CN103238283B - 在包括相干和直接检测接收机的光网络中的色散管理 - Google Patents

Abstract

在光网络中可通过允许色散累积到至少一万ps/nm以及在某些实施例中到好几万ps/nm来管理色散。累积色散可在接收机处和/或在耦合到传输路径的一个或多个支路处被返回到零或接近零。

Description

在包括相干和直接检测接收机的光网络中的色散管理

相关申请交叉引用

本申请要求在2010年12月14日提交的美国临时申请序号61/422995的提交日的权益，该美国临时申请的教导因此通过引用合并到本文。

技术领域

本公开涉及光网络，并且更具体而言涉及在包括相干和直接检测接收机的光网络中的色散管理。

背景技术

在光网络中已经使用直接检测光信号接收机来对调制在光信号上并且在光路上传输给接收机的数据进行再现。通常，直接检测接收机可通过检测所接收的表示所传输数据的符号的相位和/或幅度来解调数据。所检测的相位和/或幅度可提供给硬和/或软判决检测器配置和前向纠错(FEC)电路，以生成表示在发射机处调制在信号上的数据的输出比特流。

在包括直接检测接收机的波分复用(WDM)光网络中的一个挑战是光纤内传播的光可经受色度(chromatic)色散，即不同波长的光可以不同群速度传播，从而在传输中导致改变的波长相关延迟。由光纤赋予的色度色散使所传输的脉冲展开并且重叠。为了可靠地检测所传输的数据，应在接收机之前移除色度色散。然而，在色散大于几个1000 ps/nm时，移除由传输线赋予的色散可能是不切实际的。

为了解决该问题，已知系统已经合并了色散管理技术以在接收机处把色散降低到实用水平。一个已知的色散管理技术涉及色散映射(mapping)，其中选择并且布置光纤类型以在光通信系统的传输段中管理色散。色散映射传输段的一个示例把非零色散位移光纤(NZDSF)的跨度或具有非零色散的色散平坦光纤(DFF)的跨度与色散补偿光纤(DCF)的跨度混合，以在光传输段的长度上实现周期色散补偿。此类周期色散图(map)中每个周期的长度可以在每周期大约500 km的范围内。

例如，图1包括了与使用DFF光纤的此类周期色散图关联的累积色散(accumulateddispersion)(ps/nm)对比距离的绘图10。如所示出的，色散在接收机处（即在大约8500 km处）可接近零，并且沿着系统非零但小（例如，大约1500 ps/nm的最大累积色散）。对于使用直接检测的常规系统，此类色散映射技术在保持低的端对端路径平均色散和抑制光纤非线性方面已经是有用的。

然而，已经认识到相干检测接收机可提供优于直接检测接收机的优点。通常，相干接收机利用相干检测（例如，零差或外差检测）来检测所调制的光信号。本文中关于接收机使用时的术语“相干”指包括用于解调所接收信号的本地振荡器(LO)的接收机。在此类系统中可实施数字信号处理(DSP)，用于处理所接收信号以提供经解调的数据。所接收信号的数字信号处理提供了速度和灵活性，并且可用来执行各种功能。DSP能移除大量的色度色散并且能执行其它功能，比如偏振色散和符号间干扰的校正。因此，不像直接检测接收机，相干检测接收机不需要色散管理。遗憾的是，为支持直接检测和相干检测接收机配置所建立的系统必须进行色散管理，以允许实用的直接检测接收机配置的使用。

附图说明

通过阅读与附图一起进行的下列详细描述，将会更好地理解与本公开一致的系统的特性和优点，在附图中：

图1是示出与现有技术系统的一个实施例一致的累积色散对比距离的色散图。

图2是与本公开的一个实施例一致的光通信系统的示意图。

图3是示出与本公开的一个实施例一致的累积色散对比距离的色散图。

图4是示出与本公开的三个不同实施例一致的累积色散对比距离的色散图。

图5A和5B包括示出分别结合相干和直接检测接收机的与本公开一致的系统的性能的平均Q因子对比发射功率的绘图。

图6A和6B包括示出结合相干接收机并且分别以40 Gb/s和100 Gb/s数据速率的与本公开一致的系统的性能的Q因子对比频谱效率的绘图。

图7是与本公开的一个实施例一致的分支光通信系统的示意图。

图8是示出对图7中所示系统的累积色散对比距离的示例性色散图。

图9是与本公开一致的在光通信系统中管理色散的一个方法的框流程图。

具体实施方式

通常，在导致与本公开一致的系统和方法的实验中，发现使用相干接收机的光网络不需要光路上的色散补偿。而在相干检测系统中，光纤路径上大量色散的累积由于其影响能在接收机处的DSP中被移除而在某种程度上可能是有利的。这与通常需要色散管理以实现可接受性能的直接检测系统完全不同。

