CN107078802B - 直接检测光学系统中的载波信号功率比控制 - Google Patents

直接检测光学系统中的载波信号功率比控制 Download PDF

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Abstract

提供了用于直接检测光学系统中载波信号功率比(CSPR)控制的系统和方法实施例。在一实施例中，一种用于直接检测光学系统中CSPR控制的方法包括：在接收器(RX)数字信号处理器(DSP)中接收电信号，其中，所述电信号通过直接检测组件从相应的光信号中获得；估计所述电信号的CSPR；根据所述CSPR，生成控制信号中的一种；以及向光学滤波器和激光器中的一种发送所述控制信号，其中，所述波长控制信号控制使所述光学滤波器和所述激光器中的一种的中心波长(CW)被调整，使得所述光学滤波器的CW和所述激光器的CW之间的偏移产生所需的CSPR。

Description

直接检测光学系统中的载波信号功率比控制
相关申请交叉引用
本专利申请要求于2014年10月20日提交的申请号为14/518,881、发明名称为“直接检测光学系统中的载波信号功率比控制”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及光学传输系统，并在具体实施例中涉及一种用于直接检测光学系统中载波信号功率比控制的系统与方法。
背景技术
众所周知，载波信号功率比(CSPR)是直接检测正交频分复用(OFDM)系统中重要的参数。图1示出了系统误码率(BER)和CSPR之间典型关系的曲线图100。当CSPR较小时，误码率未达到最佳标准，因为子载波信号差拍干扰(SSBI)功率相对于信号功率增大。而当CSPR较大时，误码率也未达到最佳标准，因为系统噪声(通常由光学信噪比(OSNR)测定)占主导地位。CSPR的甜蜜点随系统噪声发生变化。
对于光强度调制器，可以用光学滤波器设置最佳的CSPR。然而，由于激光波长徘徊，激光波长和光学滤波器中心波长之间的相对频率偏置在时间上变化缓慢，这会导致CSPR中存在不希望的变化而且系统存在误码性能。因此，需要密切监控并积极控制CSPR。
发明内容
根据实施例，一种用于直接检测光学系统中载波信号功率比(CSPR)控制的方法包括：在接收器(RX)数字信号处理器(DSP)中接收电信号，其中，所述电信号通过直接检测组件从相应的光信号中获得；采用所述RX DSP估计所述电信号的CSPR；根据所述CSPR，采用所述RX DSP生成控制信号；以及采用所述RX DSP向光学滤波器和激光器中的一种发送所述控制信号，其中，所述控制信号使所述光学滤波器和激光器中一种的中心波长(CW)被调整，使得所述光学滤波器的CW和所述激光器的CW之间的偏移产生所需的CSPR。
根据实施例，一种用于直接检测光学系统中载波信号功率比(CSPR)控制的网络组件包括：处理器和用于存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，其中，所述程序包括指令用于：接收电信号，其中，所述电信号通过直接检测组件从相应的光信号中获得；估计所述电信号的CSPR；根据所述CSPR生成控制信号；以及向光学滤波器和激光器中的一种发送所述控制信号，其中，所述控制信号使所述光学滤波器和激光器中一种的中心波长(CW)被调整，使得所述光学滤波器的CW和所述激光器的CW之间的偏移产生所需的CSPR。
根据实施例，一种直接检测光学传输系统包括：激光器；来自所述激光器的光输出的信号路径中的光学滤波器；和通信耦合到所述激光器和所述光学滤波器中至少一种的处理器，其中，所述处理器用于估计所述直接检测光学传输系统中的载波信号功率比(CSPR)，所述处理器还用于根据所述CSPR生成控制信号，所述处理器还用于向所述激光器和所述光学滤波器中的一种发送所述控制信号，所述控制信号使所述光学滤波器和所述激光器中一种的中心波长(CW)被调整，使得所述光学滤波器的CW和所述激光器的CW之间的偏移在传输的光信号中产生所需的CSPR。
附图说明
为了更全面的理解本发明及其优点，现结合附图参考以下描述，其中：
图1为示出了系统BER和CSPR之间典型关系的曲线图；
图2为采用光强度调制器和光学滤波器的直接检测光学系统的实施例的示意图；
图3为采用直接调制激光器(DML)或外部调制激光器(EML)和光学滤波器的直接检测光学系统的实施例的示意图；
图4示出了光学滤波器前的光谱的示例和光学滤波器后的光谱的示例；
图5为采用光强度调制器和光学滤波器的WDM收发器系统的实施例的示意图；
图6为采用直接调制激光器(DML)或外部调制激光器(EML)和光学滤波器的WDM收发器系统的实施例的示意图；
图7为采用直接调制激光器(DML)或外部调制激光器(EML)和光学滤波器的WDM收发器系统的实施例的示意图；
图8示出了相对于WDM信道的两种可能的SSB排列；
图9为不带有光学滤波器的直接检测收发器系统的实施例的示意图；
图10为不带有光学滤波器的直接检测收发器系统的实施例的示意图；
图11为不带有光学滤波器的直接检测收发器系统的实施例的示意图；
图12为示出了在RX处常见的信号频谱的曲线图；
图13为分别绘出了用于RX处信号和SSBI的功率谱密度(PSD)的曲线图；
图14为示出了CSPR跟踪的仿真示例的曲线图；
