CN114073019A - 补偿由周期性光学共向传播光学信号引起的信号畸变 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于在光学接收器处补偿光学载波信号中由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变的方法、光学接收器和光学系统，其中，光学载波信号和共向传播信号通过以下步骤在光学系统或网络的至少部分中共向传播：在光学接收器处接收光学载波信号，其中，光学载波信号被共向传播信号畸变；在光学接收器处确定畸变的光学载波信号的周期性分量的周期；在光学接收器处确定畸变的光学载波信号的周期性畸变；以及根据确定的周期性畸变生成补偿信号以校正畸变后的光学载波信号。

Description

补偿由周期性光学共向传播光学信号引起的信号畸变

技术领域

本发明属于光纤通信领域。特别地，本发明涉及用于补偿由周期性共向传播光学信号在光学载波信号上引起的信号畸变的方法和装置，以及用于在由具有改进性能的共向传播光学信号监视的光学网络中发送光学信号的方法和装置。

背景技术

波分复用(WDM)已经成为用于长距离发送大量数据的优选解决方案。使用这种技术，由光学发送器发射的几个光学信号可以被单个光纤上的光学复用器接合以形成WDM信号。为了接收各个信号，可以通过光学解复用器来分离光学信号。在光学网络中的传播期间，可以通过可重新配置的光学插分复用器(ROADM)或光子交叉连接器(PXC)来添加或丢弃一些信道，或者可以通过PXC将部分WDM信号引导到不同的方向。在光学网络的其中发送的WDM信号的频谱组成不改变的部分被表示为光学复用部分(OMS)。因此，在光学网络的没有波长转换的一些示例中，光学复用部分可以从复用器跨越到解复用器，从复用器跨越到PXC或ROADM，或者从PXC或ROADM跨越到解复用器。本文中使用的术语“复用器”和“解复用器”可以指提供相应功能的网络元件或用于实现这种功能的光学组件。

光学网络允许在各种节点之间交换信息，这些节点通常可以彼此相距几公里，并且可以通过光纤跨距相互连接。本文使用的“光学节点”可以指光学网络中业务开始、指向不同方向或被终止的位置。通过发送光学信号来实现信息交换，在光学信号上对信息已经被编码。这些光学信号在用作传输光纤并连接光学网络的不同节点的光纤中传播。为了保护光纤免受机械应力，光纤可以布置在光缆中。本文中使用的术语“光路”可以指光学信号在中间没有光-电转换的情况下通过光学系统或网络从发送器到光学接收器所遵循的整个路线。

网络的两个节点之间的通信可以由位于所涉及的两个网络节点处的物理装置来实现。此外，诸如光学放大器的一些物理装置可能位于网络节点之间。这些物理装置在本文中通常被称为“网络装置”或“网络元件”。“网络元件”或“网络装置”可以由所谓的网络元件管理器(NEM)来管理。网络元件可以提供的不同功能可以包括发射光学信号、放大光学信号、重定向光学信号和接收光学信号。例如，连接到光纤连接、光学放大器和光子交叉连接器(PXC)的相同端的一组发射器和接收器可以与单独的网络元件相对应。构成网络元件的整个设备可以位于一个建筑物内。相互连接不同网络元件的光纤或光缆可以被称为“光学跨距”或“跨距”，并且可以包括添加、减去或衰减光学信号的装置。

以上介绍的一些技术术语在图20中示出，图20示出了包括三个网络节点280、282和284的光学网络160的部分，在这三个网络节点处业务开始、被路由到不同的方向或被终止。光学信号经由光纤12a至12e发送，光纤12a至12e各自形成光纤跨距40a至40e中的一个的部分。不同的光纤跨距连接到光学放大器14a至14d和光子交叉连接器20，光子交叉连接器20可以包括另外的光学放大器。放大器和光子交叉连接器中的每个再次嵌入在光学网络元件254至262中的一个中。

网络节点280包括两个网络元件252和254。在网络元件252中，由几个发射器8、8a发射的光学信号通过光学复用器24加入WDM信号中。最后，通过形成网络节点280中的第二网络元件254的部分的光学放大器14a来增加所生成的WDM信号的功率。光学网络节点284还包括两个网络元件，即，网络元件262和网络元件264，其中，网络元件262用于放大输入WDM信号，网络元件264用于分离和接收经由光学网络节点284接收的WDM信号传输的光学信号。

在可与光子交叉连接器相对应的中间网络节点282中，光学信号或信道的部分被导向网络节点284，而其它信道经由光纤12e在不同的方向上被路由。此外，可以在该网络节点中添加一些信道。由于WDM信号的频谱组成在从网络节点280到网络节点282的部分中没有改变，因此网络的这部分可以与OMS 42a相对应。从网络节点282到网络节点284的部分可以与第二OMS 42b相对应。经由OMS 42b传输到网络节点284的光学信道在那里被分离，并且它们中的每个都被引导到专用光学接收器10a、10。从发射器8a到光学接收器10a的光路由可以用于在没有中间光电转换的情况下发送光学信号，并且与光路90相对应。

