CN105164942A - 用于分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于分配入射功率(P_i)给物理上耦合的无色散补偿光纤跨段(100)的方法(300)，其中每个光纤跨段(100)包括光放大器(105)，所述方法(300)包括：将所述光放大器(105)的操作从所述光纤跨段(100)的所述物理耦合中解耦(101)出来；以及基于对应光纤跨段(100)的物理参数确定(103)所述光纤跨段(100)中的每个的入射功率(P_i)。

Description

用于分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的方法

技术领域

本发明涉及一种用于分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的方法以及一种光传输设备。

具体而言，本发明涉及各个光信道的功率分配领域，这些光信道沿着光纤传输以在某种程度上优化信号质量，信号质量通常通过误码率(bit-error-ratio，BER)或有效光信噪比(optical-signal-to-noise-ratio，OSNR)在接收器侧测量。

背景技术

在透明光网络中，光信号质量受到像色度色散(chromaticdispersion，CD)、偏振模色散(polarizationmodedispersion，PMD)、光放大器处的放大自发辐射(amplifiedspontaneousemission，ASE)噪声等线性损伤以及包括自相位调制(self-phasemodulation，SPM)、互相位调制(cross-phasemodulation，XPM)、四波混频(four-wavemixing，FWM)等非线性损伤的影响。在目前的相干系统中，CD和PMD可以通过数字信号处理得到补偿，而ASE噪声和非线性效应无法通过电域处理得到降低。通过增加信道功率，EDFA中产生的ASE噪声功率与信号功率的比将得到降低。然而，上述光纤效应所引发的非线性失真将会增强。因此，在ASE噪声和非线性效应之间存在取舍，这对应于优化每个光纤跨段的入射功率。

对于相干检测的光信道和无色散补偿光纤链路上的传输的非线性损伤，存在公认的描述。

对于单光纤类型的光网络中的功率设置，传统上，光纤跨段上的信号入射功率被设为所有跨段的公共值，不考虑它们的不同属性，例如衰减和长度。对于单光纤类型以及相等长度和衰减而言，只要结合反馈启用通用功率的扫描或者已经基于包括调制格式、相邻信道类型等模式预计算了特定的最佳入射功率时，该过程带来最佳性能。由于不相等跨段长度改变选定跨段上的入射功率，反馈方法面临陷入局部最大值的收敛问题。针对相干无补偿链路，文档“G.Bosco、A.Carena、R.Cigliutti、V.Curri,P.Poggiolini、F.Forghier：无补偿链路上的WDMPM-QPSK传输的性能预测(PerformancepredictionforWDMPM-QPSKtransmissionoveruncompensatedlinks)，OFC2011，OTh07”和“F.Vacondio、C.Simonneau、L.Lorcy、J.C.Antona、A.Bononi、S.Bigo：高斯分布式非线性失真的实验性特征(ExperimentalcharacterizationofGaussian-distributednonlineardistortions)，ECOC2011，We.7.B.1”指出应当通过假设相同跨段来设置信道功率以确保产生的非线性噪声是ASE噪声的一半。文档“P.Poggiolini：相干系统中的非线性传播的分析模型(AnalyticalModelingofNon-LinearPropagationinCoherentSystems)，ECOC2012教程”描述一种设置最佳入射功率的方法，该方法涉及不同跨段长度和光纤属性，但是忽略了调整每个跨段的功率设置是通过调整放大器的增益实现，而放大器的增益和噪声系数存在相互依存关系。

对于非统一跨段长度和/或混合光纤光网络中的功率设置，最广泛使用的方法包括每种光纤类型采用特定的公共入射功率，该入射功率是针对该类型光纤系统推导出的相应公共入射功率。提高裕度的优化步骤遵循上面描述的保持各个光纤类型的入射功率差异的过程。

对于网状光网络中的功率设置，文档“US2011/052188，‘网状光网络中的最佳入射功率计算的方法和系统(MethodsandSystemsforOptimalLaunchPowerComputationinMeshedOpticalNetworks)’”描述一种特别关注网状网络的方法。它们的入射功率使用较低的入射功率初始化，并且基于线性损伤评估来检查信号的Q值是否超过阈值。如果超过，而且非线性损伤还导致足够高的信号质量因子Q，则不执行优化措施。否则，提出功率变化，这些功率变化与光纤链路的物理属性无关，但是与网络方面有关，例如降低那些仅传输短距离跨段的信道功率。

然而，如果系统由具有不同属性的跨段组成，不同属性包括标准单模光纤(standardsinglemodefiber，SSMF)、大有效面积光纤(largeeffectiveareafiber，LEAF)、真波经典光纤(true-waveclassic，TWCI)等光纤类型，或光纤长度，或相邻信道类型，以及如果连续跨段之间的放大器的属性取决于这些跨段上的入射功率，那么这些方法并没有完全利用系统能力来获得最长传输距离和最佳信号质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的改进技术。

