CN101447834A - Wdm网络中基于色散曲线的电域色散均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种WDM网络中基于色散曲线的电域色散均衡方法。电色散均衡技术(Electronic dispersion compensation，EDC)属于使用成熟的数字信号处理方法来处理光传输中的色散问题。在WDM系统中，采用传统的一对一的EDC均衡器，随着信道数的增加，系统成本会逐渐增加。并且在部署上，由于EDC模块的存在，增加了设计的难度。本发明提出的TP－EDC接收机，避免了上述缺点，这种接收机具有动态均衡WDM系统所有信道的功能，并且实现方法简单，部署灵活。本发明适应于全新光网络的建设和新旧光网络的互联，且能适用于跨多种光纤的环境下。本发明中提出的关键技术，使得本发明适用于ROADM网络环境，并能有效地解决残余色散的问题。

Description

WDM网络中基于色散曲线的电域色散均衡方法

技术领域

本发明属于一种光纤通信领域中的色散均衡方法，尤指一种在电域对多波长(即多信道)进行统一的信道色散均衡方法，并依据这种方法，设计出一种EDC接收机设备：两点EDC(Two-Point EDC，TP-EDC)。

背景技术

目前波分复用光网络已开始大规模商用。针对光纤传输中积累的色散，已有的均衡器类型很多，本发明主要涉及电域色散均衡(Electronic dispersion compensation，EDC)。色散补偿光纤和啁啾光纤光栅是商用化程度较高的技术。但基于DCF的DCM体积很大，DCF不仅本身的损耗较大，而且其色散量不可调，再加上斜率补偿问题，这些都导致了DCF的应用受到限制。啁啾光纤光栅能实现多信道的色散补偿，且能利用其温度特性实现可调色散补偿，但其长期性能不稳定是其在商业系统中应用的最大障碍。电色散均衡技术正在步入商用，采用EDC技术，可以减少使用昂贵的光器件的成本，可以减少了由于使用光器件而必须加入的光放大器的数目，提高了信号的质量，并且，采用成熟的电处理自适应算法，可以动态的进行色散补偿。单信道的电色散均衡能节约成本30％，但在多信道的情况下，如果采用单信道单独均衡，其成本将随着开通的信道数逐渐上升。当达到40信道时，其成本基本与不采用EDC技术的成本持平。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述提到的不足，设计一种针对多信道进行色散均衡但成本稳定的接收机设备。该设备能实现多信道的动态均衡。

通信链路可能由多种光纤组成。不同的光纤色散不同，色散斜率也各有差异。每条光纤，均对应一条色散曲线。且随着温度的变化，这条曲线会动态变化。光纤链路中可能还存在由色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber，DCF)制成的色散补偿模块(DispersionCompensation Module，DCM)。DCF同样会有一条特定的色散曲线。在链路终端观察，可以得到这条链路的色散曲线。这条曲线由各段传输光纤及DCF共同拟合而成。

具体实施方式

本发明的目的可以通过以下方式实现。

本发明的设计构思可以归结为：两点一线，动态调整。即：动态均衡WDM系统中的两个信道的色散，并根据得到的这两个色散值，估计其余信道的色散值，以实现所有信道的动态均衡。

具体技术方案如下：

方案1：

本发明的接收机采用EDC技术均衡信道色散。对于N(1，2，...，N-1，N)个信道的WDM系统，接收机动态均衡第1信道和第N信道。对于剩下的信道，采用查表法使其得到间接的动态均衡。

方案2：

本发明的接收机采用EDC技术均衡信道色散。对于N(1，2，...，N-1，N)个信道的WDM系统，接收机动态均衡第1信道和第N信道。对于剩下的信道，采用特定的算法使其得到间接的动态均衡。

方案3：

本发明的接收机采用EDC技术均衡信道色散。对于N(1，2，...，N-1，N)个信道的WDM系统，接收机动态均衡其中的a信道和b信道。对于剩下的信道，采用查表法使其得到间接的动态均衡。a信道和b信道的选择，可以采用不同的策略，如动态跟踪最坏信道(最坏信道的确定，可以通过误码率或判决前误差或其他办法)，固定在最重要的信道(Very ImportantChannel，VIC)。

