CN103580758A - 用于监视光传输线的偏振相关特性的光传输系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于监视光传输线的偏振相关特性的光传输系统和方法。该方法包括：通过光传送器控制与所传送的信号相对应的电场信息信号，扫描光信号的光频；通过光传送器控制与第一所传送的信号相对应的第一电场信息信号和与第二所传送的信号相对应的第二电场信息信号的混合，针对光信号的各个频率提供不同偏振态；当光传送器扫描光信号的频率时，通过光接收器基于与不同偏振态相对应的所接收的电场信息项来计算光传送器与光接收器之间的光传输线的偏振相关特性，针对光信号的各个频率获得与不同的频率相对应的偏振相关特性；以及，采用光接收器基于偏振相关特性来获得光传输线的偏振态的统计信息。

Description

用于监视光传输线的偏振相关特性的光传输系统和方法

技术领域

本文中所讨论的实施例涉及一种用于监视光传输线的偏振相关特性的光传输系统和方法。

背景技术

为了实现长距离和大容量传输系统，已经研究并且开发了一种用于通过使用数字信号处理来传送光信号的技术。使用数字信号处理的光传送器可以生成期望的调制格式的光信号。例如，如果生成多值调制格式（正交相移键控（QPSK）、16正交调幅（QAM）至256QAM等）的光信号，则增加针对每个符号所传送的比特的数量。通过使用数字信号处理还可以实现多载波传输（正交频分复用（OFDM）、奈奎斯特波分复用（NyquistWDM）等）。另一方面，光接收器可以通过使用数字信号处理来补偿所接收的光信号的波形失真。其已知示例是一种用于通过使用数字信号处理来补偿由于色散等的波形失真的方法。

提出了一种用于基于在通过使用数字信号处理来均衡所接收的信号的波形的处理中的数字滤波器的收敛态，监视光传输线的状态的方法。所提出的方法监视由于偏振模色散（PMD）和偏振相关损耗（PDL）所导致的正交偏振之间的差分群延迟（DGD）、色散等。（例如，Md.SaifuddinFaruk等,“Multi-Impairments Monitoring from the Equalizer in aDigital Coherent Optical Receiver”，ECOC2010,paper Th.10.A.1,2010,以及G.Bosco等,“Joint DGD,PDL and Chromatic DispersionEstimation in Ultra-Long-Haul WDM Transmission Experiments withCoherent Receivers”,ECOC2010,paper Th.10.A.2,2010）。

在光传输系统中，作为现有技术提出了一种用于通过使用已知信号来估计光信号的状态的方法。在光纤通信系统中，提出了一种用于根据相干频谱分析来测量偏振模色散的方法。此外，提出了一种用于基于使用数字均衡滤波器所获得的均衡电场数据来计算光信号的质量的监视电路。此外，提供了一种光放大器中继传送系统，在该系统中，抑制由于温度改变导致的光纤传输线的色散的改变。（日本早期公开专利公布第2010-268390号、第2004-138615号、第2009-198364号以及第8-274713号）。

由于PMD和/或PDL所导致的光信号的波形退化依赖于光传输线的偏振态。但是，光传输线的偏振态不是固定的并且依赖于各种因子而改变。例如，光传输线的偏振态依赖于光传输线的温度、在光纤上所施加的应力等而改变。因此，难以确定与光传输线的偏振态相关的最差条件。

另一方面，为了增强光传输系统的可靠性，考虑光传输线的最差条件来设计光传输系统。但是，如上所述，难以确定与光传输线的偏振态相关的最差条件。因此，有时光传输系统被设计为具有过量容限（excessmargin）。这导致了光传输线上的光中继器的数量的增加。

长时间段监视光传输线的偏振态允许确定与偏振态有关的最差条件。如果基于因此所确定的最差条件来确定用于控制光传输系统的操作的参数，则可以实现高质量通信。但是，花费长时间段构建光传输系统是不可取的。

实施例的目的是在短时间内测量光传输线的特性。

发明内容

根据实施例的方面，一种方法包括：通过光传送器控制与所传送的信号相对应的电场信息信号，扫描光信号的光频；通过光传送器控制与第一所传送的信号相对应的第一电场信息信号和与第二所传送的信号相对应的第二电场信息信号的混合，针对光信号的各个频率提供不同偏振态；当光传送器扫描光信号的频率时，通过光接收器基于与不同偏振态相对应的所接收的电场信息项来计算光传送器与光接收器之间的光传输线的偏振相关特性，针对光信号的各个频率获得与不同频率相对应的偏振相关特性；以及采用光接收器基于偏振相关特性来获得光传输线的偏振态的统计信息。

附图说明

图1是示出实施例的光传输系统的配置的图；

图2是示出数字信号处理器的操作的图；

图3A和3B是示出符号映射器的操作的图；

图4是示出频率控制器的配置和操作的图；

图5是示出偏振控制器的配置和操作的图；

图6是示出传送器前端电路的示例的图；

图7是示出接收器前端电路的示例的图；

图8是示出均衡器的示例的图；

图9是示出光传输线的建模的图；

图10是示出用于估计光传输线的偏振态的处理的流程图；

图11是示出由DGD监视器所获得的DGD值的分布的示例的图；

图12是示出用于设置光传输系统的通信设备的参数的处理的流程图；

图13是示出光接收器的参数的优化的示例的图；

图14是示出光中继器的参数的优化的示例的图。

具体实施方式

实施例的目的是测量光传输系统中的光传输线的特性，该特性依赖于短时间内光传输线的偏振态，诸如PMD和PDL，（尤其依赖于光传输线的最差条件）。

图1示出了根据实施例的光传输系统1的配置。该实施例的光传输系统1包括光传送器2和光接收器3。由光传送器2所生成的光信号通过光传输线4被传送至光接收器3。光传输线4由光纤电缆所构成。光传输系统1可以具有在光传送器2与光接收器3之间的光中继器5。在这种情况下，多个光中继器5可以被设置在光传送器2与光接收器3之间。

