CN106464375A - 光纤通信中的非线性补偿的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于CO‑OFDM传输系统的非线性补偿技术，其中一定比例的OFDM子载波(例如高达50％)连同相位共轭副本(PCP)一起在另一子载波上传输(代替携带数据的子载波)，以实现非线性失真补偿。OFDM系统中的紧密间隔的子载波所经受的非线性失真是高度相关的。PCP用在接收器处，以估计它们各自的原始子载波和接近PCP的其他子载波的非线性失真(例如非线性相移)。借助该技术，在没有DBP的复杂性或相位共轭双波(PC‑TW)技术的50％容量损失的情况下，由于克尔效应在OFDM系统中所引起的光纤非线性可被有效地补偿。此外，本文中所提出的技术可有效地实施在单一偏振系统和PMD系统两者中、单一信道系统和WDM系统两者中。

Description

光纤通信中的非线性补偿的方法
发明领域
本发明涉及对于沿着光纤传输的信号中所观察的非线性效应进行补偿的技术。特别地，本发明涉及对相干光正交频分复用(CO-OFDM)方案中的光纤非线性进行补偿的方法。
发明背景
理论上，固定带宽通信信道的容量与信噪比成对数正比关系[1]。因此，光纤通信信道的容量应随着传输信号功率单调地增加。然而，由于克尔效应(Kerr effect)所引起的非线性失真限制了可被发射到光纤中的最大光功率[2,3]。因此，光纤克尔非线性效应在光纤通信中于最大可实现的数据速率上设置了上限。
已经通过几种非线性补偿技术做出了多方面的努力来试图抑制克尔非线性限制。数字反向传播(DBP)是一种有效的非线性补偿方法，其通过在接收器处数字地反转失真的信号来消除非线性失真[4]。该技术基于光纤中的脉冲的传播可通过非线性薛定谔方程(NLSE)准确地仿真的事实。因此，由光纤引入的所有确定的失真可通过反转NLSE在接收器处进行补偿。
由于提供在接收器处所接收的信号的完整信息(振幅和相位两者)的相干检测的优势，应用DBP的想法最近已经成为现实。DBP的性能上的多项调查已经通过各种传输配置开展起来[4,5,6]。然而，由于在非线性相互作用下的许多计算步骤，DBP不切实际地显示了高复杂性。此外，在波分复用(WDM)系统中，因为邻近的WDM信道对于补偿器是未知的，所以DBP的有效性显著降低。
数字[7]和光[8,9]中间链路相位共轭(ML-PC)是其他已知的非线性补偿技术，其共轭在传输链路的中间点处的信号相位，以便实现非线性相位移动在链路的末端的消除。ML-PC通过在链路的中点处插入相位共轭器来修改传输链路，并要求相对于相位共轭器的近镜成像功率演变。然而，为了用ML-PC方案实现有意义的性能改进，整个传输链路需要是均匀的，且在ML-PC之前和之后的信号功率演变曲线需要是对称的，以作为镜像图像仿真。这样的要求显著降低了光路由的网络中的灵活性。此外，额外的硬件(相位共轭器)是ML-PC技术的显著缺陷。
最近，提出了被称为相位共轭双波(PC-TW)的新非线性补偿技术[10]。PC-TW是基于发射器的技术，其可用最少的额外硬件或信号处理来实施。在该方案中，信号复波形式和其相位共轭以x偏振状态和y偏振状态来同时传输，并且随后，非线性信号失真可通过相干叠加在接收器处得到减缓。操作的原则是，共轭累积相同的非线性作为信号。在接收器处，共轭过程反转该非线性，使得当加入信号的副本时，数据信号增加(提高SNR)同时非线性项减少。PC-TW在补偿光纤非线性上提供了简单且有效的解决方法，因为其在符号检测之前每符号仅需要额外的共轭加操作。然而，PC-TW的一个严重的缺点是，其容纳一半的传输容量。除此之外，PC-TW仅可有效地应用在偏振分复用(PDM)系统中。