方案4：

本发明的接收机采用EDC技术均衡信道色散。对于N(1，2，...，N-1，N)个信道的WDM系统，接收机动态均衡其中的a信道和b信道。对于剩下的信道，采用特定的算法使其得到间接的动态均衡。a信道和b信道的选择，可以采用不同的策略，如动态跟踪最坏信道(最坏信道的确定，可以通过误码率或判决前误差或其他办法)，固定在最重要的信道(VeryImportant Channel，VIC)。

方案5：

图3中信道数为16。EDC采用前面提到的FFE和DFE结构实现。虚线框图内则采用软件处理。CD_H表示信道1的色散值，CD_T表示信道16的色散值。根据这两个色散值，再依据系统的初始设置(如信道数)，确定出其他信道的色散值：CD_2，...，CD_15。在这个解决方案中，主要是依靠灵活的软件技术，实现所有信道的均衡。一个可以想到的软件设计就是将上面提到的方案1软件化。

本发明提到的EDC接收机，其实现方法包括但不限于FFE，DFE或者FFE+DFE方案。为进行动态均衡，一种实现方案使采用最小均方误差算法，其他的算法包括但不限于sing-data LMS，sign-error LMS，sign-sign LMS，steepest-descent based，LMS/Mewton，sequentialregression，adaptive recursive，random search等算法。a信道和b信道的选择策略，包括但不限于配置指派，自动跟踪最坏信道等方案。

本发明提出的TP-EDC接收机设备，除具有EDC均衡器的一般优点外，还具有下述特色：简单，对多信道的均衡，采用了简单的处理策略和实现方案；跟踪，接收机能自动跟踪性能最坏的信道；灵活，针对不同线路，采用最恰当的策略均衡未直接动态均衡的信道。

与已有技术相比，本发明的主要优点是：(1)简化部署。初期部署一套这样的系统，将来增加信道的时候，不需要对硬件进行新的配置，仅采取终端软件配置方法，即可均衡增加的信道。(2)节约成本。在WDM系统中，采用本专利提出的多信道TP-EDC均衡接收机，可以极大节省成本。(3)降低功耗。因为EDC模块的减少，势必降低接收机的功耗。(4)均衡灵活。针对不同的应用环境，可以采用不同的算法均衡未直接动态均衡的信道。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实现的一个整体结构框图。光信号通过光纤传输，在接收端经过解复用和光电转换后，N路电信号进入TP-EDC接收机。

图2为本发明涉及的TP-EDC接收机针对此方案的实现框图。对于N信道的光传输系统，有N个EDC均衡器。均衡器采用前馈式均衡器(Feed Forward Equalizer，FFE)和判决反馈均衡器(Decision Feedback Equalizer，DFE)结构，FFE和DFE的性能由其抽头系数决定。第1信道和第N信道的均衡器的抽头系数由自适应模块(Adaptive)进行动态调整。自适应模块可采用最小均方误差算法(Least-mean-squared，LMS)使得信号误差趋近于零。EDC模块(FFE+DFE结构)中的虚线，可以在方案3和方案4中使用，做为信道检测信号。

如图2所示，DFE输出的误差信号E_1，E_N作为输入信号输入自适应模块，以得到更新的抽头系数af_1，ad_1，af_N，ad_N。同时，实时的抽头系数送入模块20，模块20计算信道1和信道N的色散值。模块21是一个查询表，根据模块20计算出的两个色散值，输出剩下的N-2个信道的EDC的抽头系数：af_2，ad_2，...，af_N-1，ad_N-1。这些抽头系数送入相应信道的FFE和DFE均衡器，均衡各自信道的色散。模块21包含色散调整子模块，其功能在后面“ROADM网络环境”中介绍。