图15为估计CSPR相对实际CSPR的曲线图，其示出了估值与实际CSPR之间良好的线性关系；
图16为不同OSNRs下估计CSPR的曲线图；
图17为示出了如果OSNR在RX处保持相同则预计传输不会产生影响的曲线图；
图18为针对实际CSPR、采用开环系统的估计CSPR以及采用闭环系统的CSPR的CSPR相对时间的曲线图；
图19为示出了实际频率偏移、采用闭环系统的估计频率偏移以及采用开环系统的估计频率偏移的频率相对时间的曲线图；
图20为闭环BER和开环BER的BER对数相对OSNR的曲线图；以及
图21为光学数据路由器的实施例的框图。
具体实施方式
当前优选实施例的形成和使用将在以下进行详细讨论。然而，应理解，本发明提供了许多可以在各种特定背景下进行体现的适用性发明构思。所讨论的具体实施例仅仅用来说明形成并使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
在实施例中，实质上最佳的或改进的载波信号功率比(CSPR)有助于优化采用直接检测接收器的光传输系统的传输容量和/或误差性能。本文中公开了一种可以在包括数字信号处理器(DSP)的各种平台上实现的CSPR的估计和控制方法。在一实施例中，该方法可以在系统不需要额外光电(EO)硬件的情况下轻而易举地用在单信道或波分复用(WDM)传输中，从而造成硬件和成本效率。在一实施例中，CSPR用于控制发射机激光器的中心波长(CW)以基本上匹配光学滤波器。在一实施例中，CSPR用于控制光学滤波器的CW以基本上匹配发射激光器的。所公开的系统和方法实施例提高了直接检测光学系统的传输容量和/或误差性能。相比其它解决方案，所公开的系统和方法实施例为直接检测光学系统中的改进传输容量和/或误差性能提供了更高的硬件效率和更低成本的解决方案。所公开的系统和方法实施例可应用于单信道或WDM传输而无需给系统中增加新的EO硬件，从而导致硬件和成本效率。在实施例中，随着WDM信道数量增加，采用所公开的系统和方法的优势变得更大。虽然本发明实施例参照OFDM信号进行描述，实施例方法可以轻而易举地扩展到其它数字生成的光信号。
其它解决方案依赖于比较光学滤波器之前和之后的光功率和光场差异。然而，这种解决方案需要额外的光学硬件(例如，光检测器)，这会增加成本。
本文中公开了用于激光器和/或光学滤波器波长控制的系统、方法和装置。在一实施例中，接收器(RX)DSP可以估计CSPR，并将控制信号发送回发送器(TX)用于激光器或滤波器波长控制。在一实施例中，不需要额外的光学硬件。
在一实施例中，一种用于直接检测光学系统中载波信号功率比(CSPR)控制的方法包括：在接收器(RX)数字信号处理器(DSP)中接收电信号，其中，所述电信号通过直接检测组件从相应的光信号中获得；采用所述RX DSP估计所述电信号的CSPR；采用所述RX DSP根据所述CSPR生成控制信号；以及采用所述RX DSP向光学滤波器和激光器中的一种发送所述控制信号，其中，所述控制信号使所述光学滤波器和所述激光器中一种的中心波长(CW)被调整，使得所述光学滤波器的CW和所述激光器的CW之间的偏移产生所需的CSPR。在一实施例中，通过系统的数据流量是不间断的。在一实施例中，估计所述CSPR包括确定信号功率比以及由于信号-信号差拍干扰(SSBI)而产生的信号。在一实施例中，估计所述CSPR包括根据正交幅度调制(QAM)解调器中的数字采样估计数字域中的CSPR。在一实施例中，生成所述控制信号包括：对多个WDM信道上的估计CSPR进行平均，并将平均后的估计CSPR转换成用于单边带(SSB)滤波器的单调谐电压。
在一实施例中，一种直接检测光学传输系统包括：激光器；来自所述激光器的光输出的信号路径中的光学滤波器；和通信耦合到所述激光器和所述光学滤波器中至少一种的处理器，其中，所述处理器用于估计所述直接检测光学传输系统中的载波信号功率比(CSPR)，所述处理器还用于根据所述CSPR生成控制信号，所述处理器还用于向所述激光器和所述光学滤波器中的一种发送所述控制信号，所述控制信号使所述光学滤波器和所述激光器中一种的中心波长(CW)被调整，使得所述光学滤波器的CW和所述激光器的CW之间的偏移在传输的光学信号中产生所需的CSPR。
图2为采用光强度调制器和光学滤波器的直接检测光学系统200的实施例的示意图。系统200包括发送器(TX)数字信号处理器(DSP)202、数字-模拟转换器(DAC)204、调制器驱动器(DRV)206、激光器208、光学调制器210、光学滤波器212、TX放大器214、接收器(RX)放大器216、光检测器(PIN/APD)218、跨阻放大器(TIA)220、模拟-数字转换器(ADC)222和RXDSP 224。系统200的组件可以设置成如图2所示。在一实施例中，光检测器218是p-型、本征、n-型二极管(PIN)或雪崩光电二极管(APD)。
