CN110445546A - 提高光学通信系统相干光学转发器偏斜容限的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及提高光学通信系统相干光学转发器偏斜容限的方法和装置。在一些实施例中，装置包括存储器和可操作地被耦合至存储器的处理器。处理器被配置为可操作地被耦合至第一光学转发器和第二光学转发器。处理器被配置为从第二光学转发器接收表示光学信号的偏斜值的信号以及表示光学信号的比特错误率(BER)值的信号。偏斜值与光学信号的同相分量和光学信号的正交分量之间的偏斜相关联。处理器被配置为基于偏斜值或BER值中的至少一个来确定第一光学转发器的性能退化是否满足阈值。处理器被配置为将控制信号发送到第一光学转发器以调整第一光学转发器的脉冲成形或数据波特率。

Description

提高光学通信系统相干光学转发器偏斜容限的方法和装置
技术领域
本文描述的一些实施例总体涉及用于提高光学通信系统中的相干光学转发器的性能的方法和装置。特别地，但不是作为限制，本文描述的一些实施例涉及用于提高光学通信系统中的相干光学转发器的偏斜容限的方法和装置。
背景技术
随着对具有高数据速率能力的光学通信系统的需求不断增长，生成了光学正交幅度调制(QAM)信号以提供高数据承载能力和高频谱效率。正交幅度调制(QAM)是一种调制技术，其中经由同相或“I”信道和正交(90度)相或“Q”信道将两个或更多个二进制或多级电学数据信号调制到单个光学载波上，从而利用数据调制光学载波的幅度和相位两者以增强频谱占用效率。其他调制技术包括二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、差分正交相移键控(DQPSK)和开关键控(OOK)。偏振复用(PM)是一种复用技术，其中，首先将两个独立的电学数据信号调制到具有正交偏振的光学载波上(例如，将第一电学数据信号调制到X信道偏振上，并且将第二电学数据信号调制到Y信道偏振上)，然后通过偏振束组合器进一步将两个偏振上的信号复用在一起，使得在不使频谱带宽加倍的情况下使整体数据吞吐量加倍。
典型的双偏振QAM(DP-QAM)转发器包括四个支路信道，XI、XQ、YI和YQ，其用于针对X信道偏振和Y信道偏振两者的同相和正交调制。在电学信号(例如，DP-QAM信号、DP-QPSK信号等)的传播期间并且由于每个光学调制器的材料缺陷(和其他因素，诸如，随时间的温度变化、材料劣化)，可能在电学信号的I信道与电学信号的Q信道之间(例如，在XI与XQ信道之间和/或在YI与YQ信道之间；统称为IQ偏斜)发生偏斜。当未被补偿时(例如，当光学信号保持偏斜时)，IQ偏斜可能会使高数据速率光学通信系统(例如，每秒400千兆位(Gb/s)的系统)的网络性能退化。
已知的解决方案包括通过使用测试数据模式在光学转发器的初始校准期间补偿IQ偏斜。然而，这些解决方案依赖于特定的测试数据模式，并且无法利用实时流量实施。由于实时流量通常不同于测试数据模式并且IQ偏斜随着温度和时间的变化而改变，所以需要有方法和装置来利用实时流量准确地补偿IQ偏斜并且提高光学通信系统中的IQ偏斜的容限。
发明内容
在一些实施例中，装置包括存储器和可操作地被耦合至存储器的处理器。处理器被配置为可操作地被耦合至第一光学转发器和第二光学转发器。处理器被配置为从第二光学转发器接收表示光学信号的偏斜值的第一信号以及表示光学信号的比特错误率(BER)值的第二信号。光学信号从第一光学转发器被发射并且在第二光学转发器处被接收。偏斜值与光学信号的同相分量和光学信号的正交分量之间的偏斜相关联。处理器被配置为基于偏斜值或BER值中的至少一个来确定第一光学转发器的性能退化是否满足阈值。处理器被配置为将控制信号发送到第一光学转发器，以基于性能退化来调整第一光学转发器的频谱形状、第一光学转发器的数据波特率或者第一光学转发器的相邻信道之间的信道间隔。
附图说明
图1是图示了根据实施例的光学通信系统的框图。
图2是图示了根据实施例的光学转发器的框图。
图3A至3B是图示了根据实施例的对动态调整滚降系数α以提高光学转发器的偏斜容限的理论分析的示意图。
图4A至4C示出了根据实施例的模拟眼图，其中16-QAM信号以各种滚降系数通过根升余弦奈奎斯特(Nyquist)滤波器。
图5示出了根据实施例的干扰源信道的频谱。
图6A至6D示出了根据实施例的IQ偏斜为4ps的光学转发器(例如，400G、64GB/s、16QAM)的模拟眼图。
图7A至7D示出了根据实施例的作为光学转发器的IQ偏斜的函数的Q2系数的测量代价。
图8A至8B示出了根据实施例的作为具有零残留IQ偏斜的光学接收器的带宽(RxBw)的函数的Q2系数。
图9示出了根据实施例的作为具有零残留IQ偏斜的信道间隔(ChSp)的函数的Q2系数。
图10示出了根据实施例的作为自适应均衡器滤波器的长度(EqLn)的函数的Q2系数。
图11A至11C示出了根据实施例的在各种BER值和IP偏斜值处的、相邻光学信道的信道间隔(ChSp)和Tx FIR滤波器的滚降系数α的等高线图。
图12是图示了根据实施例的用于波特率动态控制过程1200的方法的流程图。
图13是图示了根据实施例的用于信道间隔动态控制过程的方法的流程图。
具体实施方式
偏振复用(PM)是一种调制技术，其中光学载波可以具有经由电学信号(例如，信息和/或数据)独立且同时地被调制的不同光学偏振。不同偏振可以包括第一偏振信道“X信道”和第二偏振信道“Y信道”，并且X信道和Y信道可以彼此正交(或近似正交)。例如，X信道可以是水平偏振光，并且Y信道可以是垂直偏振光。在一些情况下，X和Y信道不需要是水平和垂直偏振，并且不需要正交。
正交幅度调制(QAM)是一种调制技术，其中，经由同相或“I”信道和正交(90度或近似90度的)相或“Q”信道将两个或更多个二进制或者多级电学数据信号调制到单个光学载波上，从而利用数据调制其幅度和相位两者以增强频谱占用效率。在M进制QAM(mQAM或M-QAM)中，一个符号(symbol)可以表示多个比特以提高频谱效率。其他调制技术包括二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、差分正交相移键控(DQPSK)和开关键控(OOK)。
光学调制器可以使用偏振复用来将两个不同的QAM信号组合为双偏振QAM(DP-QAM)信号，其具有同相水平偏振或“XI”信道、正交水平偏振或“XQ”信道、同相垂直偏振或“YI”信道以及正交垂直偏振或“YQ”信道，从而提高相对于单个QAM信号的频谱效率。类似地，光学调制器可以使用偏振复用来将两个不同的QPSK信号组合为双偏振QPSK(DP-QPSK)，从而提高相对于单个QPSK信号的频谱效率。
然而，在电学信号(例如，DP-QAM信号、DP-QPSK信号等)的传播期间，偏斜可能由于随着时间的温度变化、劣化等而发生在电学信号的I信道(例如，XI信道和YI信道)与电学信号的Q信道(例如，XQ信道和YQ信道)之间。由于印刷电路板(PCB)上的轨迹长度的差异而在电学域中生成偏斜。电学信号的I信道与电学信号的Q信道之间的偏斜在本文中被称为IQ偏斜(或残留IQ偏斜)。电学信号的X信道与电学信号的Y信道之间的偏斜在本文中被称为XY偏斜。当通过光学调制器将电学信号调制为光学信号时，电学信号中的偏斜被变换为光学信号中的偏斜。偏斜可以指两个或更多个信道之间的时间错位。例如，第一信道可能与第二信道错位特定时间段(例如，1皮秒(ps)、10ps、100ps等)，从而导致第一信道的符号在与第二信道的符号不同的时间到达光学接收器。当未被补偿时(例如，当光学信号保持偏斜时)，IQ偏斜可能会使高数据速率光学通信系统(例如，每秒400千兆位(Gb/s)的系统)的网络性能退化。
已知的解决方案包括通过使用测试数据模式在光学转发器的初始校准期间补偿IQ偏斜。然而，这些解决方案依赖于特定的测试数据模式，并且无法利用实时流量实施。由于实时流量通常不同于测试数据模式并且IQ偏斜随着温度和时间的变化而改变，所以需要有方法和装置来利用实时流量准确地补偿IQ偏斜并且提高光学通信系统中的IQ偏斜的容限。
脉冲成形是改变所发射的信号的波形以减少符号间干扰(“ISI”)的过程。ISI是信号的失真，其中，一个符号干扰后续符号，从而导致信号接收器无法可靠地区分各个符号。在一些情况下，可以通过使用发射器滤波器和/或接收器滤波器来实现脉冲成形。理想的奈奎斯特滤波器可以是砖墙式奈奎斯特滤波器(即，在频域中为矩形)。当符号速率小于或等于奈奎斯特频率时，这种滤波器产生没有ISI的经奈奎斯特滤波的符号流。然而，实际上，由于理想的奈奎斯特滤波器的响应一直持续，所以无法实现砖墙式奈奎斯特滤波器。实际上，砖墙式奈奎斯特滤波器的滤波器特性可以近似为升余弦滤波器。与奈奎斯特脉冲的时间响应相比，升余弦滤波器的时间响应衰减得快得多。当符号速率小于或等于奈奎斯特频率时，这种滤波器产生没有ISI的经滤波的符号流。一些ISI可以在跨信道检测符号流时被引入。在一些情况下，砖墙式奈奎斯特滤波器的滤波器特性也可以近似为根升余弦滤波器。在这种情况下，发射器FIR和接收器FIR中的每个都可以实施根升余弦滤波器。两个根升余弦滤波器具有与一个升余弦滤波器相同的频率响应，这满足了对最小化ISI的要求。例如，根升余弦滤波器的优点是发射器FIR和接收器FIR具有匹配的滤波器。这可以减少ISI并且改善比特错误率(BER)。
控制升余弦奈奎斯特滤波器的带宽的参数是滚降系数α。如果理想的低通滤波器带宽加倍，则滚降系数a是1(α＝1)，即，阻带在两倍于理想砖墙式滤波器的带宽fN(2fN)处趋于零。如果α是0.5，则会产生1.5fN的总带宽，以此类推。另一方面，滚降系数α的值越小，频谱变得越紧凑，但是脉冲响应衰减到零所需的时间越长，因此系统对偏斜的容限越低。另一方面，滚降系数α的值越大，信道串扰越强。因此，增加相邻光学信道之间的信道间隔(ChSp)以最小化串扰，然而，这会降低频谱效率。除了信道间隔(ChSp)之外，还可以基于滚降系数α调整光学接收器的带宽(RxBw)和数字信号处理中的自适应均衡器的长度(EqLn)。光学接收器的自适应均衡器使由带宽限制、偏振模式色散(“PMD”)等导致的波形失真均衡。使用数字信号处理器可以实现对波形失真的补偿以及相对于光学传输路径的时变传播特性的自适应均衡。因此，可以提高光学通信系统的性能。本文描述的实施例包括确定滚降系数与频谱效率(例如，ChSp、RxBw、EqLn等)之间的优化以提高IQ偏斜的容限的方法和装置。
本文描述的一些实施例包括装置，该装置具有存储器和可操作地被耦合至存储器的处理器。处理器被配置为可操作地被耦合至第一光学转发器和第二光学转发器。处理器被配置为从第二光学转发器接收表示光学信号的偏斜值的信号以及表示光学信号的比特错误率(BER)值的信号。光学信号从第一光学转发器被发射并且在第二光学转发器处被接收。偏斜值与光学信号的同相分量和光学信号的正交分量之间的偏斜相关联。处理器被配置为基于偏斜值或BER值中的至少一个确定第一光学转发器的性能退化是否满足阈值。处理器被配置为将控制信号发送到第一光学转发器，以基于性能退化来调整第一光学转发器的脉冲成形或者第一光学转发器的数据波特率中的至少一个。
如在本说明书中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。因此，例如，术语“光学调制器”旨在表示单个光学调制器或多个光学调制器。针对另一示例，术语“控制信号”旨在表示单个控制信号或多个控制信号。
