CN101091343A - 用于在光通信系统中减缓色散斜率的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于减缓色散斜率的系统和方法能够降低由色散斜率所引起的对光通信系统的性能影响。该系统和方法接收光信号，解复用光信号并且对解复用的光信号进行光学滤波。光滤波器可以具有相对于解复用的光信号宽和相对于初始光信号窄的带宽。

Description

用于在光通信系统中减缓色散斜率的系统和方法
技术领域
本发明一般涉及光通信，和更具体地涉及在光通信系统中通过连续地解复用和滤波来减缓色散斜率。
背景技术
长距离光通信系统(例如“海底”或者“潜艇”系统)的容量不断增加。为了最大化光通信系统的传输容量，利用熟知为波分复用(WDM)的过程，单光纤可以载有多个光通道(例如64或者更多的信号)。另一项提高系统容量的技术是时分复用(TDM)，其中光通道的数据速率得到增加(例如达40千兆比特/秒(Gb/s))。由于对于相同的容量需要较少的光学元件，所以时分复用可以被用来降低系统成本。
然而，当数据速率增加时，光通道的性能可能受限于光学效应，例如色散或者色散斜率。当在光纤内的光传播积聚了色散时，光在光纤内根据频率或者波长受到时延。该时间延引起光脉冲的扩展，这可能导致所接收到的信号中的比特差错。积聚的色散的具体量根据光的波长而变化。色散根据光波长的变化的程度经常被称作色散斜率(dispersion slope)。各种色散管理技术已经被用来减少色散和管理色散斜率。
在具有每通道数据速率为例如40Gb/s的当前高比特率系统中，40Gb/s信号由于其大的光谱带宽而可能较大地遭受色散斜率。通常，随着比特率增加，比特周期减小并且信号光谱带宽增加，使色散斜率补偿更受关注。即使色散可能在信号载波频率处由于存在色散管理技术而消失，远离信号载波频率的光谱分量由于色散斜率而可能在不同的时间到达接收机中的判决电路。
因此，当前的系统设计可以使用TDM和WDM技术的混合来优化成本和性能。允许引向每通道更高数据速率的本领域的任何进步都具有降低系统成本的潜能。因此，所需的是能够降低特别是在高数据速率通道中由色散斜率所引起的负面性能影响。
附图说明
应参照以下详细说明，所述详细说明应结合下面的附图来阅读，其中同样的数字代表同样的部分：
图1是根据本发明能够提供色散斜率减缓的光通信系统的一个实施例的框图。
图2是说明由于色散斜率而群时延的高比特率信号的光谱曲线图。
图3是根据本发明的一个实施例说明在解复用之后光学滤波的效应的、高比特率信号和相应解复用的和滤波的信号的光谱曲线图。
图4是根据在传统滤波器试验台上传播距离为4100千米的光信号的一个例子的光滤波器带宽来说明系统性能的曲线图。
图5是根据与滤波-解复用的信号相比用于解复用的、滤波的信号在背对背配置中的通道功率来说明系统性能的曲线图。
具体实施方式
图1根据本发明的一个实施例说明能够提供色散斜率减缓的光通信系统100。通信系统100运行以将光信号106从发射终端102传输到接收终端104。通常，用于减缓色散斜率的系统和方法能够通过在接收终端104中对光信号106解复用和随后光学滤波来降低由色散斜率引起的性能影响。
本领域技术人员应认识到，为了易于说明，系统100已被描述成高度简化的点对点系统形式。例如，发射终端102和接收终端104当然可以都被配置成收发器，由此每个都可以被配置来执行发射和接收功能。然而，为了易于说明，终端在此关于仅仅发射或者接收功能被描述和说明。应该理解的是，根据本发明的系统和方法可以被结合进各种网络元件和配置中。仅仅通过说明而提供在此示出的示例性实施例，而不是限制。
用于减缓色散斜率的系统和方法可以在本领域技术人员所熟知的光通信系统中来实施，所述光通信系统包含、但不受限于长距离WDM和DWDM系统以及单通道和短距离系统。所述系统和方法例如在能够实现每通道高数据速率的光通信系统100中是特别有利的，其中光信号106是40Gb/s信号。然而，本领域技术人员应认识到，在此说明的系统和方法可以在具有其它数据速率的通信系统中实现。所接收到的光信号106可以是复用信号或者可以是高带宽透明通道(clear channel)。用于减缓色散斜率的系统和方法可能在光信号具有可能受色散斜率影响的光谱分量的任何系统中有效。