光传送器2包括数字信号处理器（DSP）11、数字-模拟转换器16以及传送器前端电路17。光传送器2的配置不限于图1中所示的配置；光传送器2可以具有另外的电路元件。

数字信号处理器11生成与所传送的信号相对应的电场信息信号。数字信号处理器11包括一个或更多个执行数字计算的处理器以及存储器。数字信号处理器11可以包括用于对数字信号进行处理的硬件电路。

数字信号处理器11包括符号映射器12、频率控制器13、偏振控制器14以及控制器15。符号映射器12、频率控制器13、偏振控制器14以及控制器15的功能可以由例如大规模集成（LSI）电路所实现，或可以被提供为由一个或更多个处理器所执行的软件程序。

符号映射器12根据所传送的信号的比特流、依赖于所指定的调制格式来生成电场信息信号。例如，当调制系统是QPSK时，根据2比特数据生成代表一个符号的电场信息信号。频率控制器13通过控制电场信息信号来控制光信号的频率。偏振控制器14通过控制电场信息信号来控制光信号的偏振态。控制器15控制符号映射器12、频率控制器13以及偏振控制器14的操作。

数字-模拟转换器16将从数字信号处理器11所输出的电场信息信号转换为模拟信号。传送器前端电路17根据从数字-模拟转换器16所输出的电场信息信号来生成光信号。

光接收器3包括接收器前端电路21、模拟-数字转换器22以及数字信号处理器（DSP）23。光接收器3的配置不限于图1中所示的配置；光接收器3可以具有另外的电路元件。

接收器前端电路21生成与从光传送器2所传送的光信号相对应的电信号。此电信号指示所接收的光信号的电场信息。换言之，接收器前端电路21生成电场信息信号，该电场信息信号包括与所接收的光信号相对应的幅度和相位信息。模拟-数字转换器22将从接收器前端电路21所输出的电信号转换为数字信号。

数字信号处理器23对从模拟-数字转换器22所输出的信号进行处理。换言之，数字信号处理器23对指示所接收的光信号的电场信息的数字信号进行处理。在此，数字信号处理器23包括一个或更多个执行数字计算的处理器、以及存储器。数字信号处理器23还可以包括用于对数字信号进行处理的硬件电路。

数字信号处理器23包括均衡器24、跟踪部25、解调器26、DGD监视器27以及控制器28。均衡器24、跟踪部25、解调器26、DGD监视器27以及控制器28的功能可以由例如LSI电路所实现，或可以被提供为由一个或更多个处理器所执行的软件程序。

尽管未特别地限制，但是均衡器24对由接收器前端电路21所生成的电信号的波形成形。均衡器24由例如数字滤波器所实现。均衡器24可以对信号波形成形以便补偿（或抑制）例如色散和偏振模色散。跟踪部25对所接收的信号的载波频率和光学相位进行跟踪。解调器26对被映射到电场信息的传输数据进行解调以再生所传送的信号。解调器26执行与由符号映射器12所进行的调制相对应的解调。

DGD监视器27基于从模拟-数字转换器22所输出的信号（即，指示所接收的光信号的电场信息的数字信号），监视在光传输线4中所生成的差分群延迟（DGD）。DGD是指示光传输线4的偏振相关特性的参数的示例。尽管以下关注于作为偏振相关特性的DGD进行了描述，但是作为偏振相关特性可以监视PDL。

控制器28基于由DGD监视器27所获得的监视结果来控制均衡器24的操作。控制器28还可以基于由DGD监视器27所获得的监视结果来控制光中继器5的操作。此外，当DGD监视器27正在监视DGD时，控制器28将操作指示提供至光传送器2的控制器15。然后，光传送器2的控制器15依照操作指示来控制符号映射器12、频率控制器13以及偏振控制器14的操作。

例如，在客户端数据从光传送器2被传送至光接收器3之前，以上构造的光传输系统1测量光传输线4的偏振相关特性。此测量由DGD监视器27所执行。依赖于测量结果来设置或调整光传输系统1的通信参数。

图2是示出数字信号处理器11的操作的另一个图。在图2中，符号映射器12依赖于所指定的调制系统、根据所传送的信号的比特流来生成电场信息信号。例如，可以从客户端输入所传送的信号。

频率控制器13被给予第一监视信号和第二监视信号。第一监视信号和第二监视信号是各自指示电场信息的电的电场信息信号（稍后将详细描述）。例如，在数字信号处理器11的内部生成第一监视信号和第二监视信号。频率控制器13可以通过对第一监视信号和第二监视信号进行处理来控制光传送器2输出的光信号的频率。偏振控制器14可以通过对来自频率控制器13的输出信号进行处理来控制光传送器2输出的光信号的偏振。

开关18依照控制器15的指示来选择从符号映射器12所输出的电场信息信号和来自偏振控制器14的输出信号中的一个。当光传输系统1将客户端数据从光传送器2传送至光接收器3时，开关18选择从符号映射器12所输出的电场信息信号。当光传输系统1监视光传输线4的偏振态时，开关18选择来自偏振控制器14的输出信号。

为了采用图1中的配置实现图2中所示的操作，如下地控制符号映射器12、频率控制器13以及偏振控制器14。当光传输系统1监视光传输线4的偏振态时，符号映射器12停止调制操作并且将与第一监视信号和第二监视信号相对应的电场信息信号输出。频率控制器13通过对这些电场信息信号进行处理来控制光信号的频率。偏振控制器14通过对从频率控制器13所输出的电场信息信号进行处理来控制光信号的偏振。因此，在这种情况下，数字信号处理器11输出由频率控制器13和偏振控制器14所处理的电场信息信号。

另一方面，当光传输系统1传送客户端数据时，符号映射器12根据与客户端数据相对应的所传送的信号来生成电场信息信号。此时，频率控制器13和偏振控制器14停止操作。因此，在这种情况下，数字信号处理器11生成与所传送的信号相对应的电场信息信号，并且输出该电场信息信号。