图3为本专利的一种实现方案，参见方案5的说明。

图4，图5，图6为本专利接收机工作示意图。

图7为本专利中的关键器件。其中相关英文含义如下：

Tx：发射机

WDM：波分复用

EDC：电域色散均衡

TP-EDC：两点EDC接收机

ADC：模数变换

FFE：前馈式均衡器

DFE：判决反馈均衡器

af_1，...，af_N，ad_1，...，ad_N，cf_1，...，cf_N，cd_1，...，cd_N：均衡器的抽头系数

E_1，E_2，E_N：误差信号

IN_1，..，IN_N：输入信号

OUT_1，..，OUT_N：输出信号

Y(n)：判决前信号

CD_H，CD_T：信道色散

CD_2，CD_15：输入均衡器参数

现在分析本专利应用于ROADM网络环境。

在没有经过上下路之前，本专利接收机工作在如图4所示状态，A、C信道为直接均衡点。当收到B信道的换路信号，接收机首先记录下B信道当前的平均色散，如5000，然后，接收机将直接均衡点移到B信道，如图5所示，实现B、C两信道的直接均衡，其他信道均衡器保持在换路之前的状态。接收机记录下B信道当前的平均色散，如4500，并计算出色散调整值(如5000-4500＝500)。之后，接收机回到换路之前状态，直接均衡点回到A信道，如图6所示。接收机直接均衡A、C信道，当对B信道均衡时，与图一的差别为：根据色散斜率计算得到B信道的色散后，减去色散调整值(如500)，根据得到的新色散值，再进行B信道的色散均衡。这些计算工作由图7的色散调整子模块完成。

色散调整子模块的作用不仅如上所示，它的另一个重要作用体现在解决残余色散的问题上。

在系统初始化的时候，首先选定A、C信道为直接均衡点，计算色散曲线。之后，直接均衡点依次遍历各个信道(如信道B)，计算出这些信道的色散值与色散曲线的色散误差，此误差保存在图7所示的色散调整子模块。此工作可以在系统初始化的时候进行，也可以在系统运行时，周期性地启动。新增的色散调整子模块主要是进行加法运算，所以不会增加设计复杂度。

系统正常运行时，A、C信道为直接均衡点，其他信道(如B信道)的色散值先通过色散曲线得到，然后经过色散调整子模块修正，修正后的色散值作为均衡时采用的色散值。

上面对本发明所述的WDM网络中基于色散曲线的电域色散均衡方法进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种WDM网络中基于色散曲线的电域色散均衡方法，其特征在于：

①两点一线，确定信道色散，实现信道的色散均衡。

②对所有信道的色散进行动态均衡。

③针对残余色散及ROADM网络进行色散修正。

2.根据权利要求1所述的两点一线，确定色散方法，其特征在于：

①确定两个信道的色散，能得到整个系统中每个信道的色散。系统中每个信道的色散值动态获得。

②所选取的两个信道，可以是首尾两信道，也可以是根据既定策略选择的两个信道。

③所选取的两个信道，可以是固定选中的两个信道，也可以在系统正常运行时进行实时改变。

3.根据权利要求1所述的信道的色散动态均衡，其特征在于：

所选中的两个信道是进行直接的动态色散均衡，系统中其他信道的色散实现的是间接的动态色散均衡。

对间接实现的动态色散均衡，可以采用与直接动态色散均衡相同的实现方法，也可以采用不同的实现方法。

4.根据权利要求1所述的色散修正方法，其特征在于：

①解决残余色散的问题，实现步骤见专利说明书第三页。其特征在于：

在系统初始化时，得到系统的初始色散。在系统正常工作时，根据选定的策略进行周期性的色散扫描。

②解决ROAMD网络的色散问题，实现步骤见专利说明书第二页和第三页的“ROADM网络环境”。

ROADM网络中进行上下路时，根据选路信息启动新的色散计算。计算结束后，系统回复正常工作状态。

5.一种WDM网络中基于色散曲线的电域色散均衡方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：对光信号进行光电变化，得到电信号。

步骤二：对电信号进行抽样量化，得到数字电信号。

步骤三：对选定的两路信号，采用FFE或DFE或FFE+DFE方式进行均衡。

步骤四：使用上述两路信号均衡器输出的误差信号更新均衡器的抽头系数，实现动态均衡。

步骤五：上述两均衡器的抽头系数送入色散计算模块，得出这两信道的色散值。

步骤六：根据上述两信道的色散值，估计出其余信道的色散值。

步骤七：根据估计得到的色散值，通过色散调整子模块，得到修正后的色散值。

步骤八：信道使用上述方法得到的色散值，进行本信道的色散均衡。

步骤九：在系统初始化或/和系统正常运行时，进行色散扫描，更新色散调整子模块。

步骤十：ROADM网络中上下路时，进行色散重计算，更新色散调整子模块。

6.依据这种WDM网络中基于色散曲线的电域色散均衡方法设计的接收机，其特征在于包含以下模块：

模块一：光电变换，抽样，量化。

模块二：FFE或DFE或FFE+DFE均衡器。

模块三：色散计算和色散均衡模块。

模块四：色散调整子模块。

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