在所示的实施例中，接收终端104包含光时分解复用器112、光滤波器114a-114d和接收机116a-116d。为了易于说明，以高度简化的形式示出接收终端104。本领域技术人员应认识到，接收终端104可以包含用于接收和处理光信号的其它电和/或光元件。
接收终端104接收具有数据速率例如为40千兆比特/秒(Gb/s)的光信号106。光解复用器112将光信号106解复用成解复用的分量光信号120a-120d，每个都具有数据速率例如40千兆比特/秒(Gb/s)。每个光滤波器114a-114d对相应解复用的光信号120a-120d进行光学滤波。光接收机116a-116d接收和处理相应解复用的、滤波的光信号122a-122d以产生输出数据信号124a-124d。光解复用器112可以是本领域技术人员所熟知的任何适当的光学时分解复用器。虽然示例性实施例将40Gb/s光信号解复用成4个解复用的10Gb/s光信号，但是本领域技术人员应认识到，其它数据速率和解复用比是可能的并且这并不是对在此所说明的系统和方法的限制。
在示例性实施例中，光信号106代表单光波长通道。为了易于说明，光通信系统100被示为仅仅发射和接收光信号106。利用本领域技术人员所熟知的技术、例如WDM或者密集WDM技术，可以使光信号106与其它波长的其它光信号进一步波分复用。在这种情况下，光通信系统100可以发射和接收多个光信号106并且接收终端104可以包含用于减缓在每个所述光信号106中的色散斜率的的附加元件。
每个光滤波器114a-114d都可以具有相对于各个解复用的光信号120a-120d的光谱宽度或者带宽宽且相对于初始光信号106的光谱宽度或者带宽窄的带宽。正如在此所使用的，“宽”意味着滤波器的带宽大于信号的带宽并且“窄”意味着滤波器的带宽小于信号的带宽。正如在此所使用的，“带宽”指被允许通过光滤波器的频带的宽度(例如以GHz为单位)和信号时钟频率的两倍(例如也以GHz为单位)。使用具有这些特性的滤波器，对所接收到的光信号106进行窄带滤波来减缓色散斜率的性能影响但是对解复用的光信号120a-120d进行宽带滤波以避免来自窄带光滤波的性能影响。正如在此所使用的，“窄带滤波”指光滤波器114a-114d的相对于所接收到的光信号106的带宽的窄带宽和“宽带滤波”指光滤波器114a-114d的相对于解复用的信号120a-120d的带宽的宽带宽。为了提供宽带滤波和窄带滤波，每个光滤波器114a-114d的带宽可以小于初始光信号106的时钟频率的两倍并且大于解复用的分量光信号120a-120d的时钟频率的两倍。
在示例性实施例中，当光滤波器114a-114d的带宽与所接收到的光信号106的带宽的比小于或者等于1时可以完成窄带滤波，并且当光滤波器114a-114d的带宽与解复用的信号120a-120d的带宽的比大于或者等于1时可以完成宽带滤波。在40Gb/s信号被解复用成10Gb/s信号的系统中，例如光滤波器114a-114d可以具有在大约20至80GHz的范围内的带宽。在由于色散斜率而存在高的性能损失(performance penalty)的情况下，在不对解复用的信号120a-120d进行窄带滤波的情况下如果滤波器114a-114d尽可能窄并且尤其当光滤波器114a-114d的带宽与解复用的信号120a-120d的带宽的比等于1(或者在这个例子中大约为20GHz)时，可以获得最好的性能。可以使用的光滤波器的一个例子是能够提供单边带滤波的光带通滤波器，例如光栅滤波器。本领域技术人员应认识到，可以使用任何具有所期望的带宽特性的光滤波器。
