CN105450309A - 基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法，具体为：信号发射装置对高速信号进行光调制，得到调制的光信号；光信号通过单个光滤波器件进行滤波处理，其中，光滤波器件的阻带与高速信号光谱长波长部分、并靠近载波的位置对应；滤波后的光信号通过光纤传输到信号接收装置。本发明利用单个光滤波器件的滤波作用实现对光信号的频率均衡降低了发射和接收端器件的带宽要求，而单个光滤波器件的频谱整形作用还解决了直接调制信号的啁啾问题，使直接调制激光器在高速信号调制下仍能支持长距离光纤传输，有效降低了系统成本；并且可以直接在传统的10Gb/s系统上实现25Gb/s以上的高速信号调制，实现平滑升级，具有较高后向兼容性。

Description

基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体涉及基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法。

背景技术

随着互联网的普及和发展，通信数据流量逐年上涨，而作为通信技术的支柱之一的光纤通信，传输容量需要不断提升。系统容量的增加通常可以通过两种途径实现，即增加波长数量和提升单波长速率；其中，单波长速率提升就是能够支持更高的传输速率，这就要求发射和接收器件要支持较高的调制和接收速率。单波长速率提升涉及两方面技术：(1)高带宽的光电调制、光电探测器件；(2)高频谱利用率的调制格式。常见的利用窄带宽器件实现高速信号调制的方式有以下几种：

(一)采用高阶调制格式，它是通过利用高阶调制码型提高单个符号所携带的比特数量，以提高带宽利用率，降低对调制接收器件的带宽要求；

2014年，在华为技术有限公司在光纤通信会议(OpticalFiberCommunicationConference)上发表了题为“30kmDownstreamTransmissionUsing4×25Gb/s4-PAMModulationwithCommercial10GbpsTOSAandROSAfor100Gb/s-PON”(基于商用10Gb/s收发器件的4×25Gb/s4-PAM信号的30公里传输)的文章，文中作者演示了利用商用10Gbps器件实现四电平幅度调制(4-PAM)格式的单波长25Gb/s信号的调制和解调。该文献提供的方案中调制器件为商用10Gb/s的电吸收调制器(EML)；由于器件带宽受限，需要在信号接收端利用离线数字信号处理(DSP)技术对信号进行均衡处理和在光纤传输中累积的色散进行补偿；而对4-PAM信号的解调是通过实时示波器采样判决实现的，该实时解调电路需要进行多电平判决或使用高速模数转换(ADC)芯片，并且需要实时DSP芯片进行频率均衡和色散补偿，总体技术复杂，成本较高。

(二)除PAM-4外，双二进制调制也是一种常用的调制方式，由于双二进制码的带宽比二进制降低了近一半，所以该调制方式的抗色散能力更强；

阿尔卡特-朗讯公司的D.VanVeen等在2014年的欧洲光纤通讯展览会(ECOC)上发表了题为“26-GbpsPONTransmissionover40-kmusingDuobinaryDetectionwithaLowCost7-GHzAPD-BasedReceiver”(利用7GHzAPD接收机实现的26-Gb/s双二进制信号的40km传输)的文章，该文中提出在接收端用7GHz带宽的接收机实现26Gb/s信号的双二进制接收，后续通过二进制解调电路进行解调。该方案虽然降低了接收机的带宽，但在发射端仍需要宽带调制器；而且信号波长在O波段，而该波段色散系数很低，因此该方案没有考虑色散问题。2015年，D.VanVeen等在IEEEJournalofLightwaveTechnology(《光波技术杂志》)上发表了另一篇题为“Demonstrationof40-Gb/sTDM-PONOver42-kmWith31dBOpticalPowerBudgetUsinganAPD-BasedReceiver”(基于APD接收机的31-dB功率预算和42km光纤传输的40Gb/s时分复用无源光网络系统演示)的论文，文中提出利用窄带调制器实现高速Duobinary调制，发射端通过低通滤波器将OOK转换为duobinary码型，而该方案的接收端仍需要宽带接收机；该实验演示了40-Gb/s信号在C波段的26km差分距离的光纤传输，虽然采用了啁啾系数较小的外调制方式，仍然需要使用FBG进行色散预补偿，而且对不同的传输距离需要补偿不同的色散量。