尽管技术进步传统上集中于提高传输容量，但是其它方面(特别是网络监视)变得越来越相关。在管理光纤通信网络时，网络上的数据性能是一个关键因素，并且获得与网络上的数据性能相关的信息是至关重要的。

因此，市场上对光纤系统的监视能力的需求日益增长。关于光纤系统的详细信息可以通过诸如光学时域反射计(OTDR)的监视技术来获得。在一些情况下，通过双向测量(例如，通过包括同向OTDR信号和反向OTDR信号两者的双向OTDR测量)从光纤跨距的两端获得与整个光纤跨距相关的信息，即，利用同向或共向传播的OTDR信号的测量(该OTDR信号在与用于发送信息的光学载波信号相同的方向上传播)以及利用反向或反向传播的OTDR信号的测量(该OTDR信号在与载波信号相反的方向上传播)。

光学时域反射计(OTDR)是一种光电测量装置，用于通过将一系列脉冲注入光纤的一端并通过分析与在光纤内反射的所述脉冲的光相对应的光来表征光纤。被注入到光纤中的脉冲的光的部分可以由于瑞利(Rayleigh)散射和光纤中的光反射而被反射回脉冲最初被注入的位置。因此，检测反射光可以允许检索与光纤特性相关的信息。因此，OTDR测量技术是基于检测反射光。因此，当在将被测量的光纤上传输的光所遵循的光路中存在光学隔离器的情况下，除非OTDR脉冲可以绕过光学隔离器，否则OTDR测量可能会受到损害。由于当前在地面系统和网络中使用的光学放大器通常包含光学隔离器但没有旁路装置，因此OTDR装置的测量范围受到强烈限制，例如受限于单个光学跨距。因此，网络范围的OTDR测量可能需要将分开的OTDR脉冲序列发射到每个跨距中。

此外，前向监视信号(例如，同向OTDR信号)可能至少部分地由于非线性光纤效应而引起严重的信号畸变。OTDR信号通常具有周期性结构并且包括脉冲、具有给定周期的OTDR脉冲。共向传播的周期性监视信号可能引起所发送的载波信号上的周期性畸变，这可能导致例如由于自相位调制(SPM)或交叉相位调制(XPM)而导致的劣化传输性能。虽然在一些情况下可以补偿这种非线性效应，但是这仅在引起畸变的信号在接收端已知的情况下才是完全可行的。然而，这些畸变的精确形式和幅度通常是未知的，这使得难以补偿这样的畸变，例如在接收器端处从发送的信号中去除这些畸变的信号。

例如，在接收端接收的光学信号在原始的光学传输路径的一个或多个段中可能先前已经被共向传播监视信号畸变。在接收端处没有接收到共向传播的监视信号的情况下，共向传播光学信号在接收器处不可用于补偿的目的。在接收端接收到共向传播光学信号的情况下，接收端缺少与其中发生畸变的段相对应的共向传播光学信号的原始特性相关的信息。直接向接收端提供与这些特性相关的信息需要位于接收端处的网络元件内的大传输容量。在几个信号沿相同光路传播的情况下，为了补偿的目的，理论上可以将由各个接收器接收的信号提供给相同光学网络节点中的其它接收器。然而，由于会在网络节点内引起大量的通信量，所以这种解决方案是非常不切实际的。因此，诸如数字反向传播(DBP)的信号补偿技术通常被限制为补偿由光学信号本身(特别是由SPM)引起的畸变，而不会完全解释由共向传播光学信号引起的畸变。

或者，可以通过降低监视信号的功率来减少由监视信号引起的畸变。然而，这也不是令人满意的，因为这会导致降低监视范围。

因此，在光纤通信系统中存在改进用于检测由共向传播的监视信号引起的信号畸变的技术的空间。

发明内容

本发明所解决的问题是提供一种用于补偿光学载波信号中由周期性光学共向传播光学信号引起的信号畸变的光学系统和方法。该问题通过根据权利要求1所述的方法、通过根据权利要求21所述的可读存储介质、通过根据权利要求22所述的信号处理单元以及通过根据权利要求27所述的光学系统来解决。本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。

在第一方面，本文中公开的本发明涉及一种在光学接收器处补偿光学载波信号中由周期性光学共向传播光学信号引起的信号畸变的方法。“光学载波信号”在本文中以宽泛的方式代指用于对要在光学网络中发送的信息进行编码的光学信号，而“光学共向传播光学信号”或“共向传播光学信号”以宽泛的方式代指可以在相同光路中(例如，在相同光纤中)传播至少某一距离并且同时与光学载波信号一起传播的另一光学信号。因此，光学载波信号和共向传播光学信号至少部分地共向传播。共向传播光学信号可以相对于载波信号共向传播(即在与光学载波信号相同的方向上传播)、可以相对于载波信号反向传播(即在与光学载波信号相反的方向上传播)、或者可以相对于载波信号双向传播(即在同向和反向两个方向上传播)。