图1是图示了根据实施例的光学通信系统的框图。光学通信系统100可以被配置为产生、发射和/或接收光学信号。例如，光学通信系统100可以是波分复用(WDM)系统，包括密集波分复用(DWDM)系统。光学通信系统100可以包括光学转发器A 110、光学转发器B 150、波长选择开关(WSS)A 111、波长选择开关(WSS)B 151、中央控制器190、光学链路140和一个或多个光学设备(未在附图中示出)。光学通信系统100的每个组件(或设备)可以被配置为可操作地被耦合至光学通信系统100的其他组件(或设备)。
光学转发器A 110可以可操作地被耦合至中央控制器190和WSS A 111，并且被配置为产生、发射和/或接收光学信号。在本文描述的一些实施例中，光学转发器A 110被称为光学发射器。光学转发器A 110可以是光学通信系统100中的硬件模块。光学转发器A 110可以是任何高数据速率(例如，100Gbps)光学转发器，诸如，利用直接检测实施强度调制的转发器，例如，相干光学转发器、相干光学M进制正交幅度调制(M-QAM)转发器、相干偏振复用(PM)M-QAM转发器等。在具有相干光学转发器的相干光学通信系统中，幅度和相位信息都用于发射和接收诸如用于相移键控调制(例如，BPSK、PM-BPSK、QPSK、PM-QPSK)或正交幅度调制(例如，M-QAM或PM-M-QAM)的数据。例如，光学转发器A 110可以包括可以接收电学信号并且基于电学信号调制用于在光学链路140上传输的光学信号的激光二极管、半导体激光器、连续波激光器和/或光学调制器。
光学转发器A 110可以是光学通信系统100中的硬件模块，并且可以包括发射器(Tx)光学模块113、接收器(Rx)光学模块114和电学组件集合，该电学组件集合包括但不限于数模转换器(DAC)115、发射器(Tx)有限脉冲响应(FIR)116、前向错误校正(FEC)编码器117、控制器118和偏斜监测器119。光学转发器A 110的一个或多个组件可以使用自由空间光学、纤维光学、集成光学(例如，Si、SiN、二氧化硅、III-V等光学)等实施。光学转发器A110的每个组件可以可操作地被耦合至光学转发器A 110的另一组件。
控制器118可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。控制器118可以包括处理器和存储器。在一些实施方式中，控制器118可以包括被配置为控制光学信号的属性和/或将控制信号发送到光学转发器A 110的一个或多个组件的组件和/或电路。例如，控制器118可以将控制信号发送到一个或多个电学组件(例如，DAC 115、Tx FIR 116、FEC编码器117)和/或Tx光学模块113和/或Rx光学模块114内的一个或多个组件，并因此控制这些组件的属性。在一些实施方式中，控制器118可以从光学转发器B 150接收表示IQ偏斜值的信号以及表示光学信号的BER值的信号。控制器118可以生成和发送控制信号以调整数据波特率、Tx FIR滤波器116的滚降系数以及光学转发器A 110处的发射器信道的波长。在一些实施方式中，控制器118是光学转发器A 110外部的硬件设备和/或(在处理器上执行的)软件。在其他实施方式中，控制器118是被实施在光学转发器A 110内的硬件设备和/或(在处理器上执行的)软件。
在一些实施方式中，DAC 115、Tx FIR 116和FEC编码器117可以被包括在数字信号处理器(DSP)(未在附图中示出)中。DSP可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。DSP可以执行信号处理，诸如，频谱成形、对光学和电学损伤的均衡以及用于各种需要的其他这样的信号处理。DSP可以接收来自控制器118的控制信号并且将电学信号发送到Tx光学模块113。在一些实施方式中，DSP可以是Tx光学模块113外部的硬件设备。在其他实施方式中，DSP可以是Tx光学模块113内的硬件设备。
FEC编码器117可以是或包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。FEC编码器117可以被配置为校正在不可靠或噪声的通信信道(诸如，图1中的光学链路140)上的数据传输中的错误以提高数据可靠性。FEC编码器117可以从电学电路(例如，位于上游的网络处理器)(未在附图中示出)接收电学数据信号作为输入(180)。FEC编码器117然后可以利用冗余错误校正信息(例如，冗余奇偶校验符号)对数据信号进行编码，并且最终将经编码的数据信号发送到光学接收器(诸如，图1中的光学转发器B 150)。基于冗余错误校正信息，光学接收器然后可以检测和校正在数据传输期间出现的错误。具体地，例如，FEC编码器117可以从光学转发器A 110的电学接口(未示出)(或者从控制器118)接收(具有数据信号和/或数据分组的)电学信号集合，并且基于预定算法对该电学信号集合进行编码。FEC编码器117可以生成FEC头部比特，并且将FEC头部比特添加到电学信号的有效负载。对FEC头部比特进行编码，使得光学转发器B 150(或光学转发器B 150中的FEC解码器158)可以使用FEC头部比特内的信息来检测和校正在转换相关光学信号之后由光学转发器B 150接收到的电学信号的有效负载中的比特错误。比特错误可能出现在光学转发器A 110与光学转发器B 150之间的传输路径(例如，光学转发器A 110的Tx光学模块113、WSS A 111、WSS B 151、光学转发器B 150的Rx光学模块154和/或光学链路140)中。
Tx FIR滤波器116是使用数字信号处理技术的数字滤波器。Tx FIR滤波器116可以具有有限持续时间的脉冲响应，因为其在有限时间内趋于零。Tx FIR滤波器116可以接收来自FEC编码器117的信号并且将输出信号发送到DAC 115。来自Tx FIR滤波器116的输出信号可以被表达为：
其中，FIRj是第j个抽头(tap)的系数，它在一些实施方式中是带符号的整数。N是抽头的总数目。当FIRj具有与x(n-j)相同的符号时，等式(1)中的所有项都可以相长地相加在一起。来自Tx FIR滤波器116的最大输出可以是
脉冲成形是改变所发射的信号的波形以减少符号间干扰(“ISI”)的过程。ISI是信号的失真，其中，一个符号干扰后续符号，从而导致信号接收器无法可靠地区分各个符号。在一些情况下，可以通过使用发射器滤波器(例如，Tx FIR 116)和/或接收器滤波器(例如，Rx FIR 156)来实现脉冲成形。例如，Tx FIR滤波器116可以是奈奎斯特滤波器。理想的奈奎斯特滤波器可以是砖墙式奈奎斯特滤波器(即，在频域中为矩形)。当符号速率小于或等于奈奎斯特频率时，这种滤波器产生没有ISI的经奈奎斯特滤波的符号流。然而，实际上，由于理想的奈奎斯特滤波器的响应一直持续，所以无法实现砖墙式奈奎斯特滤波器。实际上，砖墙式奈奎斯特滤波器的滤波器特性可以近似为升余弦滤波器。与奈奎斯特脉冲的时间响应相比，升余弦滤波器的时间响应衰减得快得多。当符号速率小于或等于奈奎斯特频率时，这种滤波器产生没有ISI的经滤波的符号流。一些ISI可以在跨信道检测到符号流时被引入。在一些情况下，砖墙式奈奎斯特滤波器的滤波器特性也可以近似为根升余弦滤波器。
控制升余弦奈奎斯特滤波器的带宽的参数是滚降系数α。如果理想的低通滤波器带宽加倍，则滚降系数a是1(α＝1)，即，阻带在两倍于理想砖墙式滤波器的带宽fN(2fN)处趋于零。如果α是0.5，则会产生1.5fN的总带宽，以此类推。另一方面，滚降系数α的值越小，频谱变得越紧凑，但是脉冲响应衰减到零所需的时间越长，因此系统对偏斜的容限越低。另一方面，滚降系数α的值越大，信道串扰越强。
DAC 115可以接收来自Tx FIR滤波器116的信号，并且将这些信号转换为模拟电学信号。然后可以将模拟电学信号发送到Tx光学模块113。在一些实施方式中，来自DAC 115的最大输出可以是其中，BitDAC是高速DAC的比特数目，并且VDAC是高速DAC的最大输出电压。在一些实施方式中，可以通过可插拔连接器(未示出)和/或无线电频率(RF)轨迹(未示出)进一步发送来自DAC 115的输出，并且最终发送到RF放大器(未示出)。
在一些实施方式中，光学转发器A 110可以包括偏斜监测器119，其被配置为测量和监测从Tx光学模块113输出的光学信号的XI信道、XQ信道、YI信道和YQ信道之间的偏斜。偏斜监测器119可以(例如，经由功率计)测量两个或更多个信道之间的时间错位和/或功率差。偏斜监测器119可以将表示两个或更多个信道之间的经测量的偏斜值的信号输出到控制器118，并且控制器118可以将控制信号发送到FEC编码器117、Tx FIR 116、DAC 115和/或光学转发器A 110中的其他电子或光学组件以补偿两个或更多个信道之间的偏斜。在一些实施方式中，可以在光学转发器A 110的初始通电期间测量IQ偏斜并且相应地进行补偿。在这种实施方式中，使用BPSK数据模式的相消干扰、将经修改的时钟音调幅度作为适应度函数的协同进化遗传算法或者对图像频谱的分析可以用于促进IQ偏斜测量。在其他实施方式中，IQ偏斜可以由光学接收器(诸如，光学转发器B 150)的数字信号处理(DSP)来测量。在这种实施方式中，复杂的4x2多入多出(MIMO)自适应均衡器、频域估计和时域补偿、广泛线性均衡或者专用于发射器损伤补偿的额外的2x2蝶式自适应均衡器可以用于促进IQ偏斜测量。
Tx光学模块113可以接收来自DAC 115的电学信号(即，数据信号)并且将(多个)光学信号输出到WSS A 111。Tx光学模块113可以包括光源(未示出)和马赫-曾德尔调制器(“调制器”或“MZM”)(未示出)。在一些实施方式中，MZM(未示出)可以利用从DAC 115接收到的电学信号来调制从光源(未示出)输出的光学信号以产生经调制的光学信号。Tx光学模块113可以将经调制的光学信号输出到WSS A 111。相对于图2描述了Tx光学模块113的细节。
Rx光学模块114可以经由光学链路140接收来自光学转发器B 150的光学信号。例如，Rx光学模块114可以包括光电检测器和/或光电二极管，其可以检测经由光学链路140接收到的光学信号并且可以将光学信号转换为电学信号。在一些实施方式中，Rx光学模块114可以包括能够对光学信号进行解调的设备。在一些实施方式中，Rx光学模块114可以包括能够控制与光学信号相关联的属性的设备和/或解调器。Rx光学模块114可以可操作地被耦合至控制器118、偏斜监测器119、模数转换器(ADC，未示出)、接收有限脉冲滤波器(Rx FIR，未示出)、FEC解码器(未示出)和/或数字信号处理器(DSP，未示出)。
波长选择开关(“WSS”)A 111可以动态地路由、阻塞和衰减网络节点内的光学信号。该光学信号可以是具有波长集合的复用光学信号(例如，DWDM光学信号)或者具有单个波长的光学信号。1x N WSS包括单个公共输入端口(未在附图中示出)和N个相对的多波长输出端口(未在附图中示出)，其中，从公共输入端口输入的(具有来自波长集合的一个波长的)每个光学信号可以被切换(或路由)到N个多波长输出端口中的任何一个，这与所有其他波长信道如何被路由无关。N个多波长输出端口中的每个都可以被耦合至与光学链路140相关联的对应光纤以传输光学信号。可以通过WSS A 111上的电子通信控制接口(例如，控制器112)动态地管理和控制该波长切换(路由)过程。WSS A 111可以使用例如微型机电系统(MEMS)技术、液晶技术、硅基液晶(LCoS)技术等来实施。WSS A 111可以包括束分离器、束组合器、干涉型开关、数字光学开关等。