正交频分复用(OFDM)是一种广泛使用的数字调制/复用技术。相干光OFDM(CO-OFDM)方案被认为是用于未来高速(例如，每信道数据速率>100Gb/s)光传输系统的一种有前途的技术[11-13]。CO-OFDM提供了一些固有优势，即高频谱效率、对线性破坏(譬如光纤色散(CD)和偏振膜色散(PMD))的高回弹性、更简单的信道估计和补偿技术。然而，CO-OFDM受到一些非线性影响，尤其是由于窄且等间距的子载波所引起的四波混频(FWM)。因此，相较于任何传统方案，对CO-OFDM进行光纤非线性的补偿是更为关键的。
已经提出了用于CO-OFDM传输的几个非线性减缓技术，譬如预补偿和后补偿[14,15]或基于导频音的光纤非线性补偿[16]。然而，这些技术的好处是微不足道的，并且它们在不具有特定的色散映射的光纤链路中甚至是无效的。截止到目前为止，还未提出用于CO-OFDM的简单且有效的光纤非线性补偿技术。
发明概述
在其最普遍的意义上来说，本发明提出了用于CO-OFDM传输系统的非线性补偿技术，其中OFDM子载波中的至少一个子载波连同在另一子载波上的相位共轭副本(PCP)一起传输(代替携带数据的子载波)，以实现非线性失真补偿。对于OFDM系统，紧密间隔的子载波所经受的非线性失真是高度相关的，使得除了补偿在原始OFDM子载波中的非线性之外，一个或多个额外的邻近(或紧密间隔)的子载波可以可选地具有它们被估计并随后补偿的非线性失真。在该方案中，OFDM子载波的部分(例如高至50％)作为其他子载波的相位共轭来传输。PCP用在接收器处，以估计它们各自的原始子载波和接近PCP的其他子载波的非线性失真(例如非线性相移)。借助该技术，在没有DBP的复杂性或以上所讨论的相位共轭双波(PC-TW)技术的50％容量损失的情况下，由于克尔效应在OFDM系统中所引起的光纤非线性可被有效地补偿。此外，本文中所提出的技术可有效地实施在单一偏振系统和PMD系统两者中、单一信道系统和WDM系统两者中。
根据本发明的第一方面，提供准备用于沿着光纤传输的数据信号的方法，该方法包括：将信息符号映射到正交频分复用(OFDM)编码的数据信号中的第一子载波；以及将信息符号的复共轭(本文中也被称作相位共轭)映射到OFDM编码的数据信号中的第二子载波，第二子载波在频域中邻近第一子载波。如以下所解释的，当接收OFDM编码的数据信号时，可处理所接收的信息符号和对应于复共轭的所接收的信息符号，以产生关于OFDM数据信号所经受的非线性失真的信息。通过这种方式所计算的非线性失真的估计可用于补偿来自额外周边的子载波的信息符号中的非线性失真。通过这种方式，相位共轭的开销可少于50％，即少于如果使用整个共轭副本所需的开销(譬如在以上所讨论的PC-TW技术中)。
OFDM编码的信号可看做包括多个非线性补偿信息符号对，每对包括在各自子载波上传送的携带一段数据的信息符号和该信息符号的复共轭。通过在子载波带中将非线性补偿信息符号对间隔开，本发明可在相对低的带宽开销的条件下提供跨OFDM编码的数据信号的频率范围的准确的非线性补偿。
因此，方法可包括：将多个非线性补偿信息符号对映射到正交频分复用(OFDM)编码的数据信号中的各自的子载波对中，多个非线性补偿信息符号对中的每个包括：映射到第一子载波的数据信息符号；以及映射到第二子载波的数据信息符号的复共轭，其中第二子载波在频域中邻近第一子载波。
多个非线性补偿信息符号对可在OFDM编码的数据信号中的子载波的频率分布中有规律地间隔，例如分开1、2、3、4、5或更多个传送不具有相应的相位共轭的信息符号的子载波。
OFDM编码的光数据信号中的传送由其他子载波携带的数据信息符号的复共轭的子载波的比例可以是50％或更少，例如30％或更少、25％或更少、或者20％或更少。优选地，比例大于10％。
在本文中，提到的频域中“邻近”可意味着第一和第二子载波彼此临近，例如分开不多于五个子载波，且优选为3个或更少子载波。在实践中，第一和第二子载波在频率上可足够接近，以使它们的非线性相移表现出高度的相关性。优选地，第一子载波在OFDM编码的光数据信号中的子载波的频率分布上邻近第二子载波。
在信息符号映射到它们各自的子载波之后，OFDM编码的数据信号可以以传统的方式来传输，例如通过将快速傅里叶逆变换应用到OFDM编码的数据信号来生成时域信号；用时域信号调制光载波；以及通过光纤传输光载波。
