CN103339878B - 使用偏振分割复用的光学数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光学数据传输方法。在相同采样速率下接收第一数据信号和第二数据信号。使用第一和第二数据信号来生成第三数据信号和第四数据信号，其中两个数据信号以随时间变化的延迟时间而相对于彼此延迟。根据第三数据信号调制第一光信号的相位，并且根据第四数据信号调制具有相同波长的第二光信号的相位。在第一偏振面中向光纤中发送第一光信号，并且在与第一偏振面正交的第二偏振面中向光纤中发送第二光信号。

Description

使用偏振分割复用的光学数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种使用偏振分割复用的光学数据传输方法。

背景技术

在光学数据传输中，可以通过根据传输数据并且根据相应调制方法的星座图来调制光学波长的相位或者相位和幅度来发送数据。星座图的每个点代表待发送的数据比特的有限集合。根据待发送的数据比特的集合，改变光学波长的相位或者相位和幅度以使得所得信号对应于星座图的相应点。这样的调制方法是数字调制方法。相位调制方法的示例是称为正交相移键控(QPSK)的相移键控(PSK)方法，在该方法中，对应星座图的每个点代表两比特。用于调制光信号的相位和幅度的方法的示例是称为16正交调幅(QAM)的方法，在该方法中，对应星座图的每个点代表四比特。

星座图的点所代表的比特集合称为符号。波长的相位改变以及因此产生的符号改变的速率称为符号速率。

为了增加用于经由特定光学波长的这样的调制来发送数据的数据速率，可以利用称为偏振分割复用(PDM)的技术：

-根据第一数据流调制具有特定波长和第一偏振态的第一光信号，

-根据第二数据流调制具有相同的特定波长且具有与第一偏振态正交的第二偏振态的第二光信号，并且

-通过相同光纤发送两个光信号以作为具有相应偏振态的组合光信号，该偏振态是第一和第二偏振态的结果。

在接收侧，可以通过沿着彼此正交的两个偏振态对组合信号所产生的光场采样来获得通过PDM生成的两个光信号。

为了进一步增加数据速率，PDM技术可以应用于不同光学波长的光信号，然后通过相同光纤发送不同光学波长的这些光信号。这称为波分复用(WDM)。

当在理想光纤中发送时，通过PDM生成的组合光信号的偏振态将相对于它在发送器处的值经历旋转，从而使得组合信号的偏振态旋转。在接收侧，可以在沿着两个任意的正交偏振态对接收的组合光信号的光场采样之后来恢复构成组合信号的、具有其各自偏振态的两个发送的光信号。

在通过非理想光纤、在特定偏振态中以特定波长发送光信号时出现的一个效应是称为交叉偏振调制的效应。交叉偏振调制描述生成具有相同波长、但是具有与发送的光信号的特定偏振态正交的另一偏振态的另一光信号。因此，由于交叉偏振调制，第一光信号可能生成第二光信号的偏振态的信号分量，这可能导致第二光信号的退化，并且反之亦然。

称为交叉相位调制的效应描述在通过非理想的相同光纤发送时一个光学波长对另一光学波长的相位的影响。因此，在通过相同非理想光纤发送具有各自波长的多个光信号来执行波分复用(WDM)时，不同光信号可能使彼此的相位退化。

交叉偏振调制和交叉相位调制是由光纤的非线性例如克尔效应引起的传输失真。克尔效应归因于光纤折射率的改变，该改变又由光纤内的发送的信号的信号功率引起。在使用PDM技术的情况下，发送多个信号，其中所发送的信号的每个信号功率具有自己的随机特性。因此，不同信号功率引起的总克尔效应也具有随机特性，因此交叉偏振和交叉相位调制的总传输失真又随时间而变化并且具有随机特性。另外，附加的效应，比如作用于光纤的热应力或者机械应力，可能引起光纤的应力所致双折射，这些双折射又进一步增添传输失真的总随机特性。

在接收具有偏振态(该偏振态是两个正交偏振的光信号的结果)的组合光信号时，常用过程是通过在彼此正交的两个偏振面中对接收的组合光信号采样来生成两个接收的时间离散信号，其中这些采样偏振面未必与接收两个正交偏振光信号时的偏振态相同。可以相对于形成组合光信号的两个光信号的偏振态旋转采样偏振面。通过使用有限冲激响应(FIR)滤波器集合对两个接收的时间离散信号滤波并且因此生成两个滤波的时间离散信号来补偿这一旋转。使用恒定模量算法(CMA)来确定FIR滤波器的滤波系数。两个经滤波的时间离散信号然后用于从它们解调接收的相应时间离散数据信号。

