CN101160757A - 用于多个光通信信道的公共电子色散补偿装置 - Google Patents

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Abstract

用于多信道光接收的电子色散补偿(EDC)装置利用时分技术来在多个的N个单独的信道之间“共享”公共适应算法块。该算法块包含与延迟线的校正/更新的抽头权相关联的特定算法，形成均衡元件，且时间槽分配元件与算法块结合使用以控制不同信道对算法块的访问。在某些信道比其它信道经受较大程度的色散的情况下，时间槽分配元件可配置成给受影响的信道分配较大数量的时间槽。

Description

用于多个光通信信道的公共电子色散补偿装置
相关申请的交叉参考
本申请要求2005年4月28日提交的美国临时申请No.60/675,785的利益。
技术领域
本发明涉及用于光通信系统的电子色散补偿(electronic dispersioncompensation，EDC)装置，尤其是涉及在多个独立的光通信信道之间共享并被其使用的公共EDC装置。
背景技术
除了其它许多东西之外，现今的光通信系统还包括高数据率系统(即，以10Gb/s及以上的速度)、长距离系统和城市同步光网络(SONET)系统。在大多数当前的应用中，这些系统利用单模光纤(SMF)作为传输介质，这将链路长度限制为至多80km，主要是由于光纤本身损伤的结果。而且，存在很多包括多模光纤(MMF)的“传统”系统作为其主干通信链路。此外，由于沿着光纤、特别值得注意的是在较高数据率的色散问题的结果，这些系统的链路长度被限制为不多于26m。
更特别的是，光传输中的“损伤”被认为是由沿着传输光纤的多种类型的光脉冲色散产生的，其中三种主要类型的色散是多色色散(chromaticdispersion)、模色散和偏振模色散。多色色散，光纤本身的物理特性变化的结果，被定义为当光脉冲在很长的距离上传播时光脉冲的扩展(在波长中)。脉冲传播过的光纤越长，脉冲就扩展得越宽。当由脉冲产生的能量开始干扰相邻脉冲中的能量时，出现了麻烦。这种干扰引起电域(electrical domain)中的符号间干扰(ISI)。跨越彼此的符号扩展产生误差；链路的接收侧不能容易地区别“1”和“0”，因为它们不再处于理想的逻辑电平。依赖于光纤，脉冲扩展可穿越若干个单位间隔(UI)，被定义为紧邻符号的“一个UI”的色散彼此相互干扰。
在不同时刻到达接收器的光的“模”之间的干扰引起多模光纤中的模色散。特别是，对于10Gb/s的数据率，由模色散产生的ISI对220米的多模光纤大约为5 UI。
偏振模色散(一般涉及SMF应用)是单脉冲表现为光纤更远处的多脉冲的现象。“完美”的光纤允许两个互相垂直偏振的模沿着展开的光纤无限地传播。然而，不同的因素(包括光纤弯曲、应力等等)导致一个偏振模以与另一模不同的速度传播，产生在其到达接收器时的相位差异。
在过去，提供了各种技术来处理如上所概述的这些色散问题。很多年来，一个普遍的方法是实施色散位移光纤，其中光纤被制造成在用于光通信系统的公共波长处呈现最少的色散问题。另一方法是使用色散补偿光纤以及装置，其中光纤被特别配置成通过控制光纤本身的特性来使传播的光信号“预变形”。虽然这些技术在很多情况下是有用的，在“传统”系统中分配新类型的光纤缆线的能力不总是一个可选项。
还有各种基于光的装置，其用于“测量”出现在所接收的光信号中的色散的量，然后提供一种校正的光信号来在本质上补偿色散。2002年12月24日发布给D.J.Sobiski等人的美国专利6498886公开了设置为在光接收器内的反馈控制模块的光色散补偿装置。色散(多色和偏振模)在信号中被测量，且如果所测量的色散在预定阈值之上就应用“校正”信号。Sobiski等人的系统被认为是“适应性的(adaptive)”，因为在到达的光信号上持续地进行测量，且实时地进行调节。
虽然Sobiski等人的装置及其它常规的光色散补偿器在提供色散补偿度方面是有用的，当系统的数据率接近于10Gb/s及以上时其自身开始明显出现问题。更确切地说，单一的光补偿装置不能“应付”极速数据率(extreme data rate)且补偿开始滞后于信号速度。
处理该速度问题的一种相对新型的色散补偿被定义为“电子色散补偿”(EDC)；在EDC装置中，进入的光信号首先转换成电信号。然后补偿被应用于电信号，且所“补偿过的”的信号然后再次转换(如果必要)成光信号。因为用于提供必要的补偿的各种类型的基于CMOS的电路可轻易地处理在10-100Gb/s范围内的数据率，EDC装置可轻易应付光通信系统速度。
到此为止，使用各种均衡算法实现了EDC。三种最常用的算法可分类为：“连续时间滤波器”(continuous time filters，CTF)、“前馈均衡器/决策反馈均衡器”(feedforward-equalizer/decision-feedback-equalizers，FFE/DFE)和“最大似然估计均衡器”(maximum-likelihood-estimator equalizers，MLSE)。CTF提供最简单、最有成本效益和最低的功率消耗的补偿可选方案，但被认为还去除了一部分高频信号分量。FFE/DFE算法应用较复杂的补偿方法，使用多抽头(multi-tap)算法来补偿超过干扰的一个UI的ISI。FFE/DFE装置的一般实现通常包括自动增益控制块、CTF/FFE块、DFE块、时钟/数据恢复(CDR)块和最小均方(LMS)适配块。
如上所述，适应性是EDC装置的本质特征。当光纤随着时间的过去而老化和/或引入新的干扰源时，EDC装置必须能够识别该变化并使所应用的补偿相适应。这些新的干扰源包括但不限于光纤弯折、与机械振动(例如与来自冷却风扇的空气流)联系的光纤弯曲半径变化、周围的温度变化等等。需要识别所有这些因素且EDC必须适合于改进用于控制所应用的补偿的算法。自适应(self-adaptation)需要闭环反馈机制，闭环反馈机制使装置能够通过稍微更改滤波器和提高信号响应的增益来校准自己，直到系统获得理想的信号。
在很多新的和扩展的应用中，多个光纤用于沿着从一点到另一点的光链路建立通信。这样的应用的例子是多波长WDM系统或“并行光学设备”(parallel optical device，POD)。通常，这些链路使用2、4或12个光纤(也称为“信道”)。通常，每个信道传送与沿着其它信道传送的数据不相关的数据。因此，每个信道需要其自己的EDC，独立校正特定光纤的色散问题，增加了多信道光接收器的成本和复杂性。
发明内容
通过本发明解决保留在现有技术中的需要，本发明涉及用于光通信系统的电子色散补偿(EDC)装置，尤其是涉及在多个独立光通信信道之间共享并被其使用的公共EDC装置。