本发明的非线性补偿可通过沿着传输链路创建色散对称得到改进。因此，方法可包括将电色散预补偿应用到OFDM编码的数据信号，例如在进行快速傅里叶逆变换之前。
根据第一方面的传输准备过程可由适当编程的计算机执行。该过程可以是传统OFDM(并且特别是CO-OFDM)系统的部分，例如数据上的操作在符号映射之后但在快速傅里叶逆变换之前进行。因此，本发明的第一方面还提供具有储存在其上的计算机可读指令的计算机程序产品，其在由计算机执行时使计算机进行以上所陈述的方法。
根据第二方面，本发明提供补偿光纤非线性的方法，方法包括：接收来自光纤的正交频分复用(OFDM)编码的光数据信号；检测来自OFDM编码的光数据信号的第一子载波中的第一接收的信息符号；检测来自OFDM编码的光数据信号中的第二子载波中的第二接收的信息符号，其中第二子载波在频域中邻近第一子载波，以及其中第二接收的信息符号是用于第一接收的信息符号的相位共轭的导频；以及基于第二接收的信息符号补偿第一接收的信息符号中的非线性相移。所接收的OFDM编码的光数据信号可通过本发明的第一方面的方法来生成。因此，以上所讨论的本发明的第一方面的特征可由本发明的第二方面来共享，并且不再讨论。
术语“用于第一接收的信息符号的相位共轭的导频”可意味着第二接收的信息符号被编码为在第一子载波上原始编码的信息符号的复共轭(相位共轭)。然而，由于OFDM编码的光数据信号在传输期间所经受的非线性影响，第一接收的信息符号和第二接收的信息符号将不再彼此复共轭。本发明使用在两个信息符号被原始编码时的它们之间的关系，以补偿非线性影响。
补偿第一接收的信息符号中的非线性相移可包括对第一接收的信息符号和第二接收的信息符号的共轭进行平均。
如以上所讨论的，第一和第二子载波在子载波的频率分布上可彼此临近，例如分开不多于五个子载波，且优选为3个或更少子载波。在实践中，第一和第二子载波在频率上可足够接近，以使它们的非线性相移表现出高度的相关性。优选地，第一子载波在OFDM编码的光数据信号中的子载波的频率分布上邻近第二子载波。
方法可包括基于第一接收的信息符号和第二接收的信息符号计算估计的非线性失真。有利地，该估计的非线性失真可用于补偿其他信息符号所经受的非线性影响。这意味着补偿可在不必为每个传输的信息符号提供复共轭的情况下来进行。因此，方法可包括检测来自OFDM编码的光数据信号的第三子载波中的第三接收的信息符号，以及基于估计的非线性失真补偿第三接收的信息符号中的非线性相移。如果第三子载波在频域中邻近第一子载波，即与其分开五个或更少介于中间的子载波，则补偿是特别有效的。如果子载波的数量足够大或信号带宽足够小，则第一子载波可与第三子载波分开五个或更多个介于中间的子载波，例如6、7、8或9或更多个介于中间的子载波。
事实上，估计的非线性失真可用于补偿由在频域中位于第一子载波周围的多个子载波传送的多个接收的信息符号中的非线性失真。
类似于第一方面，本发明的第二方面在所接收的信号具有被编码于其中的多个信息符号共轭对时是特别有用的。如果共轭对散布于OFDM编码的信号的频带，则非线性补偿可在由每个子载波传送的信息符号上进行，不管其是否具有共轭对。
因此，本发明的第二方面也可表示为补偿光纤非线性的方法，方法包括：接收来自光纤的正交频分复用(OFDM)编码的光数据信号；检测来自OFDM编码的光数据信号中的第一对子载波中的第一对非线性补偿信息符号，该第一对非线性补偿信息符号包括：来自OFDM编码的光数据信号的第一子载波中的第一接收的信息符号，以及来自OFDM编码的光数据信号中的第二子载波中的第二接收的信息符号，其中第二子载波在频域中邻近第一子载波，以及其中第二接收的信息符号是用于第一接收的信息符号的相位共轭的导频；检测来自OFDM编码的光数据信号中的第二对子载波中的第二对非线性补偿信息符号，该第二对非线性补偿信息符号包括：来自OFDM编码的光数据信号的第三子载波中的第三接收的信息符号，以及来