CN102859957A - 用于光纤非线性减轻的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种经由非线性光学信道（722）传输数字信息的方法（1200），包括：接收（1202）数据（702），数据（702）包括所述数字信息的至少一部分。从该数据产生（1204）多个频域标记，以及将每个标记分配给预先确定的多个频率子带中的一个。可以分离地处理（1206）每个子带以降低传输的光学信号的峰值平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)。然后产生(1208)包括所述多个子带的光学信号（12），并且经由所述非线性光学信道（722）传输所述光学信号（12）。预先确定所述多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。也公开了对应的信息接收方法、发射器装置和接收器装置。

Description

用于光纤非线性减轻的方法和装置

技术领域

本发明主要涉及光通信，尤其涉及对非线性光传输具有改进容限这一效果的光学信号的产生和检测。

背景技术

在超过每波长1Tb/s的光纤光传输中已经展示了相干光正交频分复用(Coherent optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，CO-OFDM)。光纤非线性对于实际实施CO-OFDM是一个突出的障碍。常规的想法是OFDM具有高的峰值平均功率比(peak-to-average powerratio，PAPR)，并且因为使信号失真的光纤内的非线性效应与光功率成比例，CO-OFDM必将遭受更大的信号失真。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种经由非线性光学信道来传输数字信息的方法，该方法包括以下步骤：接收包括该数字信息的至少一部分的数据；从该数据产生多个频域标记；将每个标记分配给预定的多个频率子带中的一个；生成包括多个子带的光学信号；以及经由上述的非线性光学信道来传输该光学信号，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。

该方法可以包括进一步的步骤：处理频域标记以降低所传输的光学信号的峰值平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)。PAPR减小算法可以分离地应用于每个频率子带。在各个实施例中，该算法从包括以下算法的组中选择：离散傅里叶变换扩展(discrete Fourier transformspreading，DFT-s)算法、选择映射算法和动态星座图扩展算法。

预先确定多个子带可以包括例如通过理论原理计算或计算机模拟来计算子带的数量。

替换地，预先确定多个该子带可以包括：经由非线性光学信道来传输多个训练信号，每个训练信号包括预定的数据值并且具有不同数量的子带；在经由非线性光学信道传输后检测每个训练信号；处理每个所检测的信号以恢复所接收的数据；通过将所接收的数据值与训练信号的预定数据值进行比较来确定每个所检测的训练信号的比特误码率；以及使用所确定的比特误码率来确定预定的多个子带。

在实施例中，每个子带具有单个载波。各个子带的该单个载波可以光谱上限制在各自子带内。

在实施例中，光学信号可以是光学正交频分复用(optical orthogonalfrequency division multiplexed，O-OFDM)信号。

根据本发明的又一方面，提供一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的方法，该光学信号包括预定的多个子带，每个子带分配有从包括数字信息的至少一部分的数据所产生的多个频域标记，该方法包括以下步骤：检测光学信号；处理所检测的光学信号以恢复分配给上述预定的多个频率子带中的每个的频域标记；以及处理该频域标记以恢复所接收的数据，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。

在一些实施例中，在使用适配成降低所传输的光学信号的峰值平均功率比（PAPR）的算法经由非线性光学信道进行传输前已处理频域标记，且处理该频域标记以恢复所接收的数据的步骤包括施加适于使如下算法的效果逆转的逆算法，该算法适配成降低所传输的光学信号的PAPR。

该逆算法可以从包括以下算法的组中选择：逆离散傅里叶变换扩展（IDFT-s）算法、逆选择映射算法以及逆动态星座图扩展算法。

在实施例中，每个子带具有单个载波。各个子带的该单个载波可以光谱上限制在各自子带内。

在实施例中，该光学信号是光学正交频分复用（O-OFDM）信号。

根据本发明的又一方面，提供一种经由非线性光学信道来传输数字信息的装置，该装置被设置为与包括数字信息的至少一部分的输入数据一起使用，该装置包括：频域标记生成器，被配置为从输入的数据产生多个频域标记，以及将每个标记分配给预定的多个频率子带中的一个；时域信号发生器，该时域信号发生器操作地耦合到频域标记生成器，且被配置为产生包括多个子带的随时间而变化的信号；以及光源，该光源具有操作地耦合到该时域信号发生器的至少一个调制输入，且被配置为以随时间而变化的信号调制光学载波以产生包括多个子带的相应的光学信号，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。