控制器112可以是WSS A 111内的内部组件或者在WSS A 111外部并且被耦合至WSS A 111的组件。控制器112可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。控制器112可以包括处理器和存储器。在一些实施方式中，控制器112可以包括被配置为将控制信号发送到WSS A111的一个或多个组件以改变WSS A 111的波长切换(路由过程)的组件和/或电路。在一些实施方式中，控制器112可以接收来自中央控制器190的控制信号，并且将控制信号发送到WSS A 111以改变WSS A 111的波长切换(路由过程)。
光学链路140可以包括能够承载光学信号的介质。例如，光学链路140可以包括将光学转发器A、WSS A 111、WSS B 151和光学转发器B 150耦合在一起的(多根)光纤。光学链路140可以被包括在光学网络内，该光学网络包括其他光学链路和光学设备。
WSS B 151可以在结构和功能上类似于WSS A 111。波长选择开关(“WSS”)B 151可以动态地路由、阻塞和衰减网络节点内的光学信号。可以通过WSS B 151上的电子通信控制接口(例如，控制器152)动态地管理和控制该波长切换(路由)过程。WSS B 151可以使用例如微型机电系统(MEMS)技术、液晶技术、硅基液晶(LCoS)技术等实施。WSS B 151可以包括束分离器、束组合器、干涉型开关、数字光学开关等。
控制器152可以在结构和功能上类似于控制器112。控制器152可以是WSS B 151内的内部组件或者在WSS B 151外部并且被耦合至WSS B 151的组件。控制器152可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。控制器152可以包括处理器和存储器。在一些实施方式中，控制器152可以包括被配置为将控制信号发送到WSS B 151的一个或多个组件以改变WSS B 151的波长切换(路由过程)的组件和/或电路。在一些实施方式中，控制器152可以接收来自中央控制器190的控制信号，并且将控制信号发送到WSS B 151以改变WSS B 151的波长切换(路由过程)。
光学转发器B 150可以可操作地被耦合至中央控制器190和WSS B 151，并且被配置为产生、发射和/或接收(多个)光学信号。光学转发器B 150可以在结构和功能上类似于光学转发器A 110。在本文描述的一些实施例中，光学转发器B 150被称为光学接收器。光学转发器B 150可以是光学通信系统100中的硬件模块。光学转发器B 150可以是任何高数据速率(例如，100Gbps)光学转发器，诸如，利用直接检测实施强度调制的转发器，例如，相干光学转发器、相干光学M进制正交幅度调制(M-QAM)转发器、相干偏振复用(PM)M-QAM转发器等。在具有相干光学转发器的相干光学通信系统中，幅度和相位信息都用于发射和接收诸如用于相移键控调制(例如，BPSK、PM-BPSK、QPSK、PM-QPSK)或正交幅度调制(例如，M-QAM或PM-M-QAM)的数据。
光学转发器B 150可以是光学通信系统100中的硬件模块，并且可以包括发射器(Tx)光学模块153、接收器(Rx)光学模块154和电学组件集合，该电学组件集合包括但不限于模数转换器(ADC)155、接收(Rx)有限脉冲响应(FIR)156、损伤补偿组件157、前向错误校正(FEC)解码器158、控制器160和偏斜监测器159。光学转发器B 150可以使用自由空间光学、纤维光学、集成光学(例如，Si、SiN、二氧化硅、III-V等光学)等来实施。光学转发器B150的每个组件可以可操作地被耦合至光学转发器B 150的另一组件。
Tx光学模块153可以在功能和结构上类似于Tx光学模块113。Tx光学模块153可以接收电学信号(即，数据信号)并且发射(多个)光学信号。
Rx光学模块154可以在功能和结构上类似于Rx光学模块154。Rx光学模块154可以经由光学链路140接收来自光学转发器A 110的光学信号。例如，Rx光学模块154可以包括光电检测器和/或光电二极管，其可以检测经由光学链路140接收到的光学信号并且可以将光学信号转换为电学信号。在一些实施方式中，Rx光学模块154可以包括能够对光学信号进行解调的设备。在一些实施方式中，Rx光学模块154可以包括能够控制与光学信号相关联的属性的设备和/或解调器。
ADC 155可以接收来自Rx光学模块154的模拟电学信号，并且将这些信号转换为数字电学信号。然后可以将数字电学信号发送到Rx FIR 156。ADC 155可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。ADC 155还可以包括存储器(例如，随机存取存储器(RAM)(例如，动态RAM、静态RAM)、闪速存储器、可移动存储器等)。
Rx FIR 156可以在结构和功能上类似于Tx FIR 116。Rx FIR 156是使用数字信号处理技术的数字滤波器。Rx FIR 156可以具有有限持续时间的脉冲响应，因为它在有限时间内趋于零。Rx FIR 156可以接收来自ADC 155的信号，并且将输出信号发送到损伤补偿处理器157。
损伤补偿处理器157可以补偿在光学信号从光学转发器A 111传播到光学转发器B151期间发生的信号损伤。在一些实施方式中，损伤补偿处理器157可以被包括在光学转发器B 150内的数字信号处理(DSP)芯片中。在一些实施方式中，损伤补偿处理器157可以补偿色散(CD)、一阶PMD是差分群时延(DGD)的偏振模式色散(PMD)和载波频率偏移(CFO)。
FEC解码器158可以被配置为校正在传输路径(例如，光学转发器A 110的Tx光学模块113、WSS A 111、WSS B 151、光学转发器B 150的Rx光学模块154和/或光学链路140)上来自光学转发器A 110的数据传输中的比特错误。FEC解码器158可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。FEC解码器158还可以包括存储器(例如，随机存取存储器(RAM)(例如，动态RAM、静态RAM)、闪速存储器、可移动存储器等)。FEC解码器158可以从ADC 155接收各自具有有效负载和FEC头部比特的电学信号集合，并且检测和校正在传输路径上发生的比特错误，并且恢复被包括在该电学信号集合中的数据信息。在一个实施方式中，FEC编码器117和FEC解码器158可以实施准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码。
FEC解码器158可以被配置为测量比特错误率(BER)，其表示每单位时间比特错误的数目。在一些情况下，除了测量比特错误率之外，FEC解码器158还可以被配置为测量比特错误比，其表示在一段时间间隔期间比特错误的数目除以经传输的总比特数目。比特错误率或比特错误比可以示出在传输路径(例如，光学转发器A 110的Tx光学模块113、WSS A111、WSS B 151、光学转发器B 150的Rx光学模块154和/或光学链路140)上发生的错误程度。FEC解码器158可以被配置为在FEC解码器158校正比特错误之前或之后测量BER值。FEC解码器158可以将表示BER值的信号发送到控制器160，并且控制器160可以将控制信号直接发送到光学转发器A 110的控制器118和/或中央控制器190。控制信号由光学转发器A 110中的一个或多个电子或光学组件接收以补偿XI信道、XQ信道、YI信道和YQ信道中的两个或更多个信道之间的偏斜。
在一些实施方式中，ADC 155、Rx FIR 156、损伤补偿处理器157和FEC解码器158可以被包括在数字信号处理器(DSP)(未在附图中示出)中。光学转发器B 150处的DSP可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。DSP可以执行信号处理，诸如，频谱成形、对光学和电学损伤的均衡以及用于各种需要的其他这样的信号处理。DSP可以发送来自控制器160的控制信号并且接收来自Rx光学模块154的电学信号。在一些实施方式中，DSP可以是Rx光学模块154外部的硬件设备。在其他实施方式中，DSP可以是Rx光学模块154内的硬件设备。
在光学转发器B 150处相干检测从光学转发器A 110接收的光学信号之后，光学转发器B 150处的实时DSP可以用于分用X/Y偏振，补偿色散(CD)和偏振模式色散(PMD)，并且跟踪相位变化和频率偏移。DSP可以接收来自控制器160或中央控制器190的控制信号以配置DSP的参数。
在一些实施方式中，光学转发器B 150处的DSP可以包括自适应均衡器(未示出)，其使由带宽限制、偏振模式色散(“PMD”)等导致的波形失真均衡。可以使用光学转发器B150处的DSP来实现对波形失真的补偿以及相对于光学传输路径的时变传播特性的自适应均衡。因此，可以提高光学通信系统100的性能。自适应均衡器可以是时域均衡器或频域均衡器。在一些实施方式中，可以基于Tx FIR滤波器116的滚降系数α来优化DSP中的自适应均衡器的长度(EqLn)。
在一些实施方式中，光学转发器B 150可以包括偏斜监测器159，其被配置为测量和监测在Rx光学模块154处从光学转发器A 110接收到的(多个)光学信号的XI信道、XQ信道、YI信道和YQ信道之间的偏斜。偏斜监测器159可以(例如，经由功率计)测量两个或更多个信道之间的时间错位和/或功率差。偏斜监测器159可以将两个或更多个信道之间的经测量的偏斜值输出到控制器160，并且控制器160可以将控制信号直接发送到光学转发器A110的控制器118和/或中央控制器190。控制信号由光学转发器A 110中的一个或多个电子或光学组件接收以补偿XI信道、XQ信道、YI信道和YQ信道中的两个或更多个信道之间的偏斜。
控制器160可以是或可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其组合或者其他等效的集成或离散逻辑电路。控制器160可以包括处理器和存储器。在一些实施方式中，控制器160可以包括被配置为控制光学信号的属性和/或将控制信号发送到光学转发器B 150的一个或多个组件、光学转发器A 110的一个或多个组件和/或中央控制器190的组件和/或电路。例如，控制器118可以将控制信号发送到一个或多个电学组件(例如，ADC 155、Rx FIR 156、损伤补偿处理器157、FEC解码器158和/或偏斜监测器159)和/或Tx光学模块153和/或Rx光学模块154内的一个或多个组件，并因此控制这些组件的属性。在一些实施方式中，控制器160是光学转发器B 150外部的硬件设备和/或(在处理器上执行的)软件。在其他实施方式中，控制器118是被实施在光学转发器B 150内的硬件设备和/或(在处理器上执行的)软件。