自OFDM编码的光数据信号中的第四子载波中的第四接收的信息符号，其中第四子载波在频域中邻近第三子载波，以及其中第四接收的信息符号是用于第三接收的信息符号的相位共轭的导频；基于第一接收的信息符号和第二接收的信息符号计算第一估计的非线性失真；基于第三接收的信息符号和第四接收的信息符号计算第二估计的非线性失真；检测由在OFDM编码的光数据信号的频域中位于第一对子载波和第二对子载波之间的多个子载波传送的多个接收的信息符号；以及基于第一估计的非线性失真和第二估计的非线性失真补偿多个接收的信息符号中的每个中的非线性相移。
补偿步骤自身可以以多种方式来执行。例如，对给定的共轭对计算的相同估计的非线性失真可用于补偿最接近该共轭对的所有子载波中的信息符号。因此，方法可包括：确定每个各自接收的信息符号的子载波在OFDM编码的光数据信号的频域中是更接近第一对子载波还是更接近第二对子载波；如果子载波更接近第一对子载波，则将第一估计的非线性失真应用到其各自接收的信息符号；以及如果子载波更接近第二对子载波，则将第二估计的非线性失真应用到其各自接收的信息符号。
可替代地，非线性失真可被假定为在共轭对之间以某种方式变化。例如，可假定，特别是如果共轭对在频率上相对接近，非线性失真在邻近的共轭对之间近似地以线性方式变化。因此，方法可包括基于第一估计的非线性失真和第二估计的非线性失真用频率对估计的非线性失真的线性变化进行插值，其中补偿多个接收的信息符号中的每个中的非线性相移包括基于其子载波的频率将插值的估计的非线性失真应用到多个接收的信息符号中的每个。
类似于第一方面，本发明的第二方面可在适当编程的计算机上来进行，其执行对应于以上所概述的方法步骤的软件指令。
总的来说，以上提出的相位共轭导频方案可以以简单、低成本且灵活的方式来执行，并且对于调制格式或光纤链路性质来说可能是透明的。因为技术是数字的，所以其可应用在从短距离到长途链路范围的任何光链路(具有或不具有色散补偿模块)中，而不需要任何硬件修改和要求，从而在实施中提供了灵活性。
附图简述
以下参照附图对本发明的示例进行讨论，其中：
图1是示出了相位共轭的导频和相关的子载波之间的关系的示意图；
图2是适于实施是本发明的实施例的非线性补偿技术的偏振分复用(PDM)相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统的框图；
图3是图2中所示的接收器的框图；
图4是示出了在使用是本发明的实施例的非线性补偿技术时Q因数作为通过图2的系统所传输的多个信号的发射功率的函数的曲线图；
图5是关于图2中的系统的一组接收的星座图，其中每个接收的星座图对应于在使用是本发明的实施例的非线性补偿技术时的不同量的相位共轭的导频开销；以及
图6是示出了当使用是本发明的实施例的补偿技术时的Q因数改进作为相位共轭的导频开销的函数的曲线图。
详细描述；进一步的选项和优选
本发明的补偿技术背后的概念可理解为关于与以上所讨论的已知的相位共轭双波(PC-TW)概念[10]的比较。PC-TW概念通过在x偏振和y偏振上传输复信号波形和其相位共轭来运行。本发明的补偿技术不同于整个信号被复制的技术。相反，出于传输所谓的相位共轭的导频信号的目的，本发明的补偿技术在OFDM系统中分配一个或多个子载波。每个相位共轭的导频信号是在另一子载波上传输的“真实”数据信号的相位共轭。因为在OFDM系统中间隔的频率通常是小的，因此邻近的子载波在光纤中传播时经受类似的非线性失真。因此，在光链路的末端处，邻近的子载波上的非线性相移将经受深度相关性。本发明是基于非线性补偿可通过跨整个OFDM带插入相位共轭的导频来达成的实现。
在本文中，“邻近”可意味着直接相邻，即下个最接近的子载波，或者其可以是附近的子载波，例如分开0、1、2、3、4、5或更多个中间子载波中任意一种。
图1图示了插入相位共轭的导频的概念。图1示出了在CO-OFDM通信方案中的一组子载波的示意频率线图。现在假定由第k个子载波100携带的信息符号为Sk＝Akexp(jφk)，其中Ak和φk是该信息符号的振幅和相位，则相位共轭的导频可作为经由第k个子载波所发送的符号的相位共轭在第h个子载波中传输，即