图3A和3B是示出符号映射器12的操作的图。在此，假定光传送器2生成偏振多路复用的光信号并且传送该信号。在这种情况下，符号映射器12根据所传送的信号的集合（所传送的信号H和所传送的信号V）来生成电场信息信号的集合（电场信息信号H和电场信息信号V）。通过将一个所传送的信号布置在两条平行的线上来生成所传送的信号H和所传送的信号V。

在数据传输时，如图3A所示，符号映射器12根据所传送的信号H生成电场信息值H_I和H_Q，并且根据所传送的信号V生成电场信息值V_I和V_Q。值H_I和H_Q分别代表电场信息信号H的I分量（实部）和Q分量（虚部）。类似地，值V_I和V_Q分别代表电场信息信号V的I分量和Q分量。在图3A中所示的示例中，尽管QPSK被指定为调制格式，但是可以使用另外的调制系统（例如，多值正交幅度调制（M-QAM）或OFDM）。

在这种情况下，以两个比特的间隔对所传送的信号H进行分割，并且根据每个2比特数据生成一个符号。在此示例中，如果2比特数据是“11”，则从符号映射器12输出“H_I=1”和“H_Q=1”。类似地，对于“01”，输出“H_I=-1”和“H_Q=1”；对于“00”，输出“H_I=-1”和“H_Q=-1”；以及对于“10”，输出“H_I=1”和“H_Q=-1”。

类似地，还以两个比特的间隔对所传送的信号V进行分割，并且根据每个2比特数据生成一个符号。在此示例中，如果2比特数据是“11”，则从符号映射器12输出“V_I=1”和“V_Q=1”。类似地，对于“01”，输出“V_I=-1”和“V_Q=1”；对于“00”，输出“V_I=-1”和“V_Q=-1”；以及对于“10”，输出“V_I=1”和“V_Q=-1”。

光传送器2不必须使用偏振多路复用。当光传送器2传送单一偏振光信号时，符号映射器12根据所传送的信号来生成电场信息值H_I和H_Q。在这种情况下，输出“0”作为电场信息值V_I和V_Q。

当监视器处于操作中时，符号映射器12输出与在其中固定了符号值的信号相对应的电场信息信号。例如，如图3B中所示，符号映射器12输出“H_I=1”、“H_Q=0”、“V_I=0”以及“V_Q=0”。

图4是示出频率控制器13的配置和操作的图。频率控制器13是IQ旋转器（rotator），包括：加法器13、积分电路32、转换器33以及乘法器34和35。频率控制器13被给予频率调整量Δf。频率调整量Δf对应于光信号的频率（载波频率）的变化量。光信号的载波频率响应于频率调整量Δf偏移。尽管频率调整量Δf未特别地限定，但是使用与例如100MHz至几个GHz相对应的值。

此外，频率控制器13接收电场信息信号H（H_I+jH_Q）和电场信息信号V（V_I+jV_Q）。值H_I、H_Q、V_I以及V_Q是从符号映射器12所输出的电场信息值。值“j”指示复数。

加法器31将从频率控制器13所提供的抖动信号ms（τ）与频率调整量Δf相加。积分电路32对加法器31的输出值进行积分。转换器33将来自积分电路32的输出值转换为指数形式。乘法器34通过将电场信息信号H（H_I+jH_Q）与来自转换器33的输出值相乘获得电场信息信号H’（H_I’+jH_Q’）。类似地，乘法器35通过将电场信息信号V（V_I+jV_Q）与来自转换器33的输出值相乘获得电场信息信号V’（V_I’+jV_Q’）。

在以上的频率控制器13中，随着值Δf增加，根据电场信息信号H’和V’所生成的光信号的频率逐渐地增加。换言之，通过变化值Δf来实现光信号的频率的扫描。图4中所示的配置仅为示例，并且可以使用另外的配置来实现频率控制器13。

图5是示出偏振控制器14的配置和操作的图。偏振控制器14包括乘法器41至44以及加法器45和46。从图4中所示的频率控制器13所输出的电场信息信号被给予至偏振控制器14。被输入至偏振控制器14的电场信息信号“H_I+jH_Q”和“V_I+jV_Q”对应于从图4中所示的频率控制器13所输出的电场信息信号“H_I’+jH_Q’”和“V_I’+jV_Q’”。

乘法器41将值H_I+jH_Q与抽头系数Whh相乘。乘法器42将值V_I+jV_Q与抽头系数Wvh相乘。加法器45将来自乘法器41和42的输出值相加以生成电场信息信号H_I’+jH_Q’。

类似地，乘法器43将值H_I+jH_Q与抽头系数Whv相乘。乘法器44将值V_I+jV_Q与抽头系数Wvv相乘。加法器46将来自乘法器43和44的输出值相加以生成电场信息信号V_I’+jV_Q’。

由偏振控制器14所执行的计算由等式（1）所表示。

$\left[\begin{array}{c}H\_I^{\′}+\mathrm{jH}\_Q^{\′}\\ V\_I^{\′}+\mathrm{jV}\_Q^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{Whh}& \mathrm{Wvh}\\ \mathrm{Whv}& \mathrm{Wvv}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}H\_I+\mathrm{jH}\_Q\\ V\_I+\mathrm{jV}\_Q\end{array}\right]\·\·\·\left(1\right)$

在此，抽头系数矩阵W由等式（2）所表示。

$\left[\begin{array}{cc}{W}_{\mathrm{hh}}& W_{\mathrm{vh}}\\ W_{\mathrm{hv}}& W_{\mathrm{vv}}\end{array}\right]=$

$\left[\begin{array}{cc}\exp (j\frac{\mathrm{\φ}}{2}*\frac{\mathrm{\π}}{180})& 0\\ 0& \exp (-j\frac{\mathrm{\φ}}{2}*\frac{\mathrm{\π}}{180})\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos (\mathrm{\θ}*\frac{\mathrm{\π}}{180})& -\sin (\mathrm{\θ}*\frac{\mathrm{\π}}{180})\\ \sin (\mathrm{\θ}*\frac{\mathrm{\π}}{180})& \cos (\mathrm{\θ}*\frac{\mathrm{\π}}{180})\end{array}\right]\·\·\·\left(2\right)$