该装置还可以包括峰值平均功率比（PAPR）降低单元，该峰值平均功率比降低单元操作地耦合到该频域标记生成器，且被配置为处理该频域标记以降低所传输的光学信号的峰值平均功率比（PAPR）。该逆算法可以从包括以下算法的组中选择：逆离散傅里叶变换扩展（IDFT-s）算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。

根据本发明的又一方面，提供一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的装置，该光学信号包括预定的多个子带，每个子带分配有从包括数字信息的至少一部分的数据所产生的多个频域标记，该装置包括：检测器，被配置为检测该光学信号；处理器，被配置为处理所检测的光学信号以恢复分配给上述的预定的多个频率子带中的每个的频域标记，并且处理该频域标记以恢复所接收的数据，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。

可以在使用适配成降低所传输的光学信号的峰值平均功率比（PAPR）的算法经由非线性光学信道进行传输前处理频域标记，该处理器还被配置为通过施加适于逆转如下算法的作用的逆算法来处理该频域标记以恢复所接收的数据，该算法适配成降低所传输的光学信号的PAPR。该逆算法可以从包括以下算法的组中选择：逆离散傅里叶变换扩展（IDFT-s）算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。

从以下对本发明的实施例的描述中，对于光通信领域的技术人员而言，本发明的进一步的特征、好处和优点将是明显的，应理解本发明的实施例是仅作为示例来提供的，其不应被视为限制以上任何陈述或者所附权利要求中所限定的本发明的范围。

附图说明

参考附图描述实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的光传输器的框图；

图2是包括图1的传输器的传输系统的实施例的示意图；

图3是根据本发明实施例的光接收器的框图；

图4是示出了传输光纤的一个跨距导致的四波混频效率系数η₁的图；

图5是示出了相位阵列作用导致的η₂的图；

图6示出了实施本发明的多频带DFT扩展OFDM的概念图；

图7是实施本发明的相干光多频带DFT-S-OFDM系统的框图；

图8示出了根据本发明实施例的发射功率在4和6dBm的作为频带数量的函数的Q系数；

图9和图10示出了本发明的实施例和现有技术系统之间的分别作为单信道和8信道WDM传输的光纤发射功率的函数的Q系数比较；

图11示出了作为在10^-3的BER处针对8信道WDM传输的光纤发射功率的函数的、光纤非线性导致的本发明的实施例和现有技术系统之间的Q代价比较；

图12和图13各自示出了实施本发明的各个方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明的示例性实施例的配置为传输光学频分复用信号的光发射器10的框图。如图2所示，该发射器可以形成为系统24的一部分。该系统24包括处于一个位置的发射器10，以及处于远离发射器10的位置的相应的光接收器30。发射器10和接收器30通过光纤链路26连接。光发射器10在光纤链路26内产生相对于来自常规发射器的光学信号具有对非线性光学畸变的改进容限的光学信号12。通常，光纤链路26由多个跨距的光纤组成，并且包括补偿传输损耗的光放大器。该光纤链路也可以包括诸如与一个或更多的传输跨距有关的若干长度的色散补偿光纤(dispersion compensating fiber，DCF)的色散补偿元件。

示例性发射器10具有配置为以数字比特的形式接收数据16的数据接收器14以便于通过光链路26传输。

发射器10包括与数据接收器14通信的频域标记生成器17，其被配置为从数据16产生多个频域标记（frequency domain symbol）。每个标记通过频域信号发生器17被分配给多个频率子带中的一个。

该发射器还包括与频域标记生成器17通信的光学信号发生器18，其被配置为从多个子带产生用于传输的光学信号。光学信号发生器18处理频域标记，使得光学信号12的峰值平均功率比降低。因为非线性失真与PAPR成比例，所以降低PAPR就降低了链路26内的光学信号的非线性失真。