这一不同能在当前使用直接检测接收机但将来可被升级以使用相干检测接收机的系统的构建方面以及在将使用直接检测和相干检测接收机的混合的系统中造成挑战。然而，与本公开一致的系统和方法通过在便于直接检测和相干检测接收机的使用的光网络中提供色散管理来解决这些问题。

通常，在与本公开一致的系统和方法中，在补偿之前对于WDM信号的多个波长中的每个可允许大量色散在传输路径上累积。与本公开一致的系统中的色散可实现至少10000ps/nm（皮秒/纳米）并且在某些实施例中多达100000或更多ps/nm的最大累积色散，并且可在接收机或支路处被校正到接近零。如本文所使用的，“接近零”指小于5000 ps/nm的色散。已经发现，此类色散管理方案对于直接检测和相干检测接收机均允许高传输性能，具有降低的系统复杂度，与如图1中所示的现有技术中实践的色散管理相比，对直接检测没有系统性能的显著损失。

现在转到图2，示出了与本公开一致的示例性光通信系统100。本领域的技术人员将认识到为了易于解释已经将系统100描绘成高度简化的点对点系统。将要理解，可把本公开的色散管理方案合并到宽泛种类的光网络和系统中。

所示出的示例性光通信系统100包括通过光传输路径104连接的接收机106和发射机102。系统可以是WDM传输系统，其中数据在发射机102处被调制在多个波长中的每个上（例如，使用差分相移键控(DPSK)调制格式）用于在光信息信道104上的传输。接收机106可包括直接检测和/或相干检测接收机。在美国专利号7333732中描述了直接检测接收机的一个示例，而在美国专利公开号US 2010/0232809中描述了相干检测接收机的一个示例，该专利和专利申请的教导因此通过引用合并到本文。尽管把系统100示出为包括不同的发射机102和接收机106，但是本领域的技术人员将认识到发射机102和接收机106可各自配置为收发机以便于在光信息信道上的双向通信。

取决于系统特征和需要，光传输路径104可包括光传输光纤110、光放大器/中继器108-1、108-2、108-3、108-(N-1)、108-N、滤光器和其它有源和无源部件。这些元件的每个的各种配置对本领域的技术人员将是已知的。为了清楚起见，在光信息信道104中仅示出了光放大器/中继器108-1、108-2、108-3、108-(N-1)、108-N和光传输光纤110。

可采用系统100来跨越一片水域112。在被用来跨越一片水域（例如大洋）时，放大器/中继器108-1、108-2、108-3、108-(N-1)、108-N可固定在洋底114而传输路径104可跨越在海滩登陆点116、118之间以从水域112延伸出来从而耦合到发射机102和接收机106。将要领会，多个光传输部件可耦合到传输路径104并且可设置在水域下和/或在陆地上。

通常，光放大器之间的距离定义了传输跨长。例如，配置成跨越一片水域的系统将至少包括第一120和第二122近岸跨度。在所示出的示例性实施例中，第一近岸跨度120在发射机102与第一放大器/中继器108-1之间延伸，而第二近岸跨度122从最后的放大器/接收器108-N延伸到接收机106。本领域的技术人员将认识到跨长在特定系统中可显著改变。例如，在长距离系统中某些跨度可短至20千米，而取决于系统特征和需要，平均跨度可为大约50千米到大约100千米。鉴于跨长改变，信号衰减和色散从跨度到跨度发生改变。

在与本公开一致的系统中，可在WDM系统中在多个波长上调制数据，并且可根据对于系统带宽中的所有波长允许色散累积到至少10000皮秒/纳米(ps/nm)并且在某些实施例中到至少20000 ps/nm的色散图来实现色散管理。转到图3，例如对于与本发明一致的示例性系统100示出了由绘图200表示的示例性色散图，在系统100中，近岸跨度120、122以及与其相邻的跨度包括正色散光纤，比如SLAF光纤（超大面积光纤），而在路径中间（例如，从大约2000 km到7000 km）的跨度由负色散光纤，比如IDF（逆色散光纤）、HDF（高色散光纤）或具有正的和负的色散的光纤的某种组合，来构建。本领域的技术人员将认识到，传输光纤可以是通常在波长的波段上赋予基本均匀的累积色散的色散平坦光纤(DFF)，或者它们可以是允许色散在波长的波段上改变的常规光纤。