激光器208生成并向光学调制器210输出连续光。在一实施例中，激光器208是激光二极管(LD)。在其它实施例中，可以利用其它光源，而不是激光器208。光学调制器210基于从DRV 206输出的驱动信号调制输入光。在一实施例中，光学调制器210是光强度调制器。在一实施例中，驱动信号被叠加在导频信号上。在一实施例中，驱动信号是OFDM信号。然而，在其它实施例中，可以利用其它的光学驱动信号。驱动信号由TX DSP 202进行确定，并由DAC204从数字信号转换成模拟信号。将来自光学调制器210的输出提供给光学滤波器212，其对来自光学调制器210的光输出进行滤波仅通过与导频和驱动信号相关联的光的波长。滤波后的光由光学放大器214,216进行放大并由PIN/APD 218检测并转换成电信号。转换的电信号由TIA 220进行放大，并由ADC 222转换成数字信号。RX DSP 224分析检测到的信号并估计CSPR。基于所估计的CSPR，RX DSP 224生成控制信号并向激光器208或光学滤波器212发送所述控制信号。在一实施例中，对于激光器208，控制信号与用于激光器208的直流偏置电流或电压相结合来调节CSPR。在一实施例中，对于光学滤波器212，控制信号与驱动电压相结合来调整光学滤波器212的中心频率。在其它实施例中，可以使用其它方法向激光器208和/或光学滤波器212发送控制信号的。控制信号使激光器208或光学滤波器212调整其中心波长(CW)。通过调整激光器208的CW和光学滤波器212的CW之间的相对频率偏移，可以获得所需的CSPR。在各实施例中，最佳CSPR对于优化采用直接检测接收器的光学传输系统的传输容量和/或误差性能来说是至关重要的。
图3为采用直接调制激光器(DML)或外部调制激光器(EML)和光学滤波器的直接检测光学系统300的实施例的示意图。系统300包括TXDSP 302、DAC 304、DRV 306、激光器308、光学滤波器310、TX光学放大器312、接收器光学放大器314、光检测器(例如，PIN/APD)316、TIA 318、ADC 320和RX DSP 322。系统300的组件可以设置成如图3所示。系统300以类似系统200的方式运行，不同之处在于省略了光学调制器，这是因为系统300是DML或EML系统。RXDSP 322分析检测到的信号并估计CSPR。基于所估计的CSPR，RX DSP 322生成控制信号并向激光器308或光学滤波器310发送控制信号。控制信号使激光器308或光学滤波器310调整其中心波长(CW)。通过调整激光器308的CW和光学滤波器310的CW之间的相对频率偏移，可以获得所需的CSPR。在各实施例中，最佳CSPR对于优化采用直接检测接收器的光学传输系统的传输容量和/或误差性能来说是至关重要的。
图2和图3示出了用于直接检测的两种低成本收发器架构。在这两种情况下，采用诸如马赫-曾德尔(Mach-Zehnder,MZ)调制器、电吸收调制器(EAM)、直接调制激光器(DML)和外部调制激光器(EML)等强度调制器来将实值数字生成的信号转换到光域。可以将光学滤波器用在光学调制器或激光器之后以产生单边带(SSB)信号，因此系统变得更不易受光纤传输中色散(CD)的影响。同时，可以通过控制激光器的中心波长(CW)和光学滤波器的中心波长之间的相对频率偏移来获得所需的CSPR。
图4示出了光学滤波器前的光谱400的示例和光学滤波器后的光谱420的示例。在应用光学滤波器406之前，光谱包括两个驱动信号402和导频信号404。光学滤波器后，光谱包括一个功率增加的驱动信号422。
由于其波长的周期性质，SSB滤波器可以很容易地在WDM信道之间共享，从而改善硬件和成本效率。图5和图6分别描绘了与图2和图3中的架构相对应的WDM收发器架构。RX可以解码嵌入在OFDM帧中的反馈CSPR值，并用它来控制激光器或光学滤波器波长。每个WDM信道可以形成单独的控制回路。
图5为采用光强度调制器和光学滤波器的WDM收发器系统500的实施例的示意图。系统500包括多个中心局侧收发器502和多个客户侧收发器526。每个收发器502,526包括PIN 506、TIA 508、ADC 510、RX DSP 512、TXDSP 514、DAC 516、RF驱动器518、光学调制器520以及激光器522。将来自每个收发器502的输出提供给复用(MUX)和光学滤波器504。在解复用器(DeMUX)524的输入端接收来自MUX和光学滤波器504的组合输出，并且组合信号分离成多个接收光信号，其中，多个接收光信号中的每一个指向所述收发器526的相应一个。系统500的组件可以设置成如图5所示。
每个所述中心局侧收发器502中的RX DSP 512分析检测到的信号，并估计CSPR。基于所估计的CSPR，RX DSP 512生成控制信号并将所述控制信号发送给激光器522或光学滤波器504。控制信号使激光器522或光学滤波器504调整其中心波长(CW)。通过调整激光器522的CW和光学滤波器504的CW之间的相对频率偏移，可以获得所需的CSPR。在各实施例中，最佳CSPR对于优化采用直接检测接收器的光学传输系统的传输容量和/或误差性能来说是至关重要的。
在一实施例中，MUX+光学滤波器在实现上与DeMUX完全相同。在本实施例中，可以在单个设备中实施MUX+光学滤波器，并且该设备还可以用作DeMux。本实施例中的双向链路是完全相同的。因此，中心局RX DSP可以分析接收到的信号并估计CSPR，且直接将此估计应用到中心局侧发送器。
在另一实施例中，不能将双向链路视为是相同的。在本实施例中，利用从客户端返回到中心局的反馈信道(通常是低速的)。在客户端侧RX DSP中估计CSPR并将所估计的CSPR通过反馈信道发送回中心局。然后，中心局RX恢复CSPR估计，并将由RX DSP确定的CSPR估计应用到中心局发送器。