在光纤中传播时，由θk和θh表示的非线性相移通过光克尔效应被引入到这些子载波。因此，在第k个和第h个子载波上的接收的信息符号分别为Rk＝Ar,kexp(jφk+θk)和Rh＝Ar,hexp(-jφk+θh)。如果在第k个和第h个子载波100、102之间的频率间隔足够小，则在这些子载波上的非线性相移将具有高度的相关性，即θk≈θh。该相关性通过对该子载波和携带其相位共轭的子载波上的接收的信息符号进行如下的平均，提供了机会来消除第k个子载波上的非线性相移：
应注意的是，通过传输相位共轭的导频，其相关的子载波数据上的非线性相移可如下来估计：
同时，图1示出了布置，其中相位共轭的导频通过另外两个子载波与它的基数据子载波分开。期望的是，仅在离其基数据子载波小的频率间距处提供相位共轭导频，以便最小化这些子载波之间的频率失谐，从而增加这些子载波之间的非线性相移的相关性的可能性。例如，带有数据的子载波可被直接放置在其相位共轭的导频旁，或者可与其分开一些子载波，例如1、2、3、4、5或更多。
第k个子载波100上的非线性失真也可借助相位共轭的导频如下来估计：
由方程(2)和(3)表示的估计可用于补偿其他邻近的，即附近的，子载波上的非线性失真。通过应用该技术，可在不共轭所有子载波对的情况下补偿OFDM系统中的数据子载波上的光纤非线性破坏。
多个数据子载波和其相位共轭导频子载波可分布在整个OFDM信号中。分布可以是有规律的。没有对应相位共轭导频的多个数据子载波可分开每个数据/相位共轭的导频子载波对。如果频率间隔小，则没有对应的相位共轭导频的数据子载波上的非线性失真将类似于数据/相位共轭的导频子载波对。因此，非线性失真可使用最接近的子载波数据对上的估计的非线性失真和相位共轭的导频，在没有对应的相位共轭导频的数据子载波中进行补偿。因此，使用该方案，一个相位共轭的导频可用于补偿几个子载波上的非线性失真。结果是，由于该方案中的相位共轭的导频的开销是相对宽松的，并且可根据特定应用的要求来设计。
取决于链路性质，没有伴随相位共轭的导频的子载波上的非线性失真可以以各种方式来估计。第一方法是使用来自子载波数据对和其相位共轭的相同估计的非线性失真δk，以如以上所描述的补偿围绕该对的子载波上的非线性失真。第二方法是使用来自两个相邻的子载波数据对和其相位共轭导频的估计的非线性失真的线性插值，来补偿在这两对之间的子载波上的非线性失真。第二方法以下进一步进行讨论。
本发明的补偿技术可通过应用电色散预补偿(预EDC)得到增强，以沿着传输链路创建色散对称。具有对称的色散映射可增强子载波数据上的非线性失真和其相位共轭之间的相似性，从而进一步改进非线性消除方案的有效性。为了创建对称的色散映射，如下应用预EDC：
其中X(0,ω)是传输信号的频谱，D是光纤色散，λ是波长，c是光速以及L是传输距离。
在CO-OFDM系统中，预EDC可通过以下表达式于IFFT块之前在频域中简单实施：
其中k是子载波索引以及Δf是频率间隔。因此，所提出的光纤非线性补偿技术可与用于CO-OFDM传输的预EDC容易地结合，以实现最佳性能。
图2示出了偏振分复用(PDM)CO-OFDM系统200的框图。系统包括发射器侧过程和通过一定长度的光纤220连接的接收器侧处理器。现在描述在本发明的仿真中所采取的步骤。
数据流202被输入到发射器侧处理器201中，其在图2中表示为多个功能块(以下称为处理器的“部分”)。这些功能适当地以硬件或软件来实施。输入数据流202被分成x偏振和y偏振，随后，其中的每个经由串行到并行转换部分204和符合映射部分206映射到1920子载波上，例如使用正交相移键控(QPSK)调制格式。多个预定的子载波使0映射到它们，以便保存它们用于相位共轭。
在该阶段，即仍在频域中，多个相位共轭的导频通过PCP加入部分208加入。在此，所保存的多个预定的子载波中的每个具有映射到其的各自的子载波的相位共轭。