中央控制器190是可操作地被耦合至光学转发器A 110和光学转发器B 150的硬件设备和/或(在处理器上执行和/或被存储在存储器中的)软件。中央控制器190可以包括处理器192和可操作地被耦合至处理器192的存储器194。处理器192可以是或包括被配置为执行本文描述的数据收集、处理和传输功能的任何处理设备或组件。处理器192可以被配置为例如将数据写入到存储器194中并从存储器194读取数据，并且执行被存储在存储器194内的指令。处理器192还可以被配置为执行和/或控制例如对存储器194的操作。在一些实施方式中，基于被存储在存储器194内的方法或过程，处理器192可以被配置为执行如图12所描述的波特率动态控制过程以及如图13所描述的信道间隔动态控制过程。此外，可以执行图12和13所描述的动态脉冲成形控制过程以提高对IQ偏斜的容限。
在一些实施方式中，中央控制器190可以从光学转发器B 150接收表示IQ偏斜值的信号和表示光学信号的BER值的信号。控制器190可以生成和发送控制信号以调整数据波特率、包括Tx FIR滤波器116的滚降系数的脉冲成形和/或光学转发器A 110处的发射器信道的波长。在这些实施方式中，中央控制器190可以从光学转发器A 110和/或光学转发器B150接收信号和/或将信号发送到光学转发器A 110和/或光学转发器B 150。在这些实施方式中，可以省略控制器118和控制器160。
在一些情况下，控制器118可以从偏斜监测器159接收表示光学信号的偏斜值的信号，并且从FEC解码器158接收表示光学信号的BER值的信号。在一些情况下，控制器118可以从控制器160接收表示光学信号的偏斜值的信号和表示光学信号的BER值的信号。在这些情况下，控制器118可以生成和发送控制信号以调整数据波特率、包括Tx FIR滤波器116的滚降系数的脉冲成形和/或光学转发器A 110处的发射器信道的波长。
存储器194可以例如是随机存取存储器(RAM)(例如，动态RAM、静态RAM)、闪速存储器、可移动存储器等。在一些实施例中，存储器194可以包括例如数据库、过程、应用、虚拟机和/或被配置为执行在本文中进一步描述的波特率动态控制过程和信道间隔动态控制过程的(在硬件中存储和/或执行的)一些其他软件模块或者硬件模块。在这种实施方式中，执行波特率动态控制过程和信道间隔动态控制过程和/或相关联的方法的指令可以被存储在存储器194内并且在处理器192处被执行。
图1所示的设备的数目和布置被提供为示例。在一些实施例中，与图1所示的设备相比，可能存在附加的设备、更少的设备、不同的设备或者被不同布置的设备。例如，光学通信系统100可以包括一个或多个光学设备(未在附图中示出)。具体地，光学通信系统100可以包括一个或多个光学流量处理和/或光学流量传递设备，诸如，光学节点、光学分插复用器(“OADM”)、可重构光学分插复用器(“ROADM”)、光学复用器、光学分用器、光学发射器、光学接收器、光学收发器、光子集成电路、集成光学电路、波长选择开关、自由空间光学设备和/或能够处理和/或传递光学流量的另一类型的设备。此外，图1所示的两个或更多个设备可以被实施在单个设备内，或者图1所示的单个设备可以被实施为多个分布式设备。
在使用中，可以调整光学通信系统的许多参数以提高光学通信系统100的系统性能。这些参数包括但不限于，例如，光学发射器(即，光学转发器A 110)的单独信道的调制格式、针对光学发射器(即，光学转发器A 110)的单独信道的FIR滤波器116(例如，奈奎斯特滤波器)的滚降系数α和/或光学发射器(即，光学转发器A 110)的单独信道的波特率。可以被调整以提高光学通信系统100的系统性能的其他参数包括但不限于，例如，光学发射器(即，光学转发器A 110)或光学接收器(即，光学转发器B 150)的相邻信道之间的信道间隔(ChSp)、光学接收器(即，光学转发器B 150)的带宽(RxBw)和/或光学接收器(即，光学转发器B 150)的数字信号处理中的自适应均衡器的长度(EqLn)。
类似地，针对光学发射器(即，光学转发器A 110)，可以动态地调整每个信道的参数，包括例如调制格式、波特率、滚降系数、波长等。针对光学接收器(即，光学转发器B150)，可以基于例如光学发射器(即，光学转发器A 110)的状态、沿着光学通信系统100中的光学信号的传播路径的组件(或设备)的状态和/或每个光学调制器的材料缺陷(和其他因素，诸如，随着时间的温度变化或材料劣化)来动态地配置并适应性地调谐(例如，本机振荡器的)波长、接收器带宽(RxBw)和DSP算法(例如，自适应均衡器的长度EqLn)。
在一些实施方式中，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以从光学转发器B 150接收表示第一光学信号的偏斜值的信号和表示第一光学信号的比特错误率(BER)值的信号。第一光学信号的偏斜值(即，IQ偏斜)是第一光学信号的I信道与第一光学信号的Q信道之间(例如，XI与XQ信道之间和/或YI与YQ信道之间)的时间错位。偏斜值由光学转发器B 150的偏斜监测器159测量。在光学转发器B 150处通过光学链路140从光学转发器A 110接收第一光学信号。FEC解码器158可以测量第一光学信号的BER值，其表示每单位时间比特错误的数目。BER值示出了在光学转发器A 110与光学转发器B 150之间的传输路径上发生的错误程度。
中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以确定第一光学信号的偏斜值是否满足第一阈值。当第一光学信号的IQ偏斜大于第一阈值时，第一光学信号的偏斜值满足第一阈值，这指示光学通信系统的性能退化并且低于限定标准(指示该性能是不可接受的)。当第一光学信号的IQ偏斜小于第一阈值时，第一光学信号的偏斜值不满足第一阈值，这指示光学通信系统100的性能高于限定标准并且性能退化较小(或者是可接受的)。
响应于第一光学信号的偏斜值不满足第一阈值，偏斜监测器159可以监测在光学转发器B 150处通过传输路径从光学转发器A 110接收到的第二光学信号的IQ偏斜。中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以确定第一光学信号的BER值是否满足第二阈值。当第一光学信号的BER大于第二阈值时，第一光学信号的BER值满足第二阈值，这指示光学通信系统100的性能退化并且低于限定标准(指示该性能是不可接受的)。当第一光学信号的BER小于第二阈值时，第一光学信号的BER值不满足第二阈值，这指示光学通信系统100的性能高于限定标准并且性能退化较小(或者是可接受的)。当第一光学信号的BER值不满足第二阈值时，可以监测第二光学信号的BER。
响应于第一光学信号的偏斜值满足第一阈值，并且响应于第一光学信号的BER值满足第二阈值，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以发送控制信号以基于偏斜值和BER值中的至少一个(或基于性能退化)来调整光学转发器A 110的数据波特率。当光学转发器A 110的数据波特率降低时，可以提高光学通信系统100相对于对IQ偏斜的容限的性能(并且IQ偏斜减小，并且BER值减小)。
响应于光学转发器A 110的数据波特率降低，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以确定第二光学信号的BER值是否满足第三阈值。换言之，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以确定光学通信系统100的性能是否响应于光学转发器A 110的数据波特率的降低而提高。第三阈值可以与第二阈值相同或不同。
响应于第二光学信号的BER值不满足第三阈值，中央控制器190(或光学转发器A110的控制器118)可以基于偏斜值和BER值中的至少一个(或基于性能退化)来调整包括光学转发器A 110的发射(Tx)有限脉冲响应(“FIR”)滤波器116(例如，奈奎斯特滤波器)的滚降系数的脉冲成形。响应于光学转发器A 110的数据波特率降低，相邻信道之间的信道间隔增加，而每个信道的中心波长保持不变。因此，可以增大Tx FIR滤波器116的滚降系数。同时，光学通信系统100的频谱效率略微降低。
响应于光学转发器A 110的数据波特率降低，并且响应于Tx FIR滤波器116的滚降系数增大，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以确定第三光学信号的BER值是否满足第三阈值。换言之，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以确定光学通信系统100的性能是否响应于光学转发器A 110的数据波特率的降低以及Tx FIR滤波器116的滚降系数的增大而提高。如果光学通信系统100的性能未提高并且BER值不满足第三阈值，则中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以重新调整光学转发器A110的数据波特率。当实时数据流量(例如，第一光学信号、第二光学信号、第三光学信号等)从光学转发器A被传输到光学转发器B时，可以调整数据波特率和滚降系数。
在使用中，响应于第一光学信号的偏斜值满足第一阈值，并且响应于第一光学信号的BER值满足第二阈值，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以调整光学转发器A 110处的一个或多个信道的波长。例如，可以调整光学转发器A 110处的退化信道的波长及其相邻信道的波长。在一些实施方式中，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以基于光学转发器A 110处的信道的波长的调整来调整WSS A 111的信道的波长(或者使其被调整)。在一些实施方式中，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以基于光学转发器A 110处的信道的波长的调整来调整光学转发器B 150的信道的波长或者光学转发器B 150的信道的带宽(RxBw)(或者使其被调整)。在一些情况下，在调整光学转发器A 110的波长时，数据波特率保持不变。因此，通过调整光学转发器A 110处的信道的波长(并且在一些情况下，调整WSS A 111的波长、WSS B 151的波长、光学转发器B处的信道的波长和RxBw)，增加了信道间隔(ChSp)。
在一些实施方式中，中央控制器190(或光学转发器A 110的控制器118)可以发送控制信号以基于性能退化将来自光学转发器A 110的发射器信道集合的第一信道的调制格式从第一调制格式调整(或者使其被调整)至第二调制格式。在一些情况下，其相邻信道的调制格式可以从第一调制格式相应地被调整至第二调制格式。在其他情况下，其相邻信道的调制格式可以保持相同(或者不被调整)。换言之，该方法包括发送控制信号以基于性能退化将来自光学转发器A 110的发射器信道集合的第一发射器信道的调制格式从第一调制格式调整至第二调制格式，并且不将来自该发射器信道集合的第二发射器信道的调制格式和来自该发射器信道集合的第三发射器信道的调制格式从第一调制格式调整至第二调制格式。第一调制格式不同于第二调制格式。