图6为采用直接调制激光器(DML)或外部调制激光器(EML)和光学滤波器的WDM收发器系统600的实施例的示意图。系统600包括多个中心局侧收发器602和多个客户侧收发器626。每个收发器602,626包括PIN 606、TIA 608、ADC 610、RX DSP 612、TXDSP 614、DAC616、RF驱动器618以及激光器622。将来自每个收发器602的输出提供给复用(MUX)和光学滤波器604。在解复用器(DeMUX)624的输入端接收来自MUX和光学滤波器604的组合输出，并且组合信号分离成多个接收光信号，其中，多个接收光信号中的每一个指向所述收发器626的相应一个。系统600的组件可以设置成如图6所示。
每个所述中心局侧收发器602中的RX DSP 612分析检测到的信号，并估计CSPR。基于所估计的CSPR，RX DSP 612生成控制信号并将所述控制信号发送给激光器622或光学滤波器604。控制信号使激光器622或光学滤波器604调整其中心波长(CW)。通过调整激光器622的CW和光学滤波器604的CW之间的相对频率偏移，可以获得所需的CSPR。在各实施例中，最佳CSPR对于优化采用直接检测接收器的光学传输系统的传输容量和/或误差性能来说是至关重要的。
图7为采用直接调制激光器(DML)或外部调制激光器(EML)和光学滤波器的WDM收发器系统700的实施例的示意图。系统700包括多个中心局侧收发器702和多个客户侧收发器726。每个收发器702,726包括PIN 706、TIA 708、ADC 710、RX DSP 712、TXDSP 714、DAC716、RF驱动器718以及激光器722。将来自每个收发器702的输出提供给复用(MUX)和光学滤波器704。在解复用器(DeMUX)724输入端接收来自MUX和光学滤波器704的组合输出，并且组合信号分离成多个接收光信号，其中，多个接收光信号中的每一个指向所述收发器726的相应一个。系统700的组件可以设置成如图7所示。
图7示出了利用业务信道可以形成控制回路以便减少反馈延迟的另一种可能性。来自MUX光学滤波器704的光信号输出的一部分由PIN 706进行分离并检测。该检测到的信号由RX DSP用来估计CSPR并为激光器722或光学滤波器704生成控制信号。此外，在一实施例中，一个所述中心局侧收发器702中的RX DSP 712控制所有中心局侧收发器702中的激光器。
图8示出了相对于WDM信道的两种可能的SSB排列。WDM信号802的一种排列包括针对每个信道的滤波器806，频率直接比导频信号804高。在WDM信号812的另一种结构中，滤波器816包括两个导频信号814每隔一对之间的两个WDM信号812。
图9为不带有光学滤波器的直接检测收发器系统900的实施例的示意图。系统900包括TXDSP 902、多个DACs 904、多个DRVs 906、激光器908、光学调制器910、TX光学放大器912、RX光学放大器914、光检测器(例如，PIN/APD)916、TIA 918、ADC 920和RX DSP 922。系统900的组件可以设置成如图9所示。RX DSP 922估计检测到的光信号中的CSPR，并生成发送回光学调制器910的偏置控制信号以控制激光器908的CW。
图10为不带有光学滤波器的直接检测收发器系统1000的实施例的示意图。系统1000包括TX DSP 1002、DAC 1004、DRV 1006、激光器1008、TX光学放大器1010、RX光学放大器1012、光检测器(例如，PIN/APD)1014、TIA 1016、ADC 1018和RX DSP 1020。系统1000的组件可以设置成如图10所示。RX DSP 1020估计检测到的光信号中的CSPR，并生成发送回激光器1008的偏置控制信号以控制激光器1008的CW。
图11为不带有光学滤波器的直接检测收发器系统1100的实施例的示意图。系统1100包括TX DSP 1102、DAC 1104、DRV 1106、激光器1108、光学调制器1110、TX光学放大器1112、RX光学放大器1114、光检测器(例如，PIN/APD)1116、TIA 1118、ADC 1120和RX DSP1122。系统1100的组件可以设置成如图11所示。RX DSP 1122估计检测到的光信号中的CSPR，并生成发送回光学调制器1110的偏置控制信号以控制激光器1108的CW。
图9、图10和图11示出了三种不带有光学滤波器的一般类型的直接检测收发器，其中，也可以使用本发明中提出的CSPR估计和控制方法。在这些情况下，CSPR通常通过用于激光器和/或调制器的直流偏置电压进行设置。在一实施例中，这也可以很容易地扩展到如图5-图7中所示的WDM系统。
针对CSPR控制的操作
在一实施例中，SSB滤波器控制的一个要素在于在不中断数据流量的前提下获得准确的CSPR估计。在一实施例中，所公开的方法依赖于RX DSP，并且该方法不需要额外的硬件或模拟组件。此外，CSPR估计可以无缝地作为解调过程的一部分来完成。
图12为示出了在RX处常见的信号频谱的曲线图1200。除了7-14GHz之间的OFDM信号，由于信号-信号差拍干扰(SSBI)，新的频率内容出现在直接检测后的间隙中。为了更好地说明，图13为分别绘出了用于RX处信号和SSBI的功率谱密度(PSD)的曲线图1300。这里可以做出两种观察。首先，信号和SSBI停留在不同的频带中，因此可以采用DSP对其进行提取。其次，SSBI功率随着CSPR降低而增加，这为CSPR控制提供了基础。在数学上，RX电信号与光电流成比例，