共向传播光学信号可以例如与用于监视目的的光学信号(例如OTDR信号)相对应，该光学信号可以用于表征光纤，载波信号和共向传播光学信号通过该光纤传输。“光学接收器”意味着一般指的是光学网络的适于接收光学信号(特别是载波信号和共向传播光学信号)的任何接收装置。

载波信号和共向传播光学信号可以在不同的频率范围内。例如，载波信号可以在191.6THz(1565nm)和195.9THz(1530nm)之间的频率范围内，以及共向传播光学信号可以在197.2THz(1520nm)和199.9THz(1500nm)之间的频率范围内，或者在180.6THz(1660nm)和185.1THz(1620nm)之间的频率范围内。

在一些实施例中，光学载波信号可以是多信道光学信号或多信道光学信号的部分，以及共向传播光学信号可以与多信道光学信号的一个或多个信道相对应。多信道光学信号例如可以是复用光学信号。

共向传播光学信号是周期性信号，这意味着共向传播光学信号可以具有随时间周期性变化的波形，或者至少具有周期性分量，特别是周期性幅度或强度变化以及给定的周期。例如，周期性信号可以包括在被称为“周期”的可测量时间段内的模式，“周期”完全连续地重复其自身多次。如果例如图案在任何时间周期内重复至少两次，则信号在本文中可以被称为“周期性的”。

共向传播光学信号可以包括在时间上周期性重复的脉冲，其中，“脉冲”是指具有确定的频率或周期的、随时间的幅度变化。例如，“脉冲”在本文中可以指表征信号从基线值到更高或更低值随后快速返回到基线值的波形的物理参数的快速瞬态变化。共向传播光学信号可以由一个周期内的波形和这种脉冲的周期来表征。其它相关量(如占空比)也可用于表征共向传播光学信号的脉冲。在一些示例中，共向传播光学信号可以与方波周期脉冲或半波整流正弦脉冲相对应。

本发明的方法包括在光学接收器处接收光学载波信号的步骤，其中，光学载波信号被共向传播光学信号畸变。因此，当在光学接收器处接收到光学载波信号时，光学载波信号是被共向传播光学信号畸变的信号。例如，在传播期间(例如，在光学载波信号的到光学接收器的光路的前部分(如光纤)中)，光学载波信号在已经被共向传播光学信号畸变之后可以在光学接收器处被接收。

然而，当光学载波信号在光学接收器处被接收时，例如由于串扰，光学载波信号仍然可能被共向传播光学信号畸变。在一些实施例中，该方法还包括在光学接收器处接收作为组合信号的共向传播光学信号和/或光学载波信号。

共向传播光学信号可以在光路的部分中与光学载波信号共向传播，并且可以在光学接收器处被接收或不被接收。当共向传播光学信号和载波信号一起传播时，共向传播光学信号和载波信号可以形成在光路的其中发生畸变的至少部分上传播的组合信号。因此，光学载波信号和共向传播光学信号可以在光学接收器处作为相同信号(即，组合信号)的部分被接收，其中，两个信号可以在相同的光纤上被发送。例如，如果共向传播光学信号被联接到光学载波信号在光学接收器附近传播的光路中，则即使在共向传播光学信号没有被放大的情况下，共向传播光学信号也可以在光学接收器处被接收，而不管信号衰减。

然而，共向传播光学信号可以与光学载波信号共向传播，并且仅对于光学载波信号的到光学接收器的光路的部分使光学载波信号畸变，其中，共向传播光学信号可以仅有效地被检测到和/或可以仅可感知地使前述部分内的光学载波信号畸变，并且其中，所述部分可以在共向传播光学信号到达光学接收器之前结束。例如，在共向传播光学信号与光学载波信号相互作用之后，所得到的组合信号可能必须在光路(例如光纤)的几个段上传播，和/或在到达光学接收器之前通过光学网络的几个节点传播。在一些示例中，例如，如果组合信号在共向传播光学信号传播的频率范围内不被放大，则共向传播光学信号可以逐渐衰减，并且当组合信号到达光学接收器时不可再被检测到，使得在光学接收器处接收到的组合信号可以主要包括光学载波信号。

“畸变”在本文中一般指光学载波信号相对于在发射端发射的原始光学载波信号(即，相对于将在不存在任何类型的干扰的假设下到达光学接收器的理想的光学载波信号)的任何不受控制的或不希望的修改。与噪声不同，由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变通常表现为畸变信号中的确定性畸变。特别地，由于交叉相位调制(XPM)(例如相移)，周期性共向传播光学信号在组合信号的光相位中可能引起周期性畸变。这在图1的示例性星座图中示出，其中，对于共向传播光学信号的四个不同强度，即对于共向传播光学信号和载波信号之间的相互作用的四个不同强度，示出了噪声和由周期性畸变信号引起的畸变两者对具有四相相移键控(QPSK)调制的相同光学信号的影响。在所有情况下，光学载波信号可能受到相同噪声电平的影响，而由于相互作用的不同强度，相位变化的幅度可能不同。周期性的畸变可能导致光学载波信号的相位还原，这在图1的图中表现为隆起或凸起。