图2是图示了根据实施例的光学转发器210的框图。光学转发器210可以在结构和/或功能上类似于图1中的光学转发器A 110和光学转发器B 150。光学转发器210可以是光学通信系统(诸如，图1中的光学通信系统100)中的硬件模块，并且可以包括发射器(Tx)光学模块213、一个或多个电学组件290和接收器(Rx)光学模块(未示出)。Tx光学模块213可以在结构和/或功能上类似于图1中的Tx光学模块113和Tx光学模块153。光学转发器210可以使用自由空间光学、纤维光学、集成光学(例如，Si、SiN、二氧化硅、III-V等光学)等来实施。光学转发器210的每个组件可以可操作地被耦合至光学转发器210的(多个)另外的组件。
一个或多个电学组件290可以包括控制器、数字信号处理芯片、前向错误校正(FEC)编码器、发射(Tx)有限脉冲响应(FIR)滤波器、数模(DAC)转换器、偏斜监测器、模数转换器、接收FIR滤波器、损伤补偿处理器、FEC解码器等。控制器、前向错误校正(FEC)编码器、发射(Tx)有限脉冲响应(FIR)滤波器、数模转换器(DAC)、偏斜监测器、模数转换器(ADC)、接收(Rx)FIR滤波器、损伤补偿处理器、FEC解码器可以在结构和功能上类似于在图1中分别描述的控制器118和160、前向错误校正(FEC)编码器117、发射(Tx)有限脉冲响应(FIR)滤波器116、数模(DAC)转换器115、偏斜监测器119和159、ADC 155、Rx FIR滤波器156、损伤补偿处理器157以及FEC解码器158。
Tx光学模块213可以接收来自一个或多个电学组件290的电学信号，并且将(多个)光学信号224输出到光学设备(诸如，图1中的WSS A 111)。Tx光学模块213可以包括光源212、可调谐光学耦合器(TOC)214、无线电频率(RF)放大器216、偏振束组合器(PBC)218、偏振旋转器220、功率计222和马赫-曾德尔调制器(“调制器”或“MZM”)240。在一些实施方式中，MZM 240可以包括支路调制器241至244的集合、可变光学衰减器/放大器(VOA)(247、248、249、250)的集合和移相器(PS)(245、246)的集合。在一些实施方式中，Tx光学模块213还可以包括偏振器(未示出)、偏振控制器(未示出)和/或偏振分离器(未示出)。
光源212可以包括能够产生和/或发射光学输出(或者光束)的设备。例如，光源212可以包括激光二极管、半导体激光器和/或连续波激光器。光源212可以是可用于高比特率光学信号传输的任何类型的激光器，例如，1550nm波长范围(所谓的C频带)内的窄线宽激光器，但是可以被调谐至任何波长或者被实施用于任何波长。
TOC 214可以包括能够控制光学输入部分的耦合比的设备和/或电路。例如，TOC214可以接收来自光源212的光学输出，并且使光学信号的第一部分被提供给第一支路调制器(例如，被应用于X信道261的X信道调制器)并且使光学信号的第二部分被提供给第二支路调制器(例如，被应用于Y信道262的Y信道调制器)，其中第一部分与第二部分成特定比。在一些实施方式中，TOC 214可以基于控制信号调整耦合比。例如，基于从电学组件290内的控制器接收控制信号，TOC 214可以调整耦合比以相对于第二部分增大第一部分，相对于第二部分减小第一部分等，从而减少光学信号的部分的功率失衡。在一些实施方式中，TOC214可以被包括在束分离器(未示出)或能够分离光学信号或其部分的另一设备(未示出)中。
MZM 240可以利用从RF放大器216接收到的电学数据信号217集合来调制从TOC214接收到的光学信号。例如，MZM 240可以产生经调制的信号，这可以改变由光源212产生的输出(例如，载波)的一个或多个属性(例如，幅度/强度、相位、频率/波长、偏振等)。在一些实施方式中，MZM 240可以包括或者被替换为基于磷化铟半导体的调制器、电吸收调制器、相位调制器、强度调制器(例如，OOK调制器)、归零(RZ)调制器、不归零(NRZ)调制器、PSK调制器、二进制PSK(BPSK)调制器、四相PSK(QPSK)调制器、QAM调制器、M进制QAM(M-QAM)调制器、上面列出的调制器的任何偏振复用(PM)版本(例如，DPBPSK调制器、DPQAM调制器等)和/或任何其他调制器或调制器的组合。
在一些实施方式中，MZM 240可以使来自TOC 214的光学输出(或光束)被分离成支路信道集合(例如，第一支路信道和第二支路信道)。例如，MZM 240可以使来自TOC 214的光学输出(或光束)被分离成X信道261和Y信道262、I信道和Q信道、XI信道241和XQ信道242、YI信道243和YQ信道244等。在一些实施方式中，MZM 240可以使来自TOC 214的光学输出(或光束)被分离成部分的集合，诸如，正交部分集合、非正交部分集合等。
在一些实施方式中，MZM 240可以从电学组件290内的控制器(经由反馈环路(未示出))接收控制信号，并且可以使用控制信号调整MZM 240的操作条件。例如，MZM 240可以将电学数据信号217和控制信号组合以调整VOA 247至250的操作设置并且调制输入光学信号。
在一些实施方式中，MZM 240可以包括支路调制器241至244的集合。来自该支路调制器241至244的集合的每个支路调制器可以在来自支路信道241至244的集合的对应支路信道中调制来自TOC 214的光学输出(或光束)。例如，MZM240可以包括X信道调制器261和Y信道调制器262。X信道调制器261可以包括XI信道调制器241、XQ信道调制器242、X信道移相器245以及可选VOA 247和248。Y信道调制器262可以包括YI信道调制器243、YQ信道调制器244、Y信道移相器246以及可选VOA 249和250。XI信道调制器241可以调制XI支路信道中的光学信号；XQ信道调制器242可以调制XQ支路信道中的光学信号；YI信道调制器243可以调制YI支路信道中的光学信号；YQ信道调制器244可以调制YQ支路信道中的光学信号。
在一些实施例中，MZM可以包括具有两个支路调制器的QAM调制器(未示出)，一个用以调制I信道上的信号，并且一个用以调制Q信道上的信号。光学耦合器可以组合I和Q信道处的信号以生成输出信号。备选地，MZM可以包括两个支路调制器，一个用以调制X偏振处的信号，并且一个用以调制Y偏振处的信号。针对图2所示的实施例，MZM 240可以组合X和Y偏振处的信号以生成输出信号。例如，MZM 240可以包括具有四个支路调制器241至244的双偏振QAM(DP-QAM)调制器(如图2所示)，一个用以调制XI信道处的信号，一个用以调制XQ信道处的信号，一个用以调制YI信道处的信号，并且一个用以调制YQ信道处的信号。
可以通过移相器(诸如，X信道移相器245、Y信道移相器246等)将来自至少一个支路信道(例如，来自XQ信道调制器242或YQ信道调制器244)的输出光学信号相移到相对于另一支路信道的特定相位。例如，可以通过X信道移相器245将XQ信道调制器242的输出光学信号相对于XI信道调制器241的另一输出光学信号进行相移。在一些实施方式中，X信道移相器245和/或Y信道移相器246可以将特定相移(例如，0度相移、90度相移、180度相移等)分别应用于XI信道或XQ信道中的一个信道和/或YI信道或YQ信道中的一个信道。
VOA 247至250可以是或包括用于控制光学信号的光学功率的设备。例如，VOA 247可以接收光学信号，并且可以放大或衰减光学信号以改变光学信号的光学功率。在一些实施方式中，VOA 247可以基于控制信号改变光学信号的光学功率。例如，基于从电学组件290内的控制器接收到控制信号，VOA 247可以改变光学信号或其部分的放大或衰减水平以减少光学信号的各部分之间的功率失衡。在一些实施方式中，一个或多个VOA 247至250可以可选地被包括在MZM 240中或被排除在MZM 240外。
可以通过偏振旋转器220将从至少一个支路信道(例如，从Y信道调制器262)输出的光学信号旋转至特定偏振。在一些实施方式中，偏振旋转器220可以使来自至少一个支路信道的输出光学信号旋转，使得来自X信道调制器261的输出信号和来自Y信道调制器262的输出信号正交(或近似正交)。
偏振束组合器(PBC)218可以组合来自每个支路信道的光学信号并且产生输出信号224。例如，PBC 218可以接收来自偏振旋转器220的光学信号，该偏振旋转器220使来自Y信道调制器262的光学信号旋转。PBC 218还可以接收来自X信道调制器261的光学信号，并且与来自偏振旋转器220的光学信号组合以产生输出信号224。
功率计(PM)222可以可操作地被耦合至PBC 218和电学组件290中的控制器，并且被配置为测量输出信号224的光学功率。在一些实施方式中，PM 222可以包括光电二极管、低速检测器(例如，小于约每秒100兆位(Mbits/s)的检测器)和/或高速检测器(例如，大于约100Mbits/s的检测器)。
图3A至3B是图示了根据实施例的对动态调整滚降系数α以提高光学转发器的偏斜容限的理论分析的示意图。控制升余弦奈奎斯特滤波器的带宽的参数是滚降系数α。发射(Tx)有限脉冲响应(FIR)滤波器(诸如，图1中的Tx FIR滤波器116)可以是奈奎斯特滤波器。如果理想的低通滤波器带宽加倍，则滚降系数a是1(α＝1)，即，阻带在两倍于理想砖墙式滤波器的带宽fN(2fN)处趋于零。如果α是0.5，则会产生1.5fN的总带宽，以此类推。另一方面，滚降系数α的值越小，频谱变得越紧凑，但是脉冲响应衰减到零所需的时间越长，因此系统对偏斜的容限越低。另一方面，滚降系数α的值越大，信道串扰越强。
滚降系数α可以影响光学通信系统对残留IQ偏斜的容限。当奈奎斯特滤波器的滚降系数α是0.1时，奈奎斯特滤波器的频率响应接近于矩形，这允许相邻光学信道之间的近符号速率等效间隔具有可忽略的串扰。然而，小的滚降系数α可以减小眼宽，并因此加剧光学通信系统的偏斜容限。当奈奎斯特滤波器的滚降系数α为1时，其频率响应是升余弦形状。它可以导致DWDM信道之间的强烈的串扰。相邻光学信道之间的较大的信道间隔(ChSp)可以最小化串扰，这会降低频谱效率。因此，可以在频谱效率与滚降系数α之间进行一定权衡以提高对残留IQ偏斜的容限。
图3A示出了当光学通信系统被校准并且具有最小IQ偏斜时，奈奎斯特滤波器的滚降系数α可以被设置为接近于零(例如，0.1)301以最小化符号间干扰(“ISI”)。例如，针对波特率为64GB/s的400G 16QAM光学通信系统，当奈奎斯特滤波器的滚降系数α接近于零时，相邻光学信道之间的信道间隔可以接近于75GHz 302。例如，当一些信道的IQ偏斜随着时间和温度漂移时，可以调整与(多个)漂移信道相关联的奈奎斯特滤波器的滚降系数α以提高其IQ偏斜容限。如图3B所示，当奈奎斯特滤波器的滚降系数α从零增大到接近于0.5(303)并接近于1(304)时，信道间隔ChSp2 305和ChSp3306相应地增加。当信道间隔ChSp2 305和ChSp3306增加时，光学信道之间的保护带307可以被减少，并且漂移信道303和304以及相邻信道308的中心波长可以被相应地调整。
图4A至4C示出了根据实施例的模拟眼图，其中16-QAM信号以各种滚降系数通过根升余弦奈奎斯特滤波器。图4A示出了，针对小的滚降系数α(例如，α＝0.1)，眼高401大于图4B和4C中的滚降系数α较大时的眼高402和403，这指示较小的符号间干扰(ISI)。同时，与图4B和4C中的滚降系数α较大时的眼宽412和413相比，图4A中的滚降系数α较小时的眼宽411更窄，这指示对残留IQ偏斜的较小容限。当滚降系数α增大到如图4B所示的0.3和如图4C所示的0.5时，眼高402和403减小，这指示较大的ISI。同时，当滚降系数α较大时，眼宽412和413增大，这指示对残留IQ偏斜的较大容限。