绘图200有若干部分202、204、206。第一部分202指示通过近岸跨度120和与其相邻的跨度的正色散光纤实现大于30000 ps/nm的累积色散的正色散补偿。绘图的第二部分204指示在路径中间（从距离发射机大约2000 km到大约7000 km）的跨度上的负色散累积到比-30000 ps/nm更负。绘图200的第三部分206指示通过近岸跨度122和与其相邻的跨度的正色散光纤对于最小色散波长()把累积色散返回到零或接近零色散水平的正色散补偿。最小色散波长在段206中可在信号带宽内部或外部。为了比较，图3还包括与常规系统的一个实施例相关联的色散的绘图208，该常规系统配置成仅与直接检测接收机配合使用。如所示出的，与本公开一致的系统中的色散累积可比与为仅使用直接检测接收机而设计的系统相关联的色散累积大一个数量级。

取决于系统特征和需要，用于优化特定系统的性能的色散累积可改变。然而，通常与本公开一致的系统和方法允许在补偿之前色散累积到至少10000 ps/nm。例如，图4示出了与本公开一致的、为相干和直接检测系统均提供良好性能的色散图402、404、406的三个不同示例。色散图402类似于图3中所示的图。色散图404与色散图402相比被相反地配置，即在近岸跨度120、122处和附近累积负色散而在传输路径中间累积正色散。与图402和404中所示的相比，色散图406涉及更频繁的补偿，但仍允许色散累积到大约20000 ps/nm。

图5A和5B包括Q因子对比发射功率（从发射机）的绘图，其示出与本公开一致的系统在分别结合相干检测和直接检测接收机使用时的性能。特别地，图5A包括绘图502、504、506，其示出使用分别采用未补偿系统（即，没有色散补偿）、包括与本公开一致的色散补偿的系统以及用仅与直接检测接收机配合使用的平坦图（例如，类似于图3中的绘图208）而设计的系统的相干检测接收机的Q因子性能对比发射功率。图5B包括绘图508、510，其示出使用分别采用包括与本公开一致的色散补偿的系统以及用仅与直接检测接收机配合使用的平坦图（例如，类似于图3中的绘图208）而设计的系统的直接检测接收机的Q因子性能对比发射功率。

如图5B中所示的，对于直接检测接收机，与现有技术平坦色散图（绘图510）相比，包括与本公开一致的色散补偿（绘图508）的系统表现得一样好或更好。如图5A中所示，对于相干检测系统，包括与本公开一致的色散补偿（绘图504）的系统表现得比现有技术的平坦色散图系统（绘图506）好，但不如未补偿系统（绘图502）好。因此，在传输路径中不提供色散补偿时，相干检测系统的性能是最好的，但在可包括相干和/或直接检测的系统中，在用与本公开一致的方式补偿色散时对于两种系统性能是最好的。

另外，当在与本公开一致的系统中频谱效率增加时（即，在所传输的波长间隔更近时），与本公开一致的系统的性能优点增加。图6A和6B包括Q因子(dbQ)对比频谱效率的绘图，其示出与本公开一致的系统在分别结合40 Gb/s和100 Gb/s系统中的相干检测使用时的性能。特别地，图6A包括绘图602、604、606，其示出使用分别采用未补偿系统（即，没有色散补偿）、包括与本公开一致的色散补偿的系统以及用仅与直接检测接收机配合使用的平坦图（例如，类似于图3中的绘图208）而设计的系统的40 Gb/s相干检测接收机的Q因子性能对比频谱效率。图6B包括绘图608、610、612，其示出使用分别采用未补偿系统（即，没有色散补偿）、包括与本公开一致的色散补偿的系统以及用仅与直接检测接收机配合使用的平坦图（例如，类似于图3中的绘图208）而设计的系统的100 Gb/s相干检测接收机的Q因子性能对比频谱效率。如所示出的，对于40 Gb/s和100 Gb/s系统，与现有技术平坦色散图（绘图606、612）相比，包括与本公开一致的色散补偿（绘图604、610）的系统表现得越来越好，具有增加的频谱效率。