V(t)＝(A+m(t))2＝A2+2ARe(m(t)+m(t)*)+|m(t)|2＝dc+signal+SSBI
其中，A为直流电压，m(t)为OFDM信号，()*为复共轭。CSPR被定义为20log10(A/rms(m(t)))，单位为dB。直流术语由于交流耦合通常被拒绝。据发现，CSPR可以近似于信号功率和停留在间隙中的功率的比值，
在数字域中，利用QAM解调器中的数字采样计算估计CSPR，其中，数据子载波位于从子载波N1到N2，间隙子载波为从1到N1-1。
其中，Navg为待求平均值的符号数量，n是子载波索引，N1是间隙中的子载波数量，N2是间隙中的子载波和数据段的总数。另外，为了降低光噪声影响，切片信号符号也可以用于CSPR估计和多个OFDM帧上的平均，
其中，dn是第n个子载波上的训练数据，是决策后第n个子载波上的数据。在一实施例中，可能有必要在估算精度和跟踪速度之间做出折衷。例如，在10GBaud和FFT＝1024的系统中，如果不进行平均，则可以跟踪到频率为10GHz/1024～＝10MHz的CSPR。如果获得10个OFDM帧的平均值，则仍然可以跟踪到大约1MHz的变化。这对源于模拟组件的CSPR变化应该足够，比如：激光器频率漂移和/或温度变化。
图14为示出了CSPR跟踪的仿真示例的曲线图1400。随着SSB滤波器频率偏移增加，滤波器移动到更高的正频率，并且CSPR会降低，这是因为更多的直流功率抑制了CSPR。由此可以看出，估计CSPR可以非常紧密地跟踪实际值。CSPR出现较大偏差是由于噪声干扰增加，从而降低估计精度。正常运行期间，由于将CSPR控制为～0dB，偏差并不是一个大问题。简单的查找表就能够满足校准目的。
此外，图15为估计CSPR相对实际CSPR的曲线图1500，其示出了估值与实际CSPR之间良好的线性关系。这意味着估计CSPR可以用作SSB滤波器的极佳控制信号。
此外，当激光器音调被频率锁定在WDM传输中时，可以对多个WDM信道上的估计CSPR进行平均，并转换成SSB滤波器的单调谐电压。这对诸如腔标准具等特定SSB滤波器设计是有用的，其中，不同信道的SSB滤波器通过单调谐电压调谐在一起。
其中，CSPRavg′是所述平均后的估计的CSPR，Nchannel是信道的总数量，CSPR′i是第i个信道的估计的CSPR。
在以下部分中，解决了可能会潜在地降低估计精度和控制曲线灵敏度的两个问题。首先考虑光学噪声的影响。
图16为不同OSNRs下估计CSPR的曲线图1600。当OSNR降低时，估计CSPR与实际曲线偏离。然而，对于较小CSPR，控制曲线线性程度较高，其用于正常操作。应注意，对于模拟系统，BER＝1e-3时，ROSNR＝28dB。
其次，考虑光纤传输后的估计精度。图17为示出了如果OSNR在RX处保持相同则预计传输不会产生影响的曲线图1700。然而，光纤PMD和非线性效应不包括在当前仿真中。然而，并不希望其会显著影响性能。
闭环性能
在本节中，对所提出的控制方法的闭环性能进行模拟评价。每个信道携带采用64-正交幅度调制(QAM)调制格式的40.2-千兆比特/秒(Gb/s)的OFDM信号。信号带宽为7千兆赫(GHz)。当使用控制回路时，即使可能存在自由运行的频率偏移斜坡，CSPR和频率偏移均控制在稳定值。图18为针对实际CSPR、采用开环系统的估计CSPR以及采用闭环系统的CSPR的CSPR相对时间的曲线图1800。图19为示出了实际频率偏移、采用闭环系统的估计频率偏移以及采用开环系统的估计频率偏移的频率相对时间的曲线图1900。图20为闭环BER和开环BER的BER对数相对OSNR的曲线图2000。
以下参考文献涉及本申请的主题。该参考文献通过引用全部结合在本文中：
[1]专利号为8,233,799、发明名称为“光信号接收的提高方法与装置”的美国专利。
图21为光学数据路由器的实施例的框图。光学数据路由器可以用于实现本文中所公开的设备与方法。具体设备可以利用所有示出的组件或仅利用组件的子集，并且设备与设备间的集成度可能会发生变化。此外，设备可以包含组件的多个实例。路由器包括一个或多个分离器2104、输入接口2106、切换元件2108、输出接口2110、控制器2112和一个或多个组合器2114。每个分离器2104用于分离通信链路2102上传输的输入光信号2103。分离器2104可以包括，例如，波分解复用器。如全文中所使用的，短语“波分复用器”和“波分解复用器”可以包括任何光学和/或电气组件-包括任何硬件、软件和/或固件-能够处理波分复用信号和/或密集波分复用信号。在一实施例中，输入接口2106、切换元件2108和/或输出接口2110包括结合了所公开的热光开关的PIC，其具有热隔离和热限制支柱。
通信链路2102可以包括，例如，标准单模光纤(SMF)、色散位移光纤(DSF)、非零色散位移光纤(NZDSF)、色散补偿光纤(DCF)或其它光纤类型或光纤类型的组合。在一些实施例中，通信链路2102用于将路由器与其它光学和/或电光组件耦合。例如，链路2102可以将路由器与交叉连接或其它设备耦合，所述其它设备可用于终止、切换、路由、处理和/或提供接入和/或来自通信链路2102和其它通信链路或通信设备。如全文中所使用的，术语“耦合”和/或“耦合的”指两个或更多元件之间的任何直接或间接通信，无论这些元件是否被物理连接到彼此。在一些实施例中，通信链路2102可以包括点对点通信链路或更大的通信网络的一部分，比如：环状网络、网状网络、星形网络或其它网络配置。