由符号映射部分206和PCP加入部分208执行的功能可同时在单一的符号映射块中执行，其中数据和其相位共轭同时映射到携带子载波和PCP的数据上。
如以上所讨论的(例如见方程(5))，随着相位共轭的导频的加入，子载波在预EDC部分210中受到电色散预补偿。随后，子载波通过快速傅里叶逆变换(IFFT)部分212被转换到时域。IFFT的大小为2048，而零占据剩余部分。
随后，在一个或多个训练符号加入到部分216中之前，子载波在部分214中经受并行到串行转换。随后，信号通过数模转换器218、I/Q调制器222和偏振分束器224被准备用于传输。
OFDM的有效持续时间是51.2ns。在本文所执行的仿真中，长途光纤链路(光纤220)被假定为由80km跨度的标准单模光纤(SSMF)组成，其具有0.2dBkm-1的损耗参数、1.22W-1km-1的非线性系数、16ps/nm/km的色散以及0.1ps/km0.5的PMD系数。光纤跨度损耗由掺铒光纤放大器226(EDFA)补偿，其具有16dB的增益以及4dB的噪声指数。
在仿真中，放大的自发发射(ASE)噪声内联加入。发射器激光器和接收器激光器具有相同的100kHz的线宽。仿真的时间窗包含100个OFDM符号。
在通过光纤220行进之后，信号由分集接收器230接收，该分集接收器具有连接到其的光学本机振荡器(OLO)228。随后，所接收的信号通过模数转换器232被准备用来解释，该模数转换器重新采样信号并向数字信号处理器(DSP)234提供两个偏振状态的同相分量和正交分量。
接收器DSP 234的框图在图3中示出。DSP 234具有第一部分302、第二部分304、第三部分306、第四部分308、第五部分310和第六部分312，该第一部分302用于将信号从串行转换到并行以用于进一步的处理，该第二部分304用于通过重叠保留法使用重叠的频域均衡器(OFDE)来执行色散补偿，该第三部分306用于执行快速傅里叶变换以将信号转换到频域中，该第四部分308用于通过MIMO处理使用迫零估计法借助于初始训练序列执行信道估计和均衡[17]，该第五部分310用于执行非线性相位噪声(NLPN)估计，该第六部分312用于执行NLPN补偿。得到的信息在第七部分314进行解调，并随后传递到符号映射部分236以待解码。解码之后，数据通过适当的并行到并行串转换部分238输出。
为了使用相位共轭的导频来补偿NLPN，有必要首先补偿由激光器的相位噪声和光纤非线性引入的共同相位误差(CPE)。该任务也可借助如[18]所示的相位共轭的导频来完成，本文中不再进行讨论。
在仿真中，在CPE补偿之后，相位共轭的导频伴随的子载波数据的非线性相位噪声使用表达式(1)来补偿，并且随后，其他子载波的非线性相位噪声借助线性插值法和不借助线性插值法，使用表达式(3)来补偿。在信号传递到第七部分314用于解调之前，该步骤由第五部分310和第六部分312执行。
图4是展示了相位共轭的导频的效果的曲线图，该相位共轭的导频通过查询不同发射功率的Q因数的行为，用在以上所描述的仿真中。图4将50％的子载波被分配到相位共轭的导频的方案(尽管如此，如上所讨论的，开销可低于此)与没有任何相位共轭的导频的方案进行了比较。图4还比较了通过额外应用预EDC技术所获得的结果。可见，当使用预EDC和50％相位共轭的导频时，在系统性能上实现了大约4.5dB的改进。在该比较中，传输距离为3200km。
另外，当应用相位共轭的导频补偿技术时，非线性阈值也增加了6dB。该结果清楚表明，非线性相位噪声可通过相干平均的相位共轭的导频和其相关的数据子载波得到显著的减缓。该改进的结果是，可实现更长的传输距离。图4还示出了具有50％相位共轭的导频的系统在6400km的传输距离之后的性能。相较于没有相位共轭的导频的OFDM系统，该系统在3200km的传输距离之后在性能上仍提供了大约1.5dB的优势。该重要比较表明，频谱效率和传输距离的乘积可通过本发明的相位共轭的导频得到显著的增加。
