖傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)后，在接收機(jī)可獲得理想的無損信號(hào)。
在圖1所示的系統(tǒng)中，為了在發(fā)射端對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中首先建立信道內(nèi)非線性模型，然后根據(jù)該非線性模型來對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
通常情況下，為了能夠最大程度的增加譜效率，在發(fā)射機(jī)端往往采用偏振復(fù)用的方式，因此，以下 以雙偏振為例對(duì)獲得信道內(nèi)非線性模型的過程進(jìn)行說明。
首先，對(duì)于矢量信號(hào)，傳輸光纖可以建模為Manakov方程,如式⑴所不
^-Uh (t, z) + c^-Uh (t, z) + j 氣⑴ f 2 uH (t, z) = 7y(z)j% (t, zf + \uv (t, zf uH (t, z)oz22 ot
^-uv(t,z)+ uv (t, z) + j 氣⑴ d uv (t, z) = jr(z)\uv (t, zf +\uH (t, z)f uv(t,z)oz22 ot(I)
其中，uH(t, z)、Uv(t, z)分別為信號(hào)在水平H和垂直V偏振態(tài)上的電場(chǎng)分量； α (ζ)、β2(ζ)與Y (Z)分別表示光纖鏈路中的衰減系數(shù)、色散系數(shù)和非線性系數(shù)沿傳輸距離的分布；
其次，由于發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)往往由光脈沖組成，因此，在發(fā)射機(jī)端的電場(chǎng)分量可表示為公式(2)的形式
UH(^z = °) = ^AkS(t-kT)k
uv{^z = 0) = YJAζg{t-kT)k (2)
其中，分別為水平H和垂直V偏振態(tài)上的第k個(gè)脈沖的信息符號(hào)，T為脈沖間隔，g(t)為每個(gè)脈沖的波形。這里需要指出的是，即便發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)為任意波形的光信號(hào)，只要將時(shí)間間隔T設(shè)置的足夠小，輸出光信號(hào)依然可以看作⑵式的形式。
最后，將輸入信號(hào)(2)帶入(I)式，在入纖功率不是非常大(即光纖鏈路的非線性不是很強(qiáng))的情況下，可以用微擾理論對(duì)式(I)進(jìn)行求解，得到式(3)
uH{t = kT,z = L) = uH{t = kT’Q) + X [AHm+kAHn+k (A:K+k j + AHm+kA+k (A+n+k )*z = L)\uv{t = kT,z = L) = uv{t = kT,Q) + X [Avm+kA+k (A+n+k J + Avm+hAHn+h (A=+k J p(m, n,z = L)\m,n(3)
其中，在(3)式中，在接收機(jī)端第k個(gè)脈沖采樣時(shí)刻的電場(chǎng)值由發(fā)射端第k個(gè)脈沖的電場(chǎng)值與微擾量組成，其中微擾量為多個(gè)相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，每一項(xiàng)為一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻的發(fā)射脈沖信息符號(hào)乘積。其中，在上述用微擾理論對(duì)式(I)進(jìn)行求解的過程中，僅取低階項(xiàng)而忽略掉高階項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。
因此，公式(3)中僅需計(jì)算相對(duì)于第k個(gè)脈沖采用時(shí)刻的三個(gè)時(shí)刻，第m+k時(shí)刻、 第n+k時(shí)刻和第m+n+k時(shí)刻的脈沖相互作用的加權(quán)和。但若在求解的過程中考慮高階項(xiàng)， 則需計(jì)算相對(duì)于第k個(gè)脈沖采用時(shí)刻的三個(gè)以上時(shí)刻的脈沖相互作用的加權(quán)和。
針對(duì)第k個(gè)脈沖所采用的三個(gè)時(shí)刻的脈沖并非任意，它們之間的時(shí)間關(guān)系滿足 (m+k) + (n+k) - (m+n+k) = k。其中，m、n和k可以相等，即脈沖采樣時(shí)刻可以是相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或者多個(gè)時(shí)刻。需要注意的是，本發(fā)明并不限于此，三個(gè)脈沖還可以有其他形式的組合，而其對(duì)應(yīng)的系數(shù)需要做相應(yīng)的修改。
以下均以三個(gè)脈沖相互作用的加權(quán)和為例進(jìn)行說明，值得注意的是，本發(fā)明并不限于此，對(duì)于大于3個(gè)脈沖的情況與3個(gè)脈沖的情況類似。
由式(3)可知，當(dāng)前偏振態(tài)的微擾項(xiàng)源自兩部分，一部分源于本偏振態(tài)，另一部分源于正交偏振態(tài)。例如，對(duì)于水平偏振態(tài)，源于本偏振態(tài)的部分為，源于正交偏振態(tài)的部分為。對(duì)于垂直偏振態(tài)的情況類似，此處不再贅述。
由于在Manakov方程⑴中，兩個(gè)偏振態(tài)的符號(hào)信息總是對(duì)稱的出現(xiàn)，這種對(duì)稱性最終導(dǎo)致水平和垂直偏振態(tài)兩部分微擾項(xiàng)的系數(shù)相同。該系數(shù)僅與鏈路的配置以及相互作用的脈沖與當(dāng)前時(shí)刻的脈沖的相對(duì)位置(m，η)有關(guān)。
基于上述非線性模型，在發(fā)射端發(fā)射經(jīng)過特定形變的信號(hào)，這些信號(hào)在經(jīng)過光纖傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)后，在接收端得到理想的無損信號(hào)。其中，可假定信道的線性損傷已經(jīng)通過其他方法補(bǔ)償。
進(jìn)一步地，對(duì)式(3)進(jìn)行整理可以等價(jià)得到如下的式⑷
uH {t = kT,z = Z)
=4" + a4z(2K+,|2 + K+,|2)c(o, ,z = z)-|4"|2c(o,o,z = z)_ η_
+Σ [尤兒(叭 0，ζ=ζ)mn 拿Qm^O
(廣=kT，ζ = L)
權(quán)利要求
1.一種非線性補(bǔ)償裝置，所述非線性補(bǔ)償裝置包括 信息序列獲取器，用于獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列； 微擾量獲取器，用于計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的微擾量，并將獲得的所述微擾量旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的相位； 信息補(bǔ)償器，用于計(jì)算所述符號(hào)信息序列與所述微擾量之差，以獲得補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列，使得發(fā)射端根據(jù)所述補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列發(fā)射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性補(bǔ)償裝置，其中，所述微擾量獲取器具體包括 