该目的由独立权利要求的特征来实现。其它实施方式从从属权利要求、描述内容和附图中显而易见。

本发明是基于以下发现：可以通过两种方式解决找出弱耦合相邻跨段中的最佳入射功率这个问题。第一种方式是将放大器属性从连续跨段属性中解耦出来。第二种方式是通过初始跨段功率初始化每个跨段的功率，从而应用最小噪声系数值并应用迭代算法来求出最佳跨段功率。

为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩略语和符号：

BER：误码率，

OSNR：光信噪比，

CD：色度色散，

PMD：偏振模色散，

ASE：放大自发辐射，

SPM：自相位调制，

XPM：跨相位调制，

FWM：四波混频，

SSMF：标准单模光纤，

LEAF：大有效面积光纤，

TWCI：真波经典光纤，

EDFA：掺铒光纤放大器，一种光放大器，

NF：噪声系数，

光纤跨段：在两端处终止的光纤/光缆，两端可包括添加、减少或衰

减光信号的设备。

WDM：波长复用，

P_i：第i个光纤跨段处的入射功率。

根据第一方面，本发明涉及一种分配入射功率给传输光信道的物理上耦合的光纤跨段的方法，其中每个光纤跨段包括光放大器，所述方法包括：将所述光放大器的操作从所述光纤跨段的所述物理耦合中解耦出来；以及基于对应光纤跨段的物理参数确定所述光纤跨段中的每个的入射功率。

所述方法提供一种分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的改进技术。所述用于跨段功率优化的方法可以应用于无色散补偿的光纤链路中，并且可以用于不同种类光纤的任意组合，这些光纤具有相同标记的色散系数、信道调制格式等。所述方法提供一种将最佳信道入射功率与光纤联系起来的简单技术，从而共同传播信道类型和放大器属性。

在根据所述第一方面的所述方法的第一可能实施形式中，所述解耦包括：增加所述光放大器的增益，使得所述光放大器的噪声系数近似它们的最小值；以及通过多个衰减器调整随后光纤跨段上的输出功率，每个衰减器和对应的光放大器的输出端口连接。

通过使用这些功率值，系统裕度被最大化，而且信号质量得到优化。

在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的所述第一实施形式的所述方法的第二可能实施形式中，将光纤跨段的所述入射功率确定为所述光纤跨段的所述光放大器的噪声系数的函数。

通过将光纤跨段的所述入射功率确定为所述光纤跨段的所述光放大器的所述噪声系数的函数，可以解耦所述光纤跨段，从而有助于计算每个光纤跨段的最佳入射功率。

在根据所述第一方面的所述第二实施形式的所述方法的第三可能实施形式中，所述噪声系数的所述函数是根据等式：P_ch，opt，i＝(NF_i，minL_ihν/(2k_i))^1/3，其中P_ch，opt，i表示第i个光纤跨段的入射功率，NF_i，min表示在跨段i之后插入的光放大器的最小噪声系数，根据权利要求2设置，h表示普朗克(Planck)常数，ν表示所述光信道的光频率，L_i表示光纤跨段i的损耗，k_i表示有关光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。

该方法可以适用于透明光网络。它还适用于网状网络。实际相邻信道数和类型以及光纤类型包含在k_i中。

在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施方式的所述方法的第四可能实施形式中，所述光纤跨段包括不同光纤类型的至少两个光纤跨段，尤其是以下光纤类型之一的光纤跨段：标准单模光纤、大有效面积光纤、真波经典光纤。所述光纤跨段包括非统一跨段长度的至少两个光纤跨段，所述光信道是WDM信道，所述光纤跨段形成光点到点网络或网状网络和/或不同信道类型的相邻光信道与所述光信道共同传播。

所述方法可以应用于不同光纤类型的各种不同光纤跨段、非统一光纤跨段、不同的光信道和不同的网络拓扑。

根据第二方面，本发明涉及一种用于分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的方法，所述设备传输光信道，其中每个光纤跨段包括光放大器，所述方法包括：基于所述光放大器的噪声系数确定所述光纤跨段的初始入射功率；以及相对于所述光纤跨段的所述物理耦合，基于所述初始入射功率的迭代算法分配入射功率给所述光纤跨段。

所述方法提供一种用于分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的改进技术。所述方法可以在光信道路径上的一些跨段配置无法调整的情况下使用。这意味着所述方法可以灵活应用于各种不同的光纤跨段。

在根据所述第二方面的所述方法的第一可能实施形式中，所述光纤跨段(100)的所述初始入射功率根据：P_{ch，init，i}＝(NF_i(P_i，P_i+1)L_ihν/(2k_i))^1/3确定，其中P_ch，opt，i表示第i个光纤跨段的初始入射功率，NF_i(P_i，P_i+1)表示在跨段i之后插入的光放大器的噪声系数，L_i表示光纤跨段i的损耗，h表示普朗克常数，ν表示光信道的光频率，k_i表示有关光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。

该方法可以适用于透明光网络。它还适用于网状网络。实际相邻信道数和类型以及光纤类型包含在k_i中。

在根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的所述第一实施形式的所述方法的第二可能实施形式中，所述迭代算法用于根据：P_ch，opt，i＝((NF_i(P_i，P_i+1)－dNF_i(P_i，P_i+1)/dP_iP_i)L_ihν/(2k_i))^1/3确定所述第i个光纤跨段的所述入射功率，其中P_ch，opt，i表示第i个光纤跨段的入射功率，NF_i(P_i，P_i+1)表示在跨段i之后插入的光放大器的噪声系数，L_i表示光纤跨段i的损耗，h表示普朗克常数，ν表示光信道的光频率，k_i表示有关光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。