结合分支光网络，与本公开一致的系统也是有用的。通常，分支光网络可包括沿着主干路径定位的一个或多个分支单元。每个分支单元(BU)可连接到终止于发射和/或接收分支终端的支路（例如，光纤）。每个BU可包括一个或多个光学加入/分出(add/drop)复用器(OADM)。信道或波长可通过OADM来加入光传输系统的主干路径和/或从其分出，以在所选择的信道上从并且向分支终端导引光信号。

在与本公开一致的分支光网络的一个实施例中，可允许大量色散在支路之间的传输路径上累积，但在每个支路处可把色散校正到接近零。例如，图7示出了与本公开一致的示例性分支光网络，其包括通过光信息信道104（为了清楚起见，已经省略了中继器和信息信道的其它元件）耦合的发射机102和接收机106以及通过关联的支路706、708来耦合到信息信道104的第一702和第二分支终端704。所示出的实施例示出了发射机102、接收机106与支路706、708之间的示例性距离。然而，将要理解，仅用示例和易于解释的方式提供这些具体距离，并且可把与本公开一致的系统合并到具有宽泛种类的配置和系统元件之间距离的分支网络。

与本公开一致，可把所示出的从发射机102到接收机106的8600 km光信息信道104视为三个不同段，其中的每段可包括与本公开一致的色散补偿，即与为仅和直接检测配合使用而设计的现有技术平坦图方法相比，可在每段中提供大量的累积色散。例如，图8包括累积色散对比距离的绘图，其示出了与点对点系统关联的与本公开一致的色散图802（类似于图3中所示的图）以及用于图7中所示分支网络的与本公开一致的色散图804。如所示出的，用于分支网络的与本公开一致的图允许支路706、708（即在5160 km处和7740 km处）之间的大的色散累积，但在支路处把色散返回到接近零。特别地，在图7中所示的路径104的段A中，色散累积到大约20000 ps/nm，但在支路706耦合到路径104的位置处（即，在距离发射机5160 km处）返回到接近零，在路径104的段B中，色散累积到大约10000 ps/nm，并且在支路708耦合到路径104的位置处（即，距离发射机大约7740 km）返回到接近零。

图9是在与本公开一致的光通信系统中管理色散的方法的一个方法900的框流程图。所示出的框流程图可被示出和描述为包括特定序列的步骤。然而，将要理解，该序列的步骤仅提供了能如何实施本文所描述的一般功能的示例。所述步骤没必须以所呈现的顺序来执行，除非另有指示。

在图9中所示出的示例性实施例中，通过传输路径把以波长的信号波段内的不同关联波长的多个光信号传输902到接收机。在传输路径的至少一部分中，对于信号波段中的所有波长，允许色度色散累积904到至少10000 ps/nm的最大累积色散。在接收机处把信号波段中波长的至少一个的最大累积色散返回906到接近零。

因此，与本公开一致的系统和方法包括给便于使用直接检测和相干检测接收机的光网络的色散图提供高传输性能。通常，与为已知直接检测系统所设计的现有技术图的相比，色散累积到大得多的量。例如，在一个实施例中，可允许与本公开一致的系统中的色散在其在接收机或支路处被校正到接近零之前累积到至少10000 ps/nm以及在某些实施例中到好几万ps/nm。此类色散图由于大的色散累积而为相干检测提供了良好性能，而只要色散在接收机处被返回到接近零就不显著影响直接检测的性能。

因此，有利地，在没有非线性性能的显著损失的情况下可构建与本公开一致的结合直接检测和相干检测都有用的系统。而且，系统可使用允许易于修复和制造的组分(constituent)光纤和/或高色散跨度来构建。此外，在与本公开一致的系统中，不需要色散的预补偿（在发射终端中），与为仅和直接检测接收机配合使用而设计的现有技术系统相比，这在没有性能损失的情况下允许终端设计的简化以及较低成本。

根据本公开的一方面，因此提供了一种光通信系统，其包括：配置成以波长的信号波段内的不同关联波长发射多个光信号的发射机；配置成接收多个光信号的接收机；以及在发射机与接收机之间延伸的传输路径。传输路径配置成对于信号波段中的所有波长在传输路径的至少一部分中使色散累积到至少10000 ps/nm的最大累积色散，并且在接收机处使信号波段中波长的至少一个的最大累积色散返回到接近零。