交叉偏振和交叉相位调制效应可能导致所发送的光信号的退化并且因此导致当在接收侧从经滤波的时间离散信号解调数据信号时的比特错误。可以通过在调制光信号之前在发送侧使用前向纠错(FEC)编码算法将数据比特编码成比特块、然后在接收侧根据使用的FEC算法对接收的比特块解码来补偿出现的比特错误。FEC算法仅能校正每块的最大数目的比特错误。

发明人已经观察到在结合使用上述技术来发送数据时，交叉调制和交叉相位调制引起的比特错误数目或者误码率(BER)并不是随时间而恒定的。比特错误的峰值或者BER的峰值被称为比特错误突发。这样的突发又导致可能超过可纠正比特数的FEC块。因此，数据信号的发送的数据比特可能在FEC解码之后在接收侧仍然未得到纠正。

因此，本发明的目的是改进已知的数据传输方法。

文献D1公开了一种系统，在该系统中，在先前使用光学序列来调制光信号之后引入偏振模式色散。

文献D2公开了一种系统，在该系统中，使得具有单个偏振态的单个调制光信号的同相信号分量和正交信号分量相对于彼此延迟，以便实现用于这一单个光信号的这些信号分量的去相关。然后向模拟偏振复用的设备提供具有单个偏振态的单个光信号。这一偏振复用设备取得具有单个偏振态的单个光信号并且在两个正交偏振面上创建单个光信号的两个延迟版本以便对偏振复用仿真。

文献D3公开了一种系统，在该系统中，在接收设备处使用有限冲激响应(FIR)滤波器来执行色散补偿。

发明内容

提出一种光学数据传输方法。该方法包括不同步骤。

在相同采样速率下接收第一时间离散数据信号和第二时间离散数据信号。使用第一数据信号和第二数据信号，在相同采样速率下生成第三时间离散数据信号和第四时间离散数据信号，其中第一数据信号和第二数据信号相对于彼此被延迟一个延迟时间。该延迟时间随时间而变化。

根据第三数据信号调制具有波长并且具有偏振态的第一光信号的相位。根据第四数据信号调制具有该波长并且具有偏振态的第二光信号。最后向光纤中发送第一和第二光信号，从而第一光信号的偏振态与第二光信号的偏振态正交。

为了理解所提出的方法的效果，必须考虑以下事项。如上文已经概括的那样，在使用相位调制和PDM来发送由FEC编码算法提供的多个数据信号时，交叉偏振和交叉相位调制的效应具有导致非恒定BER的随机特性，该非恒定BER可能超过FEC算法在比特错误突发期间用于某些FEC块的FEC算法的能力。

通过在将两个数据信号调制到单独偏振态的两个光信号上之前使这两个数据信号相对于彼此延迟，实现了所得的光信号也相对于彼此延迟。具有正交偏振态的光信号的这样的延迟已知由称为偏振模式色散(PMD)的效应引起。因此，通过使两个数据信号相对于彼此延迟并且通过进一步使该延迟随时间变化，将PMD的仿真实施为具有随机特性的传输失真。这由在时间离散数据信号域中采取的措施实现而不是通过在光信号域中采取措施来实现。作为仿真传输失真的仿真PMD的随机特性改变了总传输失真的总随机特性，因为现在不仅具有其自己的随机特性的交叉偏振和/或交叉相位调制引起传输失真，而且仿真的PMD的随机特性对传输失真的总随机特性有贡献。

由仿真的PMD引起的传输失真是在两个光信号之间的延迟。可以在接收侧使用CMA控制的FIR滤波器来补偿这一延迟。因此，通过改变传输失真的总随机特性来降低比特错误突发的出现概率。因此超过可纠正比特错误数目的FEC块更少。换言之，虽然在两个数据信号之间引入的延迟是附加的传输失真，但是这一传输失真可以在接收侧得到补偿并且同时有助于改变在传输期间出现的所有信号失真的总随机特性以便减少比特错误突发概率。