在替换的布置中，该频域标记的处理可以发生在该频域生成器或者附加的单元中。

在一个实施例中，通过位于光学信号发生器内的DFT扩展单元20分离地将DFT扩展算法施加到每个频率子带来降低PAPR。在替换的实施例中，可以使用选择映射算法、动态星座图扩展算法或者数字通信领域公知的任何其它合适的算法来实现PAPR的降低。

所实现的非线性光学畸变的降低大体上取决于子带的数量。在发射器10中，例如当配置具有诸如色散和非线性的未知光学性质的新的物理光学链路时，与频域标记生成器17通信的子带确定器22确定子带的最优数量。子带确定器22将对生成器17产生多少子带进行控制的子带量信息发送给频域标记生成器。

在与新的链路连接时，子带确定器使频域标记生成器17和/或光学信号发生器18暂时以训练模式操作、以确定数据传输期间要使用的子带的数量。在这个模式中，光学训练信号被传输，携带着在接收器处已知的预定数据。每个训练信号具有不同数量的子带。在光学链路的接收端，检测每个训练信号，并且确定每个所检测的光学测试信号的比特误码率。然后各个训练信号的比特误码率信息例如经由分离的信道被传输回发射器10，并且被传送到子带确定器22。子带确定器22选择属于具有最低比特误码率的信号的子带的数量，并且将频域标记生成器17配置为使用所选择的量的子带。例如，如果检测到所接收的比特误码率降低，或者如果链路属性或配置发生改变，在系统24操作期间可以重复训练。

图3示出了配置为接收光学信号12的光接收器30的框图。光接收器30可以用作图2示出的系统24中的接收器。接收器30包括检测器32和与检测器32通信的处理器34，处理器34被配置为处理所检测的信号并恢复所传输的数据。所恢复的数据被转换成在一个或更多的电输出端口38输出的一系列数字位36。

处理器34包括将逆算法应用于所检测的信号、从而使在发射器10中执行的算法失效的逆PAPR降低单元40。在本实施例中，逆算法是逆离散傅里叶变换扩展（IDFT-s）算法。然而，在替换的实施例中，它可以是逆选择映射算法或者逆动态星座图扩展算法等。一般地，该逆算法与发射器中使用的算法相对应。

在当前所公开的实施例中，所传输的信号12是光学正交频分复用（O-OFDM）信号，该信号提供了以下特性：(i)使用OFDM帧填充每个子带内的如单载波的频谱；(ii)OFDM有助于保持相邻频带之间的正交性以及随后避免频带间串扰。

对于诸如100Gb/s和超过100Gb/s的超高速系统，光纤色散起着关键的作用，引起副载波之间的快速离散（walk-off）。由于光纤链路色散，这种信号的PAPR在传输期间是瞬态的，从而致使发射器处的PAPR降低是无效的。相反，本发明人已经发现,如果在子带基础上执行PAPR减轻方法，每个子带具有窄得多的带宽，并且每个子带内的信号能够在比较长的距离上相对地不失真。这引起了更少的频带间和频带内的非线性。即，在子带基础上的PAPR降低比在整个OFDM频谱基础上的PAPR降低更有效。

该发明人还指明存在其中应该执行PAPR减轻的最优子带带宽。一方面，如果子带带宽太宽，由于光纤色散，PAPR降低不会有效。另一方面，如果子带太窄，相邻频带就像窄间距OFDM副载波那样相互作用，从而由于窄的子带间距而产生大的频带间串扰以及引起巨大的代价。

频带间串扰的一个来源是四波混频（four-wave mixing，FWM）。由于三阶光纤非线性，在频率f_i、f_j和f_k处的副载波的相互作用在频率f_g＝f_i+f_j-f_k处产生混频乘积。针对Ns跨距的光纤链路的四波混频乘积的幅度由下式给出：

$P_g=\frac{{D_x}^2}{9}{\left(\mathrm{\γ}{L}_{\mathrm{eff}}\right)}^2{P}_i{P}_j{P}_k{e}^{-\mathrm{\αL}}\mathrm{\η}---\left(1\right)$