在一些实施方式中，可以基于滚降系数α调整光学接收器的带宽(例如，图1中的光学转发器B 150的RxBw)。在一些情况下，如果光学接收器的带宽较小，则光学接收器可以将ISI引入到光学信号中。在其他情况下，如果光学接收器的带宽较大，则可以引入信道间串扰和加性高斯白噪声(AWGN)。数字信号处理芯片中的自适应均衡器的长度(EqLn)可以影响性能。
图5示出了根据实施例的干扰源信道的光学频谱。在一些情况下，信道间串扰可以作为被测信道(信道503和513)的高斯白噪声，经放大的自发发射(ASE)(未在附图中示出)可以用于模拟相邻的干扰源信道(信道504、514、505、515)。被测信道(信道503和513)可以被称为“受干扰信道”。干扰源信道(信道504、514、505、515)与受干扰信道(信道503和513)交叉耦合。ASE是由自发发射产生的光源，其通过增益介质中的经激发的发射的过程被光学放大。ASE可以被耦合至波长选择开关(WSS)(例如，图1中的WSS A 111)。(例如，分辨率为10pm的)高分辨率光学频谱分析仪(未在附图中示出)可以用于测量被测信道的频谱。然后频谱可以被降采样到例如100pm分辨率，并且被加载到波长选择开关(WSS)(例如，图1中的WSS A 111)中以模拟干扰源信道。如图5所示，干扰源信道的光学频谱501和502具有与被测信道大致相同的频谱形状和功率级。曲线501表示在滚降系数α等于或接近于0.1并且相邻光学信道之间的信道间隔等于或接近于1.1时干扰源信道的光学频谱。曲线502表示在滚降系数α等于或接近于1并且相邻光学信道之间的信道间隔等于或接近于1.5时干扰源信道的光学频谱。在一些情况下，WSS可以充当可变光学衰减器，使得干扰源的功率级根据被测信道而被调整。在一些情况下，由WSS生成的干扰源信道与被测信道的频谱形状之间存在差异，这可能是由于WSS的有限分辨率造成的。
图6A至6D示出了根据实施例的IQ偏斜为4ps的光学转发器(例如，400G、64GB/s、16QAM)的测量眼图。图6A示出了在滚降系数α接近于0.1时光学转发器的同相(I信道)支路信道的模拟眼图。图6B示出了在滚降系数α接近于0.1时光学转发器的正交支路信道(Q信道)的测量眼图。图6C示出了在滚降系数α接近于1时光学转发器的同相(I)支路信道的测量眼图。图6D示出了在滚降系数α接近于1时光学转发器的正交支路信道(Q信道)的测量眼图。如图6A和图6B所示，I信道601的眼图与Q信道602的眼图之间的偏移表示IQ偏斜(例如，4psIQ偏斜)。类似地，如图6C和图6D所示，I信道603的眼图与Q信道604的眼图之间的偏移表示IQ偏斜(例如，4ps IQ偏斜)。当滚降系数α从0.1增大到1时，眼宽从611增大到612，这指示IQ偏斜容限随着滚降系数α变大而提高。
图7A至7D示出了根据实施例的作为光学转发器的IQ偏斜的函数的Q2系数的测量代价。可以相对于0ps的IQ偏斜来计算Q2系数的代价。在一些情况下，Q2系数的代价可以用作比较度量，从而可以去除例如实施代价的其他因素。图7A示出了在波特率为45GB/s703、56GB/s 704和64GB/s 705时作为IQ偏斜702的函数的Q2系数701的代价。当波特率从45GB/s703增大到64GB/s 705时，在一定IQ偏斜下的Q2系数的代价增加。例如，当IQ偏斜为5ps时，波特率为64GB/s时的Q2系数的代价大于波特率为45GB/s时的Q2系数的代价。图7B示出了在调制格式为QPSK 713、16QAM 714和64QAM 715时作为IQ偏斜712的函数的Q2系数711的代价。当调制格式的阶数从QPSK 713增加到64QAM 715时，在一定IQ偏斜下的Q2系数的代价增加，这指示对IQ偏斜的容限降低。例如，当调制格式是64-QAM时，IQ偏斜容限小于2ps。光学接收器无法恢复所发射的信号(即，IQ偏斜容限大于2ps)。图7C示出了作为针对X偏振信道723、Y偏振信道724和X偏振信道与Y偏振信道之间的偏斜725的IQ偏斜722的函数的Q2系数721的代价。来自IQ偏斜723和724的Q2系数的代价大于来自XY偏斜725的代价。在一些情况下，XY偏斜725可以类似于偏振模式色散(PMD)，其可以由2x2蝶式滤波器进行补偿。如图7C所示，X偏振723中的IQ偏斜具有与Y偏振724中的IQ偏斜类似的效应。图7D示出了在滚降系数α接近于0.1(733)、0.5(734)和1(735)时作为IQ偏斜732的函数的Q2系数731的代价。当滚降系数α从0.1(733)增大到1(735)时，在一定IQ偏斜下的Q2系数的代价减少，这指示IQ偏斜的容限提高。
图8A至8B示出了根据实施例的作为具有零残留IQ偏斜的光学接收器的带宽(RxBw)的函数的Q2系数。光学接收器的带宽(RxBw)根据波特率被归一化。在这些实施方式中，通过示波器或光学接收器的FIR滤波器的设置来调整RxBw。图8A示出了在滚降系数α接近于0.1时作为光学接收器的带宽(RxBw)802的函数的Q2系数801。如图8A所示，频谱形状接近于矩形。当RxBw 802大于一定值(例如，1.0)时，RxBw的进一步增大不会影响Q2系数。当RxBw小于一定值(例如，0.9)时，诱发Q2系数的急剧下降。曲线811、812、813和814示出了在信道间隔(ChSp)分别为1、1.05、1.1和1.4时作为光学接收器的带宽(RxBw)802的函数的Q2系数801。当ChSp为1.1(813)时，ChSp的任何进一步增大仅引起Q2系数的小幅增加。因此，在滚降系数α接近于0.1时ChSp的提高值可以被设置为波特率的1.1倍。图8B示出了在滚降系数α接近于1时作为光学接收器的带宽(RxBw)822的函数的Q2系数821。如图8B所示，当RxBw822大于一定值(例如，1.0)时，RxBw的进一步增大使Q2系数降低，这可能是由于来自相邻信道的串扰。曲线831、832、833和834示出了在信道间隔(ChSp)分别为1.1、1.2、1.3和1.4时作为光学接收器的带宽(RxBw)822的函数的Q2系数821。当ChSp为1.3(833)时，ChSp的任何进一步增大仅引起Q2系数的小幅增加。因此，在滚降系数α接近于1时ChSp的提高值可以被设置为波特率的1.3倍。
图9示出了根据实施例的作为具有零残留IQ偏斜的信道间隔(ChSp)的函数的Q2系数。曲线903示出了在滚降系数α接近于0.1并且光学接收器的带宽(RxBw)接近于波特率时作为信道间隔(ChSp)902的函数的Q2系数901。曲线904示出了在滚降系数α接近于0.1并且光学接收器的带宽(RxBw)接近于波特率的1.25倍时作为信道间隔(ChSp)902的函数的Q2系数901。曲线905示出了在滚降系数α接近于1并且光学接收器的带宽(RxBw)接近于波特率时作为信道间隔(ChSp)902的函数的Q2系数901。曲线906示出了在滚降系数α接近于1并且光学接收器的带宽(RxBw)接近于波特率的1.25倍时作为信道间隔(ChSp)902的函数的Q2系数901。当滚降系数α接近于0.1并且ChSp接近于1.1的提高值(如相对于图8A所描述的)时，RxBw接近于波特率时与RxBw接近于波特率的1.25倍时之间没有显著差异。这可能是由于当RxBw接近于波特率时，在频谱为矩形情况下可以捕获到信号的大部分频谱内容。因此，当滚降系数α接近于0.1时，RxBw的提高值可以被设置为接近于波特率。当滚降系数α接近于1并且ChSp接近于1.3的提高值(如相对于图8B所描述的)时，与RxBw接近于波特率相比，Q2系数在RxBw接近于波特率的1.25倍时表现得更好。这可能是由于频谱在滚降系数α接近于1时更加分散。当RxBw接近于波特率时，未捕获到信号的所有频谱内容，这导致Q2系数的一定代价。因此，当滚降系数α接近于1时，RxBw的提高值可以被设置为接近于波特率的1.25倍。
图10示出了根据实施例的作为自适应均衡器滤波器的长度(EqLn)的函数的Q2系数。光学接收器(例如，图1中的光学转发器B 150)的数字信号处理器(“DSP”)可以包括自适应均衡器，其使由带宽限制、偏振模式色散(“PMD”)等导致的波形失真均衡。可以使用DSP来实现对波形失真的补偿以及相对于光学传输路径的时变传播特性的自适应均衡。因此，可以提高光学通信系统100的性能。自适应均衡器可以是时域均衡器或频域均衡器。如图10所示，曲线1003和1004示出了在Tx FIR滤波器(例如，图1中的Tx FIR滤波器116)的滚降系数α接近于0.1并且利用16-QAM调制的光学发射器(例如，图1中的光学转发器A 110)以64GB/s发射信号时作为自适应均衡器滤波器的长度(EqLn)1002的函数的Q2系数1001。曲线1003示出了在没有IQ偏斜时作为EqLn 1002的函数的Q2系数1001。曲线1003指示在大致均衡了带宽限制时，Q2系数在EqLn大于21之后没有显著变化。曲线1104示出了在IQ偏斜接近于5ps时作为EqLn 1002的函数的Q2系数1001。曲线1004指示Q2系数在EqLn增大时表现出提高。具体地，当EqLn从21增大到43时，Q2系数提高大约0.6dB。这示出了自适应均衡器可以在一定程度上补偿IQ偏斜。然而，在一些情况下，DSP复杂度的增加超过了Q2系数的提高。在一些实施方式中，可以实施21抽头的自适应均衡器以提高性能。
图11A至11C示出了根据实施例的在各种BER值和IQ偏斜值处的相邻光学信道的信道间隔(ChSp)和Tx FIR滤波器的滚降系数α的等高线图。在这些实施例中，光学发射器(例如，图1中的光学转发器A 110)使用16-QAM调制格式以64GB/s发射400G信号。相邻光学信道的信道间隔(ChSp)根据波特率被归一化。图11A示出了在IQ偏斜为零时相邻光学信道的信道间隔(ChSp)1101和Tx FIR滤波器的滚降系数α 1102的等高线图。部分1103示出了BER值大于10-2时的等高线，部分1104示出了BER值小于10-2并且大于10-3时的等高线，并且部分1105示出了BER值小于10-3时的等高线。图11B示出了在IQ偏斜为2ps时相邻光学信道的信道间隔(ChSp)1011和Tx FIR滤波器的滚降系数α 1102的等高线图。部分1113示出了BER值大于10-2时的等高线，部分1114示出了BER值小于10-2并且大于10-3时的等高线，并且部分1115示出了BER值小于10-3时的等高线。如图11B所示，滚降系数α从0.1增大到0.5，其中要求10-3的BER。ChSp从波特率的1.1倍增大到波特率的1.3倍，这指示频谱效率降低大约18％。图11C示出了在IQ偏斜为4ps时相邻光学信道的信道间隔(ChSp)1011和Tx FIR滤波器的滚降系数α 1102的等高线图。部分1123示出了BER值大于10-2时的等高线，并且部分1124示出了BER值小于10-2并且大于10-3时的等高线。如图11C所示，BER的降低更严重。在一些实施方式中，控制IQ偏斜可以用于提高≥400G的相干光学转发器的性能。在频谱效率不太关键的情况下，可以使用大的滚降系数以更好地容忍相干光学转发器的残留IQ偏斜。