本发明的方法还包括在光学接收器处确定畸变的光学载波信号的周期性分量的周期的步骤。由于载波信号被周期性共向传播光学信号畸变，所以在光学接收器处接收的光学载波信号的周期性分量的周期直接与周期性共向传播光学信号的时间特性相关，并因此与由周期性光学共向传播光学信号在光学载波信号上引起的畸变相关。存在用于检测信号中先前未知的周期模式的周期的不同方式。本发明的一个实现方式是在不需要预先知道存在这种信号或者其特性可以在光纤通信领域中应用的情况下在天文学领域中使用的用于检测和估计数据集中的周期模式的数学技术，以在不需要预先知道畸变周期性信号的情况下检测和表征在光学接收器处由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变。这种技术在例如P.C.Gregory和T.J.Loredo的文章“一种检测未知形状和周期的周期信号的新方法(Anew method for the detecting of aperiod signal of unknown shape and period)”，《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)，398卷，第1期，1992年10月，第146-168页中详细描述。其中，描述了一种同时被称为Gregory(格雷戈里)-Loredo(洛雷多)算法的方法，该方法允许基于贝叶斯概率理论相对于对X射线脉冲星的观察来估计未知周期模式的周期。

根据本发明的这种算法的使用可以允许节省用于通信的带宽，因为为了畸变补偿的目的，不需要专用于在可发射或接收共向传播光学信号的发射或接收端与接收光学载波信号的光学接收器之间传输与共向传播光学信号有关的信息的带宽。相反，在不需要与干扰共向传播光学信号有关的进一步信息的情况下，畸变的光学载波信号的周期结构可以基于在光学接收器处接收的畸变的光学载波信号而在光学接收器处确定。

然而，较不复杂的技术也可以用于根据本发明(特别是，基于共向传播光学信号的部分先验知识(特别是基于畸变周期性共向传播光学信号的周期的知识)的技术)来确定由光学载波信号的周期性分量引起的畸变。值得注意的是，通过发送本发明的方法所需的信息来提供这种部分知识比提供完全畸变信号需要更少的带宽。典型地，与畸变共向传播光学信号有关的不完整信息(例如，仅包括共向传播光学信号的周期的信息)本身将不足以重建共向传播光学信号和/或解释由共向传播光学信号引起的畸变。然而，根据本发明使用的上述算法允许确定由共向传播光学信号引起的光学载波信号的畸变，并且因此根据所述不完全信息(例如，根据共向传播光学信号的周期)解释由共向传播光学信号引起的畸变。例如，可以经由从生成共向传播光学信号的发射端接收的输入信号来直接获得对畸变周期性共向传播光学信号的周期的知识。例如，输入信号可以由光学监视信道(OSC)提供。

本发明的方法还包括在光学接收器处确定畸变的光学载波信号的周期性畸变的步骤。所述周期性畸变是由共向传播光学信号引起的。在一些实施例中，周期性畸变可以包括畸变的光学载波信号的相位变化和/或幅度变化，使得确定光学载波信号的上述周期性畸变可以包括检测光学载波信号的周期性相位变化和/或幅度变化。例如，可以使用Viterbi-Viterbi(维特比-维特比)相位恢复技术来确定可能至少部分地归因于由共向传播光学信号引起的非线性效应而产生的光学载波信号的相位变化，以确定与该光学载波信号的周期性分量的相应周期相对应的载波信号的一系列相位变化。

所确定的畸变(可以包括例如由诸如自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)的非线性效应引起的畸变)可以至少部分地或完全地与由共向传播光学信号引起的载波信号的实相移相对应。

附加地或替代地，所确定的畸变(例如，由拉曼(Raman)散射引起的畸变)可以至少部分地或完全地与由共向传播光学信号引起的载波信号的虚相移(即，幅度变化)相对应。

载波信号的与畸变相对应的周期性分量(例如，载波信号的波形)可以至少部分地或完全地与周期性共向传播光学信号(例如，与共向传播光学信号的波形)相对应。

本发明的方法还包括生成补偿信号以通过所确定的周期性畸变来校正畸变的光学载波信号的步骤。因此，考虑到由先前已经确定的光学载波信号的周期性分量所引起的畸变来对在光学接收器处接收的畸变载波信号进行校正，以便消除(即，补偿)载波信号的畸变。例如，如果所确定的信号畸变与载波信号的相位变化值θ相对应(即，与载波信号的变化因数e^iθ相对应)，则可以生成补偿信号，使得其与载波信号的及时协调组合与载波信号的相位的附加变化值-θ相对应，即，与载波信号的附加变化因数e^iθ相对应。以这种方式，由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变可以在光学接收器处被补偿。该示例在图2中示出，图2表示畸变周期性共向传播光学信号的一个周期。

补偿信号可以是光学信号或电信号。如果补偿信号是光学信号，则补偿信号可以与载波信号光学组合，以便补偿由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变。如果补偿信号是电信号，则补偿信号可以与对应于载波信号的电检测信号电组合，以补偿由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变。