其中，D_x是对非简并FWM（non-degenerate FWM）等于6且对简并FWM(degenerate FWM)等于3的退化系数（degeneration factor）。P_i，j，k是在频率f_i，j，k处的输入功率、α和L分别是每跨距的损耗系数和光纤长度、γ是光纤的三阶非线性系数、L_eff是有效光纤长度，其由下式给出：

$L_{\mathrm{eff}}=\frac{1}{\mathrm{\α}}(1-e^{-\mathrm{\αL}})---\left(2\right)$

η是较强地依赖于FWM分量之间的相对频率间隔的FWM系数，其由下式给出：

η＝η₁η₂                    (3)

${\mathrm{\η}}_1=\frac{{\mathrm{\α}}^2}{{\mathrm{\α}}^2+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\β}}^2}\{1+\frac{4\exp (-\mathrm{\αL}){\sin }^2(\mathrm{\Δ\βL}/2)}{{[1-\exp (-\mathrm{\αL})]}^2}\}---\left(4\right)$

${\mathrm{\η}}_2=\frac{{\sin }^2\{N_s\mathrm{\Δ}\widetilde{\mathrm{\β}}/2\}}{{\sin }^2\mathrm{\Δ}\widetilde{\mathrm{\β}}/2},\mathrm{\Δ}\widetilde{\mathrm{\β}}=\mathrm{\Δ\βL}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\β}}_1{L}_1---\left(5\right)$

在(3)中，总的FWM效率被分解成两个单独的贡献：(i)η₁，针对单跨距的FWM效率系数(为简单起见，省略来自色散补偿光纤的贡献)，以及(ii)η₂，FWM乘积的Ns跨距之间的干扰效应，也称为相位阵列效应。Δβ≡β₁+β_j-β_k-β_g是传输光纤中的相位失配。为了获得最优子带带宽的近似估算，假定f_i和f_j是在相同频带内的两个副载波并且为了简便设置为相同值，f_k是不同频带中的副载波。(4)和(5)中的相位失配项Δβ和

能够改写成：

$\mathrm{\Δ\β}=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\λ}}^2}{c}\mathrm{\Δ}{f}^{2}D,\mathrm{\Δf}=|f_i-f_k|---\left(6\right)$

$\mathrm{\Δ}\widetilde{\mathrm{\β}}=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\λ}}^2}{c}\mathrm{\Δ}{f}^2{D}_r,D_r=\mathrm{DL}+D_1{L}_1=\mathrm{DL}(1-\mathrm{\ρ})---\left(7\right)$

其中，下标“1”标识与色散补偿光纤(dispersion compensation fiber，DCF)有关的参数、D(或者D₁)是传输光纤的色散(或者DCF)、ρ是色散补偿比值、D_r是用于说明传输光纤和DCF的每跨距余留色散。使用10×100km链路的基线系统用于分析，FWM效率的3dB带宽Δf_3dB被限定为如下频率间隔Δf，在该频率间隔处FWM效率η₁或者η₂下降到其最大值的一半。从(4)，η₁的3dB带宽是(忽视来自(4)中的第二项的贡献))：

$\mathrm{\Δ}{f}_{3\mathrm{dB}}^1=\sqrt{\frac{\mathrm{\αc}}{2\mathrm{\πD}{\mathrm{\λ}}^2}}---\left(8\right)$

同样地，从(5)，η₂的3dB带宽

是：

$\mathrm{\Δ}{f}_{3\mathrm{dB}}^2=\sqrt{\frac{1.4c}{\mathrm{\π}{\mathrm{\λ}}^2{D}_a}},D_a=N_s\mathrm{DL}(1-\mathrm{\ρ})---\left(9\right)$

图4是以3ps/nm/km 406、6ps/nm/km 408和9ps/nm/km 410的变化的光纤色散(chromatic dispersion，CD)示出作为频率间隔404的函数的每跨距FWM效率系数402的图400。光纤损耗系数是0.2dB/km，且假定10×100km的传输链路。能够看出η₁的3dB带宽对于3、6和17ps/nm/km的CD分别是大约11、8、4.8GHz，这与(8)的解析表达式相符。

