CN109690976A - 用于减少与数据信号的干扰的监控信号的偏振调制 - Google Patents

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Abstract

一种系统和方法，其包括对监控信号进行偏振调制，以便在波分复用光学通信系统中减少与数据信号的干扰。对用于监测传输路径[102]和/或耦合到传输路径[102]的元件的至少一个监控信号进行快速偏振调制，并将其与数据信号一起发射到该路径上。对监控信号的偏振调制[402]减少了监控信号对数据信号的影响，并改善了系统性能。

Description

用于减少与数据信号的干扰的监控信号的偏振调制
技术领域
本公开涉及光学通信系统，并且更特别地，涉及用于减少与数据信号的干扰的监控信号的偏振调制。
背景技术
在波分复用（WDM）光学通信系统中，可利用单个光纤来携带多个光学信号。对所述多个光学信号进行复用以便形成复用信号或WDM信号，其中在独立信道上调制所述多个信号中的每个信号。每个信道可位于与相邻信道间隔预定义信道间距（例如根据由国际电信联盟（ITU）建立的信道计划）的相关联波长处。可在系统上传送的波长的范围称为系统带宽。系统可利用它们的系统带宽来携带具有期望的调制格式和位速率的期望数量的信道。
WDM信号可包括用于在耦合到系统的终端之间传递用户数据信号的数据信道。除了数据信道之外，WDM信号还可包括一个或多个光学监控信道。光学监控信道不用于在终端之间传递用户数据，而是改为携带用于监测传输路径和/或耦合到传输路径的元件的监控信号。与数据信号相比，监控信号可处于相对较低的功率，并且可利用开关键控（On-Off-Keying，OOK）进行调制。与数据信号相比，监控信号还可具有在例如kb/s范围中的相对较低的数据速率，而数据信号的数据速率可在Gb/s范围中。在与数据信道不同的波长提供监控信道以便限制信号干扰。可在系统带宽的边缘提供监控信道。在一些配置中，监控信道和下一个相邻数据信道之间的频率间距可为100 GHz。
与长程光学传输路径相关联的一个挑战是由在路径上发射的信号招致的偏振相关损耗（polarization dependent loss, PDL）。一般来说，不同偏振在传输过程中会遭受不同量的损耗。为了缓解PDL的效应，已知在监控信号传送器中并入偏振加扰器。已知，偏振加扰器快速改变信号的偏振，以使得随时间的平均偏振度（degree of polarization,DOP）接近于0。例如，图5示出现有技术监控信号传送器，其中在激光器502的输出上通过监控信号数据调制器504调制监控信号数据。监控信号数据调制器的输出通过偏振加扰器506被进行偏振加扰，偏振加扰器506的输出作为监控信号在监控信道上被提供。
附图说明
应当参考以下详细描述，以下详细描述应当结合附图阅读，图中类似数字表示类似部分：
图1是符合本公开的系统的实施例的框图。
图2A是符合本公开的监控信号传送器的一个实施例的框图。
图2B是符合本公开的监控信号传送器的另一个实施例的框图。
图2C是符合本公开的监控信号传送器的另一个实施例的框图。
图3是对于符合本公开的系统的实施例，Q因子[dB]和未经校正字计数（UCWC）对在发射时的监控信号和数据信号的功率比的曲线图。
图4是示出符合本公开的示例性方法的流程图。
图5是现有技术监控信号传送器的框图。
具体实施方式
一般来说，已经发现的是，尽管监控信号可能具有小于数据信号的功率并且其以相当低的位速率被调制，但是当监控信号和数据信号在长距离（例如，几千公里）共同传播时，它能够通过交叉相位调制（XPM）使数据信号显著失真。当它们的功率足够高时，XPM可使数据信号和监控信号二者的偏振状态（SOP）发生非线性偏振旋转（NLPR）。数据信号的快速SOP变化能够对相干接收器造成问题，相干接收器可能只能跟踪在krad/s范围中的偏振状态变化。当数据信号SOP以比接收器能够跟踪的速率更快的速率变化时，接收器可能不能解码数据，并导致未经校正字计数（Uncorrected Word Count, UCWC），即，丢失数据。此外，已经发现的是，如在例如图5的现有技术配置中所示，监控信号的偏振加扰加剧了监控信号在数据信道上施加的NLPR。