(三)采用频率均衡技术提高调制带宽，该调制方式是提高器件的调制带宽或提高器件的调制速率；

M.Omella等在IEEEPhotonicsTechnologyLetters(《光子技术杂志》)上发表了一篇题为“10Gb/sfull-duplexbidirectionaltransmissionwithRSOA-basedONUusingdetunedopticalfilteringanddecisionfeedbackequalization”的文章，文中提出利用光滤波均衡和电的DFE(判决反馈均衡)共同提高RSOA的调制速率，从而实现了基于1.2GHz带宽RSOA的10GbsOOK调制。类似地，YiAn等曾在IEEEPhotonicsSocietyOpticalInterconnectsConference(光互联会议)上发表题为“ModulationSpeedEnhancementofDirectlyModulatedLasersUsingaMicro-ringResonator”(利用微环谐振腔提升直调激光器调制速率)的文章，文中提出利用微环谐振腔的滤波作用将在10Gb/sDFB直调激光器上实现40-Gb/s的OOK调制。但以上两个方案均只降低了对发射机的带宽要求，而接收端仍需要采用宽带接收机，无法同时降低发射和接收机的带宽；而在色散管理方面，通常采用电域信号处理技术对直调信号进行色散管理，如电色散补偿模块等，该模块只能工作于单波长，因此对多波长的系统需要多个模块。

考虑到成本和性能等因素，在通过提升单波长速率来提升光纤通信系统容量时，不同类型的光网络通常采用不同的方案进行信号传输，而对于高速光信号而言，在光纤中传输受光纤色散的影响会发生脉冲展宽，导致信号劣化，因此，对于接入网和短距离互联等对成本较为敏感的系统，如何利用低成本的器件和简单的调制解调技术实现高速信号调制以及对高速信号进行色散管理，使之能支持长距离的光纤传输已成为急需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在采用提升单波长速率来提升光纤通信系统容量时，如何利用低成本的器件和简单的调制解调技术实现高速信号调制以及对高速信号进行色散管理的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法，具体为：

信号发射装置对高速信号进行光调制，得到调制的光信号；

光信号通过单个光滤波器件进行滤波处理，其中，光滤波器件的阻带与高速信号光谱长波长部分，并靠近载波的位置对应；

经过滤波后的光信号通过光纤传输到信号接收装置。

在上述方法中，所述信号发射装置为直接调制激光器或外调制激光器。

在上述方法中，所述光滤波器件为能够对部分光谱抑制的光滤波器件，对其形状和周期性无要求。

在上述方法中，所述信号发射装置和信号接收装置为窄带器件和宽带器件的任意组合。

在上述方法中，所述信号发射装置为直接调制分布反馈式激光器，激光器带宽为10GHz，在室温下输出波长为1543nm，激光器上加载的信号为二进制信号，速率为25Gb/s，通过电流调制实现信号的调制。

在上述方法中，所述光滤波器件为带宽和中心波长可调的光延迟干涉仪。

在上述方法中，所述光纤为单模光纤，在C波段的色散系数为17ps/nm/km，长度为40km。

在上述方法中，所述信号接收装置为光电探测器，其带宽为10GHz。

本发明利用单个光滤波器件的滤波作用实现对光信号的频率均衡，降低了发射和接收端器件的带宽要求，而单个光滤波器件的频谱整形作用还解决了直接调制信号的啁啾问题，使直接调制激光器在高速信号调制下仍能支持长距离光纤传输，极大地降低了系统成本；另外，本发明无需改变系统架构，可以直接在传统的10Gb/s系统上实现25Gb/s及以上的高速信号调制，使得在接入网、短距离互联等场合有很好的后向兼容性，实现平滑的升级。

附图说明

图1为本发明提供的基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法的信号处理流程图；

图2为本发明提供的实施例滤波前、后直接调制光信号的光谱图；

图3为本发明提供的实施例滤波前、后直接调制光信号的频谱图；

图4为本发明提供的实施例滤波前直接调制光信号对应的眼图；

图5为本发明提供的实施例滤波后直接调制光信号对应的眼图；

图6为本发明提供的实施例未经滤波传输40km光纤后的光信号对应眼图；

图7为本发明提供的实施例经过滤波传输40km光纤后的光信号对应眼图。

具体实施方式

本发明是利用单个光滤波器件的滤波作用实现窄带器件的高速二进制调制，降低了对收发端调制和接收器件的带宽要求，同时，该滤波器件的频谱整形作用对直接调制激光器起到了啁啾管理作用，实现了高速直调信号的长距离传输，降低系统成本，可以在现有系统基础上直接提升速率。区别于现有的高阶调制和电色散补偿等技术，本发明的工作原理为：

在频率均衡方面：由于窄带器件对低频响应较好而对高频响应较弱，这样，当其进行高速信号调制时，高频频谱成分将被极大地衰减，使调制后的信号频谱成分发生改变，进而无法得到良好的调制效果，因此本发明提出利用单个光滤波器件的滤波作用改变信号的频谱成分，降低信号的低频分量，使信号的高、低频成分得到均衡，从而提升调制效果。

在啁啾管理方面：由于直接调制激光器在信号调制过程中会产生频率啁啾，使信号光谱展宽，在光纤中传输时脉冲在色散的影响下发生展宽，致使接收端无法正确接收，啁啾产生的效果为调制信号“1”时波长蓝移，而调制信号“0”时波长红移，因此，利用光滤波器的光谱整形作用，对直接调制信号进行啁啾管理，可以滤除信号的长波长分量，提高信号的消光比，改变脉冲前后沿的频率分布，增强脉冲的抗色散能力，从而使之能够支持长距离光纤传输。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法，具体为：