图5示出了针对0%506和95%908的色散补偿比(compensationratios，CR)和具有17ps/nm/km的CD的传输光纤的、作为频率间隔的函数的FWM系数502的图500。对于非补偿系统(CR=0%)，FWM 3dB带宽是1.8GHz，而对于95%CD补偿系统，3dB带宽增加到8GHz，这与解析表达式(9)相符。

通过在使频带内FWM效率η最小化的同时在每个子带内保持FWM效率η接近于其最大值，来实现最优子带带宽。因此，FWM效率的3dB带宽是最优子带带宽的有用估计。因此图4和5使最优子带带宽的近似估算能被确定。

从(9)得出，3dB带宽随着CD补偿而增加，因此CD非补偿系统的最优子带带宽比CD补偿系统更窄。确定最优子带带宽的数值的一个方法是在计算单元或者装置上通过模拟来进行。另一方式是在系统/链路初始化期间通过在线训练进行。

存在诸如选择映射和动态星座图扩展的执行PAPR降低的各种方法。由于其计算复杂性相对较低以及与OFDM帧结构兼容，本实施例使用DFT-S OFDM。

图6示出了多频带离散傅立叶变换扩展OFDM(multi-band DiscreteFourior Transform spread OFDM，MB-DFT-S-OFDM)的副载波映射的概念图600。将MB-DFT-S-OFDM的产生与常规的OFDM比较是有益的。为了简便，考虑一个子带602的变换和映射。常规的OFDM的时域样本由下式给出：

$x_m=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}(k-1)(m-1)}---\left(10\right)$

其中，x_m是第m时域样本，C_k是第k频域标记，N是DFT点的数量。对于DFT-S系统，不是直接地施加逆离散傅立叶变换（IDFT）以将频域标记C_k转换为时域标记x_m，初始的N个标记首先经历DFT扩展，即根据下式产生C_k′606的一组新的N个标记604：

$C_k^{\′}=\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{C}_l{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}(k-1)(l-1)}---\left(11\right)$

C_k′的新的N个标记然后例如从第(K₁+1)到第(K₁+N)位置被映射606到M点DFT标记矢量D610上，其中K₁是频带映射的开始位置。该子带信号的时域DFT-S-OFDM信号因此表示为：

$s_m=\underset{k=K_1+1}{\overset{K_1+N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_k{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}}{M}(k-1)(m-1)},D_k=C_{k-K_1}^{\′}---\left(12\right)$

其中M＝L·N，L是子带的数量。

通过考虑(12)中M=N、K₁=0的特殊情况能够更好地理解DFT-S-OFDM的PAPR降低的有效性。在这种情况下，时域信号S_m等于OFDM标记C_k(实质上，单载波调制)。接着，预计相比常规的OFDM要显著地提高DFT-S-OFDM的PAPR。例如，对于DFT-S-OFDM，被超过的概率不到0.1%的PAPR值、或者99.9%的PAPR是7.5dB，该值比常规的OFDM的10.7dB低3.2dB。在所提出的多频带DFT-S-OFDM中，在DFT扩展后，来自所有频带的新DFT-S标记将被映射到连续副载波的L组612，(12)中的总和将从1扩展到M。接收器处理是(11)和(12)的逆转。(12)的总和等同于组合多个子带，这能够被执行光、电和数字域中的任何一个或者其组合。

执行仿真以评定多频带DFT-S-OFDM传输的非线性减轻能力。在图7中示出了仿真系统的框图700。使用多频带DFI-S-LOFDM的实际系统可以具有与图7中的仿真系统相同的部件，然而是真实的并非仿真的。在仿真中使用双偏振传输，(也可以用于实际系统中）但未在图7中示出。

用于传输的串行数据702被接收到串行-并行(serial-to-parallel，S/P)转换器704。副载波标记映射器706计算被输入到DFT扩展和子带映射器708的对应频域标记。可以使用快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)算法实施的逆离散傅里叶变换(inverse discrete Fourier transform，IDFT)单元710产生时域信号，对该时域信号通过保护时间插入器712插入保护间隔。结果得到的数字信号的同相和正交分量通过数模转换器(digital-to-analog converter，ADC)714被转换成对应的模拟信号波形，并且通过低通滤波器(low pass filter，LPF)716被滤波以除去不需要的高频分量。