附图说明

图1示出所提出的光学传输设备的框图。

图2示出光学接收设备的框图。

图3示出根据优选实施方式的提出的光学传输设备的框图。

具体实施方式

图1示出所提出的光学传输设备OTD的框图。光学传输设备OTD包括信号处理单元SPU，该信号处理单元SPU适于接收时间离散数据信号x(k)和时间离散数据信号y(k)，其中k是时间离散索引。两个数据信号x(k)、y(k)是在相同采样速率下接收的。在图1中未示出的FEC编码单元优选地提供数据信号x(k)、y(k)。因此，数据信号x(k)、y(k)优选地是时间离散FEC编码数据信号。

信号处理单元SPU根据数据信号x(k)、y(k)生成进一步的时间离散数据信号x’(k)、y’(k)。信号处理单元SPU包括至少一个延迟元件DE，用于将数据信号x(k)、y(k)相对于彼此延迟一个延迟时间Δt。延迟元件DE优选地是具有数目为N的滤波系数的时间离散有限冲激响应滤波器FIR1。备选地，延迟元件DE是能够将时间离散数据信号延迟该延迟时间Δt的记忆器件。

在图1的示例中，有限冲激响应滤波器FIR1具有三个记忆元件，因此滤波器FIR1的冲激响应h(k)仅有三个滤波系数的长度。示例地选择滤波系数数目N＝3而不应使所提出的方法限于这一数目。

可以使用输入信号x(k)和冲激响应h(k)来描述输出信号x’(k)为：

x′(k)＝x(k)*h(k)。

在输入数据信号x(k)与y(k)之间可以生成的最大时间延迟Δt_MAX等于滤波系数数目N减去1除以信号x(k)、y(k)、x’(k)、y’(k)的采样速率f_SR，即：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{MAX}}=\frac{N-1}{f_{\mathrm{SR}}}.$

冲激响应h(k)的滤波系数h_k满足条件：

$\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h\left(k\right)\right|}^2=1,$

这意味着滤波系数之和等于1。这确保了输入信号x(k)的能量被保留。

优选地，选择冲激响应h(k)的滤波系数使得滤波系数之一等于一而其它滤波系数等于零。通过这一选择，滤波器FIR1将引起两个输入信号x(k)与y(k)之间的单个延迟。

备选地，可以选择冲激响应h(k)的滤波系数，以使得多个滤波系数大于零而仍然上述满足条件：

$\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h\left(k\right)\right|}^2=1.$

这样，滤波器FIR1将引起在两个输入信号x(k)与y(k)之间的分数延迟。

在这一示例中，输入信号y(k)保持不变并且等于输出信号y’(k)。备选地，可以由单独的延迟元件对两个输入信号x(k)、y(k)滤波，以使得它们相对于彼此延迟。

信号处理单元SPU包括控制单元CU，该控制单元控制延迟元件DE，使得延迟时间Δt随时间变化。在延迟元件是有限冲激响应滤波器FIR1的情况下，控制单元CU控制滤波器FIR1的滤波系数，使得由滤波器FIR1引起的延迟时间随时间变化。优选地，延迟时间Δt以比采样速率f_SR明显小得多的频率变化f_Δt，

f_Δt＜＜f_SR。

可以将控制单元CU实施为硬件设备，该硬件设备是信号处理单元SPU的整体部分或者是与信号处理单元分离的设备，在后一种情况下，控制单元CU经由控制接口连接到信号处理单元。

备选地，以在信号处理单元上运行的软件的方式实施控制单元。

向光学调制单元OMU提供时间离散输出数据信号x’(k)和y’(k)。光学调制单元OMU包括至少一个数字模拟转换器DAC1、DAC2，用于将时间离散输出数据信号x’(k)转换成模拟电数据信号ex’(t)并且用于将时间离散输出数据信号y’(k)转换成模拟电数据信号ey'(t)。

光学调制单元OMU在光学接口OIF1处接收光信号OS。光信号OS由优选为激光器的光源设备OSD生成和提供。生成和提供光信号OS以使得光信号具有单个固定波长并且使得它具有单个偏振态。

光学调制单元OMU包括分光设备OSP，用于将光信号OS拆分成向光学调制设备MZM1提供的光信号os1(t)和向另一光学调制设备MZM2提供的光信号os2(t)。拆分光信号OS以使得光信号os1(t)和os2(t)具有与光信号OS相同的波长和相同的偏振态。备选地，拆分光信号OS以使得光信号os1(t)和os2(t)具有相同波长和彼此正交的偏振态。