在一些实施方式中，针对单载波400G应用，16-QAM和64GB/s的光学通信系统以及64-QAM和45GB/s的光学通信系统可以用于一定的IQ偏斜容限。在一些情况下，与64-QAM和45GB/s的光学通信系统相比，16-QAM和64GB/s的光学通信系统更能容忍IQ偏斜。在一些实施方式中，针对使用64GB/s和64-QAM格式的600GE应用，偏斜容限可以小于2ps。
图12是图示了根据实施例的用于波特率动态控制过程1200的方法的流程图。在电学信号(例如，DP-QAM信号、DP-QPSK信号等)的传播期间并且由于每个光学调制器的材料缺陷(和其他因素，诸如，随着时间的温度变化、材料劣化)，可能在电学信号的I信道与电学信号的Q信道之间(例如，在XI与XQ信道之间和/或在YI与YQ信道之间；被统称为IQ偏斜)发生偏斜。由于印刷电路板(PCB)上的轨迹长度的差异而在电学域中生成偏斜。电学信号的I信道与电学信号的Q信道之间的偏斜在本文中被称为IQ偏斜(或残留IQ偏斜)。光学信号的X信道与光学信号的Y信道之间的偏斜在本文中被称为XY偏斜。当通过光学调制器将电学信号调制为光学信号时，电学信号中的偏斜被变换为光学信号中的偏斜。偏斜可以指两个或更多个信道之间的时间错位。例如，第一信道可能与第二信道错位特定时间段(例如，1皮秒(ps)、10ps、100ps等)，这导致第一信道的符号在与第二信道的符号不同的时间到达光学接收器。当未被补偿时(例如，当光学信号保持偏斜时)，IQ偏斜可能会使高数据速率光学通信系统(例如，每秒400千兆位(Gb/s)的系统)的网络性能退化。
光学通信系统的许多参数可以被调整以提高光学通信系统100的系统性能。这些参数包括但不限于，例如，光学发射器(即，光学转发器A 110)的单独信道的调制格式、针对光学发射器(即，光学转发器A 110)的单独信道的FIR滤波器116(例如，奈奎斯特滤波器)的滚降系数α和/或光学发射器(即，光学转发器A 110)的单独信道的波特率。可以被调整以提高光学通信系统100的系统性能的其他参数包括但不限于，例如，光学发射器(即，光学转发器A 110)或光学接收器(即，光学转发器B 150)的相邻信道之间的信道间隔(ChSp)、光学接收器(即，光学转发器B 150)的带宽(RxBw)和/或光学接收器(即，光学转发器B 150)的数字信号处理中的自适应均衡器的长度(EqLn)。
类似地，针对光学发射器(即，光学转发器A 110)，可以动态地调整每个信道的参数，包括例如调制格式、波特率、滚降系数、波长等。针对光学接收器(即，光学转发器B150)，可以基于光学发射器(即，光学转发器A 110)的变化动态地配置并适应性地调谐(例如，本机振荡器的)波长、接收器带宽(RxBw)和DSP算法(例如，自适应均衡器的长度EqLn)。
例如，可以在诸如相对于图1示出和描述的中央控制器190或控制器118等控制器处执行波特率动态控制过程1200。在1201处，该方法包括接收表示第一光学信号的偏斜值的信号以及表示第一光学信号的比特错误率(BER)值的信号。第一光学信号的偏斜值(即，IQ偏斜)是第一光学信号的I信道与第一光学信号的Q信道之间(例如，XI与XQ信道之间和/或YI与YQ信道之间)的时间错位。偏斜值由接收第一光学信号的光学接收器的偏斜监测器测量。光学接收器的前向错误校正(“FEC”)解码器测量第一光学信号的BER值，其表示每单位时间比特错误的数目。BER值示出了在光学发射器与光学接收器之间的传输路径上发生的错误程度。
在1203处，该方法包括确定第一光学信号的偏斜值是否满足第一阈值。当第一光学信号的IQ偏斜大于第一阈值时，第一光学信号的偏斜值满足第一阈值，这指示光学通信系统的性能退化并且低于限定标准(指示该性能是不可接受的)。当第一光学信号的IQ偏斜小于第一阈值时，第一光学信号的偏斜值不满足第一阈值，这指示光学通信系统的性能高于限定标准并且性能退化较小(或者是可接受的)。
在1205处，响应于第一光学信号的偏斜值不满足第一阈值，该方法包括监测在光学接收器处通过传输路径从光学发射器接收到的第二光学信号的IQ偏斜。第二光学信号的IQ偏斜可以由光学接收器处的偏斜监测器监测。当光学发射器接收到表示第二光学信号的IQ偏斜的信号时，该过程返回到步骤1201。
在1207处，该方法包括确定第一光学信号的BER值是否满足第二阈值。当第一光学信号的BER大于第二阈值时，第一光学信号的BER值满足第二阈值，这指示光学通信系统的性能退化并且低于限定标准(指示该性能是不可接受的)。当第一光学信号的BER小于第二阈值时，第一光学信号的BER值不满足第二阈值，这指示光学通信系统的性能高于限定标准并且性能退化较小(或者是可接受的)。当第一光学信号的BER值不满足第二阈值时，可以在1205处监测第二光学信号的BER。
在1209处，响应于第一光学信号的偏斜值满足第一阈值，并且响应于第一光学信号的BER值满足第二阈值，该方法包括发送控制信号以基于偏斜值和BER值中的至少一个(或基于性能退化)来调整光学发射器的数据波特率。当光学发射器的数据波特率降低时，光学通信系统的性能可以提高(并且IQ偏斜减小，并且BER值减小)。
在1211处，响应于光学发射器的数据波特率降低，该方法包括确定第二光学信号的BER值是否满足第三阈值。换言之，该方法包括确定光学通信系统的性能是否响应于光学发射器的数据波特率的降低而提高。如果光学通信系统的性能提高并且BER值满足第三阈值，则该方法在1217处结束。第三阈值可以与第二阈值相同或不同。
在1213处，响应于第二光学信号的BER值不满足第三阈值，该方法包括基于偏斜值和BER值中的至少一个(或基于性能退化)来调整光学发射器的发射(Tx)有限脉冲响应(“FIR”)滤波器(例如，奈奎斯特滤波器)的滚降系数。响应于光学发射器的数据波特率降低(作为步骤1209的结果)，相邻信道之间的信道间隔增加，而每个信道的中心波长保持不变。因此，可以增大Tx FIR滤波器的滚降系数，使得光学通信系统的频谱效率提高。
在1215处，响应于在1209处光学发射器的数据波特率降低，并且响应于在1213处Tx FIR滤波器的滚降系数增大，该方法包括确定第三光学信号的BER值是否满足第三阈值。换言之，该方法包括确定光学通信系统的性能是否响应于光学发射器的数据波特率的降低(作为步骤1209的结果)和光学发射器的Tx FIR滤波器的滚降系数的增大(作为步骤1213的结果)而提高。如果光学通信系统的性能提高并且BER值满足第三阈值，则该方法在1217处结束。如果光学通信系统的性能未提高并且BER值不满足第三阈值，则该方法包括返回到步骤1209以调整光学发射器的数据波特率。当实时数据流量从光学发射器被传输到光学接收器时，可以调整数据波特率和滚降系数。
图13是图示了根据实施例的用于信道间隔动态控制过程的方法1300的流程图。例如，可以在诸如相对于图1示出和描述的中央控制器190或控制器118的控制器处执行信道间隔动态控制过程1300。在1301处，该方法包括接收表示第一光学信号的偏斜值(即，IQ偏斜)的信号以及表示第一光学信号的比特错误率(BER)值的信号。第一光学信号的偏斜值(即，IQ偏斜)由接收第一光学信号的光学接收器的偏斜监测器测量。光学接收器的前向错误校正(“FEC”)解码器测量第一光学信号的BER值。
在1303处，该方法包括确定第一光学信号的偏斜值是否满足第一阈值。当第一光学信号的IQ偏斜大于第一阈值时，第一光学信号的偏斜值满足第一阈值，这指示光学通信系统的性能退化并且低于限定标准(指示该性能是不可接受的)。当第一光学信号的IQ偏斜小于第一阈值时，第一光学信号的偏斜值不满足第一阈值，这指示光学通信的性能高于限定标准并且性能退化较小(或者是可接受的)。
在1305处，响应于第一光学信号的偏斜值不满足第一阈值，该方法包括监测在光学接收器处通过传输路径从光学发射器接收到的第二光学信号的IQ偏斜。第二光学信号的IQ偏斜可以由光学接收器处的偏斜监测器监测。
在1307处，该方法包括确定第一光学信号的BER值是否满足第二阈值。当第一光学信号的BER大于第二阈值时，第一光学信号的BER值满足第二阈值，这指示光学通信系统的性能退化并且低于限定标准(指示该性能是不可接受的)。当第一光学信号的BER小于第二阈值时，第一光学信号的BER值不满足第二阈值，这指示光学通信的性能高于限定标准并且性能退化较小(或者是可接受的)。当第一光学信号的BER值不满足第二阈值时，可以在1305处监测第二光学信号的BER。
在1308处，响应于第一光学信号的偏斜值满足第一阈值，并且响应于第一光学信号的BER值满足第二阈值，该方法包括调整光学发射器处的一个或多个信道的波长。例如，可以调整光学发射器处的退化信道的波长及其相邻信道的波长。
可选地，在1311处，该方法包括基于光学发射器处的经调整的信道的波长的调整来调整对应于光学发射器处的经调整的信道的波长选择开关(WSS)(诸如，图1中的WSS A111和/或WSS B 151)的信道的波长。可选地，在1313处，该方法包括基于光学发射器处的经调整的信道的波长的调整来调整对应于光学发射器处的经调整的信道的光学接收器的信道的波长或者对应于光学发射器处的经调整的信道的光学接收器的信道的带宽(RxBw)。在一些情况下，在信道间隔动态控制过程1300期间，数据波特率保持不变。因此，通过调整光学发射器处的信道的波长(并且在一些情况下，调整WSS的(多个)波长、光学接收器和RxBw)，增加了信道间隔(ChSp)。
在1315处，该方法包括调整光学发射器的发射(Tx)有限脉冲响应(“FIR”)滤波器(例如，奈奎斯特滤波器)的滚降系数。响应于增加相邻信道之间的信道间隔，可以增大TxFIR滤波器的滚降系数，使得光学通信系统的频谱效率提高。在一些实施方式中，在不影响正在进行的流量的情况下，可以以小步幅微调波长和滚降系数。换言之，当实时数据流量从光学发射器被传输到光学接收器时，可以调整波长和滚降系数。
在1317处，该方法包括确定第三光学信号的BER值是否满足第三阈值。换言之，该方法包括确定光学通信系统的性能是否响应于光学发射器的信道间隔的增加和Tx FIR滤波器的滚降系数的增大而提高。如果光学通信系统的性能提高并且BER值满足第三阈值，则该方法在1319处结束。如果光学通信系统的性能未提高并且经调整的BER值不满足第三阈值，则该方法包括返回到步骤1308以调整光学发射器信道的波长。
在一些实施方式中，可以组合波特率动态控制过程1200和信道间隔动态控制过程1300。在其他实施方式中，波特率动态控制过程1200和信道间隔动态控制过程1300中的每个可以被分开。例如，在波特率动态控制过程1200中，可以基于偏斜值或BER值中的至少一个来调整光学发射器的信道的波长。类似地，在波特率动态控制过程1200中，可以基于光学发射器信道的波长来调整WSS的波长、光学接收器信道的波长、光学接收器信道的带宽。类似地，在信道间隔动态控制过程1300中，可以调整数据波特率。
在一些实施方式中，该方法包括发送控制信号以基于性能退化将来自光学发射器的发射器信道集合的第一信道的调制格式从第一调制格式调整至第二调制格式。在一些情况下，其相邻信道的调制格式可以从第一调制格式相应地被调整至第二调制格式。在其他情况下，其相邻信道的调制格式可以保持不变(或者不被调整)。换言之，该方法包括发送控制信号以基于性能退化将来自第一光学转发器的发射器信道集合的第一发射器信道的调制格式从第一调制格式调整至第二调制格式，并且不将来自该发射器信道集合的第二发射器信道的调制格式和来自该发射器信道集合的第三发射器信道的调制格式从第一调制格式调整至第二调制格式。第一调制格式不同于第二调制格式。