所述方法可以在所述光信道路径上的一些跨段配置无法调整的情况下使用。此外，如下参照图1描述的等式(3a)、(3b)、(4a)、(4b)和(5)中的对应参数是固定的，但是可以优化剩余跨段上的功率。因此，所述方法显示了降低的计算复杂度。

在根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的任意前述实施形式的所述方法的第三可能实施形式中，相对于所述迭代算法的两个后续迭代，所述迭代算法的终止准则是基于所述迭代算法的所述入射功率的改变。

所述终止准则可以灵活选择。阈值较小导致准确性提高，而阈值较大导致收敛更快，因此计算更快。所述算法可以适应于各种要求。

在根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的任意前述实施形式的所述方法的第四可能实施形式中，所述迭代算法包括优化准则以提供所述光纤跨段的所述入射功率的最佳值，所述优化准则包括所述迭代算法的所述入射功率的改变，所述改变小于阈值。

所述方法提供所述光纤跨段的所述入射功率的最佳值。

在根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的任意前述实施形式的所述方法的第五可能实施形式中，所述迭代算法在每个迭代中包括以下步骤：确定所述光放大器的增益；确定所述光纤跨段的所述入射功率；相对于所述迭代算法的先前迭代确定所述入射功率的改变；以及如果所述入射功率的所述改变小于阈值，分配所述入射功率给所述光纤跨段。

由于所述算法是迭代算法，所以相对于速度和准确性，很容易实现并且很灵活。所述阈值可以用于控制所述方法的速度和准确性。

在根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的任意前述实施方式的所述方法的第六可能实施形式中，光纤跨段包括不同光纤类型的至少两个光纤跨段，尤其是以下光纤类型之一的光纤跨段：标准单模光纤、大有效面积光纤、真波经典光纤。所述光纤跨段包括非统一跨段长度的至少两个光纤跨段，所述光信道是WDM信道，所述光纤跨段形成光点到点网络或网状网络和/或不同信道类型的相邻光信道与所述光信道共同传播。

所述方法可以应用于不同光纤类型的各种不同光纤跨段、非统一光纤跨段、不同的光信道和不同的网络拓扑。

根据第三方面，本发明涉及一种光传输设备，包括：用于传输光信道的物理上耦合的无色散补偿光纤跨段，每个光纤跨段包括光放大器；解耦构件，用于将所述光放大器的操作从所述光纤跨段的所述物理耦合中解耦出来；以及控制构件，基于对应光纤跨段的物理参数确定所述光纤跨段中的每个的入射功率。

根据第四方面，本发明涉及一种光传输设备，包括：用于传输光信道的物理上耦合的无色散补偿光纤跨段，每个光纤跨段包括光放大器；以及控制构件，用于：基于所述光放大器的噪声系数确定所述光纤跨段的初始入射功率，以及相对于所述光纤跨段的所述物理耦合，基于所述初始入射功率的迭代算法跨段分配入射功率给所述光纤跨段。

一种根据所述第三或第四方面的光传输设备提供一种用于分配入射功率给物理上耦合的光纤跨段的改进技术。可以实施所述光传输设备用于在无色散补偿的光纤链路以及不同种类的光纤、信道调制格式等的任意组合中传输光信道。所述光传输设备提供一种将最佳入射功率与光纤联系起来的简单技术，从而共同传播信道类型和放大器属性。

根据第五方面，本发明涉及一种在光点到点网络以及网状网络中分配入射功率给WDM信道的方法，这些网络包括无色散补偿的光纤跨段，任意但是先验已知的相邻信道类型，以便即使在场景受限的情况下，也能优化信号质量，并使裕度最大化。

这种方法可以应用于无色散补偿的光纤链路中，并且可以用于不同种类的光纤、信道调制格式等的任意组合。

本文中所描述的方法、系统和设备可以作为数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、微处理器或任何其它边处理器中的软件或专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，ASIC)内的硬件电路来实现。