根据本发明，单个适应算法模块(adaptive algorithm module)在多个的N个单独的独立通信信道之间共享，其中所述模块在时分装置中被耦合到每个单独信道。更确切地说，计时元件用于控制每个信道对算法模块的可达性(accessibility)，其中对每个信道的色散特征的适应在其被分配的时间槽(time slot)期间被分析(并可能被更新)。对于被认为经历更多变化的色散的信道，多个时间槽可被分配到该信道并用于提供期望的色散校正(即，“加权的”适应)。
本发明的时分适应装置可用于仅使用FFE组件、或使用FFE和DFE组件两者的EDC。
在下面的讨论过程期间和通过参考附图，本发明的其它和进一步的特征和优点将变得明显。
附图说明
现在参考附图，
图1示出利用电子色散补偿(EDC)的现有技术的单个信道光接收器；
图2示出本发明的示例性实施例，其在多个的N个光接收信道之间利用时间共享装置中的单个适应算法块；
图3是使用在图2的装置中的示例性时间槽分配的图；
图4是可选的时间槽分配的图，其中给单个信道提供多个时间槽，以更新其均衡组件的抽头权值(tap weight value)。
具体实施方式
为了比较，图1示出使用电子色散补偿的现有技术的光通信系统10。光通信系统10包括常规的电子数据发射器12，其耦合到电光转换器14以提供要在所关联的光纤链路16上被传输的光数据信号。在沿着光纤链路16传播之后，信号被光电转换器18接收并转换成模拟的电子“接收的”信号。此后，电信号被应用为电子色散补偿(EDC)接收器20的输入，其中接收器20用于将模拟电信号转换成数字形式，并提供数字数据信号D和恢复的时钟信号C1k作为单独的输出。如所示，EDC接收器20包括运行来产生数字输出数据信号的决策阈值电路21，其使用预定阈值来区别不同的逻辑电平。
如上所述，沿着发射器和接收器之间的光纤信号路径的色散的出现导致所恢复的信号中的一些误差，其被定义为“符号间”干扰(ISI)。因此，EDC接收器20进一步包括前馈均衡器(FFE)组件22和决策反馈均衡器(DFE)组件24形式的色散补偿装置。其它装置可仅利用FFE组件22或仅利用DFE组件24。组件22和24的特征(因此由接收器20获得的色散补偿)被由适应算法单元26分配给组件22和24的抽头权值所控制。在一个实施例中，适应算法单元26可包括“最小均方”(LMS)模块，其利用误差信号的当前值来改进(以迭代的方式)更新的抽头权集合，以使误差信号接近于零。可代替LMS算法而用于块40的其它算法包括但不限于符号-数据LMS、符号-误差LMS、符号-符号LMS、基于最速下降的算法、LMS/牛顿算法、序列回归算法(sequential regression algorithm)、适应递归算法、随机搜索算法等等。如图1所示，来自DFE组件24的误差信号输出被设置为适应算法单元26的输入，以形成更新的系数值。
虽然本现有技术的装置在去除所接收的光信号中的相当数量的色散方面是有用的，在包括多个进入的光信道的系统中，对每个信道需要单独的色散补偿装置，导致为每个单独的信道托管适应算法单元的复制件的相当复杂和笨重的装置。
因此根据本发明，提出了共享用于在多个单独的数据信道中间更新抽头权值的适应过程。图2示出本发明的示例性实施例，其中多个单独的接收器元件301、302、...、30N用于恢复多个的N个表示为输入1、输入2、...、输入N的单独的数据信号。类似于如图1所示的现有技术的装置，每个接收器30i包括FFE元件22i和DFE元件24i。然而，与现有技术相反，多个的N个单独的接收器301-30N共享一个公共适应算法块40，以向FFE221-22N和DFE241-24N提供更新的抽头权，消除了对每个信道利用单独的算法块的需要。
特别是，在多个的N个接收器301-30N中间共享公共适应算法块40的能力由时间槽分配组件42提供。参考图2，时间槽分配组件42接收恢复的时钟信号Clk作为输入。时间槽分配组件42使用该时钟信号作为“看门人”，以控制被允许访问(access)公共适应算法块40的特定信道，并产生更新的抽头权值。例如，如图3所示，时间槽分配组件42可配置成将给定的时间帧(time frame)F分成多个的N个单独的时间槽，其中根据该分配允许每个信道i访问公共适应算法块40。
本发明的一个方面是，信道分配本身可配置成使得被认为呈现较大数量的色散的信道可被允许更频繁地访问公共适应信道算法40。图4示出(例如)在信道“1”经历极限数量的色散的情况下要使用的一个示例性时间槽分配。因此，信道“1”被指派在每个其它的时间槽期间访问公共适应算法块40。在时间槽分配组件42内分配可以是固定的，或当被应用于时间槽分配组件42的“调节”输入信号控制时是可改变的。因此，当在不同的信道上的色散条件变化时，分配到每个信道的时间槽的数量可相应地改变。
因此，在应用中及参考图2和图3，在第一时间槽TS1期间，从DFE组件241输出的误差信号E1被应用为公共适应算法块40的输入。使用包含在块40内的特定算法(例如LMS)，块40利用误差信号E1来产生应用于FFE组件221的抽头权ε1(n)和应用于DFE组件241的抽头权κ1(n)的更新集合。在随后的时间槽TS2期间(如被时钟信号Clk所控制的)，来自DFE组件242的误差信号E2被设置为对公共适应算法块40的输入，分别产生应用于FFE组件222和DFE组件242的更新的抽头权ε2(n)和κ2(n)作为单独的输出。这个过程以类似的方式继续，直到在时间槽TSN期间，来自“Nth”DFE组件24N的误差信号EN被应用到公共适应算法块40，并用来分别产生更新的抽头权εN(n)和κN(n)。一旦完成对Nth信道的更新，该过程循环而回到信道“1”且该过程以类似的方式继续。
因此以这种方法，每个信道以受控制的方式被指派访问公共适应算法组件，允许与每个信道相关联的组件均衡的色散以预定的方式更新。应理解，在本发明的一些实施例中，只有“FFE”色散补偿元件(或只有“DFE”色散补偿元件)被使用。其它装置(在优选实施例中)利用FFE和DFE元件两者来提供改进的色散补偿。
而且，如图4所示和以上所述，在给定帧内配置时间槽分配，使得经历较大的色散值的信道被指派更频繁地访问公共适应算法组件40是可能的。例如在图4的帧调度中，信道“1”被指派在每个其它的时间槽期间访问。这个分配可以是“固定的”，或当传输光纤随着时间的过去而改变特性时可被更改。各种其它的装置是可能的，且优选地，可通过使用外部分配控制信号来按需要重新配置分配。
虽然详细描述了本发明的特定实施例，对本领域的技术人员来说很明显，对实施例的变化和修改可被进行，同时保持在如由下文中的权利要求所限定的本发明的实质和范围内。