信号发射装置10对高速信号进行光调制，得到调制的光信号；光信号通过单个光滤波器件20进行滤波处理，再通过光纤30传输到信号接收装置40；滤波后的光信号频谱成分发生改变，使信号的特性随之变化，一方面实现频率均衡，从而提高信号发射装置的调制速率，另一方面，通过滤波产生的光谱整形效果，实现对直调信号的啁啾管理；

其中，光滤波器件20的阻带应对应高速信号光谱长波长部分，并靠近载波的位置。

在本发明中，信号发射装置10为直接调制激光器或外调制激光器，频率均可实现均衡效果；光滤波器件20只要能够实现对部分光谱的抑制即可，对其形状和周期性无要求。

在本发明中，信号发射装置10和信号接收装置40为窄带器件和宽带器件的任意组合，既不需要考虑发射机和接收机带宽，均可以通过频率均衡实现在其原有调制速率基础上的提升。

为了证实该技术的可行性，下面结合具体实施例进行说明，该实施例与图1对应的各装置分别为：

信号发射装置10为直接调制分布反馈式激光器(DFB)，激光器带宽为10GHz，在室温下输出波长约为1543nm，激光器上加载的信号为二进制信号，速率为25Gb/s，可以通过电流调制实现信号的调制；

光滤波器件20为光延迟干涉仪(DI)，其带宽和中心波长可调，其通带形状如图2中虚线所示；

光纤30为普通单模光纤，在C波段的色散系数为17ps/nm/km，长度为40km；

信号接收装置40为光电探测器，其带宽为10GHz。

高速信号传输路径为：首先高速信号调制到信号发射装置10上，其后由连接信号发射装置10的光滤波器20件进行滤波处理，滤波后的信号进入光纤30中进行长距离传输，最后由与光纤30另一端连接的信号接收装置40进行信号接收及检测。

图2为本实施例滤波前、后直接调制光信号的光谱图，由于频率均衡是对信号的低频成分进行抑制，信号的低频成分即位于载波附近的频率成分，同时，色散(啁啾)管理要求滤除部分长波长分量。因此，光滤波器件的阻带在对应高速信号光谱中长波长部分，并靠近载波的位置，能实现同时的频率均衡和色散管理效果，图3为本实施例滤波前、后直接调制光信号的频谱图。

图4、图5分别为滤波前、后直接调制光信号对应的眼图，对比可见，原始高速信号调制到窄带器件上并经窄带接收机探测后，光信号高频分量很低，眼图无法张开(图4)；而滤波后光信号高频成分得到提升，同时眼图张开(图5)，实现了频率均衡的效果。

图6为本实施例未经滤波传输40km光纤后的光信号对应眼图，可见，不经光滤波器件的啁啾管理，高速直接调制光信号经光纤传输后，受色散影响无法得到可判决的眼图；而图7为本实施例经过滤波传输40km光纤后的光信号对应眼图，可见，在经远距离传输后，仍可获得可判决的眼图，受色散影响不大，综上所述，光谱整形滤波不仅可以实现频率均衡，同时还起到了色散管理的效果。

本发明利用单个滤波器件同时实现信号的频率均衡和色散管理，具有以下优点：

(1)、利用一个光器件实现频率均衡和色散管理的全光信号处理，避免了高速电色散补偿模块和电频率均衡算法的使用；

(2)、利用一个光滤波器件降低了系统对发射机和接收机的带宽要求，并且可以使直调激光器支持40km以上的光纤传输距离，有效降低了系统成本；

(3)、本发明可以在传统的10Gb/s系统上直接实现，无需改变系统架构，就可以实现25Gb/s的高速调制，从而实现系统的平滑升级。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.基于单个光滤波器的高速信号频率均衡和啁啾管理方法，其特征在于，具体为：

信号发射装置对高速信号进行光调制，得到调制的光信号；

光信号通过单个光滤波器件进行滤波处理，其中，光滤波器件的阻带与高速信号光谱长波长部分并靠近载波的位置对应；

经过滤波后的光信号通过光纤传输到信号接收装置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号发射装置为直接调制激光器或外调制激光器。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光滤波器件为能够对部分光谱抑制的光滤波器件，对其形状和周期性无要求。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号发射装置和信号接收装置为窄带器件和宽带器件的任意组合。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号发射装置为直接调制分布反馈式激光器，激光器带宽为10GHz，在室温下输出波长为1543nm，激光器上加载的信号为二进制信号，速率为25Gb/s，通过电流调制实现信号的调制。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光滤波器件为带宽和中心波长可调的光延迟干涉仪。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤为单模光纤，在C波段的色散系数为17ps/nm/km，长度为40km。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号接收装置为光电探测器，其带宽为10GHz。