使用I-Q光学调制器720来调制例如激光二极管718的光源以产生光学信号12，该光学调制器720的输入由所产生的信号的模拟同相和正交分量驱动。

通过多跨距光纤链路722来传输该信号，该多跨距光纤链路722包括若干跨距的单模式传输光纤、光学放大器(例如掺铒的光纤放大器)以补偿跨距损耗，以及可选地包括DCF的部分以补偿传输跨距中的色散。

在链路722的接收端，接收器包括相干光学检测器724、光学混合器以及用于恢复同相和正交信号分量的相关平衡检测器，上述相干光学检测器724可包括光学局部振荡器，上述同相和正交信号分量经由子带滤波器726滤波并且通过模拟-数字转换器（ADC）728被转换成所采样的数字信号值的序列。该数字信号被输入到DFT单元730和IDFT单元732，其逆转PAPR降低(DFT扩展)算法，执行均衡化并将所恢复的标记值输出到标记决定模块734。决定模块736恢复编码在该标记中的数据，该数据被输入到并行-串行(paralle-to-serial，P/S)转换器736并且以串行形式738输出。

在各实施例中，对于超过CMOS平台的带宽的超高速信号，可以通过混合数字、电和光学组合器执行在发射器处的IDFT 710。可以使用数字、电或者光学滤波器实施在接收器处的子带滤波器726。

对于以下参考图8-11讨论的结果，仿真的传输参数是：每跨距100km的光纤长度，D_SSMF=16ps/nm/km，α_SSMF=0.2dB/km，γ_SSMF=1.3w^-1km^-1，6dB的光学放大器的噪声系数，具有50GHz信道间隔的8个WDM信道，当子带的数量大于8时每个子带中的64个副载波，以及在每个副载波上的QPSK调制。为了公平的比较，对所有情况使用第1/16循环前缀比。这需要每子带的副载波的数量按比例增加，以便当子带的数量降到低于8时增大循环前缀的绝对长度。

首先，求出子带的最优数量，或者等同地求出107Gb/s多频带CO-OFDM信号的最优子带带宽。图8示出了对于单波长107Gb/s多频带DFT-S-OFDM传输在4dBm 806和6dBm 808的输入功率处(在对数刻度804上)的作为频带数量的函数的Q 802的图800。能够看出：频带的最优数量接近于8(810)，对应于3.6GHz子带带宽。因此，除非另作说明，在下面的仿真中使用8个频带。注意，在多频带DFT-S-OFDM系统的非线性性能中每个子带中的副载波的数量不是重要因素，因为每个子带中的副载波仅用于包含相同的“单载波”频谱。

已经执行模拟以比较三个系统之间的性能：(i)多频带(8频带)DFT-S-OFDM，缩写为“MB-DFT-S-OFDM”，(ii)单载波相干系统（single-carrier coherent system），缩写为“SC”，该系统是一个频带DFT-SOFDM的特例(它的性能应该与以奈奎斯特带宽在时域中直接产生的单载波相干系统完全相同)，以及(iii)常规的8频带OFDM，缩写为“MB-C-OFDM”，其中没有执行DFT扩展。为了公平的比较，所有的3个系统占用相同的28.8GHz带宽并且使用相同的1/16的循环前缀比。由于超高速系统中的大色散，即使对于SC系统，循环前缀也是优选的，以实现所谓的单载波频域均衡化(single-carrier frequency-domainequalization，SC-FDE)。特别地，由于相对大的带宽，为SC所需要的循环前缀的绝对长度可能相对较长，意味着长的模块长度。但是这不是问题，因为单载波针对100kHz的激光线宽是鲁棒的。