在一些实施例中，生成补偿信号可以包括将维特比-维特比相位恢复技术应用于畸变的光学载波信号。例如，如果将该技术应用于与QPSK信号相对应的接收到的光学载波信号，则单个数学运算(即，计算接收到的光学载波信号的第四次方)可以允许从接收到的光学载波信号中去除编码信息并确定相应的周期性畸变。然而，所描述的补偿技术与产生光学信号所经历的畸变的任何方法兼容，例如，检测所发送的符号并通过从所接收的信号中减去所检测的符号来计算信号畸变。

本发明基于发明人这样的认知，即，如果已知正被发送的载波信号的畸变至少部分地由周期性共向传播光学信号引起，则可以在接收端(即，光学接收器)处利用畸变信号是周期性的这一事实，以获得与在载波信号上引起的畸变相关的信息，从而对其进行补偿。因此，本发明依赖于以周期性作为畸变的指示符。值得注意的是，尽管周期性共向传播光学信号的部分知识可以容易地确定载波信号上由共向传播光学信号引起的畸变，但是本发明的方法允许在不需要向接收器提供除了接收到的载波信号之外的共向传播光学信号的精确形状和/或周期的完全知识的情况下，补偿由周期性共向传播光学信号引起的畸变。

光学载波信号上由周期性共向传播光学信号引起的畸变的周期与该共向传播光学信号的周期相对应。根据本发明，该特征用于以简单的方式补偿光学载波信号中由共向传播光学信号引起的畸变。

由于在接收端(即，光学接收器)处补偿畸变的可能性，尽管非线性效应可能与信号功率成比例，但本发明允许在不显著限制其功率的情况下利用共向传播周期信号进行操作。因此，与现有技术已知的解决方案相比，本发明可以允许在不损害传输质量的情况下，共向传播具有更高功率的周期性信号。此外，与先前已知的解决方案相比，本发明允许实现用于共向传播光学信号的更长的测量范围。

由于补偿信号可以在接收端(即，光学接收器)处本地生成，因此不需要专用于补偿信号在光学网络的不同节点之间的传输和协调的带宽。相反，可以在网络的每个节点上独立地生成补偿信号。这可以免去否则对于对要施加的补偿信号的特性进行通信所需要的光学网络的节点之间的大量数据的传输。

共向传播的周期性信号可以例如与OTDR或光学监控信道(OSC)信号相对应。本发明具有允许监视较高光学功率的共向传播光学信号的优点。这可以允许在不因此失去监视能力的情况下减少用于在光学网络中发射光学监视共向传播周期信号的装置的数量。与先前已知的解决方案相比，通过本发明使与可接受的传输质量兼容的光学监视共向传播周期信号的增加的功率可以例如允许在每隔一个网络节点处而不是在每隔一个网络处安装监视装置(如光学时域反射计)，从而将网络的维护成本和复杂度降低2倍。

根据本发明的一些优选实施例，确定畸变的光学载波信号的周期性分量的周期可以包括接收指示共向传播光学信号的周期的输入信号。可以从产生共向传播的发射端接收输入信号。例如，如果共向传播光学信号与OTDR信号相对应，则生成OTDR信号的OTDR发射装置可以连接到光学接收器，并且配置为向光学接收器发送正在生成的或将要生成的OTDR信号的脉冲周期的值。指示共向传播光学信号的周期的输入信号可以例如通过载波信号和共向传播光学信号在其中传输的相同光纤，或者通过任何其它方式(例如，无线通信)光学地发送到光学接收器。在一些示例中，输入信号可以经由网络管理系统提供，在其上实现本发明的方法的光学网络的所有网络元件都连接到该网络管理系统。输入信号的数据速率可以在1kbit/s和1Tbit/s之间，优选地在100kbit/s和10Gbit/s之间，更优选地在100kbit/s和200Mbit/s之间。优选地，输入信号的符号率可以比光学载波信号的符号率小至少2倍，更优选地小至少10倍。

由于不必间接地确定、计算或估计周期，因此，获得指示共向传播光学信号的周期的输入信号可以允许在不需要任何与共向传播光学信号相关的先前知识的情况下，使用比在光学接收器处确定由其周期性分量引起的载波信号的畸变所需的技术更不复杂的技术。周期性共向传播光学信号的精确“形状”不需要先验地已知或者被包括在输入信号中。“形状”在本文中是指信号的波形，即，作为时间的函数的幅度和/或相位的值。

值得注意的是，畸变信号的原始形状或波形可以与在光学接收器处接收的畸变载波信号的周期性分量的形状或波形不同。例如，这是由于以下事实：当载波信号和共向传播光学信号在光纤中共向传播时，两个信号之间的光相互作用的强度可能由于光纤衰减而随着光纤上的传播距离的增加以及随着信号功率的降低而降低。图3示出了示例性情况。在光纤12中传播期间，由于光纤衰减，光学载波信号80和共向传播光学信号86之间的非线性光学相互作用的强度206随着光纤12上传播距离的增加(图中从左到右)而降低，从而降低信号功率。考虑到光纤12的无穷小长度Δz的小部分200，对于光纤12的更靠近光纤输入(即，在图的左手侧)的部分Δz，对总信号畸变的贡献可以大于对于相同长度的光纤12的更远离光纤输入(即，在图的右手侧)的部分Δz。此外，光纤12的这种小部分Δz内的贡献的形状可以取决于所述部分内的干扰信号的实际波形。在传播期间干扰信号的波形变化受诸如色散和SPM的影响控制，其中，波形变化的范围可以取决于光纤12的特性和类型。发射到光纤12中的光学共向传播光学信号的单个脉冲(例如，OTDR脉冲)可以随着光纤距离的增加而变宽(即，在图3所示的示例中从左到右)，同时脉冲的边缘可以变得更平滑。因此，干扰共向传播光学信号86的波形可以在光纤12下距相同信号在光纤输入处的波形几千米。