接收机116a-116d以本领域技术人员所熟知的方式、例如通过将光信号转化为电信号和检测比特流来处理解复用的、滤波的信号122a-122d。本领域技术人员应认识到，每个接收机116a-116d都可以包含被配置用于处理光信号的电和光元件，例如光电转换器、判决电路诸如此类。
图2-4说明对解复用的光信号120a-120d的滤波来如何有利地降低色散斜率对性能的影响。图2是40Gb/s光谱200的曲线图，其中该光谱具有载波202和由脉冲调制而产生的光谱分量或者边带204、206。线212、214指示由于色散斜率的群时延。如果40Gb/s信号被宽带滤波(例如以大约80GHz的带宽)，那么群时延通过线212指示，并且在翼(wing)204、206和载波202之间得出的时延大约是20ps，如水平线222所示。如果40Gb/s信号被窄带滤波(例如以大约40GHz的带宽)，那么群时延通过线214指示，并且得出的时延大约是5ps，如水平线224所示。因此，对40Gb/s信号窄带滤波以降低光谱带宽到一半，可以消除具有大时延的光谱分量，因而把剩余的时延减少到原来的大约四分之一。虽然对初始光信号106(也即40Gb/s)的窄带滤波可以消除由于色散斜率引起的具有大时延的光谱分量，但是这种窄带滤波可能导致由于符号间干扰的性能损失。
紧跟解复用的光学滤波使能够使用相对于解复用的信号的带宽宽(避免滤波损失)而相对于初始信号的带宽窄(降低色散斜率对性能的影响)的滤波器带宽。图3是对应于初始光信号和解复用的和滤波的信号的光谱302、304、306的曲线图，从而说明光学滤波的结果。光谱302代表40Gb/s光信号。光谱304代表已经连续地被解复用和滤波的相应分量光信号，正如上面所述。光谱306代表在不解复用的情况对40Gb/s光信号的窄带滤波。
图4是根据利用非零色散移位光纤在再循环环路试验台上传播距离为4100千米的光信号的一个例子的光滤波器带宽来说明系统性能的曲线图。在这个例子中，光信号具有大约42.6Gb/s的比特率并且色散斜率大约是316ps/nm2。正如曲线402所示，窄带滤波提供优良的性能。在这个例子中，大约0.25纳米(nm)的光滤波器带宽可能导致大约11.2dB的Q因子，而大约1.0纳米(nm)的光滤波器带宽可能导致大约10.4dB的Q因子。
图5是说明在对分量光信号进行光学滤波之前对初始光信号解复用的优点的曲线图。曲线502根据在将40Gb/s光信号解复用成四个10Gb/s光分量信号时在背对背配置中的通道功率来表示性能，其中所述光分量信号然后被宽带滤波。曲线504根据在对40Gb/s光信号窄带滤波并且然后解复用成四个10Gb/s光分量信号时在背对背配置中的通道功率来表示性能。用于每个所述曲线502、504的光滤波器带宽大约是30GHz。正如所示，在通道功率大约为-18dBm处，对关于40Gb/s信号的窄带滤波(曲线504)而言Q因子大约是10dB和当转向关于解复用的信号的宽带滤波(曲线502)的Q因子大约是12dB，表明了窄带滤波的性能影响。
总之，根据本发明的一个实施例的设备包含至少一个能够将光信号解复用成解复用的分量光信号的光时分解复用器和至少一个能够对分量光信号之一进行光学滤波的光滤波器。光滤波器具有相对于分量光信号的带宽宽和相对于初始光信号的带宽窄的带宽。
根据另一个实施例，接收机终端包含至少一个能够将光信号解复用成解复用的分量光信号的光时分解复用器和多个能够对分量光信号之一进行光学滤波的光滤波器。每个光滤波器都具有相对于分量光信号的带宽宽和相对于初始光信号的带宽窄的带宽。接收终端还包含多个被配置来处理已滤波的分量光信号以产生数据流的接收机。
根据本发明的一个实施例的方法，接收光信号，将该光信号时分解复用成分量光信号，并且利用相对于分量光信号的带宽宽和相对于所接收到的光信号带宽窄的滤波器带宽来对所述分量光信号滤波。
应该强调的是，本发明的上述实施例仅仅是实施的可能例子，仅仅为清晰理解本发明的原理而被阐明。可以对本发明的上述(多个)实施例进行多种变动和修改而基本上不偏离本发明的精神和原理。所有这样的修改和变动在此意欲被包含在该公开和本发明的范围内并受以下权利要求的保护。