光信号2103可以包括多波长光信号。例如，光信号2103可以包括至少5个波长信道、至少100个波长信道或至少250个波长信道。在一特定实施例中，光信号2103包括250个波长，在100纳米(nm)的光谱窗口内具有50千兆赫(GHz)的间距。在该示例中，100nm的光谱窗口可以位于与光纤相关联的1400nm～1650nm低损耗窗口内。在各实施例中，光信号2103可以实现一个或多个数据格式，例如，偏振移位键控(PLSK)、脉冲位置调制(PPM)、多协议标签交换(MPLS)、通用多协议标签交换(GMPLS)、非归零(NRZ)、归零(RZ)、差分相移键控(DPSK)或者这些或其它格式类型的组合。
在一实施例中，分离器2104用于或适于将光信号2103分离成单独的波长信道2105并将每个波长信道2105与输入接口2106耦合。在一可选实施例中，分离器2104可以将光信号2103分离成单独的多波长信道并将那些多波长信道与输入接口2106耦合。波长信道2105可以包括，例如，因特网协议(IP)分组、语音数据、视频数据或任何其它数据类型和/或数据格式。在此特定实施例中，每个波长信道2105执行包括一个或多个成帧比特的帧格式、分组数据前的第一分组标签和所述分组数据后的第二分组标签。用分组标签围绕分组数据能够有利地使与每个波长信道2105相关联的目的地处的错误校验相对简单，但这种格式不是必需的。在本实施例中，每个波长信道2105在第一和第二分组标签内执行通用多协议标签交换(GMPLS)路由协议。虽然本实施例执行GMPLS路由协议，在不脱离本发明范围的前提下也可以使用其它路由协议或数据格式。
在一实施例中，输入接口2106用于接收并处理与光信号2103相关联的每个波长信道2105。输入接口2106可以包括任何光学和/或电气组件，包括任何硬件、软件和/或固件，能够处理、转换、复制、更新和/或交换与每个波长信道2105相关联的一个或多个分组标签。在各实施例中，输入接口2106可以为与每个波长信道2105相关联的分组数据确定所需的路由，并且可以使用全光标签交换技术更新第一和/或第二分组标签。短语“全光”是指所需功能基本上无光-电或电-光转换的性能。“全光”功能并不禁止对设备整体功能有贡献的控制电路使用光-电或电-光转换。例如，输入接口2106可以包括控制器，其接收表示分组标签的电信号并生成作用是调制光信号上的交换序列的控制信号。
切换元件2108用于处理一个或多个与从输入接口2106接收到的波长信道2105相关联的分组数据并将这些分组数据引导到所需目的地。切换元件2108可以包括任何光学和/或电气组件，包括任何硬件、软件和/或固件，能够切换、路由、错误校验和/或管理所述与每个波长信道2105相关联的一个或多个分组数据或分组标签。在一实施例中，切换元件2108可以包括具有一个或多个核心路由器节点和至少一个管理节点的环状结构。虽然本实施例执行环状结构，但是切换元件2108可以在不脱离本发明范围的前提下执行网状结构、星形结构或任何其它结构。在各实施例中，切换元件2108可以适于以，例如，至少10千兆比特/秒(Gb/s)、至少40Gb/s、至少100Gb/s或至少160Gb/s的处理速度处理波长信道2105。
在一实施例中，切换元件2108用于将与波长信道2105相关联的一个或多个分组数据路由到输出接口2110。输出接口2110可以包括任何光学和/或电气组件，包括：能够为来自路由器的通信准备与波长信道2105相关联的一个或多个分组数据的任何硬件、软件和/或固件。在本示例中，输出接口2110适于通过适当的波长信道2113将所述来自路由器的一个或多个分组数据传输到所需目的地。
在一实施例中，每个组合器2114用于针对通信链路2116上的通信将输出波长信道2113组合成一个或多个输出光信号2115。在一实施例中，组合器2114包括，例如，波分复用器。通信链路2116的结构和功能可以基本上类似于通信链路2102的结构和功能。在本示例中，通信链路2116适于将路由器与其它光学和/或电光组件耦合。
在本实施例中，控制器2112也能够至少部分有助于控制与路由器相关联的一个或多个功能。即，不要求控制器2112能够独自执行所需功能，但可以作为较大程序的一部分对功能的性能有所贡献。控制器2112可以包括任何通信和/或计算设备或设备，包括任何硬件、软件、固件或其组合。在一实施例中，控制器2112包括处理器、存储器以及存储设备。处理器用于执行存储在存储器中的指令。存储器可以是随机存取存储器(RAM)，如动态RAM(DRAM)。数据可以存储在用于长期存储的存储设备中。存储设备可以是硬盘驱动器、光盘或其它数据存储解决方案。
在一实施例中，操作过程中，与波长信道2105相关联的分组数据对于路由器的处理功能是透明的。即，路由器在操作过程中不检查与每个波长信道2105相关联的分组数据的内容。在某些情况下，路由器检查一个或多个分组标签的内容和/或与波长信道2105相关联的帧格式的其它元素。在大多数情况下，路由器适于保持光域中与波长信道2105相关联的分组数据。也就是说，与每个波长信道2105相关联的分组数据不受路由器进行的光-电转换的影响。在某些情况下，分组标签中的一个或多个和/或与波长信道2105相关联的帧格式中的其它元素可能受一个或多个光-电和/或电-光转换的影响。在各实施例中，路由器的总容量可以为，例如，至少5兆兆位/秒(Tb/s)、至少25Tb/s、至少50Tb/s或至少100Tb/s。