如等式（2）所表示地，各个抽头系数由参数

θ所确定。参数

控制电场信息信号的偏振之间的相位差。参数θ控制两个正交偏振的电场信息信号的混合比例。

在此，出于解释的方便，忽略

的影响（例如，

）。然后，如果给定θ=0，则抽头系数Whh、Wvh、Whv以及Wvv分别为1、0、0、以及1。在这种情况下，偏振控制器14输出以下计算结果：H_I’+jH_Q’=H_I+jH_Q，V_I’+jV_Q’=V_I+jV_Q。

如果给定θ=90°，则抽头系数Whh、Wvh、Whv以及Wvv分别为0、-1、1、以及0。在这种情况下，偏振控制器14输出以下计算结果：H_I’+jH_Q’=-V_I-jV_Q，V_I’+jV_Q’=H_I+jH_Q。

如果给定θ=45°，则抽头系数Whh、Wvh、Whv以及Wvv分别为√2/2、-√2/2、√2/2以及√2/2。在这种情况下，偏振控制器14输出以下计算结果：H_I’+jH_Q’=√2/2(H_I+jH_Q)-√2/2(V_I+jV_Q)，V_I’+jV_Q’=√2/2(H_I+jH_Q)+√2/2(V_I+jV_Q)。

数字信号处理器11针对每个符号输出H_I’，H_Q’，V_I’以及V_Q’。当监视器处于操作中时，值H_I’，H_Q’，V_I’以及V_Q’指示图3B中所示的符号信号，其由例如频率控制器13和偏振控制器14所处理。在数据传输时，值H_I’，H_Q’，V_I’以及V_Q’指示例如图3A中所示的符号信号。

图6示出了传送器前端电路17的示例。如参照图3A和3B至图5所描述地，数字信号处理器11输出信号H_I’、H_Q’、V_I’以及V_Q’。信号XI’、XQ’、YI’以及YQ’各自被数字-模拟转换器16转换为模拟信号，并且被给予至传送器前端电路17。

传送器前端电路17包括光源（LD）17a、I/Q（同相/正交）调制器17x和17y，以及偏振束组合器（PBC）17b。光源17a的示例是激光二极管，其输出连续光。连续光被分离并且被引导至I/Q调制器17x和17y。

I/Q调制器17x被给予信号H_I’和H_Q’。然后，I/Q调制器17x采用信号H_I’和H_Q’对连续光进行调制以生成X偏振光信号。类似地，I/Q调制器17y被给予信号V_I’和V_Q’。然后，I/Q调制器17y采用信号V_I’和V_Q’对连续光进行调制以生成Y偏振光信号。以这种方式，信号H_I’和H_Q’被用作用于I/Q调制器17x的驱动信号。信号V_I’和V_Q’被用作用于I/Q调制器17y的驱动信号。如图6中所示，传送器前端电路17可以包括分别用于对信号H_I’、H_Q’、V_I’以及V_Q’进行放大的放大器。

偏振束组合器17b对由I/Q调制器17x所生成的X偏振光信号和由I/Q调制器17y所生成的Y偏振光信号的偏振进行多路复用。因此，生成偏振多路复用光信号。偏振多路复用光信号经由图1中所示的光传输线4而传送并且由光接收器3所接收。

图7示出了接收器前端电路21的示例。接收器前端电路21是相干接收器，其接收由光传送器2所生成的光信号。接收器前端电路21包括偏振束分离器21a、局部光源（local light source）21b、偏振束分离器21c、90°光混合电路21d和21e、以及光-电转换器21f至21i。

偏振束分离器21a将所接收的光信号分离为正交偏振分量集合。在下文中，由偏振束分离器21a所获得的一个偏振分量被称为第一偏振光信号，并且另一个被称为第二偏振光信号。第一偏振光信号被引导至90°光混合电路21d，并且第二偏振光信号被引导至90°光混合电路21e。

局部光源21b的示例是激光二极管，其生成局部光。局部光是连续光。从光源17a和局部光源21b所发射的光的频率相同或基本上相同。偏振束分离器21c将由局部光源21b所生成的局部光分离为正交偏振分量。局部光的偏振分量中的一个分量被引导至90°光混合电路21d，并且另一个被引导至90°光混合电路21e。

90°光混合电路21d通过使用从偏振束分离器21c所给予的局部光以及其被90°偏移的局部光来输出与第一偏振光信号相对应的I分量光和Q分量光。光-电转换器21f和21g将从90°光混合电路21d所输出的I分量光和Q分量光分别转换为电信号。因此，由光-电转换器21f和21g所获得的电信号的一个集合指示第一偏振光信号的电场信息。

类似地，90°光混合电路21e通过使用从偏振束分离器21c所给予的局部光以及其被90°偏移的局部光来输出与第二偏振光信号相对应的I分量光和Q分量光。光-电转换器21h和21i将从90°光混合电路21e所输出的I分量光和Q分量光分别转换为电信号。因此，由光-电转换器21h和21i所获得的电信号的一个集合指示第二偏振光信号的电场信息。

以这种方式，接收器前端电路21输出四个电信号（指示第一偏振光信号的电场信息的信号以及指示第二偏振光信号的电场信息的信号）。这些信号各自被模拟-数字转换器22转换为数字信号，并且被给予至数字信号处理器23。

图8示出了均衡器24的示例。如图8中所示，均衡器24包括FIR滤波器24a至24d、加法器24e和24f、以及抽头系数计算器24g。均衡器24接收H偏振信号和V偏振信号作为输入。H偏振信号指示一个偏振光信号的I分量和Q分量。V偏振信号指示另一个偏振光信号的I分量和Q分量。H偏振信号和V偏振信号分别指示来自图7中所示的90°光混合电路21d和21e的输出光信号的电场信息。