符合本公开的系统和方法缓解了在WDM光学通信系统中由监控信号诱导的数据信号的NPLR。一般来说，在符合本公开的系统和方法中，将快速偏振调制赋予监控信号。快速偏振调制不同于偏振加扰，因为快速偏振调制在相当短的时间间隔内建立为0的平均偏振状态（SOP），而偏振加扰在类似时间间隔内建立随机SOP和非零DOP。在存在监控信号的快速偏振调制的情况下，假设光纤中没有线性传输效应在改变SOP，则在进行偏振调制的完整周期之后，在传输路径上与监控信号一起发射的数据信号的SOP返回到它的原始位置。因此，数据信号SOP有效地保持不变，从而缓解单偏振或偏振加扰的监控信号将通过NLPR造成的快速SOP旋转。
图1是符合本公开的WDM传输系统100的一个示例性实施例的简化框图。该传输系统配置成在从传送终端104到一个或多个位于远程位置的接收终端106的光学信息路径102上提供多个光学数据信道和一个或多个光学监控信道。示例性系统100可以是配置成用于在5000 km或更大的距离耦合从传送器到接收器的信道的长程水下系统。尽管在光学系统的背景下描述示例性实施例并且这些示例性实施例在结合长程WDM光学系统的情况下是有用的，但是可在传送和接收其它类型的信号的其它通信系统中实现本文中所论述的广泛概念。
在所示实施例100中，多个传送器TX1、TX2…TXN中的每个传送器在相关联的输入端口108-1、108-2…108-N上接收数据信号，并在具有根据信道计划设置的信道间距的相关联数据信道波长λ1、λ2…λN上传送数据信号。当然，为了易于解释，以高度简化的形式示出传送器TX1、TX2…TXN。本领域技术人员将意识到，每个传送器TX1、TX2…TXN可包括配置成用于在它的相关联波长处以期望的幅度和调制来传送数据信号的电气和光学组件。
所示实施例100还包括监控信号传送器107，它在输入端口108-S上接收监控信号数据，并在相关联的监控信道波长λs上以符合本公开的方式采用快速偏振调制传送监控信号。监控信道具有在名义上低于数据信道的数据速率的数据速率。例如，监控信道可具有例如小于1 Mb/s的数据速率，并且数据信道的数据速率可大于1 Gb/s。并且，监控信道可设置在光学系统带宽的边缘处。在一些实施例中，监控信道和下一个相邻数据信道之间的频率间距可为800 GHz或更小。
分别在多个路径110-1、110-2…110-N和110-S上携带传送的信道。在光学路径102上通过复用器或组合器112将数据信道和监控信道组合成聚合信号。光学信息路径102可包括光纤波导、光学放大器、光学滤波器、色散补偿模块以及其它有源和无源组件。
可在一个或多个远程接收终端106接收聚合信号。解复器114将在波长λ1、λ2…λN和λS传送的信道分别地分离到相关联的路径116-1、116-2…116-N和116-S上。路径116-1、116-2…116-N被耦合到相关联的接收器RX1、RX2…RXN和117。接收器RX1、RX2…RXN配置成解调制由此接收的数据信号，并分别在相关联的输出路径118-1、118-2、118-3、118-N上提供相关联的输出数据信号。路径116-S被耦合到相关联的监控信号接收器117。监控接收器117配置成解调制在路径116-S上接收的监控信号，并在路径118-S上提供相关联的输出监控信号。
本领域技术人员将意识到，为了易于解释，已将系统100作为高度简化的点到点系统加以描绘。例如，传送终端104和接收终端106当然都可配置成收发器，由此每个终端可配置成执行传送和接收功能二者。但是，为了易于解释，本文中只关于传送或接收功能描绘和描述这些终端。系统100可配置成在相关联的光学监控信道上传送任意数量的光学监控信号，但是为了易于图示和解释，只示出用于传送单个监控信道的单个监控信号传送器107。
并且，在所示实施例100中，为了易于图示和解释，分别将监控信号传送器107和监控信号接收器117示为部署在传送终端104和接收终端106处。但是，将了解，监控信号可源自光学传输路径102上的任何装置或者可由光学传输路径102上的任何装置接收。例如，监控信号可源自光学放大器配置、光学分插复用器（add-drop multiplexer）、分支终端等或者可由它们进行传送。
能够用各种方式来实现对监控信号赋予快速偏振调制。例如，图2A是符合本公开的监控信号传送器107a的一个实施例的简化框图。所示示例性实施例107a包括：用于在载波波长λS提供光学输出的激光器202，例如已知的连续波长激光器；用于将在路径118-S上接收的监控信号数据调制到波长λS上的监控信号数据调制器204；以及用于响应于信号发生器208的输出而调制监控信号数据调制器204的输出的偏振的偏振调制器206。