在光学调制设备MZM1处，根据模拟电数据信号ex'(t)并且根据相移键控调制方法调制光信号os1(t)的相位。因此，根据用来生成模拟电数据信号ex'(t)的时间离散数据信号x’(k)调制光信号os1(t)。光学调制设备MZM1优选地是Mach-Zehnder(马赫曾德尔)调制器。光信号os1(t)被调制为保留它的偏振态。调制的结果是在光学调制设备MZM1的输出处提供的光信号osm1(t)。

在光学调制设备MZM2处，根据模拟电数据信号ey’(t)并且根据相移键控调制方法调制光信号os2(t)的相位。因此，根据用来生成模拟电数据信号ey'(t)的时间离散数据信号y’(k)调制光信号os2(t)。光学调制设备MZM2优选地是Mach-Zehnder调制器。光信号os2(t)被调制为保留它的偏振态。调制的结果是在光学调制设备MZM1的输出处提供的光信号osm2(t)。

光学调制单元OMU向光学接口OIF提供经调制的光信号osm1(t)和经调制的光信号osm2(t)。光学接口OIF包括偏振光合束器PBC。偏振光合束器PBC通过在光信号osm1(t)和光信号osm2(t)中的至少一个光信号的偏振态下旋转该至少一个光信号以使得光信号osm1(t)、osm2(t)的偏振态彼此正交来将光信号osm1(t)与光信号osm2(t)组合成组合输出信号osm(t)。备选地，在光信号osm1(t)和光信号osm2(t)进入偏振光合束器PBC之前，光信号osm1(t)和光信号osm2(t)具有彼此正交的偏振态，并且偏振光合束器PBC将光信号osm1(t)与osm2(t)组合成组合光学输出信号osm(t)，以使得各自偏振态的正交性得以保留。因此，组合光学输出信号osm(t)是如下光信号，该光信号包含具有正交偏振态的两个光信号osm1(t)、osm2(t)。

光信号osm1(t)和osm2(t)优选地具有正交偏振态，这些正交偏振态是线性偏振态。备选地，光信号osm1(t)和osm2(t)具有正交偏振态，这些正交偏振态是圆形偏振态。作为更进一步的备选方案，光信号osm1(t)和osm2(t)具有正交偏振态，这些正交偏振态是椭圆偏振态。

然后在光学接口OIF的输出OP处向光纤中发送光学输出信号osm(t)。

如先前已经概括的那样，通过将时间离散输入数据信号x(k)和y(k)相对于彼此延迟可变延迟时间Δt的优点是也相对于彼此延迟所得的光信号，这已知由PMD引起。因此，实施具有随机特性的PMD的仿真，这改变传输失真的总随机特性，因为现在不仅具有其自身的随机特性的交叉偏振和交叉相位调制引起传输失真而且仿真的PMD的随机特性对传输失真的总随机特性有贡献。因此，通过改变信号失真的总随机特性来降低比特错误突发的出现概率。因此存在超过可纠正比特错误数目的更少的FEC块。

也可以在从“G.P.Agrawal，Fiber-OpticCommunicationSystems，NewYork，Wiley，1992”以及“RoleofQ-FactorandofTimeJitterinthePerformanceEvaluationofOpticallyAmplifiedTransmissionSystems，F.MateraandM.Settembre，IEEEJOURNALOFSELECTEDTOPICSINQUANTUMELECTRONICS，VOL.6，NO.2，2000年3月/4月”已知的并且考虑误码率(BER)的Q因子方面表达效果为：

$Q=\sqrt{2}{\mathrm{erfc}}^{-1}\left(\mathrm{BER}\right).$

Q因子的对数值

20log10(Q)

在不存在非线性失真时与光学传输系统中的发送的光信号的信噪比(SNR)几乎线性相关。在存在比如克尔效应的非线性效应时，功率越高，非线性失真就越有害。对于给定的功率和SNR，与不将信号x(k)和y(k)相对于彼此延迟相比较，在使用所提出的方法时实现更低数目的未纠正块和提高的Q因子。因此，传输系统可以相对于FEC阈值用更高Q因子更可靠地操作或者用于在更长距离内传播。