此外，由于具有不同波长的信号分量可以具有不同的群速度，所以共向传播光学信号86和光学载波信号80可以以不同的群速度在光纤12上传播。这可以通过考虑共向传播光学信号86的由光学功率峰值表示的脉冲来更好地进行理解，如图3的下部子图所示。由于不同的群速度，光学载波信号80和干扰共向传播光学信号86可以相对于彼此进行时移，使得可以出现时移202，并且引起与共向传播光学信号86的相同脉冲相对应的峰值影响光学载波信号80在光纤12上的不同部分204。

因此，光学载波信号80中的畸变的波形或形状(例如，由SPM引起的相位变化)可能与发射到传输光纤中的干扰共向传播光学信号的波形或形状不同。这是所谓的“离散效应”，其具有与低通滤波器类似的效应。结合非线性相互作用的强度的降低，即使发射到传输光纤中的共向传播光学信号86的脉冲是对称的，由共向传播光学信号86在光学载波信号80上引起的信号畸变的形状也可以是非对称的。例如，图2所示的信号畸变的非对称形状可以由发射到传输光纤12中的共向传播光学信号86的对称矩形脉冲导致。然而，本发明人认识到，所有这些影响不会显著影响由周期性共向传播光学信号86在光学载波信号80上引起的畸变的周期性行为。因此，由共向传播光学信号86在光学载波信号80上引起的畸变周期和共向传播光学信号86本身的周期可以被假定为相等。

在本发明的一些优选实施例中，确定畸变的光学载波信号的周期性分量的周期可以包括通过分析模型和/或数值模型对光学载波信号或其部分进行建模。该模型可以是贝叶斯概率模型，并且确定光学载波信号的周期性分量的周期可以包括使用Gregory和Loredo算法(参见P.C.Gregory和T.J.Loredo，“一种用于检测未知形状和周期的周期信号的新方法(A new method for the detection of a period signal of unknown shapeand period)”，天体物理选杂志(Astrophysical Journal)，398卷，第1期，1992年10，第146-168页)。

Gregory和Loredo解决了检测天文数据中的周期性信号的问题。反对X射线脉冲星的检测，以及数据是各个X射线光子的到达时间。通常，没有关于周期信号的存在和特性的可用先验知识，并且由于加性噪声，检测周期信号可能是困难的。

本申请的一个目的是检测在接收器处接收到的光学载波信号中存在的畸变中的周期性，以便能够从接收到的信号中消除这种畸变，以及从而实现改进的传输性能。在光纤中的传播期间，光学信号可能遭受直接链接到接收信号的畸变，例如群速度畸变(GVD)和自相位调制(SPM)，并且考虑到接收的信号，畸变可以被认为是确定性的。这种畸变可以通过适当的信号处理算法至少部分地从接收信号中消除。此外，光学信号也可能受到由加性噪声和/或由在光纤中与其它光学信号(光学载波信号)共向传播的共向传播光学信号引起的其它畸变的影响。

光学载波信号中由共向传播光学信号引起的信号畸变可能与共向传播光学信号的波形有关，但是当在光学接收器处进行检测或监视时，由于没有直接可察觉的规则图案(例如，周期性)，畸变可能仍然看起来是随机的。已经表明，当使用相干检测时，由传输不相关数据的共向传播信号引起的畸变可以很好地建模为高斯噪声(参见Poggiolini，“非补偿相干系统中非线性传播的GN模型(The GN model of non-linear propagation inuncompensated coherent systems)”，光波技术杂志(Journal of Lightwavetechnology)，第30卷，第24期，2012年12月，第3857-3879页)。本发明人认识到，在天文学领域中使用的这些数学技术中的一些可以有利地与周期性共向传播信号在光通信领域中引起周期性畸变的事实相结合地应用。

由Gregory和Loredo开发的技术包括两个步骤，这两个步骤都利用贝叶斯定理，即，周期性信号的检测和该周期性信号的特性的估计。该技术基于通过将不具有周期结构的信号的模型与具有周期结构的一类模型的成员进行比较来基于贝叶斯理论检测信号，其中，全局似然被分配给各种模型。为了在本发明的上下文中将这种模型应用于光通信领域，本发明人提出计算高斯噪声的全局似然性和逐步函数。对于诸如频率的模型参数和周期结构的形状的估计，可以计算模型参数的后验分布。该算法以Gregory和Loredo的上述文章中技术人员易使用的方式详细公开。本发明人还认识到，如果预先知道接收信号的周期部分的周期性分量的周期值，则由Gregory和Loredo提出的算法可以在本发明的背景下以简化的方式用于光通信领域中。