FIR滤波器24a通过使用抽头系数向量Wxx对H偏振信号进行处理。FIR滤波器24b通过使用抽头系数向量Wyx对V偏振信号进行处理。FIR滤波器24c通过使用抽头系数向量Wxy对H偏振信号进行处理。FIR滤波器24d通过使用抽头系数向量Wyy对V偏振信号进行处理。

FIR滤波器24a至24d各自具有N-1阶移位寄存器。抽头系数向量Wxx、Wyx、Wxy以及Wyy各自具有N个元素。N是等于或大于2的整数。FIR滤波器24a至24d各自将连续的N个输入符号与抽头系数向量Wxx、Wyx、Wxy以及Wyy中相对应的一个相乘。换言之，FIR滤波器24a至24d将输入信号的各个符号与抽头系数Whh、Wvh、Whv以及Wvv中相对应的一个相乘。FIR滤波器24a至24d各自输出通过相乘所获得的N个乘积的和。因为可以通过已知技术实现FIR滤波器24a至24d，所以将省略对其的详细描述。

加法器24e将来自FIR滤波器24a和24b的输出信号相加以生成X偏振信号。加法器24f将来自FIR滤波器24c和24d的输出信号相加以生成Y偏振信号。

抽头系数计算器24g基于均衡器24的输入信号和来自均衡器24的输出信号来计算各个抽头系数Whh、Wvh、Whv以及Wvv。换言之，抽头系数计算器24g基于输入信号（H偏振信号和V偏振信号）和输出信号（X偏振信号和Y偏振信号）来计算抽头系数向量Wxx、Wyx、Wxy以及Wyy。使用例如恒模算法（CMA）来计算各个抽头系数Whh、Wvh、Whv以及Wvv。

均衡器24可以通过适当地设置抽头系数向量Wxx、Wyx、Wxy以及Wyy来对经由光传输线4所退化的波形进行均衡。例如，均衡器24可以对所接收的信号的波形成形以便补偿或抑制偏振模色散。替选地，均衡器24可以对所接收的信号的波形成形以便补偿或抑制色散。

跟踪部25对来自均衡器24的输出信号的载波频率和光学相位进行跟踪。换言之，跟踪部25补偿频率偏移（来自光源17a的光的频率与来自局部光源21b的光的频率之间的差异）。跟踪部25还补偿来自光源17a的光的频率与来自局部光源21b的光的频率之间的相位差。解调器26对来自跟踪部25的输出信号进行解调以由此再生所传送的信号。解调器26执行与由符号映射器12所执行的调制相对应的解调。

DGD监视器27基于与所接收的光信号相对应的电场信息信号来计算光传输线4的差分群延迟Δτ（即，DGD）。换言之，DGD监视器27基于由接收器前端电路21所获得的第一和第二偏振信号的电场信息来计算光传输线4的差分群延迟Δτ。

当DGD监视器27计算光传输线4的差分群延迟Δτ时，频率控制器13将光信号的频率设置为ω₁，并且偏振控制器14将等式（2）中的值θ顺序地设置为0°、45°、90°。在本说明书中，频率和角频率不加区分地被称为频率。DGD监视器27当θ=0时获得所接收的电场信息（x₁,y₁）；当θ=45时获得所接收的电场信息（x₂,y₂）；以及当θ=90时获得所接收的电场信息（x₃,y₃）。值x₁、x₂以及x₃是代表正交偏振分量集合中的一个的电场的复数。值y₁、y₂以及y₃是代表正交偏振分量集合的另一个偏振分量的复数。

DGD监视器27根据所接收的电场信息的三个集合（x₁，y₁）、（x₂，y₂）以及（x₃，y₃）来计算下面的琼斯（Jones）矩阵T，其中，β是传播常数。

$T=\mathrm{\β}\left[\begin{array}{cc}{k}_1{k}_4& k_2\\ k_4& 1\end{array}\right]$

$k_1=\frac{x_1}{y_1},$ $k_2=\frac{x_2}{y_2},$ $k_3=\frac{x_3}{y_3},$ $k_4=\frac{k_3-x_3}{k_1-x_1}$

接下来，频率控制器13将光信号的频率设置为ω₂。DGD监视器27针对频率ω₂获得所接收的电场信息（x₁，y₁）、（x₂，y₂）以及（x₃，y₃），并且通过使用以上方法计算琼斯矩阵T。

以这种方式，DGD监视器27针对频率ω₁计算琼斯矩阵T（ω₁）并且针对频率ω₂计算琼斯矩阵T（ω₂）。此外，DGD监视器27获得T(ω₁)T^-1(ω₂)的本征值ρ₁和ρ₂。因此，通过下面的等式（4）获得光传输线4的差分群延迟Δτ。

$\mathrm{\Δ\τ}=|{\mathrm{\τ}}_1-{\mathrm{\τ}}_2|=\frac{\mathrm{Arg}({\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2)}{\mathrm{\Δ\ω}}\·\·\·\left(3\right)$

在以上示例中，尽管通过琼斯矩阵本征分析计算了DGD，但是实施例不限于此。例如，DGD监视器27可以通过使用穆勒（Muller）矩阵方法来计算DGD，穆勒矩阵方法使用斯托克斯（Stokes）向量。在R.M.Jopson,L.E.Nelson以及H.Kogelnik的“Measurement of Second-OrderPolarization-Mode Dispersion Vectors in Optical Fibers”，IEEE Photon.Technol.Lett.11（9）,1153-1155（1999）中描述了DGD的计算的示例。

以这种方式，DGD监视器27可以通过使用所接收的电场信息来计算光传输线4的DGD。但是，光传输线4的偏振态不是固定的并且依赖于各种因子而改变。例如，光传输线4的偏振态依赖于光传输线4的温度、在光纤上所施加的应力等而改变。因此，难以根据在特定时间所测量的DGD来确定与光传输线4的偏振态有关的最差条件。因此，光传送器2和光接收器3具有以伪方式（pseudo manner）提供光传输线4的偏振态中的改变的功能。