由仿真的PMD引起的信号失真是在两个光信号之间的延迟。可以在接收侧使用CMA控制的FIR滤波器来补偿这一延迟。在图2中示出这样的接收设备的示例。

图2示出接收光信号osm’(t)的光学接收单元ORU。光信号osm’(t)是光信号osm(t)通过光纤OF的传输所产生的信号。

光学接收单元ORU包括至少一个光电转换设备OEC。光电转换设备OEC在彼此正交的两个偏振面中对接收的光信号osm’(t)采样。通过在一个偏振面中对光信号osm’(t)采样，光电转换设备OEC生成时间离散电信号ux(1)。通过在另一偏振面中对光信号osm’(t)采样，光电转换设备OEC生成时间离散电信号uy(1)。光电转换设备OEC优选地包括至少一个模数转换器。

如先前已经概括的那样，由于通过光纤OF传输，组合信号分量os1(t)与os2(t)所产生的组合信号osm(t)的光场的偏振态可以相对于它在发送侧的值旋转。在其中对接收的信号osm’(t)采样的正交偏振面不是必须与信号分量os1(t)和os2(t)到达接收侧时的偏振面相同。

光电转换设备OEC向数据处理单元DPU提供时间离散电信号ux(1)和uy(1)。数据处理单元DPU提供至少四个有限冲激响应滤波器F1、F2、F3、F4，这些滤波器都具有M个滤波系数的滤波器长度。

数据处理单元DPU向滤波器F1和F3提供电信号ux(1)并且向滤波器F2和F4提供电信号uy(1)。将滤波器F1和F2的输出信号组合成输出电信号s’x(1)。将滤波器F3和F4的输出信号组合成输出电信号s’y(1)。输入电信号ux(1)和uy(1)以及输出电信号s’x(1)和s’y(1)在数据处理单元DPU中用于确定滤波器F1、F2、F3、F4的滤波系数。

如在“DigitalCoherentOpticalReceivers：AlgorithmsandSubsystems，SebJ.Savory，IEEEJOURNALOFSELECTEDTOPICSINQUANTUMELECTRONICS，VOL.16，NO.5，SEPTEMBER/OCTOBER20102”中描述的那样，使用CM算法来确定滤波器F1、F2、F3、F4的滤波系数。这一算法确定滤波器F1、F2、F3、F4的滤波系数，以使得具有其分量os1(t)和os2(t)的组合光信号osm(t)的偏振态相对于采样偏振面的旋转得到补偿。因此，所得的电信号s’x(1)和s’y(1)可以用于从它们解调相应数据信号以便获得发送的数据信号x(k)和y(k)的估计。该解调可以由在图2中未示出的解调单元执行。然后可以向在图2中未示出的FEC解码单元提供发送的数据信号x(k)和y(k)的这些估计，以用于从数据信号x(k)和y(k)的估计中获得相应数据流。

必须考虑到CM算法能够确定滤波器F1、F2、F3、F4的滤波系数同样使得由光纤本身的PMD引起的信号分量os1(t)与os2(t)之间的延迟时间Δt得以补偿。另外，通过观察附图必须考虑到CM算法也可以补偿延迟元件FIR1在发送侧的相应数据信号x(k)与y(k)之间引起的延迟时间Δt。因此，如上文先前已经概括的那样，由图1中所示的延迟元件FIR1引起的延迟时间Δt有助于改变信号失真的总随机特性，但是可以在比如光学接收单元ORU的接收单元处被补偿。

CM算法能够补偿的最大延迟时间Δt_MAX-COMP由滤波器F1、F2、F3、F4的滤波系数的数目M和对光信号osm'(t)采样的采样速率f_OSR定义为：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{MAX}-\mathrm{COMP}}=\frac{M-1}{f_{\mathrm{OSR}}}.$

由于图2中所示的光纤OF本身受到引起平均时间延迟Δt_PMD-OF的PMD，所以必须保持在发送侧引起的时间延迟Δt在预定义阈值Δt_THRESH以下。

由于由光纤和发送侧的滤波器FIR1引起的时间延迟Δt_THRESH和Δt_PMD-OF各自经历具有相应方差的随机过程，所以这些随机过程之和具有可以表达为下式的方差

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Σ}}^2={\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Δt}}^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Δt}-\mathrm{PMD}-\mathrm{OF}}^2.$

因此，总时间延迟Δt_SUM可以表达为：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{SUM}}^2={\mathrm{\Δt}}^2+{{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{PMD}-\mathrm{OF}}}^2.$