值得注意的是，尽管Gregory和Loredo算法是一种可能的方法，其可以在不具有与共向传播光学信号的特性有关的任何先前的知识情况下用于确定光学载波信号的周期和/或周期性分量的形状或波形，但是本发明不限于此，并且任何其它等效的数学方法或算法也可以用于本发明的目的。

根据本发明的优选实施例，确定畸变的光学载波信号的由共向传播光学信号引起的周期性畸变可以包括测量载波信号的多个畸变以及在多个测量值上求平均，其中，每个测量值可以对应于与畸变的光学载波信号的周期性分量的所确定的周期相等的时间长度。在一些实施例中，多个测量值可以包括5个或更多个测量值、10个或更多个测量值、50个或更多个测量值或100个或更多个测量值。因此，总平均时间(即，在平均中所包括的测量总时间)可以相应地与共向传播光学信号的周期的5倍或更多、10倍或更多、50倍或更多或100倍或更多相对应。如前所述，载波信号的周期性畸变可以与载波信号的周期性相位变化相对应。

例如，共向传播光学信号可以包括具有多个OTDR脉冲的共向传播OTDR信号。由共向传播光学信号的周期性分量引起的载波信号的周期性相位变化然后可以通过测量在光学接收器处接收的由OTDR脉冲序列的每个脉冲引起的载波信号的相位变化来确定，然后对测量结果求平均。每个测量的测量间隔可以被设置为等于共向传播光学信号的周期。对针对不同脉冲获得的相位测量值进行平均产生由单个OTDR脉冲引起的载波信号的相位变化的平均测量值。图2中示出了其示例。值得注意的是，OTDR脉冲的不同测量的开始不需要与其任何特定相位值一致，例如，不需要与其OTDR脉冲的“开始”或任何其它特定相位值一致。该测量值与由共向传播光学信号引起的频移对应。值得注意的是，时钟恢复对于这种平均不是必需的。在一些实施例中，每个测量值可以对应于与畸变的光学载波信号的周期性分量的所确定的周期的倍数相等的时间长度，在这种情况下，测量可以相应地产生由多于一个OTDR脉冲引起的载波信号的相位变化。

根据本发明的优选实施例，该方法还可以包括存储与补偿信号有关的信息。存储与补偿信号有关的信息可以允许重新使用相同的补偿信号，而不必在可以预期畸变或已知存在与已经生成补偿信号的畸变相等或至少非常相似的畸变时重新确定该补偿信号，这通常是存在周期性畸变信号的情况。例如，如果生成补偿信号以补偿由OTDR脉冲引起的畸变，则所存储的信息可用于生成用于后续OTDR脉冲的补偿信号，而不必重复确定周期和周期性相位变化的过程。与补偿信号有关的上述信息尤其可以包括与补偿信号的周期、幅度和/或形状有关的信息。与补偿信号有关的信息可以存储在任何类型的存储装置中。

在本发明的优选实施例中，该方法还可以包括生成具有预定周期的共向传播光学信号的脉冲。然后，可以以受控的方式生成共向传播光学信号的脉冲，使得这些脉冲具有预定的周期。然后，预定周期可以被发送到光学接收器，并用于确定由如上所述的载波信号的周期性分量引起的载波信号的畸变。

在本发明的一些优选实施例中，引起光学载波信号上的信号畸变的共向传播光学信号可以后续被激活和去激活，使得共向传播光学信号在有限的时间内被激活并且被重复地激活。

在本发明的一些优选实施例中，该方法还可以包括在发射共向传播光学信号的脉冲序列之前发射触发脉冲，并且根据触发脉冲推断共向传播光学信号的脉冲序列将在光学接收器处被接收和/或在光学接收器处将被接收的光学载波信号被共向传播光学信号的脉冲序列畸变。触发信号可以例如与共向传播光学信号的具有比后续发射的共向传播光学信号的脉冲序列的脉冲的幅度更小或更大的幅度的脉冲相对应。触发信号可以允许向光学接收器发信号通知它应该准备好检测以便检测脉冲序列。

在本发明的优选实施例中，生成共向传播光学信号的脉冲可以包括在发射共向传播光学信号的具有第二光学功率的第二脉冲序列之前生成共向传播光学信号的具有第一光学功率的第一脉冲序列，其中，第一光学功率小于第二光学功率。第一序列不需要用于确定精确的光纤特性和/或用于获得完全有效的补偿信号，而是可以旨在用于允许在光学接收器处获得由共向传播光学信号的单个脉冲引起的正确的相位变化。畸变通常与畸变信号的光学功率成比例，在这种情况下，畸变信号是共向传播光学信号。因此，由于降低的光学功率，针对第一脉冲序列获得的相位变化小于将由第二脉冲序列的脉冲引起的相位变化。