监控信号数据调制器204可采取已知配置来根据期望的调制格式在波长λS上调制监控信号数据。例如，监控信号数据调制器204可配置成已知的开关键控（OOK）调制器。监控信号数据调制器204的输出是具有波长λS的调制信号，并且根据由监控信号数据调制器204运用的调制格式与监控信号数据一起被调制。与数据信号的数据速率相比，可以用相对低的数据速率来调制监控信号数据。例如，监控信号可具有可在几百kb/s的范围中的数据速率，而数据信号可具有在GB/s的范围中的数据速率。
偏振调制器206可响应于信号发生器208的输出而采取已知配置来调制监控信号数据调制器204的经调制的信号输出的偏振。例如，偏振调制器206可以是已知的LiNbO3偏振调制器。偏振调制器206的输出在路径110-S上被提供作为要在光学传输路径102上与数据信号一起组合和发射的监控信号。信号发生器208的输出可以是周期性或非周期性的（随机的），并且设置用于监控信号的偏振调制速率。
图2B中示出用于对监控信号赋予快速偏振调制的另一个配置107b。图2B中示出的实施例107b包括：用于在相应载波波长上提供光学输出的第一210和第二212激光器，例如已知的连续波长激光器；偏振组合器214；以及用于将在路径118-S上接收的监控信号数据调制到偏振组合器214的波长输出上的监控信号数据调制器204。
激光器210和212具有略微不同的载波波长，例如具有约1 GHz的频率差，并且具有大约相同的光学功率和正交偏振。当通过偏振组合器214组合激光器210和212的输出时，偏振组合器214的输出的偏振采用为0的平均DOP而快速地变化。监控信号数据调制器204根据期望的调制格式在偏振调制器214的输出上调制监控信号数据。监控信号数据调制器204的输出是调制信号，并且在路径110-S上被提供作为要在光学传输路径102上与数据信号一起组合和发射的监控信号。
图2C是用于对监控信号赋予符合本公开的快速偏振调制的另一个配置107c的简化框图。图2C中示出的实施例107c包括：第一216-1和第二216-2光学脉冲列发生器；偏振光束组合器218；以及用于将在路径118-S上接收的监控信号数据调制到偏振光束组合器218的波长输出上的监控信号数据调制器204。
本领域技术人员将意识到符合本公开的用于对监控信号赋予快速偏振调制的其它配置。例如，符合本公开的系统可通过提供快速偏振旋转（围绕Poincaré球的大圆）结合相对缓慢的偏振扫描（即，缓慢改变该大圆的平面）来赋予快速偏振调制。因此，通过说明而非限制来提供本文中所描述的实施例。
光学脉冲列发生器216-1、216-2各自提供连续的光学脉冲系列，并且可以用各种方式实现。在一个示例中，可通过将连续波激光器的输出发射到相关联的脉冲雕刻机中来实现光学脉冲列发生器216-1、216-2。偏振光束组合器218可配置成利用例如偏振光束拆分器来拆分来自光学脉冲列发生器216-1、216-2的脉冲，并接着使来自脉冲列发生器216-1、216-2的脉冲的一个复本延迟这些脉冲的脉冲周期的一半，并重新组合拆分的脉冲。组合的信号可作为偏振光束组合器218的输出提供，并且含有具有零DOP的快速偏振调制。监控信号数据调制器204根据期望的调制格式调制偏振光束组合器218的输出上的监控信号数据。监控信号数据调制器204的输出是调制信号，并且在路径110-S上被提供作为要在光学传输路径102上与数据信号一起组合和发射的监控信号信道。
一般来说，监控信号的偏振调制频率应当尽可能高且足够快速，以使得监控信号在监控信号和数据信号之间的走离时间（即，光学路径中的群速度差）中具有约为0（例如，小于2%）的平均DOP，从而缓解在监控信号和数据信号之间的XPM诱导的偏振散射。偏振调制频率将取决于系统配置，但是在一些实施例中，可介于约100 MHz和几十GHz之间。在光学上，监控信号的偏振调制可介于约629.18百万弧度（Mrad）/秒和几千千兆弧度（Grad）/秒之间。
尽管监控信号的偏振调制频率优选足够快速以使得监控信号在监控信号和数据信号之间的走离时间中具有约为0的平均DOP，但是已经发现，与较高功率的监控信号相比，较低功率的监控信号能够具有更大的DOP。一般来说，监控信号的DOP越小越好。但是，符合本发明进行偏振调制的低功率监控信号可在与本公开一致地来缓解监控信号和数据信号之间的XPM的影响时具有高达90%的DOP。
通过运用符合本公开的快速偏振调制来缓解监控信号和数据信号之间的XPM的影响提供了系统性能中的改善。例如，下表1示出在符合本公开的一个实施例中，实验获得的60秒中未经校正字计数（UCWC）的速率对由偏振调制器206运用的偏振调制频率。