如图9中所示，可以使用多个传输线元件（光纤）4a、4b、4c…和多个偏振旋转装置4x、4y…对光传输线4建模。多个传输线元件具有唯一的DGD。在这种情况下，光传输线4的DGD的总量依赖于传输线元件的联合态（即，偏振旋转器的状态）而改变。在此，偏振旋转器的状态归因于温度、振动、应力等而改变。

另一方面，在光传输线4具有DGDτ的情况下，从光传输线4所输出的电场由下面的表达式所表示：Ex’=Ex exp(jωτ/2)，Ey’=Eyexp(-jωτ/2)。换言之，从光传输线4所输出的偏振态依赖于光信号的频率ω和DGDτ。因此，改变频率ω允许实现传输线元件的联合态中的改变（由偏振旋转器所提供的偏振之间的相位差），即使在传输线元件的联合态（偏振旋转器的状态）不改变的情况下也可以实现传输线元件的联合态中的改变。

因此，改变光信号的频率ω等效于改变光传输线4的偏振态。换言之，在正在扫描光信号的频率ω时测量各个频率的DGD的情况下，基本上可以测量光传输线4的偏振态（其归因于各种因子而改变）。因此，光传送器2和光接收器3可以估计光传输线4的偏振态的变化范围和最差条件，而不用长时间段监视光传输线4的偏振态。

图10是示出用于估计光传输线4的偏振态的处理的流程图。尽管未特别地限制，但是例如，在光传输系统1的操作开始之前执行流程图中的处理。在图10中，参考符号T表示由光传送器2所执行的处理，并且R表示由光接收器3所执行的处理。光传送器2的控制器15和光接收器3的控制器28可以互相发送控制信号。

在S1中，光传送器2停止调制操作。换言之，数字信号处理器11生成图3B中所示的信号并且将其给予至频率控制器13。从那时起，光传送器2传送在其中固定符号的值的光信号。

在S2中，频率控制器13调整光信号的频率。但是，在流程图开始时，频率控制器13将光信号的频率设置为预定的初始值。频率的初始值未特别地限制；例如，在图4中通过将“1”从转换器33给予至乘法器34和35来设置初始值。在这种情况下，从光传送器2所输出的光信号的频率基本上与从光源17a所发射的光的频率相同。

在S3中，偏振控制器14控制光信号的偏振。此时，偏振控制器14将预定的θ（0°、45°或90°）给予至以上的等式（2）。因此，生成与所给予的θ相对应的偏振态中的光信号。

在S4中，DGD监视器27获取所接收的光信号的电场信息。DGD监视器27所获取的电场信息被存储在DGD监视器27可以访问的存储区域中。

在S5中，DGD监视器27确定是否对于所有偏振态（θ=0°、45°、90°）获取了电场信息。如果未对于所有偏振态（θ=0°、45°、90°）获取了电场信息，则控制器28请求光传送器2改变偏振态。在这种情况下，流程图中的处理移动至S3。如果对于所有偏振态获取了电场信息，则流程图中的处理移动至S6。以这种方式，在S3至S5中，光传送器2和光接收器3各自获取对于θ=0°、45°、90°的所接收的电场信息。

在S6中，DGD监视器27基于在S3至S5中所获取的所接收的电场信息来计算DGD。尽管未特别地限制，但是通过上述的琼斯矩阵方法计算DGD。所计算的DGD被存储在DGD监视器27可以访问的存储区域中。

在S7中，DGD监视器27确定是否完成了光信号的频率的扫描。此时，DGD监视器27检查是否完成了在所指定的频率扫描范围内的所有频率的DGD值。例如，可以依赖于光传输系统1的操作环境来确定频率扫描范围。例如，操作环境条件包括在其中使用光传输系统1的环境的温度范围（例如，-10至50°C）。在这种情况下，如果假定温度范围是宽的，则频率扫描范围也是宽的。

如果未完成频率扫描，则控制器28请求光传送器2对光信号的频率进行偏移。在这种情况下，流程图中的处理移动至S2。然后，频率控制器13在S2中改变频率调整量Δf以由此对光信号的频率进行偏移。尽管未特别地限制，但是Δf的值的示例为100MHz至几个GHz。DGD监视器27针对所改变的频率来计算DGD。

以这种方式，光传送器2和光接收器3反复地执行从S2至S6的处理，直至完成光信号的频率的扫描为止。换言之，DGD监视器27针对所指定的频率扫描范围中的所有频率计算DGD值。结果，可以获得多个不同频率的DGD值。

图11示出了由DGD监视器27所获得的DGD值的分布的示例。在此示例中，光信号的频率的扫描范围是大约10GHz。频率扫描的频率调整量Δf是大约250MHz。换言之，以大约250MHz的间隔来计算DGD值。在图11中所示的示例中，获得最大DGD=362ps，平均DGD=265ps以及最小DGD=161ps。

如果完成了频率扫描（S7:是），则流程图中的处理移动至S8。在S8中，DGD监视器27基于如上所述地获得的DGD的频率依赖来估计光传输线4的偏振态。替选地，DGD监视器27基于如上所述地获得的多个DGD值的分布来估计光传输线4的DGD的最差条件。

在此，已知如上所述地获得的多个DGD值的分布基本遵循麦克斯韦（Maxwell）分布。在麦克斯韦分布中，水平轴指示DGD值，并且垂直轴指示DGD值出现的可能性或检测频率。因此，例如，将DGD值的平均值（在图11中所示的示例中，265ps）给予至此麦克斯韦分布允许计算使得出现的可能性降低至预定值（例如，10^-5）的DGD值。在这种情况下，DGD监视器27可以输出因此计算的DGD值作为“光传输线4的最大DGD”或“光传输线4的最差DGD”。DGD监视器27还可以通过使用此麦克斯韦分布获得光传输线4的DGD的改变范围。

替选地，DGD监视器27可以不使用麦克斯分布来确定最大DGD。例如，DGD监视器27可以输出在频率扫描期间在如图11所示的示例中所测量的最大DGD值作为“最大DGD”。