图9和10示出了分别作为MB-DFT-S-OFDM 910、1010、SC 908、1008和MB-C-OFDM 906、1006系统的发射功率904、1004的函数的Q系数902、1002的图900、1000。图900示出了单信道系统的结果，而图1000针对8信道波分复用(WDM)传输。对于单信道(或者WDM)，MB-OFT-S-OFDM的最优Q系数分别比SC和MB-C-OFDM系统提高0.6(或0.5)和1.0(或1.3)dB。

评价非线性性能的替换方法是研究相对于发射功率1104的OSNR代价1102，其结果示出在图11的图1100中。在10^-3的BER下评估OSNR代价1102。非线性阈值(nonlinear threshold，NLT)被限定为引起1dB的OSNR代价的发射功率。SC 1108、MB-DFT-S-OFDM 1110和MB-C-OFDM1106的NLT分别是3.3、3.9和2dBm，这表明MB-DFT-S-OFDM具有比SC和MB-C-OFDM的0.6和1.9dB NLT的提高。这里的主要焦点是在CO-OFDM和SC之间的非线性性能比较。

对于仿真的1000km SSMF传输，8x107Gb/s WDM MB-DFT-S-OFDM分别优于常规的CO-OFDM和相干单载波系统1.3和0.5dB。

正如从先前的说明所理解的，在传输和接收光学信号的方法中也可以实施本发明。例如，图12是表示例如在发射器10中所实施的产生和传输光学信号的方法的流程图1200。在步骤1202，接收数字数据。在步骤1204，从所输入的数据产生多个频域信号，并将每个标记分配给子带。在步骤1206，将导致PAPR降低的算法诸如DFT扩展算法分离地施加到每个子带。在步骤1208，产生用于传输的光学信号。

图13的流程图1300表示在接收器的数据恢复方法。在步骤1302，检测处理1200所产生的光学信号。在步骤1304，处理所检测的信号以逆转PAPR降低算法、施加均衡化以及去映射频域标记，从而恢复所传输的数据。

现在已经描述了各实施例，应理解本发明的各实施例可以具有一些以下优点：

实现了光学信号的非线性畸变降低。

相对于相干单载波(SC)，CO-OFDM可以具有非线性的优点，特别是对于100Gb/s和超过100Gb/s的超高速传输。

根据本发明所产生的信号的Q系数在一个仿真中对于1000km SMMF光纤传输分别优于常规的OFDM和相干单载波1.3和0.5dB，而没有光学色散补偿。

与无保护间隔OFDM中的较强重叠相比，经过DFT扩展的每个子带中的单载波在光谱上紧密地限制在每个频带内，因此通过过采样相对容易地进行每个子带的解复用。

诸如对于非线性减轻的子带或副载波电平信号处理是可能的，该处理是不能用单载波调制格式容易实现的。

没有跨整个OFDM频谱分布式地映射扩展的副载波，因此在传输期间色散不会快速地改变PAPR，保留了光纤上传输期间的PAPR优点。

该算法特别是DFT扩展复杂度相对较低，并且可以更快和更容易地执行。

本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出许多变形例。例如，可以根据通过引用并入这里的申请人的共同待决的美国专利申请12/509371和12/684018的教导，对这里所描述的方法、装置和系统进行修改。

在所附的权利要求和本发明的在前描述中，除非由于明确语言或者必要的暗示而使上下文有另外的要求，在本发明的各实施例中，词语“包括（comprise）”或者诸如“包括（comprises）”或“包括（comprising）”的变型用于包含的意义，即用于说明存在所陈述的特征、然而不排除其它特征的存在或者添加。

Claims (18)

1.一种经由非线性光学信道传输数字信息的方法，包括以下步骤：

接收包括所述数字信息的至少一部分的数据；

从所述数据产生多个频域标记；

将每个标记分配给预先确定的多个频率子带中的一个；

产生包括所述多个子带的光学信号；以及

经由所述非线性光学信道来传输所述光学信号，

其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。

2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：处理所述频域标记，以降低所传输的所述光学信号的峰值平均功率比（PAPR）。