Claims (8)

1.一种用于为多个的N个光接收信道提供电子色散补偿(EDC)的装置，所述装置包括
至少一个均衡组件，其沿着所述多个的N个信道的每个光信道放置，以沿着所述光信道提供色散补偿；
公共适应算法块，其用于为信道i产生抽头权的更新的集合，以使所应用的色散补偿相使用；以及
时间槽分配模块，其耦合到所述公共适应算法块和所述多个的N个光接收信道，用于通过向所述多个的N个光接收信道的每个单独的光接收信道i分配一个或更多特定的时间槽，来控制所述多个的N个光接收信道对所述公共适应算法块的访问。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个均衡组件包括沿着所述多个的N个光接收信道的每个信道放置的前馈均衡组件(FFE)。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述至少一个均衡组件进一步包括沿着所述光接收信道放置在相关联的FFE组件的输出的决策反馈均衡组件(DFE)。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个均衡组件包括沿着所述多个的N个光接收信道的每个信道放置的决策反馈均衡组件(DFE)。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述时间槽分配模块利用固定的分配协议。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述固定的时间槽分配为所述多个的N个光接收信道的每个单独的信道提供单个时间槽。
7.如权利要求5所述的装置，其中所述固定的时间槽分配为经历相当大的色散的至少一个信道提供多个单独的时间槽。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述时间槽分配模块利用动态的分配协议，作为沿着所述多个的N个光纤接收信道的每个光纤的色散变化的函数，来更改分配到每个信道的时间槽的数量。
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