图4中所呈现的仿真结果清楚表明，系统性能可通过传输具有其相位共轭的导频的每个子载波数据得到显著的改善。该实施提供了最佳性能，但其需要50％的开销。在上一节中已经讨论，在应用相位共轭的导频补偿技术中的所需开销可通过使用一对子载波数据和其相位共轭的导频上的估计的非线性失真得到降低，以补偿其他子载波上的非线性失真。特别地，一个相位共轭的导频可分别在33％、25％、20％或更低开销的条件下用于补偿2、3、4或更多数据子载波的非线性失真。在图5中，没有和具有用于光纤非线性补偿的相位共轭的导频的系统的所接收的星座图示出了相位共轭的导频开销的不同值。图5(a)是没有任何相位共轭的导频的所接收的星座图。图5(b)是具有20％的相位共轭的导频开销的所接收的星座图(每个导频补偿4个数据子载波)；图5(c)是具有25％的相位共轭的导频开销的所接收的星座图(每个导频补偿3个数据子载波)；图5(d)是具有50％的相位共轭的导频开销的所接收的星座图(每个导频补偿一个数据子载波)。在该仿真中，传输距离为1200km且发射功率为6dBm。由于相位共轭的导频所引起的开销和性能之间的权衡可清楚地观察到。由于相位共轭的导频的传输，更好的性能带来更高开销的成本。
以dB为单位的系统性能的改进作为由于相位共轭的导频所引起的开销的函数在图6中示出。系统性能的改进被定义在最佳发射功率点。在50％、33％和20％的开销的情况下，系统性能上的可实现的改进分别是4.6dB、3.2dB和2.1dB。因此，由于开销和性能改进之间的权衡，所提出的光纤非线性补偿技术可根据光链路需求来自适应地应用。
如前所述，子载波数据对上的估计的非线性失真和其相位共轭的导频可用于通过线性插值法和不通过线性插值法补偿其他周围的子载波上的非线性失真。在50％、33％和20％的开销的情况下，系统性能上的可实现的改进大约分别为4.6dB、3.2dB和2.1dB，或每1％的开销近似为0.1dB。在实际系统中，将需要CPE(4-10％)的最小开销，且该开销可用于提供某种等级的非线性补偿而不需要额外的开销。
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Claims (15)

1.一种准备用于沿着光纤传输的光数据信号的方法，所述方法包括：
将多个非线性补偿信息符号对映射到正交频分复用(OFDM)编码的数据信号中的各自的子载波对中，所述多个非线性补偿信息符号对中的每个包括：
数据信息符号，其映射到第一子载波；以及
所述数据信息符号的复共轭，其映射到第二子载波，
其中所述第二子载波在频域中邻近所述第一子载波，以及
其中，所述OFDM编码的光数据信号中的传送由其他子载波携带的数据信息符号的复共轭的子载波的比例为50％或更低。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个非线性补偿信息符号对在所述OFDM编码的数据信号中的子载波的频率分布中有规律地分开。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述比例为30％或更低。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述OFDM编码的光数据信号中的子载波的频率分布中，所述第一子载波相邻所述第二子载波。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：
将快速傅里叶逆变换应用到所述OFDM编码的数据信号，以生成时域信号；
用所述时域信号调制光载波；以及
通过光纤传输所述光载波。
6.根据权利要求5所述的方法，包括将电色散预补偿应用到所述OFDM编码的数据信号。
7.一种具有在其上储存的计算机可读指令的计算机程序产品，所述计算机可读指令在由计算机执行时使所述计算机实行根据权利要求1到6中任一项的方法。
8.一种补偿光纤非线性的方法，所述方法包括：