在一实施例中，路由器可以适于在切换元件2108和/或通信链路2102,2116内最小化和/或避免与光信号2103,2115和/或波长信道2105,2113相关联的分组数据之间的竞争。本文中所使用的术语“竞争”是指分组数据针对特定波长上的通信与其它分组数据进行竞争的过程。在一些情况下，竞争可以通过例如，执行环状网络架构或执行波长转换等方式最小化。最小化和/或避免竞争可能导致与光信号波长相关的拥塞得以降低。
虽然已对说明书进行了详细描述，但是应当理解，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可以做出各种变化、替换和修改。此外，本发明的范围并不限定于本文中所描述的特定实施例，因为本领域普通技术人员通过本发明很容易意识到当前存在或以后待开发的流程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤可以基本上执行本文中所述相应实施例的相同功能或基本上实现相同结果。因此，本申请目的为在其范围内包括此类流程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (29)

1.一种用于直接检测光学系统中载波信号功率比CSPR控制的方法，其特征在于，包括：
在接收器RX数字信号处理器DSP中接收电信号，其中，所述电信号通过直接检测组件从相应的光信号中获得；
采用所述RX DSP估计所述电信号的CSPR；
根据所述CSPR，采用所述RX DSP生成控制信号；以及
采用所述RX DSP向第一光学元件发送所述控制信号，其中，所述控制信号使所述第一光学元件的中心波长CW被调整，使得所述第一光学元件的所述CW和第二光学元件的所述CW之间的偏移产生所需的CSPR，所述第一光学元件包括光学滤波器和激光器中的一种，并且其中所述第二光学元件包括所述光学滤波器和所述激光器中的另一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述系统的数据流量是不间断的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，估计所述CSPR包括确定信号功率与由于信号-信号差拍干扰SSBI而产生的功率的比值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，估计所述CSPR包括根据正交幅度调制QAM解调器中的数字采样估计数字域中的所述CSPR。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，估计所述CSPR包括确定估计的CSPR，所述估计的CSPR为CSPR′，其中所述CSPR′根据下式确定：
其中，dn是第n个子载波上的训练数据，n是子载波索引，N1是间隙中的子载波数量，N2是间隙中的子载波和数据段的总数。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，估计所述CSPR包括确定估计的CSPR，所述估计的CSPR为CSPR′，其中所述CSPR′根据下式确定：
其中，Navg是待求平均值的符号数量，dn是第n个子载波上的训练数据，是决策后第n个子载波上的数据，n是子载波索引，N1是间隙中的子载波数量，N2是间隙中的子载波和数据段的总数。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，生成所述控制信号包括：对多个WDM信道上的所述估计的CSPR进行平均，并将所述平均后的估计的CSPR转换成用于单边带SSB滤波器的单调谐电压。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据下式确定所述平均后的估计的CSPR：
其中，CSPRavg′是所述平均后的估计的CSPR，Nchannel是信道的总数量，CSPR′i是第i个信道的估计的CSPR。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，估计所述CSPR包括：通过反馈信道在中心局接收器接收来自客户端侧收发器中DSP的估计的CSPR，所述客户端侧收发器中的所述DSP估计来自从中心局发送器接收到的接收信号的CSPR。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，估计所述CSPR包括：估计由中心局接收器从客户端侧发送器接收到的信号的CSPR，并使用从所述客户端侧发送器接收到的信号的估计的CSPR来调整中心局发送器的所述CSPR。
11.一种用于直接检测光学系统中载波信号功率比CSPR控制的网络组件，其特征在于，所述网络组件包括：
处理器；和
用于存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，其中，所述程序包括指令用于：
接收电信号，其中，所述电信号通过直接检测组件从相应的光信号中获得；
估计所述电信号的CSPR；
根据所述CSPR生成控制信号；以及