表1
调制频率[GHz] 0.5 1 2 4 8 12 16 20
60s中UCWC 86 73 71 80 42 33 11 10
60s中未经校正字计数（UCWC）在高监控信道功率随偏振调制频率的变化。
如表1中所示，对于介于0.5 GHz和20 GHz之间的调制频率，在符合本公开的系统的一个实施例中，未经校正字计数的速率几乎对于增大偏振调制频率而单调地减小。
图3示出相比具有偏振加扰而非快速偏振调制的现有技术系统的性能，包括具有符合本公开的快速偏振调制的监控信号的系统的性能。图3中示出的数据是从在再循环回路配置中正色散路径上存在传送了超过13,000 km的监控信号的情况下，包含一百个100Gb/s相干数据信号的系统实验获得的。用具有～20 ps/nm/km的色度色散的+D光纤构造传输路径。已经发现，在符合本公开的系统中，数据信道和监控信道之间由传输路径上的色散（例如，+D或色散管理）造成的相对延迟是有帮助的。在数据信道的参考帧中，监控信号的SOP似乎是缓慢地被调制的。
在与图3相关联的系统中，掺铒光纤放大器（EDFA）间隔65 km，并且具有34 nm带宽。数据信号调制格式是双偏振四元相移键控（DP-QPSK），并且数据信道间距是40 GHz。通过相同频率的方波模拟监控信号的200 kb/s OOK调制。监控信道位于离开边缘数据信道100 GHz处。在监控信号的2.5 μs长的脉冲内，利用由来自RF发生器的正弦波信号驱动的快速偏振调制器在约1 GHz来调制信号的SOP，例如，如图2A中所示。为了模拟现有技术配置，在将监控信号插入到传输路径中之前，以大约1 Mrad/s的速率对监控信号的SOP进行加扰，而不进行偏振调制。
图3示出Q代价（penalty）和60秒记录时间中的未经校正字计数（UCWC）对监控信号功率和紧邻监控信道的数据信道的功率之比。偏振调制并未改变监控信号的发射功率。曲线302示出在不具有符合本公开的偏振调制的系统中的Q代价对监控信号功率和紧邻监控信道的数据信道的功率之比。曲线304示出在不具有符合本公开的偏振调制的系统中的UCWC对监控信号功率和紧邻监控信道的数据信道的功率之比。曲线306示出在具有符合本公开的偏振调制的系统中的Q代价对监控信号功率和紧邻监控信道的数据信道的功率之比。曲线308示出在具有符合本公开的偏振调制的系统中的UCWC对监控信号功率和紧邻监控信道的数据信道的功率之比。如图所示，在具有符合本公开的偏振调制的系统中，与现有技术配置相比，在出现显著的UCWC事故之前，监控信号和数据信道的功率比可被增加多于5dB。并且，在一实现符合本公开的偏振调制的系统中，与包括偏振加扰的现有技术系统相比，Q代价保持为明显更小。
图4是示出符合本公开的方法400的流程图。操作402包括在光学信号上调制监控数据以便提供监控数据，并且操作404包括对监控信号赋予偏振调制。操作402和404可利用例如图2A-2C中示出的任何配置来执行。提供406多个数据信号，并在光学传输路径上将监控信号与数据信号加以组合408。尽管图4示出根据示例性实施例的各种操作，但是本文中完全预期，在本公开的其它实施例中，可以用任何附图中没有特别示出但是仍完全符合本公开的方式组合图4中描绘的操作和/或本文中描述的其它操作。因此，涉及在一个附图中没有准确示出的特征和/或操作的权利要求被认为在本公开的范围和内容内。
根据本公开的一个方面，提供一种方法，它包括：在光学信号上调制监控数据以便提供监控信号；对监控信号赋予偏振调制；提供多个数据信号；以及在光学传输路径上将监控信号与数据信号组合。
根据本公开的另一个方面，提供一种方法，它包括：在光学信号上调制监控数据以便提供监控信号；以629.18 Mrad/s或更大的偏振调制速率对监控信号赋予偏振调制，监控信号具有第一数据速率；提供多个数据信号，这些数据信号具有高于第一数据速率的第二数据速率；以及在光学传输路径上将监控信号与数据信号组合。
根据本公开的另一个方面，提供一种系统，它包括：多个数据信号传送器，每个数据信号传送器配置成用于传送相关联的数据信号；至少一个监控信号传送器，监控信号传送器配置成用于传送具有偏振调制的相关联的监控信号；以及复用器，复用器配置成在光学传输路径上组合数据信号与监控信号。