Claims (25)

1.一种设备，包含：
至少一个能够将初始光信号解复用成解复用的分量光信号的光时分解复用器；和
至少一个能够对分量光信号之一进行光学滤波的光滤波器，其中所述光滤波器具有相对于分量光信号的带宽宽和相对于初始光信号的带宽窄的带宽。
2.权利要求1的设备，进一步包含被配置来处理已滤波的分量光信号的接收机。
3.权利要求1的设备，其中所述光滤波器是光带通滤波器。
4.权利要求1的设备，其中所述光滤波器的带宽大于解复用的分量光信号的时钟频率的两倍和小于初始光信号的时钟频率的两倍。
5.权利要求1的设备，其中初始光信号具有大约40千兆比特/秒的带宽，并且其中所述分量光信号具有大约10千兆比特/秒的带宽。
6.权利要求5的设备，其中所述光滤波器具有在大约20至80GHz范围内的带宽。
7.权利要求5的设备，其中所述光滤波器具有大约20GHz的带宽。
8.一种接收终端，包含：
至少一个能够将所接收到的光信号解复用成解复用的分量光信号的光时分解复用器；
多个能够对分量光信号之一进行光学滤波的光滤波器，其中所述光滤波器具有相对于分量光信号的带宽宽和相对于所接收到的光信号的带宽窄的带宽；和
多个被配置来处理已滤波的分量光信号以产生数据流的接收机。
9.权利要求8的接收终端，其中所述光滤波器包含光带通滤波器。
10.权利要求8的接收终端，其中所述光滤波器的带宽大于解复用的分量光信号的时钟频率的两倍和小于所接收到的光信号的时钟频率的两倍。
11.权利要求8的接收终端，其中所接收到的光信号具有大约40千兆比特/秒的带宽，并且其中所述分量光信号中的每个都具有大约10千兆比特/秒的带宽。
12.权利要求11的接收终端，其中所述光滤波器中的每个都具有在大约20至80GHz范围内的带宽。
13.权利要求11的接收终端，其中所述光滤波器中的每个都具有大约20GHz的带宽。
14.一种接收光信号的方法，所述方法包含：
接收光信号；
将光信号时分解复用成分量光信号；并且
利用相对于分量光信号宽和相对于所接收到的光信号窄的滤波器带宽对所述分量光信号滤波。
15.权利要求14的方法，进一步包含处理解复用的、滤波的分量光信号以产生数据流。
16.权利要求14的方法，其中所述光滤波器的带宽大于解复用的分量光信号的时钟频率的两倍，并且其中所述光滤波器的带宽小于所接收到的光信号的时钟频率的两倍。
17.权利要求14的方法，其中所接收到的光信号具有大约40千兆比特/秒的带宽，并且其中所述分量光信号中的每个都具有大约10千兆比特/秒的带宽。
18.权利要求17的方法，其中所述光滤波器中的每个都具有在大约20至80GHz范围内的带宽。
19.权利要求17的方法，其中所述滤波器中的每个都具有大约20GHz的带宽。
20.一种光通信系统，包含：
能够发射至少一个光信号的发射终端；
能够传播来自发射终端的光信号的光通道；
能够接收通过光通道所传播的光信号的接收终端，所述接收终端包含：
至少一个能够将所接收到的光信号解复用成解复用的分量光信号的光时分解复用器；
多个能够对分量光信号之一进行光学滤波的光滤波器，其中所述光滤波器具有相对于分量光信号的带宽宽和相对于所接收到的光信号的带宽窄的带宽；和
多个被配置来处理已滤波的分量光信号以产生数据流的接收机。
21.权利要求20的系统，其中所述光滤波器的带宽大于解复用的分量光信号的时钟频率的两倍，并且其中所述光滤波器的带宽小于所接收到的光信号的时钟频率的两倍。
22.权利要求20的系统，其中所接收到的光信号以1∶4的比被解复用。
23.权利要求20的系统，其中所接收到的光信号具有大约40千兆比特/秒的带宽，并且其中所述多个分量光信号中的每个都具有大约10千兆比特/秒的带宽。
24.权利要求23的系统，其中所述光滤波器中的每个都具有在大约20至80GHz范围内的带宽。
25.权利要求23的系统，其中多个滤波器中的每个都具有大约20GHz的带宽。
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