3.如权利要求2所述的方法，其中，处理所述频域信号包括将PAPR降低算法分离地应用于每个频率子带。

4.如权利要求3所述的方法，其中，从包括以下算法的组选择所述算法：离散傅里叶变换扩展（DFT-s）算法、选择映射算法以及动态星座图扩展算法。

5.如权利要求1所述的方法，其中，预先确定所述多个子带包括计算子带的数量。

6.如权利要求1所述的方法，其中，预先确定所述多个子带包括：

经由所述非线性光学信道传输多个训练信号，每个训练信号包括预定数据值并且具有不同数量的子带；

在经由所述非线性光学信道传输后检测每个训练信号；

处理每个所检测的信号以恢复所接收的数据；

通过将所接收的数据值与所述训练信号的所述预定数据值进行比较来确定每个所检测的训练信号的比特误码率；以及

使用所确定的所述比特误码率来确定预先确定的所述多个子带。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学信号是光学正交频分复用（O-OFDM）信号。

8.一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的方法，所述光学信号包括预先确定的多个子带，每个子带分配有从包括所述数字信息的至少一部分的数据所产生的多个频域标记，所述方法包括以下步骤：

检测所述光学信号；

处理所检测的所述光学信号，以恢复分配给预先确定的所述多个频率子带的每个的频域标记；以及

处理所述频域标记，以恢复所接收的数据，

其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。

9.如权利要求8所述的方法，其中，在经由所述非线性光学信道进行传输之前已经使用适配成降低传输的所述光学信号的峰值平均功率比（PAPR）的算法处理了所述频域标记，以及其中处理所述频域标记以恢复所接收的数据的步骤包括施加如下逆算法，该逆算法适配成使适于降低传输的所述光学信号的峰值平均功率比的算法的效果逆转。

10.如权利要求9所述的方法，其中，从包括以下算法的组选择所述逆算法：逆离散傅里叶变换扩展（IDFT-s）算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。

11.如权利要求8所述的方法，其中，所述光学信号是光学正交频分复用（O-OFDM）信号。

12.一种用于经由非线性光学信道来传输数字信息的装置，所述装置设置为与包括所述数字信息的至少一部分的输入数据一起使用，所述装置包括：

频域标记生成器，被配置为从所述输入数据产生多个频域标记，并且将每个标记分配给预先确定的多个频率子带中的一个；

时域信号发生器，所述时域信号发生器操作地耦合到所述频域标记生成器，并且被配置为产生包括所述多个子带的随时间变化的信号；以及

光源，所述光源具有操作地耦合到所述时域信号发生器的至少一个调制输入，并且配置为以所述随时间变化的信号调制光学载波，以产生包括所述多个子带的对应的光学信号，

其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。

13.如权利要求12所述的装置，还包括：峰值平均功率比（PAPR）降低单元，该峰值平均功率比降低单元操作地耦合到所述频域标记生成器，并且被配置为处理所述频域标记以降低传输的光学信号的峰值平均功率比（PAPR）。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述峰值平均功率比降低单元被配置为对每个频率子带分离地施加PAPR降低算法。

15.如权利要求14所述的装置，其中，从包括以下算法的组中选择所述PAPR降低算法：离散傅里叶变换扩展（DFT-s）算法、选择映射算法和动态星座图扩展算法。

16.一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的装置，所述光学信号包括预先确定的多个子带，每个子带分配有从包括所述数字信息的至少一部分的数据产生的多个频域标记，所述装置包括：

检测器，被配置为检测所述光学信号；以及

处理器，被配置为处理所检测的光学信号，以恢复分配给所述预先确定的多个频率子带的每个的所述频域标记，并且处理所述频域标记以恢复所接收的数据，

其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。

17.如权利要求16所述的装置，其中，在经由所述非线性光学信道传输之前已经使用适配成降低所述传输的光学信号的峰值平均功率比（PAPR）的算法处理了所述频域标记，且其中所述处理器还被配置为通过施加如下逆算法来处理所述频域标记以恢复所接收的数据，所述逆算法被适配成逆转适配成降低所述传输的光学信号的峰值平均功率比的算法的效果。

18.如权利要求17所述的装置，其中，所述逆算法是从包括以下算法的组中选择的：逆离散傅里叶变换扩展（IDFT-s）算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。

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