因此，可以根据平均时间延迟Δt_PMD-OF和CM算法可以补偿的最大延迟时间Δt_MAX-COMP得出总阈值Δt_THRESH。然后可以将该预定义的阈值Δt_THRESH表达为：

${\mathrm{\&Delta;t}}_{\mathrm{THRESH}}<\sqrt{{{\mathrm{\&Delta;t}}_{\mathrm{MAX}-\mathrm{COMP}}}^2-{{\mathrm{\&Delta;t}}_{\mathrm{PMD}-\mathrm{OF}}}^2}.$

为了让预定义的阈值Δt_THRESH现成用于向图1中所示的控制单元CU指示哪个是用于滤波器FIR所生成的时间延迟Δt的最大可允许值，备选的解决方案是可能的。根据第一备选解决方案，从外部源向控制器单元CU提供预定义的阈值Δt_THRESH。根据第二备选解决方案，向控制单元提供平均时间延迟Δt_PMD-OF和最大延迟时间Δt_MAX-COMP，然后控制单元本身确定预定义的阈值Δt_THRESH。

取代向控制单元CU提供平均时间延迟Δt_PMD-OF，控制单元CU可以接收由光纤OF以及传输部件(比如放大器和开关)引起的总时间延迟的指示，然后控制单元CU使用这一总时间延迟作为平均时间延迟Δt_PMD-OF以用于确定预定义的阈值Δt_THRHSH。

取代向控制单元CU提供最大延迟时间Δt_MAX-COMP，控制单元CU可以接收滤波器系数的数目M以及对光信号osm’(t)采样时的采样速率f_OSR的指示，然后控制单元CU本身确定最大延迟时间Δt_MAX-COMP。

根据平均时间延迟Δt_PMD-OF和最大延迟时间Δt_MAX-COMP，控制单元CU可以如上文说明的那样确定预定义的阈值Δt_THRESH。

如先前已经提到的那样，延迟时间Δt优选地以比数据信号x(k)和y(k)的采样速率f_SR明显更小的频率f_Δt变化，

f_Δt＜＜f_SR。

对于变化频率f_Δt的这一选择的优点在于，图2中所示的光学接收单元ORU将接收信号ux(1)、uy(1)的多个值，这些信号受到在发送侧引起的相同的延迟时间Δt。CM算法将能够使用信号ux(1)、uy(1)的这一数目的值以用于确定滤波器F1、F2、F3、F4的滤波系数，而无需应对延迟时间Δt在信号ux(1)、uy(1)的这一数目的值的持续时间内的变化。这将使得CM算法可以确定滤波器F1、F2、F3、F4的滤波系数，以使得它们在信号ux(1)、uy(1)的这一数目的值的持续时间期间收敛至优化值。

图3示出根据一个优选实施方式的光学传输设备OTD。该光学传输设备OTD包括如先前关于图1描述的光源设备OSD、光学调制单元OMU和光学接口OIF。另外，该光学传输设备OTD包括光信号处理单元SPU’。

光信号处理单元SPU'接收数据信号x(k)和y(k)。光信号处理单元SPU’包括至少两个延迟元件DE1和DE3，用于通过延迟输入数据信号x(k)而将输入数据信号x(k)和y(k)相对于彼此延迟。光信号处理单元SPU'还可以包括其他两个延迟元件DE2和DE4，用于通过延迟输入数据信号y(k)而将输入数据信号x(k)和y(k)相对于彼此延迟。

向延迟元件DE1和DE3提供数据信号x(k)。延迟元件DE1提供输出数据信号x1(k)，并且延迟元件DE3提供输出数据信号x2(k)。

向延迟元件DE2和DE4提供数据信号y(k)。延迟元件DE2提供输出数据信号y1(k)，并且延迟元件DE4提供输出数据信号y2(k)。优选地，光信号处理单元SPU'不包括延迟元件DE2和DE4，在该情况下，输出数据信号y1(k)和y2(k)等于输入数据信号y(k)。

输出数据信号x’(k)被确定为输出数据信号x1(k)与y1(k)之和。输出数据信号y’(k)被确定为输出数据信号x2(k)与y2(k)之和。

如先前关于图1中所示实施方式描述的那样，控制单元CU控制由延迟元件DE1、DE2、DE3、DE4引起的延迟，使得延迟随时间变化。优选地，以相应有限冲激响应滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的形式提供延迟元件DE1、DE2、DE3、DE4，其中有限冲激响应滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的滤波系数h11(k)、h12(k)、h13(k)、h14(k)由控制单元CU控制。有限冲激响应滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14具有长度N。

滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的滤波系数h11(k)、h12(k)、h13(k)、h14(k)优选地遵循条件：

${\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|h_{11}\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{12}\left(k\right)\right|}^2=1,$ 以及

${\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|h_{13}\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{14}\left(k\right)\right|}^2=1,$

以便将输入信号x(k)和y(k)的能量分布到输出信号x’(k)和y’(k)上，使得信号x(k)和y(k)的能量得以保留。

另外，优选地选择滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的滤波系数h11(k)、h12(k)、h13(k)、h14(k)，以使得输出信号x’(k)和y’(k)所产生的光信号彼此正交。

由延迟元件DE1、DE2、DE3、DE4引起的延迟引起输入信号x(k)与y(k)之间的延迟。先前已经在本申请的引言部分中关于图1的实施方式具体描述了这一点的效果(achievement)，这一点的效果是在光学传输期间信号失真的总随机特性的改变。

通过将信号x1(k)与y1(k)求和成信号x’(k)并且通过将信号x2(k)与y2(k)求和成信号y’(k)来获得又一效果。因此，输入信号x(k)对输出信号y’(k)有贡献并且输入信号y(k)对输出信号x’(k)有贡献。

效果在于，在数据信号域中执行的这些贡献等效于图1中所示的在光信号域中光信号osm1(t)对光信号osm2(t)的贡献并且反之亦然。由于滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的滤波系数遵循上述条件，所以在数据信号域中执行的这些贡献等效于在光信号域中光信号osm1(t)和osm2(t)对彼此的贡献，从而具有其分量osm1(t)和osm2(t)的组合光信号osm(t)的偏振态的旋转被仿真。换言之，如果满足滤波系数的上述条件，则输入信号x(k)和y(k)的叠加允许对具有其分量osm1(t)和osm2(t)的组合光信号osm(t)的偏振态的旋转的仿真。

通过使滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的滤波系数随时间变化，控制单元CU也能够改变对组合光信号osm(t)的偏振态的旋转的仿真。因此，通过使滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的滤波系数随时间变化，不仅滤波器FIR11、FIR12、FIR13、FIR14的延迟所引起的随机特性对传输失真的总随机特性有贡献，而且组合光信号osm(t)的偏振态的仿真旋转所引起的又一随机特性对传输失真的总随机特性有贡献。因此，用于生成输出信号x’(k)和y’(k)的输入信号x(k)和y(k)的叠加给予用于改变传输失真的总随机特性的进一步的自由度，这又有助于减少在传输期间的比特错误突发概率。

图2中所示的光学接收单元ORU执行的CM算法可以补偿组合光信号osm(t)的偏振态的仿真旋转。

本领域技术人员将容易认识各种上述方法的步骤可以由编程的计算机或者处理器执行。说明书和附图仅举例说明本发明的原理。因此将理解本领域技术人员能够设计虽然这里未明确描述或者示出、但是体现本发明的原理并且在本发明的精神实质和范围内包括的各种布置。另外，这里记载的所有示例主要明确地旨在仅用于示范目的以帮助读者理解本发明的原理和发明人贡献的用于发展本领域的概念并且将解释为不限于这样的具体记载的示例和条件。另外，这里记载本发明的原理、方面和实施方式及其具体示例的所有陈述旨在于涵盖其等效物。

图1、图2和图3中所示的各种单元，包括标注为“处理器”、备选地称为“处理设备”、“处理单元”或者“控制单元”的任何功能块，可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件关联执行软件的硬件提供这些单元的功能。在由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个个别处理器提供，这些个别处理器中的一些处理器可以被共享。另外，不应将术语“处理器”或者“控制单元”的明确使用仅解释为指代能够执行软件的应用，而是可以隐含地包括而但限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储装置。也可以包括其它常规和/或定制硬件。

本领域技术人员应当理解，这里的任何框图代表体现本发明的原理的示例性电路装置的概念视图。

Claims (10)

1.一种光学数据传输的方法，包括：

-在相同采样速率下接收第一时间离散数据信号(x(k))和第二时间离散数据信号(y(k))，

-使用所述第一时间离散数据信号(x(k))和所述第二时间离散数据信号(y(k))，在所述采样速率下生成第三时间离散数据信号(x’(k))和第四时间离散数据信号(y’(k))，其中所述第一时间离散数据信号(x(k))和所述第二时间离散数据信号(y(k))以随时间变化的延迟时间而相对于彼此延迟，