本发明可以在数字电子电路，或计算机硬件、固件、软件，或其组合中实现，例如，在传统移动设备的可用硬件或专用于处理本文中所描述方法的新硬件中实现。

附图说明

本发明的具体实施方式将结合以下附图进行描述，其中：

图1所示为根据一实施形式的光纤跨段100的示意图；

图2所示为根据一实施形式的在光纤跨段100中使用的光放大器105的噪声系数200的示例性图；

图3所示为根据一实施形式的用于分配入射功率给传输光信道的物理上耦合的光纤跨段的方法300的示意图；

图4所示为根据一实施形式的用于分配入射功率给传输光信道的物理上耦合的光纤跨段的方法400的示意图；

图5所示为根据一实施形式的光传输设备500的方框图；

图6所示为根据一实施形式的光传输设备600的方框图；

图7所示为根据一实施形式的迭代算法的示例性图；以及

图8a、8b和8c所示为根据各实施形式的不同跨段功率设置方法的性能图。

具体实施方式

图1所示为根据一实施形式的光纤跨段100的示意图。

光纤跨段100是物理上耦合的光纤跨段的一部分，其中图1描绘了放置在第i-1个光纤跨段之后的第i个光纤跨段100。未在图1中描绘的第i+1个光纤跨段放置在第i个光纤跨段100之后。光纤跨段100包括具有衰减L_i的物理光纤103、诸如掺铒光纤放大器(ErbiumDopedFiberAmplifier，EDFA)之类的光放大器105，以及可选地包括衰减器107。入射功率P_i在第i个光纤跨段100的输入109处发射。未在图1中描绘的第i-1个光纤跨段的可选衰减器101放置在第i个光纤跨段100的输入109之前。在一实施形式中，光纤跨段包括衰减器101、107。在一替代性实施形式中，光纤跨段不包含衰减器101、107。

在无补偿链路中，非线性噪声可以近似为高斯噪声。那么信号质量取决于定义如下的有效OSNR

${\mathrm{OSNR}}_{offective}=\frac{P_{ch}}{P_{ASE}^{Trans}+P_{NLI}}---\left(1\right)$

其中P_NLI＝kP_ch ³是非线性噪声，k是有关光纤类型、跨段数、调制格式、信道数等的参数，P_ASE ^Trans是ASE噪声。

${\mathrm{OSNR}}_{effective}=\frac{P_{ch}^i/L_i\·G_i}{P_{NLI}+P_{ASE}}=\frac{P_{ch}^i/L_i\·G_i}{k_i{\left(P_{ch}^i\right)}^3/L_i\·G_i+{\mathrm{NF}}_i\·G_i\·h\·v\·B}$

$\frac{1}{{\mathrm{OSNR}}_{effective}}=k_i{\left(P_{ch}^i\right)}^2+\frac{NF\·L_i\·h\·v\·B}{P_{ch}^i}$

为了获得最佳OSNR_effective，以下等式成立：

${\left(\frac{1}{k_i{\left(P_{ch}^i\right)}^2+\frac{{\mathrm{NF}}_i\·L_i\·h\·v\·B}{P_{ch}^i}}\right)}^{\′}=0$

那么每个跨段的最佳信道功率是

$P_{ch}^i={\left(\frac{{\mathrm{NF}}_i\·L_i\·h\·v\·B}{2k_i}\right)}^{1/3}---\left(2\right)$

噪声系数NF_i取决于在充分逼近下随增益值单调递减的增益，因此，等式(2)的解弱取决于先前和后续的入射功率。然而，对于具有衰减器的系统而言，放大器增益可以始终调整到最佳噪声系数，同时通过随后的衰减器消散过量的入射功率。然后每个跨段的最佳入射功率可以通过使用等式(2)单独设置。

这种解耦是下文参照图3所描述的方法300的一个步骤。方法300包括将放大器属性从连续跨段属性中解耦出来。在多数放大器中，如图2所描绘，噪声系数随着增益的增加而降低，即增益高时噪声系数小。因此，根据本发明的一方面，放大器增益增加到最大放大器输出功率等所允许的程度，从而产生最小的噪声系数并消除后续跨段之间的耦合。如图1所描绘，置于放大器之后的衰减器107降低过量的输出功率。那么在没有求解N(跨段数)个耦合的非线性等式的情况下根据下文所描述的公式(5)确定跨段i的最佳入射功率(P_opt，i)是有可能的。

对于没有如图1所描绘的衰减器101、107的系统而言，跨段100是相互关联的并且不能独立考虑。先前的跨段功率和EDFA增益设置将影响到随后的跨段。如图2所示，EDFA的噪声系数(noisefigure，NF)是其增益的函数。如果EDFA被设置在较低NF处工作，则增益和输出功率对于随后的跨段可能不是最佳的。为了获得这种场景下的最佳跨段功率，使用两步方法。第一，根据公式(2)等将每个跨段的功率设为初始值；第二，使用迭代算法求出最终的最佳跨段功率。图7的流程图描述了这种迭代算法的示例性实施方式。

因此，如果无法设置衰减器，首先导出最佳入射功率的方程组；然后使用迭代算法求出最终的最佳跨段功率。非线性噪声可以近似为高斯噪声。那么信号质量取决于定义如下的有效OSNR

OSNR_effective＝1/sum_{spani＝1，N}(1/OSNR_{effective，i})(3a)

OSNR_{effective，i}＝P_ch，i/【B(S_ASE，i+S_NL，i)】(3b)

S_ASE，i＝NF_iL_ihν(4a)

S_NLI，i＝k_iP_ch，i ³/B(4b)

其中S_NLI，i是在跨段i上产生的非线性噪声功率频谱密度，k_i是有关光纤类型、跨段数、调制格式、信道数等的参数，S_ASE，i是在跨段i之后添加的ASE噪声功率频谱密度，h是普朗克常数，ν是光频率，L_i是跨段i的损耗，NF_i是在跨段i之后插入的光放大器的噪声系数，B是用于OSNR确定的光参考带宽(传统上是12.5GHz)。根据等式(3a)计算的入射功率的变分法产生以下等式集：