以这种方式，光传送器2和光接收器3各自测量在扫描光信号的频率时针对多个频率的DGD，并且基于通过测量所获得的多个DGD值来估计光传输线4的偏振态。在此，光信号的频率的扫描等效于改变光传输线4的偏振态。因此，光传送器2和光接收器3可以估计光传输线4的偏振态的最差情况和改变范围，而不需要长时间段地监视光传输线4的偏振态。

图12是示出用于设置光传输系统1的通信设备的参数的处理的流程图。尽管未特别地限制，但是例如在光传输系统1的操作开始之前执行流程图中的处理，或替选地，可以当光传输系统1重启时执行流程图中的处理。

在S11中，光传送器2和光接收器3被安装在光传输系统1中。换言之，光传送器2和光接收器3连接至光传输线4，并且被供电。

在S12中，光传送器2和光接收器3估计光传输线4的偏振相关特性。在图10的S1至S8中实现S12中的处理。因此，例如，光传输系统1可以指定“光传输线4的最大DGD”。

在S13中，基于光传输线4的偏振相关特性，对负责光传输系统1的通信设备的操作的参数进行优化。对其参数进行优化的通信设备的示例包括：光传送器2、光接收器3以及光中继器5。

使用多个波长的波长复用传输系统可以通过使用多个传送器和接收器获得在多个波长波段中的DGD的统计分布。还可以通过将从多个传送器和接收器所获得的分布进行组合来改进测量的精度。采用以上配置，尽管仅通过使用数字信号处理的频率控制执行频率控制，但是也可以通过将对来自传送器光源和接收器光源的光的频率的控制和使用数字信号处理的频率控制进行组合来在更宽的范围内改变频率。

图13示出了光接收器3的参数的优化的示例。在此示例中，对FIR滤波器的抽头数量进行优化。

图13中所示的FIR滤波器对应于图8中所示的均衡器24中的FIR滤波器24a至24d的示例。在图13中，尽管出于说明的方便，FIR滤波器的抽头数量为五，但是在均衡器24中所使用的FIR滤波器实际上具有更大的抽头数量。

如图13中所示，FIR滤波器包括触发器电路51-1至51-4、选择器52-1至52-4、乘法器53-1至53-5、加法器54以及开关55-1至55-4。

触发器电路51-1至51-4构成移位寄存器电路。例如，如果图13中的FIR滤波器是图8中所示的FIR滤波器24a，则H偏振信号的符号串被顺序地输入至移位寄存器电路。选择器52-1至52-4各自选择触发器电路51-1至51-4中的相对应一个的输出信号或“零”。选择器52-1至52-3的输出信号分别被引导至触发器电路51-2至51-4。

乘法器53-1将触发器电路51-1的输入信号与抽头系数W1相乘。触发器电路51-2至51-5将来自选择器52-1至52-4的输出信号与抽头系数W2至W5分别相乘。加法器54计算乘法器53-1至53-5的输出值的总和，并且输出该总和。开关55-1至55-4每个控制向触发器电路51-1至51-4中的相应一个供给时钟信号。

在如上构成的FIR滤波器中，选择器52-1至52-4和开关55-1至55-4由例如控制器28所控制。控制器28基于光传输线4的偏振相关特性来确定FIR滤波器的抽头数量。在此示例中，控制器28基于在图10中的流程图的处理中所确定的光传输线4的最大DGD来确定FIR滤波器的抽头数量。

如果最大DGD很大，则优选增加FIR滤波器的抽头数量以改进光传输线4中退化的特性。相反，如果最大DGD很小，则均衡器24可以即使在FIR滤波器的抽头数量很小的情况下也改进光传输线4中退化的特性。因此，如果最大DGD很小，则优选降低FIR滤波器的抽头数量以减少均衡器24的功率消耗。

例如，如果最大DGD很大，则控制器28将均衡器24的各个FIR滤波器的抽头数量设置为五。具体地，控制器28如下地控制各个FIR滤波器的选择器52-1至52-4和开关55-1至55-4：

（1）选择器52-1至52-4分别选择触发器电路51-1至51-4的输出信号。

（2）开关55-1至55-4处于接通状态。

在这种情况下，触发器电路51-1至51-4操作为移位寄存器电路。因此，分别将连续的五个符号与抽头系数W1至W5相乘。输出由乘法器53-1至53-5所获得的五个乘积的总和。

例如，如果最大DGD很小，则控制器28将均衡器24的各个FIR滤波器的抽头数量设置为三。具体地，控制器28如下地控制各个FIR滤波器的选择器52-1至52-4和开关55-1至55-4：

（1）选择器52-1至52-2分别选择触发器电路51-1和51-2的输出信号。

（2）选择器52-3至52-4各自选择“0”。

（3）开关55-1和55-2处于接通状态。

（4）开关55-3和55-4处于关断状态。

在这种情况下，乘法器53-3至53-3将输入符号与抽头系数W1至W3分别相乘。然后，输出由乘法器53-1至53-3所获得的三个乘积的总和。换言之，实现“抽头数量=3”。另一方面，触发器电路51-3至51-4未被供给时钟信号。因此，可以减少移位寄存器电路的功率消耗。因为选择器52-3和52-4各自选择了“0”，所以乘法器53-4和53-5的输出也为“0”。

图14示出了光中继器5的参数的优化的示例。在此示例中，被加到光传输线4的DGD由光中继器5所优化。

在光传输系统1中，对于光接收器3的DGD性（DGD resistance）存在限制。因此，如果光传送器2与光接收器3之间的DGD超过光接收器3的DGD性，则通信质量退化。另一方面，如果光传送器2与光接收器3之间的DGD很大，则非线性损失降低。因此，对于DGD光传输系统1做出权衡。