本领域技术人员将明白，本文中的任何框图表示实施本公开的原理的说明性电路的概念视图。图中示出的各种元件的功能（包括任何功能框）可通过利用专用硬件以及能够执行软件的硬件结合合适的软件来被提供。
本文中所使用的术语“耦合”指代被一个系统元件所携带的信号借以被赋予“耦合的”元件的任何连接、耦合、链路等。此类“耦合的”装置（或信号和装置）不一定直接连接到彼此，并且可被可操纵或修改此类信号的中间组件或装置所分开。同样地，本文中关于机械或物理连接或耦合使用的术语“连接”或“耦合”是相对术语，并且不需要直接物理连接。在本文中使用时，在涉及量时使用术语“名义上”或“在名义上”表示可与实际的量不同的指定的或理论的量。
尽管在本文中描述了本发明的原理，但是本领域技术人员将了解，此描述只是作为示例被做出而不是作为关于本发明的范围的限制被做出。除了本文中示出和描述的示例性实施例之外，在本发明的范围内还预期有其它实施例。本领域技术人员所做的修改和替换被视为在本发明的范围内，本发明的范围将只受随附权利要求的限制。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
对至少一个监控信号进行偏振调制[402]；
提供[404]多个数据信号；以及
在光学传输路径上将所述监控信号与所述数据信号进行组合[406]。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据信号具有在名义上高于所述监控信号的数据速率的数据速率。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述数据信号具有大于1 Gb/s的数据速率，并且所述监控信号具有小于1 Mb/s的数据速率。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个监控信号进行所述偏振调制[402]包括在100 GHz或更高的频率调制所述监控信号的偏振。
5.根据权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个监控信号进行所述偏振调制[402]包括以629.18百万弧度/秒或更大的速率调制所述监控信号的偏振。
6.根据权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个监控信号进行所述偏振调制[402]包括调制所述监控信号的偏振以使得所述监控具有约为0的SOP。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据信号和所述监控信号在系统带宽内，并且所述监控信号在所述系统带宽的边缘或在所述带的其它部分。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述监控信号与下一个相邻数据信号间隔200GHz或更少。
9.根据权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个监控信号进行所述偏振调制[402]包括：在某一波长上调制监控数据以便提供调制信号；以及利用响应于来自信号发生器的信号的偏振调制器来调制所述调制信号。
10.一种系统，包括：
多个数据信号传送器[TX1…TXN]，所述数据信号传送器中的每个被配置成用于传送相关联的数据信号；
至少一个监控信号传送器[107]，所述监控信号传送器[107]被配置成用于传送具有偏振调制的相关联的监控信号；以及
复用器[112]，所述复用器[112]被配置成在光学传输路径[102]上组合所述数据信号与所述监控信号。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述数据信号具有在名义上高于所述监控信号的数据速率的数据速率。
12. 根据权利要求10所述的系统，其中所述数据信号具有大于1 Gb/s的数据速率，并且所述监控信号具有小于1 Mb/s的数据速率。
13. 根据权利要求10所述的系统，其中所述监控信号具有约100 Mrad/s或更大的偏振调制速率。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述数据信号和所述监控信号在系统带宽内，并且所述监控信号在所述系统带宽的边缘。
15. 根据权利要求10所述的系统，其中所述监控信号与下一个相邻数据信号间隔200GHz或更少。
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