符號(hào)信息獲取器，用于獲取多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)中的每一項(xiàng)相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻的脈沖的符號(hào)信息； 微擾量計(jì)算器，用于利用每一項(xiàng)的相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的符號(hào)信息、以及預(yù)先獲得的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算每一項(xiàng)中相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的相互作用的加權(quán)值，并根據(jù)每一項(xiàng)的加權(quán)值計(jì)算所述多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)值之和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的微擾量； 微擾量處理器，將獲得的所述微擾量旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非線性補(bǔ)償裝置，其中，所述非線性補(bǔ)償裝置還包括 系數(shù)獲取器，用于通過仿真方式獲取所述加權(quán)系數(shù)、或者通過實(shí)驗(yàn)方式獲取所述加權(quán)系數(shù)；或者根據(jù)傳輸鏈路配置、以及一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上相互作用的脈沖與當(dāng)前時(shí)刻的脈沖的相對(duì)位置獲取所述加權(quán)系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的非線性補(bǔ)償裝置，其中，所述微擾量處理器還通過預(yù)設(shè)的幅度系數(shù)對(duì)所述微擾量進(jìn)行調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非線性補(bǔ)償裝置，其中，所述幅度系數(shù)和所述相位采用二維聯(lián)合優(yōu)化；或者 所述幅度系數(shù)和所述相位采用兩個(gè)一維優(yōu)化，即先確定所述幅度系數(shù)的最優(yōu)值，根據(jù)該最優(yōu)值確定所述相位的最優(yōu)值；或者先確定所述相位的最優(yōu)值，根據(jù)該最優(yōu)值確定所述幅度系數(shù)的最優(yōu)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非線性補(bǔ)償裝置，其中，所述輸入的脈沖信號(hào)為單偏振信號(hào)；所述信息補(bǔ)償器采用如下公式
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非線性補(bǔ)償裝置，其中，所述輸入的脈沖信號(hào)為雙偏振信號(hào)；所述信息補(bǔ)償器采用如下公式
8.一種非線性補(bǔ)償方法，所述非線性補(bǔ)償方法包括 信息序列獲取步驟，獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列； 微擾量獲取步驟，計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的微擾量，并將所述微擾量旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的相位；信息補(bǔ)償步驟，計(jì)算所述符號(hào)信息序列與所述微擾量之差，以獲得補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列，使得發(fā)射端根據(jù)所述補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列發(fā)射信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非線性補(bǔ)償方法，其中，所述微擾量獲取步驟具體包括 符號(hào)信息獲取步驟，獲取多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)中的每一項(xiàng)相對(duì)于所述當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻的脈沖的符號(hào)信息； 微擾量計(jì)算步驟，利用每一項(xiàng)的相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的符號(hào)信息、以及預(yù)先獲得的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算每一項(xiàng)中相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的相互作用的加權(quán)值，并根據(jù)每一項(xiàng)的加權(quán)值計(jì)算所述多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)值之和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的微擾量； 微擾量處理步驟，將獲得的所述微擾量旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的相位。
10.一種發(fā)射機(jī)，其中，所述發(fā)射機(jī)包括如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的非線性補(bǔ)償裝置，所述發(fā)射機(jī)還包括 脈沖成型器，用于根據(jù)所述非線性補(bǔ)償裝置獲得的補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列進(jìn)行脈沖成型，以獲得每個(gè)脈沖的波形； 信號(hào)發(fā)射器，用于接收所述脈沖成型器發(fā)送的每個(gè)脈沖的波形，并對(duì)所述波形調(diào)制后進(jìn)行發(fā)射。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非線性補(bǔ)償裝置、方法和發(fā)射機(jī)。該非線性補(bǔ)償裝置包括信息序列獲取器，用于獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列；微擾量獲取器，用于計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的微擾量，并將獲得的微擾量旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的相位；信息補(bǔ)償器，用于計(jì)算所述符號(hào)信息序列與所述微擾量之差，以獲得補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列，使得發(fā)射端根據(jù)所述補(bǔ)償后的符號(hào)信息序列發(fā)射信號(hào)。通過本發(fā)明實(shí)施例，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，尤其是NRZ碼(非歸零碼)的性能。
文檔編號(hào)H04B10/524GK103023570SQ201110288839
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者竇亮, 陶振寧 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社