接收来自光纤的正交频分复用(OFDM)编码的光数据信号；
检测来自所述OFDM编码的光数据信号的第一子载波的第一接收的信息符号；
检测来自所述OFDM编码的光数据信号中的第二子载波的第二接收的信息符号，其中所述第二子载波在频域中邻近所述第一子载波，以及其中所述第二接收的信息符号是所述第一接收的信息符号的相位共轭的导频；
基于所述第二接收的信息符号，补偿所述第一接收的信息符号中的非线性相移；
基于所述第一接收的信息符号和所述第二接收的信息符号，计算估计的非线性失真；
检测来自所述OFDM编码的光数据信号的第三子载波的第三接收的信息符号，其中所述第三子载波在频域中邻近所述第一子载波，以及
基于所述估计的非线性失真，补偿所述第三接收的信息符号中的非线性相移。
9.根据权利要求8所述的方法，其中补偿所述第一接收的信息符号中的非线性相移包括对所述第一接收的信息符号和所述第二接收的信息符号的共轭进行平均。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在所述OFDM编码的光数据信号中的子载波的频率分布中，所述第一子载波相邻所述第二子载波。
11.根据权利要求8所述的方法，包括通过将所述估计的非线性失真应用到由在频域中位于所述第一子载波周围的多个子载波传送的多个接收的信息符号中的每个，来补偿所述多个接收的信息符号中的非线性相移。
12.一种补偿光纤非线性的方法，所述方法包括：
接收来自光纤的正交频分复用(OFDM)编码的光数据信号；
检测来自所述OFDM编码的光数据信号中的第一对子载波的第一对非线性补偿信息符号，所述第一对非线性补偿信息符号包括：
来自所述OFDM编码的光数据信号的第一子载波的第一接收的信息符号，以及
来自所述OFDM编码的光数据信号中的第二子载波的第二接收的信息符号，
其中所述第二子载波在频域中邻近所述第一子载波，以及
其中所述第二接收的信息符号是所述第一接收的信息符号的相位共轭的导频；
检测来自所述OFDM编码的光数据信号中的第二对子载波中的第二对非线性补偿信息符号，所述第二对非线性补偿信息符号包括：
来自所述OFDM编码的光数据信号的第三子载波的第三接收的信息符号，以及
来自所述OFDM编码的光数据信号中的第四子载波的第四接收的信息符号，
其中所述第四子载波在频域中邻近所述第三子载波，以及
其中所述第四接收的信息符号是用于所述第三接收的信息符号的相位共轭的导频；
基于所述第一接收的信息符号和所述第二接收的信息符号，计算第一估计的非线性失真；
基于所述第三接收的信息符号和所述第四接收的信息符号，计算第二估计的非线性失真；
检测由在所述OFDM编码的光数据信号的频域中位于所述第一对子载波和所述第二对子载波之间的多个子载波传送的多个接收的信息符号；以及
基于所述第一估计的非线性失真和所述第二估计的非线性失真，补偿所述多个接收的信息符号中的每个中的非线性相移。
13.根据权利要求12所述的方法，其中补偿所述多个接收的信息符号中的每个中的非线性相移包括：
确定每个各自接收的信息符号的子载波在所述OFDM编码的光数据信号的频域中是更接近所述第一对子载波还是更接近所述第二对子载波；
如果所述子载波更接近所述第一对子载波，则将所述第一估计的非线性失真应用到其各自接收的信息符号；以及
如果所述子载波更接近所述第二对子载波，则将所述第二估计的非线性失真应用到其各自接收的信息符号。
14.根据权利要求12所述的方法，包括基于所述第一估计的非线性失真和所述第二估计的非线性失真，用频率对估计的非线性失真的线性变化进行插值，其中补偿所述多个接收的信息符号中的每个中的非线性相移包括基于其子载波的频率将插值的估计的非线性失真应用到所述多个接收的信息符号中的每个。
15.一种具有在其上储存的计算机可读指令的计算机程序产品，所述计算机可读指令在由计算机执行时使所述计算机进行根据权利要求8到14中任一项的方法。
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