P_ch，opt，i＝((NF_i(P_i，P_i+1)－dNF_i(P_i，P_i+1)/dP_iP_i)L_ihν/(2k_i))^1/3

(5)

对于没有衰减器的系统而言，各跨段通过最后一项相互关联并且不能独立考虑。先前的跨段功率和EDFA增益设置将影响到随后的跨段。为了获得这种场景下的最佳跨段功率，使用两步方法。第一，根据公式(5)并忽略最后一个干扰项和应用最小噪声系数值初始化每个跨段的功率。第二，使用迭代算法求出最终的最佳跨段功率。这种示例性迭代算法的流程图如图7所描绘。这种迭代通常快速收敛。同样可以使用其它算法，例如基于随机或梯度的方法，从等式(3a)中求出最大OSNR_effective值和相关跨段功率。

图2所示为如上参照图1所描述的根据一实施形式在光纤跨段100中使用的光放大器105的噪声系数200的示例性图。该图示出了常规光放大器的以dB为单位的噪声系数(noisefigure，NF)对以dB为单位的增益，光放大器包括如在参照图1描述的光纤跨段100中使用的光放大器105。

图3所示为根据一实施形式的分配入射功率给传输光信道的物理上耦合的光纤跨段的方法300的示意图。物理上耦合的光纤跨段可包括如上参照图1所描述的光纤跨段100，尤其是包括衰减器101、107的光纤跨段。

方法300包括将光放大器的操作从光纤跨段的物理耦合中解耦301出来。方法300包括基于对应光纤跨段的物理参数确定303光纤跨段中每个的入射功率P_i。

在一实施形式中，解耦301包括增加光放大器105的增益G_i，使得光放大器105的噪声系数200近似它们的最小值；以及通过多个衰减器107调整随后光纤跨段上的输出功率，每个衰减器和对应光放大器105的输出端口104连接。在一实施形式中，将光纤100的入射功率P_i确定为光纤跨段100的光放大器105的噪声系数200的函数。在一实施形式中，噪声系数200的函数是根据：

P_ch，opt，i＝(NF_i，minL_ihν/(2k_i))^1/3，

其中P_ch，opt，i表示第i个光纤跨段的入射功率，NF_i，min表示在跨段i之后插入的光放大器的最小噪声系数，根据权利要求2设置，h表示普朗克常数，ν表示光信道的光频率，L_i表示光纤跨段的损耗，k_i表示有关光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。

在一实施形式中，光纤跨段100是无色度补偿的。在一实施形式中，光纤跨段100包括不同光纤类型的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光纤跨段100包括以下光纤类型之一的至少两个光纤跨段100：标准单模光纤、大有效面积光纤、真波经典光纤。在一实施形式中，光纤跨段100包括非统一跨段长度的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光信道是WDM信道。在一实施形式中，光纤跨段100形成光点到点网络。在一实施形式中，光纤跨段100形成网状网络。在一实施形式中，不同信道类型的相邻光信道与光信道共同传播。

图4所示为根据一实施形式的分配入射功率给传输光信道的物理上耦合的光纤跨段的方法400的示意图。物理耦合的光纤跨段可包括如上参照图1描述的光纤跨段100，尤其是没有衰减器101、107的这种光纤跨段。然而，方法400还可应用于包括衰减器107的光纤跨段100。

方法400包括基于光放大器的噪声系数确定401光纤跨段的初始入射功率。方法400包括：相对于光纤跨段的物理耦合，基于初始入射功率的迭代算法分配403入射功率P_i给光纤跨段。迭代算法可对应于如下参照图7描述的迭代算法700。

在一实施形式中，光纤跨段100的初始入射功率根据以下等式确定：

P_{ch，init，i}＝(NF_i(P_i，P_i+1)L_ihν/(2k_i))^1/3，

其中P_{ch，init，i}表示第i个光纤跨段的初始入射功率，NF_i(P_i，P_i+1)表示在跨段i之后插入的光放大器的噪声系数，L_i表示光纤跨段i的损耗，h表示普朗克常数，ν表示光信道的光频率，k_i表示有关光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。在一实施形式中，迭代算法用于根据以下等式确定第i个光纤跨段100的入射功率P_i：

P_ch，opt，i＝((NF_i(P_i，P_i+1)－dNF_i(P_i，P_i+1)/dP_iP_i)L_ihν/(2k_i))^1/3，

其中P_ch，opt，i表示第i个光纤跨段的初始入射功率，NF_i(P_i，P_i+1)表示在跨段i之后插入的光放大器的所述噪声系数，L_i表示光纤跨段i的损耗，h表示普朗克常数，ν表示光信道的光频率，k_i表示有关光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。在一实施形式中，相对于迭代算法的两个后续迭代，迭代算法的终止准则是基于迭代算法的入射功率P_i的改变。在一实施形式中，迭代算法包括优化准则以提供光纤跨段的入射功率P_i的最佳值，如下参照图7描述，该优化准则包括迭代算法的入射功率P_i的改变，该改变小于阈值。在一实施形式中，迭代算法700在每个迭代中包括如下参照图7详细描述的以下步骤：确定703光放大器105的增益G_i；确定705光纤跨段100的入射功率P_i；相对于迭代算法的先前迭代确定707入射功率P_i的改变；以及如果入射功率P_i的改变小于阈值，分配709入射功率P_i给光纤跨段100。