因此，在光传输系统1中，考虑到光接收器3的DGD性和非线性损失两者来调整光传送器2与光接收器3之间的总的DGD。此时，光传输系统1在光学中继器5中调整要加到光传输线4的DGD，以使得光传送器2与光接收器3之间的总的DGD落入预定的范围。在此，例如，预定的范围被确定为使得充分地抑制非线性损失并且使得总的DGD低于光接收器3的DGD性。

如图14中所示，光中继器5包括光分离器61、PMD装置62-1至62-m、光开关63、光放大器64以及控制器65。如图1中所示，光中继器5被设置在光传输系统1的光传输线4中。

光分离器61对输入的光信号进行分离，并且将该信号引导至PMD装置62-1和62-m以及引导至光开关63。PMD装置61-1至62-m具有彼此不同的DGD值。例如，PMD装置62-1至62-m由具有不同长度的光纤所实现。光开关63依照来自控制器65的指示来选择多个输入光信号中的一个。光放大器64对由光开关63所选择的光信号进行放大。

控制器65基于由光接收器3的DGD监视器27所测量的DGD值来控制光开关63。此时，控制器65控制光开关63以使得光传送器2与光接收器3之间的总的DGD落入预定的范围。这允许抑制光传输系统1的非线性损失而同时保持光传输系统1的总的DGD低于光接收器3的DGD性。

在以上实施例中，当光接收器3监视DGD时，光传送器2传送非调制光信号。在这种情况下，如果光传送器2传送大功率光信号，则由于受激布里渊散射（SBS）光纤中的反射增加。

为了抑制反射，在DGD监视器27的操作期间，光传输系统1可以将与图4中的ms(τ)相对应的抖动信号叠加在光信号上。在这种情况下，通过精密地变化频率调整量Δf，频率控制器13将频率抖动信号叠加在输入信号上。优选地，频率抖动信号的调制速度（即，抖动频率）充分地低于DGD测量时间。此外，优选的是抖动信号的调制幅度充分地小于DGD测量的频率分辨率。

在以上实施例中，尽管光传输系统1测量作为指示光传输线4的偏振态的参数中的一个参数的DGD（或PMD），但是其不限于此实施例。光传输线1可以测量指示光传输线4的偏振态的另外的参数（例如，PDL）。

根据以上方面，可以在短时间内测量依赖于光传输线的偏振态的特性。

Claims (8)

1.一种用于在包括光传送器和光接收器的光传输系统中监视所述光传送器与所述光接收器之间的光传输线的偏振相关特性的方法，所述方法包括：

通过所述光传送器经由数字信号处理控制与所传送的信号相对应的电场信息信号，扫描光信号的光频；

通过所述光传送器经由数字信号处理控制与第一所传送的信号相对应的第一电场信息信号和与第二所传送的信号相对应的第二电场信息信号的混合，针对所述光信号的各个频率提供多个不同传输偏振态；

当所述光传送器扫描所述光信号的频率时，通过所述光接收器基于与所述多个不同传输偏振态相对应的多个所接收的电场信息项、经由数字信号处理计算所述光传送器与所述光接收器之间的光传输线的偏振相关特性，针对所述光信号的各个频率获得与多个不同频率相对应的多个偏振相关特性；以及

采用所述光接收器基于所述多个偏振相关特性，经由数字信号处理获得所述光传输线的偏振态的统计信息。

2.一种光传输系统，包括：

光传送器；以及

光接收器，

其中，所述光传送器包括：

第一数字信号处理器，生成与所传送的信号相对应的电场信息信号；以及

传送器前端部，根据所述电场信息信号生成光信号，

所述光接收器包括：

接收器前端部，生成与所述光信号相对应的电信号；以及

第二数字信号处理器，对所述电信号进行处理，

其中，所述第一数字信号处理器包括：

频率控制器，通过控制所述电场信息信号来扫描所述光信号的频率；以及

偏振控制器，通过控制与第一所传送的信号相对应的第一电场信息信号和与第二所传送的信号相对应的第二电场信息信号的混合，控制所述光信号的偏振态，其中，

当所述频率控制器扫描所述光信号的频率时，所述偏振控制器针对所述光信号的各个频率提供多个不同传输偏振态，以及

其中，当所述第一数字信号处理器扫描所述光信号的频率时，所述第二数字信号处理器通过基于与所述多个不同传输偏振态相对应的多个所接收的电场信息项来计算所述光传送器与所述光接收器之间的光传输线的偏振相关特性，针对所述光信号的各个频率获得与所述光信号的多个不同频率相对应的偏振相关特性；以及

所述第二数字信号处理器基于所述多个偏振相关特性，获得所述光传输线的所述偏振相关特性的统计信息。

3.根据权利要求2所述的光传输系统，

其中，所述第二数字信号处理器通过针对所述光信号的多个不同频率来计算所述光传输线的差分群延迟DGD，获得多个DGD值；以及

所述第二数字信号处理器基于所述多个DGD值，计算所述光传输线的DGD的统计分布、所述光传输线的DGD的最大值或变化范围。

4.根据权利要求2所述的光传输系统，

其中，所述频率控制器通过校正与所述所传送的信号相对应的所述电场信息信号的I分量和Q分量，控制所述光信号的频率。

5.根据权利要求2所述的光传输系统，

其中，所述频率控制器将频率抖动信号叠加在所述电场信息信号上。

6.根据权利要求2所述的光传输系统，

其中，当所述第二数字信号处理器监视所述光传输线的状态时，所述第一数字信号处理器生成与符号值固定的所传送的信号相对应的电场信息信号。

7.根据权利要求2所述的光传输系统，

其中，所述第二数字信号处理器包括：

数字滤波器，对由所述接收器前端部所生成的电信号的波形成形；以及

控制器，基于所述光传输线的所述偏振相关特性的统计信息，确定所述数字滤波器的抽头数量。

8.根据权利要求2所述的光传输系统，还包括：

在所述光传送器与所述光接收器之间的所述光传输线上的光中继器，

其中，所述光中继器基于所述光传输线的偏振态的统计信息来控制要加到所述光传输线的差分群延迟DGD，使得所述光传送器与所述光接收器之间的DGD落入预定范围。

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