在一些实施方式中，在光学通信系统的初始校准期间，补偿IQ偏斜，并且因此更高的滚降系数α可以提高频谱效率。当光学信号在光学通信系统中传播时，会发生IQ偏斜。增大滚降系数α提高了光学通信系统对IQ偏斜的容限，同时频谱效率降低。
在一些实施方式中，当光学通信系统从例如使用QPSK调制格式的200G数据流量更新至例如使用16-QAM调制格式的400G数据流量时，频谱效率提高。因此，增大滚降系数α提高了光学通信系统对IQ偏斜的容限，同时利用16-QAM调制格式的400G光学通信系统的整体频谱效率由于升级到400G和16-QAM调制格式而提高。
在一些实施方式中，在将Tx和Rx光学模块投入操作之前，可以针对每个信道分配更多的IQ偏斜余量。最初，可以将IQ偏斜校准为零。当IQ偏斜随着例如时间和温度漂移时，可以通过应用更大的滚降系数和信道间隔来在系统预配置中实施一定量的偏斜余量。
本文描述的一些实施例涉及一种具有非暂时性计算机可读介质(也可以被称为非暂时性处理器可读介质)的计算机存储产品，其上具有用于执行各种计算机实施的操作的指令或计算机代码。计算机可读介质(或处理器可读介质)是非暂时性的，因为它本身不包括暂时性传播信号本身(例如，在诸如空间或缆线等传输介质上承载信息的传播电磁波)。介质和计算机代码(也可以被称为代码)可以是出于一个或多个特定目的而设计和构造的那些介质和计算机代码。非暂时性计算机可读介质的示例包括但不限于：磁性存储介质，诸如，硬盘、软盘和磁带；光学存储介质，诸如，压缩盘/数字视频光盘(CD/DVD)、只读光盘(CD-ROM)和全息设备；磁光存储介质，诸如，光盘；载波信号处理模块；以及专门被配置为存储和执行程序代码的硬件设备，诸如，专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)设备。本文描述的其他实施例涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品可以例如包括本文讨论的指令和/或计算机代码。
计算机代码的示例包括但不限于微代码或微指令、诸如由编译器产生的机器指令、用于产生网络服务的代码以及包含由计算机使用解释器执行的高级指令的文件。例如，实施例可以使用命令式编程语言(例如，C、Fortran等)、功能性编程语言(Haskell、Erlang等)、逻辑编程语言(例如，Prolog)、面向对象的编程语言(例如，Java、C++等)或者其他合适的编程语言和/或开发工具来实施。计算机代码的附加示例包括但不限于控制信号、加密代码和压缩代码。
虽然上面已经描述了各种实施例，但是应该理解，它们仅作为示例而非限制地被呈现。在上述方法指示以特定顺序发生的特定事件的情况下，可以修改特定事件的次序。此外，如果可能，某些事件可以在并行过程中被同时执行以及如上面所描述的那样按顺序被执行。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
存储器；以及
处理器，所述处理器可操作地被耦合至所述存储器，所述处理器被配置为可操作地被耦合至第一光学转发器和第二光学转发器，
所述处理器被配置为从所述第二光学转发器接收表示光学信号的偏斜值的第一信号以及表示所述光学信号的比特错误率(BER)值的第二信号，所述光学信号从所述第一光学转发器被发射并且在所述第二光学转发器处被接收，所述偏斜值与所述光学信号的同相分量和所述光学信号的正交分量之间的偏斜相关联，
所述处理器被配置为基于所述偏斜值或所述BER值中的至少一个来确定所述第一光学转发器的性能退化是否满足阈值，
所述处理器被配置为将控制信号发送到所述第一光学转发器，以基于所述性能退化来调整所述第一光学转发器的脉冲成形或者所述第一光学转发器的数据波特率中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述第一光学转发器的所述脉冲成形包括所述第一光学转发器的有限脉冲响应(FIR)滤波器的滚降系数。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号；
所述处理器被配置为将第二控制信号发送到所述第一光学转发器，以基于所述性能退化来调整来自所述第一光学转发器的多个发射器信道的发射器信道的波长。
4.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述处理器被配置为将第三控制信号发送到所述第二光学转发器，以基于所述第一光学转发器的所述发射器信道的所述波长来调整来自所述第二光学转发器的多个接收器信道的接收器信道的波长。
5.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述发射器信道是来自所述多个发射器信道的第一发射器信道，
所述第一发射器信道与满足所述阈值的所述第一光学转发器的所述性能退化相关联，
所述第二控制信号包括用以调整来自所述多个发射器信道的第二发射器信道的波长以及来自所述多个发射器信道的第三发射器信道的波长的信息，所述第二发射器信道和所述第三发射器信道是与所述第一发射器信道相邻的发射器信道。
6.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述处理器被配置为将第三控制信号发送到所述第一光学转发器的波长选择开关(WSS)，以基于所述第一光学转发器的所述发射器信道的所述波长来调整所述WSS的波长。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器被配置为在实时数据流量从所述第一光学转发器和所述第二光学转发器被发射时将所述控制信号发送到所述第一光学转发器。
8.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号；
所述处理器被配置为将第二控制信号发送到所述第一光学转发器，以基于所述性能退化来调整来自所述第二光学转发器的多个接收器信道的接收器信道的带宽。
9.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号；
所述处理器被配置为将第二控制信号发送到所述第一光学转发器，以：
基于所述性能退化将来自所述第一光学转发器的多个发射器信道的第一发射器信道的调制格式从第一调制格式调整至第二调制格式，以及
不将来自所述多个发射器信道的第二发射器信道的调制格式和来自所述多个发射器信道的第三发射器信道的调制格式从所述第一调制格式调整至所述第二调制格式，所述第一调制格式与所述第二调制格式不同。
10.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述光学信号包括X偏振信道(X信道)和Y偏振信道(Y信道)，所述光学信号的所述X信道包括同相信道(XI信道)和正交信道(XQ信道)，所述光学信号的所述Y信道包括同相信道(YI信道)和正交信道(YQ信道)，
所述光学信号的所述同相分量与所述光学信号的所述正交分量之间的所述偏斜是所述光学信号的所述XI信道与所述光学信号的所述XQ信道之间的偏斜或者所述光学信号的所述YI信道与所述光学信号的所述YQ信道之间的偏斜。
11.一种装置，包括：
光学接收器，所述光学接收器被配置为接收来自光学发射器的光学信号；
前向错误校正(FEC)检测器，所述FEC检测器被配置为确定所述光学信号的比特错误率值；
偏斜检测器，所述偏斜检测器被配置为确定与所述光学信号的同相分量和所述光学信号的正交分量之间的偏斜相关联的偏斜值；以及
第一控制器，所述第一控制器被配置为确定所述偏斜值是否满足第一阈值并且所述BER值是否满足第二阈值，
所述第一控制器被配置为基于所述偏斜值或所述BER值中的至少一个将控制信号发送到可操作地被耦合至所述光学发射器的第二控制器，所述控制信号使得有限脉冲响应(FIR)滤波器的滚降系数被调整，所述FIR滤波器可操作地被耦合至所述光学发射器和所述第二控制器。
12.根据权利要求11所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号；
所述第一控制器被配置为将第二控制信号发送到所述第二控制器，以基于所述偏斜值或所述BER值中的至少一个来调整所述光学发射器的数据波特率。
13.根据权利要求11所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号；
所述第一控制器被配置为将第二控制信号发送到所述第二控制器，以基于所述偏斜值或所述BER值中的至少一个来调整所述光学发射器的波长。
14.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述第一控制器被配置为将第三控制信号发送到所述光学接收器，以基于所述光学发射器的所述波长来调整所述光学接收器的波长。
15.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述光学发射器是第一光学发射器，所述第二控制器可操作地被耦合至第二光学发射器，
所述第二控制信号包括用以调整所述第二光学发射器的波长的信息，所述第二光学发射器的信道与所述第一光学发射器的信道相邻。
16.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述第一控制器被配置为将第三控制信号发送到所述第二控制器，以基于所述光学发射器的所述波长来调整可操作地被耦合至所述光学发射器的波长选择开关(WSS)的波长。
17.根据权利要求11所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号；
所述第一控制器被配置为将第二控制信号发送到所述第二控制器，以基于所述偏斜值或所述BER值中的至少一个来调整所述光学接收器的带宽。
18.根据权利要求11所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号，
所述光学发射器是第一光学发射器，
所述第一控制器被配置为将第二控制信号发送到所述第二控制器，以：
基于所述偏斜值或所述BER值中的至少一个将所述第一光学发射器的调制格式从第一调制格式调整至第二调制格式，以及
不将可操作地被耦合至所述第二控制器的第二光学发射器的调制格式从所述第一调制格式调整至所述第二调制格式，所述第一调制格式与所述第二调制格式不同。
19.一种方法，所述方法包括：
从光学接收器接收表示光学信号的偏斜值的第一信号以及表示所述光学信号的比特错误率(BER)值的第二信号，所述光学信号从光学发射器被发射到所述光学接收器，所述偏斜值与所述光学信号的同相分量和所述光学信号的正交分量之间的偏斜相关联；
基于所述偏斜值或所述BER值中的至少一个来确定所述光学发射器的性能退化是否满足阈值；
将第一控制信号发送到所述光学发射器，以基于所述性能退化来调整所述光学发射器的波长；以及
将第二控制信号发送到所述光学接收器，以基于所述光学发射器的所述波长来调整所述光学接收器的波长。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
将第三控制信号发送到所述光学发射器，以基于所述性能退化调整可操作地被耦合至所述光学发射器的有限脉冲响应(FIR)滤波器的滚降系数。
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