在一实施形式中，光纤跨段100是无色度补偿的。在一实施形式中，光纤跨段100包括不同光纤类型的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光纤跨段100包括以下光纤类型之一的至少两个光纤跨段100：标准单模光纤、大有效面积光纤、真波经典光纤。在一实施形式中，光纤跨段100包括非统一跨段长度的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光信道是WDM信道。在一实施形式中，光纤跨段100形成光点到点网络。在一实施形式中，光纤跨段100形成网状网络。在一实施形式中，不同信道类型的相邻光信道与光信道共同传播。

方法400可以根据图7描绘的流程图实施，其中可以从实验室测量中推导出放大器、光纤和共同传播信道的参数，并可以存储在规划程序中。在方法400的一实施形式中，通过由确定最佳跨段功率的应用从网络收集测量数据，例如每个跨段损耗或频谱噪声系数数据，进一步提高方法的准确性。在一实施形式中，每个跨段损耗在网络中进行连续监控。在一实施形式中，频谱噪声系数数据存储在实际安装的光放大器卡中。

图5所示为根据一实施形式的光传输设备500的方框图。光传输设备500包括物理上耦合的无色散补偿的光纤跨段501，每个光纤跨段包括光放大器。光纤跨段可对应于如参照图1所描述的光纤跨段100，尤其是对应于包括衰减器107的光纤跨段100。光传输设备500包括解耦构件503，其用于将光放大器的操作从光纤跨段100的物理耦合中解耦出来。解耦构件503可对应于如上参照图1所描述的衰减器107。光传输设备500还包括控制构件505，其用于基于对应的光纤跨段的物理参数确定每个光纤跨段的入射功率P_i。控制构件505可包括处理器或微控制器或数字信号处理器或另一硬件或软件电路。控制构件505可用于将衰减器107切换到光纤跨段100中，相对于在最小噪声系数处操作，控制光放大器105。光传输设备500用于实施如上参照图3所描述的方法300。

在一实施形式中，解耦构件503用于增加光放大器105的增益G_i，使得光放大器105的噪声系数200近似它们的最小值，并用于通过多个衰减器107调整随后光纤跨段上的输出功率，每个衰减器和对应光放大器105的输出端口104连接。在一实施形式中，将光纤跨段100的入射功率P_i确定为光纤跨段100的光放大器105的噪声系数200的函数。在一实施形式中，如上参照图3所述，噪声系数200的函数是根据：P_ch，opt，i＝(NF_i，minL_ihν/(2k_i))^1/3。在一实施形式中，光纤跨段100是无色度补偿的。在一实施形式中，光纤跨段100包括不同光纤类型的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光纤跨段100包括以下光纤类型之一的至少两个光纤跨段100：标准单模光纤、大有效面积光纤、真波经典光纤。在一实施形式中，光纤跨段100包括非统一跨段长度的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光信道是WDM信道。在一实施形式中，光纤跨段100形成光点到点网络。在一实施形式中，光纤跨段100形成网状网络。在一实施形式中，不同信道类型的相邻光信道与光信道共同传播。

图6所示为根据一实施形式的光传输设备600的方框图。光传输设备600包括传输光信道的物理上耦合的无色散补偿的光纤跨段601，每个光纤跨段包括用于传输光信道的光放大器。光纤跨段可对应于如参照图1所描述的光纤跨段100，尤其是没有衰减器107的光纤跨段100。然而，光纤跨段还可对应于包括衰减器107的光纤跨段100。光传输设备600包括控制构件605，控制构件用于：基于光放大器的噪声系数确定光纤跨段的初始入射功率并；相对于光纤跨段的物理耦合，基于初始入射功率的迭代算法分配入射功率P_i给光纤跨段。控制构件605可包括处理器或微控制器或数字信号处理器或另一硬件或软件电路。光传输设备600用于实施如上参照图4所描述的方法400。

在一实施形式中，控制构件605用于基于光放大器的噪声系数确定401光纤跨段的初始入射功率。在一实施形式中，相对于光纤跨段的物理耦合，控制构件605用于基于初始入射功率的迭代算法分配入射功率P_i给光纤跨段。迭代算法可对应于如下参照图7所描述的迭代算法700。在一实施形式中，如参照图4所描述，光纤跨段100的初始入射功率根据：P_{ch，init，i}＝(NF_i(P_i，P_i+1)Lihν/(2k_i))^1/3确定。在一实施形式中，如上参照图4所描述，迭代算法用于根据：P_ch，opt，i＝((NF_i(P_i，P_i+1)－dNF_i(P_i，P_i+1)/dP_iP_i)Lihν/(2k_i))^1/3确定第i个光纤跨段100的入射功率P_i。在一实施形式中，相对于迭代算法的两个后续迭代，迭代算法的终止准则是基于迭代算法的入射功率P_i的改变。在一实施形式中，如下参照图7所描述，迭代算法包括优化准则以提供光纤跨段的入射功率P_i的最佳值，该优化准则包括迭代算法的入射功率P_i的改变，该改变小于阈值。在一实施形式中，如下参照图7所详细描述，迭代算法700在每个迭代中包括以下步骤：确定703光放大器105的增益G_i；确定705光纤跨段100的入射功率P_i；相对于迭代算法的先前迭代，确定707入射功率P_i的改变；以及如果入射功率P_i的改变小于阈值，分配709所述入射功率P_i给光纤跨段100。