-根据所述第三时间离散数据信号(x’(k))来至少调制具有波长、并且具有偏振态的第一光信号(os1(t))的相位，

-根据所述第四时间离散数据信号(y’(k))来至少调制具有所述波长和偏振态的第二光信号(os2(t))的相位，

-向光纤中发送经调制的第一光信号(osm1(t))和经调制的第二光信号(osm2(t))，从而使得所述经调制的第一光信号(osm1(t))的偏振态与所述经调制的第二光信号(osm2(t))的偏振态正交；

其中所述延迟时间保持在预定义的阈值以下，并且所述预定义的阈值根据平均时间延迟(Δt_PMD-OF)和恒定模量算法(CMA)能够补偿的最大延迟时间(Δt_MAX-COMP)而得出。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中通过使用至少一个有限冲激响应滤波器(FIR1)对所述第一时间离散数据信号和所述第二时间离散数据信号(x(k)，y(k))中的至少一个时间离散数据信号滤波，来将所述第一时间离散数据信号(x(k))和所述第二时间离散数据信号(y(k))相对于彼此延迟。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中所述有限冲激响应滤波器(FIR1)的滤波系数随时间而变化。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中所述第一时间离散数据信号和所述第二时间离散数据信号(x(k)，y(k))中的至少一个时间离散数据信号由所述有限冲激响应滤波器(FIR1)滤波，

并且其中所述有限冲激响应滤波器(FIR1)的滤波系数被选择为使得经滤波的信号的能量得以保留。

5.根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的方法，

其中所述延迟时间以显著小于所述采样速率的变化频率而变化。

6.根据权利要求1至2中的任一权利要求所述的方法，

其中使用至少两个延迟元件(DE1，DE3)来将所述第一时间离散数据信号(x(k))和所述第二时间离散数据信号(y(k))相对于彼此延迟，

其中所述第一时间离散数据信号(x(k))和所述第二时间离散数据信号(y(k))对所述第三时间离散数据信号(x’(k))有贡献，

并且其中所述第一时间离散数据信号(x(k))和所述第二时间离散数据信号(y(k))对所述第四时间离散数据信号(y’(k))有贡献。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中所述延迟元件(DE1，DE3)是有限冲激响应滤波器(FIR11，FIR13)，

并且其中所述有限冲激响应滤波器(FIR11，FIR13)的滤波系数被选择为使得所述第一时间离散数据信号(x(k))和所述第二时间离散数据信号(y(k))的能量得以保留。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中所述有限冲激响应滤波器(FIR11，FIR13)的所述滤波系数被选择为使得因所述第三时间离散数据信号(x’(k))和所述第四时间离散数据信号(y’(k))而产生的所述光信号(osm1(t)，osm2(t))彼此正交。

9.一种光学传输设备(OTD)，包括：

-信号处理单元(SPU，SPU’)，适于：

○在相同采样速率下接收第一时间离散数据信号和第二时间离散数据信号，

○使用所述第一时间离散数据信号和所述第二时间离散数据信号，在所述采样速率下生成第三时间离散数据信号和第四时间离散数据信号，使得所述第一时间离散数据信号和所述第二时间离散数据信号以随时间可变化的延迟时间而相对于彼此延迟，以及

-光学调制单元(OMU)，适于：

○根据所述第三时间离散数据信号来调制具有波长、并且具有偏振态的第一光信号的相位，以及

○根据所述第四时间离散数据信号来调制具有所述波长、并且具有偏振态的第二光信号的相位，以及

-光学接口(OIF)，适于向光纤中发送经调制的第一光信号和经调制的第二光信号，从而使得所述经调制的第一光信号的偏振态与所述经调制的第二光信号的偏振态正交；

其中所述延迟时间保持在预定义的阈值以下，并且所述预定义的阈值根据平均时间延迟(Δt_PMD-OF)和恒定模量算法(CMA)能够补偿的最大延迟时间(Δt_MAX-COMP)而得出。

10.根据权利要求9所述的光学传输设备(OTD)，

其中所述信号处理单元(SPU，SPU’)还适于通过使经延迟的第一时间离散数据信号和经延迟的第二时间离散数据信号叠加来生成所述第三时间离散数据信号和所述第四时间离散数据信号。