根据本公开的另一方面，提供了一种在光通信系统中管理色散的方法，该方法包括：通过传输路径，以波长的信号波段内的不同关联波长将多个光信号传输到接收机；对于信号波段中的所有波长，在传输路径的至少一部分中允许色度色散累积到至少10000 ps/nm的最大累积色散；以及在接收机处把信号波段中波长的至少一个的最大累积色散返回到接近零。

尽管本文中已经描述了本发明的原理，但本领域的技术人员将理解仅以示例的方式而非作为针对本发明的范围的限制来作出该描述。除了本文所示出和描述的示例性实施例之外，在本公开的范围内还预期其它实施例。认为由本领域的技术人员中之一所作的更改和替代在除了随附权利要求之外不受限制的本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种光通信系统，包括：

发射机，配置成以波长的信号波段内的不同关联波长发射多个光信号；

接收机，配置成接收所述多个光信号，所述接收机包括至少一个相干检测接收机和至少一个直接检测接收机；以及

传输路径，在所述发射机与所述接收机之间延伸用于将所述光信号中的至少第一光信号从所述发射机耦合到所述至少一个相干检测接收机并且将所述光信号中的至少第二光信号从所述发射机耦合到所述至少一个直接检测接收机，所述传输路径配置成对于所述信号波段中的每个所述波长在所述传输路径的至少一部分中使色散累积到至少10000 ps/nm的最大累积色散，并且为所述信号波段中的每个所述波长补偿所述最大累积色散以在所述接收机处把所述信号波段中所述波长的至少一个的所述最大累积色散返回到接近零，

由此，从所述发射机耦合到所述至少一个相干检测接收机的所述光信号中的所述至少第一光信号具有至少10000 ps/nm的最大累积色散，并且从所述发射机耦合到所述至少一个直接检测接收机的所述光信号中的所述至少第二光信号具有至少10000 ps/nm的最大累积色散。

2.如权利要求1所述的光通信系统，其中，所述最大累积色散至少是20000 ps/nm。

3.如权利要求1所述的光通信系统，其中，所述最大累积色散大于30000 ps/nm。

4.如权利要求1所述的光通信系统，所述系统还包括耦合在所述传输路径与分支终端之间的至少一个支路，并且其中，所述传输路径还配置成在所述支路耦合到所述传输路径的位置处把所述信号波段中所述波长的所述至少一个的所述最大累积色散返回到接近零。

5.如权利要求1所述的光通信系统，所述系统还包括多个支路，所述支路的每个耦合在所述传输路径与分离的关联分支终端之间，并且其中所述传输路径还配置成在所述支路中之一耦合到所述传输路径的每个位置处把所述信号波段中所述波长的所述至少一个的所述最大累积色散返回到接近零。

6.一种在光通信系统中管理色散的方法，所述方法包括：

通过传输路径以波长的信号波段内的不同关联波长把多个光信号从发射机传输到接收机，所述接收机包括至少一个相干检测接收机和至少一个直接检测接收机，所述传输路径将所述光信号中的至少第一光信号从所述发射机耦合到所述至少一个相干检测接收机并且将所述光信号中的至少第二光信号从所述发射机耦合到所述至少一个直接检测接收机；

对于所述信号波段中的每个所述波长，包括从所述发射机耦合到所述至少一个相干检测接收机的所述光信号中的所述至少第一光信号以及从所述发射机耦合到所述至少一个直接检测接收机的所述光信号中的所述至少第二光信号，在所述传输路径的至少一部分中，允许色度色散累积到至少10000 ps/nm的最大累积色散；以及

为所述信号波段中的每个所述波长补偿所述最大累积色散以在所述接收机处把所述信号波段中所述波长的至少一个的所述最大累积色散返回到接近零。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述最大累积色散至少是20000 ps/nm。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述最大累积色散大于30000 ps/nm。

9.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括：在支路耦合到所述传输路径的位置处，把所述信号波段中所述波长的所述至少一个的所述最大累积色散返回到接近零。

10.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括：在关联支路耦合到所述传输路径的多个位置中的每个处，把所述信号波段中所述波长的所述至少一个的所述最大累积色散返回到接近零。