在一实施形式中，光纤跨段100是无色度补偿的。在一实施形式中，光纤跨段100包括不同光纤类型的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光纤跨段100包括以下光纤类型之一的至少两个光纤跨段100：标准单模光纤、大有效面积光纤、真波经典光纤。在一实施形式中，光纤跨段100包括非统一跨段长度的至少两个光纤跨段100。在一实施形式中，光信道是WDM信道。在一实施形式中，光纤跨段100形成光点到点网络。在一实施形式中，光纤跨段100形成网状网络。在一实施形式中，不同信道类型的相邻光信道与光信道共同传播。

图7所示为根据一实施形式的迭代算法700的示例性图。迭代算法可以由如上参照图4所描述的方法400和/或由如上参照图6所描述的传输设备600使用。

迭代算法700包括每个光纤跨段100的初始功率设置701。初始功率设置可使用如上参照图1所描述的等式(5)进行功率设置，例如通过EDFA类型等的每个光放大器105的最小和恒定噪声系数。迭代算法700在每个迭代中包括以下步骤：确定703光放大器105的增益G_i(表示为图7中的EDFA增益计算)；例如通过应用如上参照图1所描述的等式(5)，确定705光纤跨段100的入射功率P_i；相对于迭代算法的先前迭代，确定707入射功率P_i的改变；以及如果入射功率P_i的改变小于阈值，分配709所述入射功率P_i给光纤跨段100。确定703增益在初始功率设置701之后；确定705入射功率在确定703增益之后；确定707入射功率的改变在确定705入射功率之后。如果入射功率的改变大于阈值，则通过跳到确定703增益步骤开始下一迭代。如果入射功率的改变小于阈值，则达到终止准则，并通过分配709入射功率P_i给光纤跨段100完成该算法。

图8a、8b和8c所示为根据实施形式的跨段功率设置的不同方法的性能图。图8a所示为具有如图8a所描绘的跨段衰减的16跨段系统。图8b所示为增益相关噪声系数。恒定非线性参数k_i适用于所有光纤跨段i。图8c所示为如图4所描绘的方法400使用如图7所描绘的迭代算法的结果。图8c所示为以dB为单位的增益对跨段数的第一曲线801和第二曲线802。第一曲线801示出了非迭代方法下使用平均衰减初始化的增益，该方法通过“F.Vacondio、C.Simonneau、L.Lorcy、J.C.Antona、A.Bononi、S.Bigo：高斯分布式非线性失真的实验性特征(ExperimentalcharacterizationofGaussian-distributednonlineardistortions)，ECOC2011，We.7.B.1”进行了描述，其中使用先前和后续跨段的平均衰减来初始化增益。第二曲线802示出了通过应用如参照图4所描述的迭代方法400进行的最佳增益设置。使用迭代算法700的这种方法400，相对于传统的最佳平均功率算法，提高了0.7dB的有效OSNR，相比于非迭代方法，提高了1.4dB的有效OSNR。

由于等式(3a)求解的极值条件，相对于功率起伏和最佳值的变化，系统的容限得以增大。该方法可以应用于任何无补偿传输链路中。光纤类型、相邻信道数、相邻信道调制格式等包含在参数k_i的具体值中。

通过阅读以上内容，所属领域的技术人员将清楚地了解，可提供多种方法、系统、记录媒体上的计算机程序及其类似者等等。

本发明还支持包含计算机可执行代码或计算机可执行指令的计算机程序产品，这些计算机可执行代码或计算机可执行指令在执行时使得至少一台计算机执行本文所述的执行及计算步骤。

通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代产品、修改及变体是显而易见的。当然，所属领域的技术人员容易意识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明做出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效文句的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (13)

1.一种用于分配入射功率(P_i)给传输光信道的物理上耦合的无色散补偿光纤跨段(100)的方法(300)，其中每个光纤跨段(100)包括光放大器(105)，所述方法(300)包括：

将所述光放大器(105)的操作从所述光纤跨段(100)的所述物理耦合中解耦(301)出来；以及

基于对应光纤跨段(100)的物理参数确定(303)所述光纤跨段(100)中的每个的入射功率(P_i)。

2.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，所述解耦(301)包括：

增加所述光放大器(105)的增益(G_i)，使得所述光放大器(105)的噪声系数(200)近似它们的最小值；以及

通过多个衰减器(107)调整随后光纤跨段的输出功率，每个衰减器和对应的光放大器(105)的输出端口(104)连接。

3.根据前述权利要求之一所述的方法(300)，其特征在于，将光纤跨段(100)的所述入射功率(P_i)确定为所述光纤跨段(100)的所述光放大器(105)的噪声系数(200)的函数。