向第一光学元件发送所述控制信号，其中，所述控制信号使所述第一光学元件的中心波长CW被调整，使得所述第一光学元件的CW和第二光学元件的所述CW之间的偏移产生所需的CSPR，所述第一光学元件包括光学滤波器和激光器中的一种，并且其中所述第二光学元件包括所述光学滤波器和所述激光器中的另一种。
12.根据权利要求11所述的网络组件，其特征在于，通过所述系统的数据流量是不间断的。
13.根据权利要求11或12所述的网络组件，其特征在于，用于估计所述CSPR的所述指令包括用于确定信号功率与由于信号-信号差拍干扰SSBI而产生的功率的比值的指令。
14.根据权利要求11或12所述的网络组件，其特征在于，用于估计所述CSPR的所述指令包括用于根据正交幅度调制QAM解调器中的数字采样估计数字域中CSPR的指令。
15.根据权利要求11或12所述的网络组件，其特征在于，用于估计CSPR的所述指令包括用于确定估计的CSPR的指令，所述估计的CSPR为CSPR′，其中所述CSPR′根据下式确定：
其中，dn是第n个子载波上的训练数据，n是子载波索引，N1是间隙中的子载波数量，N2是间隙中的子载波和数据段的总数。
16.根据权利要求11或12所述的网络组件，其特征在于，用于估计CSPR的所述指令包括用于确定估计的CSPR的指令，所述估计的CSPR为CSPR′，其中所述CSPR′根据下式确定：
其中，Navg是待求平均值的符号数量，dn是第n个子载波上的训练数据，是决策后第n个子载波上的数据，n是子载波索引，N1是间隙中的子载波数量，N2是间隙中的子载波和数据段的总数。
17.根据权利要求11或12所述的网络组件，其特征在于，用于生成所述控制信号的所述指令包括：用于对多个WDM信道上的所述估计的CSPR进行平均，并将所述平均后的估计的CSPR转换成用于SSB滤波器的单调谐电压的指令。
18.根据权利要求17所述的网络组件，其特征在于，根据下式确定所述平均后的估计的CSPR：
其中，CSPRavg′是所述平均后的估计的CSPR，Nchannel是信道的总数量，CSPR′i是第i个信道的估计的CSPR。
19.根据权利要求11或12所述的网络组件，其特征在于，用于估计所述CSPR的所述指令包括：用于通过反馈信道在中心局接收器接收来自客户端侧收发器中数字信号处理器DSP的估计的CSPR的指令，所述客户端侧收发器中的所述DSP估计来自从中心局发送器接收到的接收信号的所述CSPR。
20.根据权利要求11或12所述的网络组件，其特征在于，用于估计所述CSPR的指令包括：用于估计由中心局接收器从客户端侧发送器接收到的信号的CSPR，并使用从所述客户端侧发送器接收到的信号的估计的CSPR来调整中心局发送器的所述CSPR的指令。
21.一种直接检测光学传输系统，其特征在于，包括：
激光器；
来自所述激光器的光输出的信号路径中的光学滤波器；和
通信耦合到所述激光器和所述光学滤波器中至少一种的处理器，其中，所述处理器用于估计所述直接检测光学传输系统中的载波信号功率比CSPR，所述处理器还用于根据所述CSPR生成控制信号，所述处理器还用于向所述激光器和所述光学滤波器中的一种发送所述控制信号，所述控制信号使所述光学滤波器和所述激光器中一种的中心波长CW被调整，使得所述光学滤波器的所述CW和所述激光器的所述CW之间的偏移在传输的光信号中产生所需的CSPR。
22.根据权利要求21所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，所述传输的光信号包括正交频分复用OFDM信号。
23.根据权利要求21或22所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，所述处理器包括数字信号处理器DSP。
24.根据权利要求21或22所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，通过所述直接检测光学传输系统的数据流量是不间断的。
25.根据权利要求21或22所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，估计所述CSPR包括确定信号功率与由于信号-信号差拍干扰SSBI而产生的功率的比值。
26.根据权利要求21或22所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，估计所述CSPR包括根据正交幅度调制QAM解调器中的数字采样估计数字域中的所述CSPR。
27.根据权利要求21或22所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，生成所述控制信号包括对多个波分复用WDM信道上的所述估计的CSPR进行平均，并将所述平均后的估计的CSPR转换成用于单边带SSB滤波器的单调谐电压。
28.根据权利要求21或22所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，双向链路实质上是相同的，并且所述CSPR是从来自客户端侧发送器的信号估计到的。
29.根据权利要求21或22所述的直接检测光学传输系统，其特征在于，还包括用于通过反馈信道从客户端侧组件中接收所述CSPR的估计的接收器，其中，所述客户端侧组件估计从所述激光器中接收到的信号的所述CSPR。
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