4.根据权利要求3所述的方法(300)，其特征在于，所述噪声系数(200)的所述函数是根据：

P_ch，opt，i＝(NF_i，minL_ihν/(2k_i))^1/3，

其中P_ch，opt，i表示第i个光纤跨段的所述入射功率，NF_i，min表示在跨段i之后插入的所述光放大器的所述最小噪声系数，根据权利要求2设置，h表示普朗克(Plank)常数，ν表示所述光信道的光频率，L_i表示光纤跨段i的损耗，k_i表示有关所述光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定k_i。

5.一种用于分配入射功率(P_i)给传输光信道的物理上耦合的无色散补偿光纤跨段(100)的方法(400)，其中每个光纤跨段(100)包括光放大器(105)，所述方法(400)包括：

基于所述光放大器(105)的噪声系数(200)确定(401)所述光纤跨段(100)的初始入射功率；以及

相对于所述光纤跨段(100)的所述物理耦合，基于所述初始入射功率的迭代算法(700)分配(403)入射功率(Pi)给所述光纤跨段(100)。

6.根据权利要求5所述的方法(400)，其特征在于，所述光纤跨段(100)的所述初始入射功率根据以下等式确定：

P_{ch，init，i}＝(NF_i(P_i，P_i+1)L_ihν/(2k_i))^1/3，

其中P_{ch，init，i}表示第i个光纤跨段的所述初始入射功率，NF_i(P_i，P_i+1)表示在跨段i之后插入的所述光放大器的所述噪声系数，L_i表示光纤跨段i的损耗，h表示普朗克常数，ν表示所述光信道的光频率，表示有关所述光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法(400)，其特征在于，所述迭代算法(700)用于根据以下等式确定所述第i个光纤跨段(100)的所述入射功率(P_i)：

P_ch，opt，i＝((NF_i(P_i，P_i+1)－dNF_i(P_i，P_i+1)/dP_iP_i)L_ihν/(2k_i))^1/3，

其中P_{ch，init，i}表示所述第i个光纤跨段的所述初始入射功率，NF_i(P_i，P_i+1)表示在跨段i之后插入的所述光放大器的所述噪声系数，L_i表示光纤跨段i的损耗，h表示普朗克常数，ν表示所述光信道的光频率，k_i表示有关所述光纤跨段的光纤类型、跨段数、调制格式和信道数的参数，其中已经通过模拟或测量确定了k_i。

8.根据权利要求5至7所述的方法(400)，其特征在于，相对于所述迭代算法的两个后续迭代，所述迭代算法(700)的终止准则(707)是基于所述迭代算法(700)的所述入射功率(P_i)的改变。

9.根据权利要求5至8所述的方法(400)，其特征在于，所述迭代算法(700)包括优化准则以提供所述光纤跨段(100)的所述入射功率(P_i)的最佳值，所述优化准则包括所述迭代算法(700)的所述入射功率(P_i)的改变，所述改变小于阈值。

10.根据权利要求5至9所述的方法(400)，其特征在于，所述迭代算法(700)在每个迭代中包括以下步骤：

确定(703)所述光放大器(105)的增益(G_i)；

确定(705)所述光纤跨段(100)的所述入射功率(P_i)；

相对于所述迭代算法的先前迭代，确定(707)所述入射功率(P_i)的改变；以及

如果所述入射功率(P_i)的所述改变小于阈值，分配(709)所述入射功率(P_i)给所述光纤跨段(100)。

11.根据前述权利要求之一所述的方法(400)，其特征在于：

光纤跨段(100)包括不同光纤类型的至少两个光纤跨段(100)，尤其是以下光纤类型之一的光纤跨段：标准单模光纤、大有效面积光纤、真波经典光纤；

光纤跨段(100)包括非统一跨段长度的至少两个光纤跨段(100)；

所述光信道是WDM信道；

光纤跨段(100)形成光点到点网络或网状网络；和/或

不同信道类型的相邻光信道与所述光信道共同传播。

12.一种光传输设备(500)，包括：

用于传输光信道的物理上耦合的无色散补偿光纤跨段(501)，每个光纤跨段(100)包括光放大器(105)；

解耦构件(503)，用于将所述光放大器(105)的操作从所述光纤跨段(100)的所述物理耦合中解耦出来；以及

控制构件(505)，用于基于对应光纤跨段(100)的物理参数确定所述光纤跨段(100)中的每个光纤跨段的入射功率(P_i)。

13.一种光传输设备(600)，包括：

用于传输光信道的物理上耦合的无色散补偿光纤跨段(601)，每个光纤跨段(100)包括光放大器(105)；以及

控制构件(605)，用于：基于所述光放大器(105)的噪声系数(200)确定所述光纤跨段(100)的初始入射功率，以及相对于所述光纤跨段(100)的所述物理耦合，基于所述初始入射功率的迭代算法分配入射功率(P_i)给所述光纤跨段(100)。