该方法还可以包括通过缩放第一脉冲序列来补偿由第二脉冲序列的脉冲引起的畸变，其中，第一补偿信号通过缩放因数的脉冲确定，其中，缩放因数与第二光学功率和第一光学功率的比率相对应，或者缩放因数是第二光学功率和第一光学功率的比率函数。这允许从开始向第二脉冲序列施加适当的补偿信号，从而避免了在光学接收器处的可能是由于对脉冲序列的初始部分的不良的平均而导致的补偿误差。第一脉冲序列以降低的功率电平发射，因此引起较少的检测误差，例如，比特误差。由第二脉冲序列的脉冲引起的相位变化可以通过缩放从针对第一脉冲序列获得的补偿信号中获得，其中，缩放因数和第二光学功率与第一光学功率的比率相对应。

优选地，第一光学功率可以比第二光学功率小至少2倍，优选地比第二光学功率小至少4倍，更优选地比第二光学功率小至少8倍。

根据本发明的优选实施例，生成共向传播光学信号的脉冲可以包括在所述脉冲序列的开始处在斜升时间内逐渐增加共向传播光学信号的脉冲序列的光学功率。这可以允许避免或至少减少在共向传播光学信号的脉冲序列的开始处由于不完全平均而引起的欠补偿。

优选地，斜升时间可以至少等于平均时间，其中，平均时间与用于平均的脉冲的数目与两个连续脉冲(即，周期)之间的时间距离的乘积相对应。更优选地，斜升时间可以至少等于与用于平均的脉冲的数目与两个连续脉冲之间的时间距离的乘积相对应的平均时间的0.1、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.5倍、5倍或10倍。

附加地或替代地，斜升时间可以是测量序列时间的至少1/10，优选地至少等于测量序列时间，更优选地是测量序列时间的至少10倍，和/或具有与所述序列的最大功率的至少90％相等的功率的共向传播光学信号的脉冲序列的开始和结束之间的时间。测量序列时间与共向传播光学信号的脉冲序列的开始和结束之间的时间相对应。

优选地，测量序列时间可以是共向传播光学信号的周期的至少5倍，优选地是共向传播光学信号的周期的至少20倍，更优选地是共向传播光学信号的周期的至少100倍。

附加地或替代地，在本发明的其它实施例中，生成共向传播光学信号的脉冲可以包括：在所述脉冲序列结束处在斜降时间内逐渐降低共向传播光学信号的脉冲序列的光学功率。这允许避免或至少减少在共向传播光学信号的脉冲序列的结束处由于不完全平均而引起的过补偿。优选地，斜降时间可以至少等于平均时间的0.1倍、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.5倍、5倍或10倍，该平均时间与用于平均的脉冲的数目与两个连续脉冲之间的时间距离的乘积相对应。优选地，斜降时间可以是测量序列时间的至少1/10，优选地至少等于测量序列时间，更优选地是测量序列时间的至少10倍，和/或具有与所述序列的最大功率的至少90％相等的功率的共向传播光学信号的脉冲序列的开始和结束之间的时间。

在本发明的一些优选实施例中，共向传播光学信号可以是同向光学时域反射计信号或反向光学时域反射计信号。在其它实施例中，共向传播光学信号可以是同向光学监控信道信号或反向光学监控信道信号。

本发明的另一方面涉及一种包括可执行指令的可读存储介质，可执行指令在由处理器执行时使处理器执行上述本发明的任一实施例的方法，以补偿光学载波信号中由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变。这种可读存储介质可以允许本发明的方法的基于软件的实现。

本发明的另一方面涉及一种信号处理单元，该信号处理单元配置为实现根据上述本发明的任何实施例的方法，以补偿光学载波信号中由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变。信号处理单元可以集成在光学系统中，例如集成在光学接收器中，和/或可以连接或可连接到这样的光学接收器和/或光学系统。根据本发明的信号处理单元可以允许本发明的方法的基于硬件和/或基于软件的实现。

特别地，信号处理单元可以配置为用于补偿由光学接收器接收的光学载波信号中由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变，信号处理单元连接到或者可以连接到光学接收器，其中，光学载波信号和共向传播光学信号在连接到光学接收器或可连接到光学接收器的光路的至少部分中共向传播。信号处理单元可以配置用于确定畸变的光学载波信号的周期性分量的周期，确定由共向传播光学信号引起的畸变的光学载波信号的周期性畸变，以及根据所确定的周期性畸变生成补偿信号以校正畸变的光学载波信号。周期性畸变可以包括畸变的光学载波信号的相位变化。本发明的光学系统可以与光学接收器或光学网络相对应。在一些实施例中，确定畸变的光学载波信号的周期性畸变可以包括基于所确定的周期来确定畸变的光学载波信号的周期性畸变，但是这不是必需的。

本发明的另一方面涉及一种包括用于接收光学载波信号的光学接收器的光学系统，其中，光学接收器包括上述信号处理单元，其中，信号处理单元配置用于补偿光学载波信号中由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变，其中，光学载波信号和共向传播信号在连接到光学系统或可连接到光学系统的光路的至少部分中共向传播。本发明的光学系统可以是光学接收器或包括光学接收器，但是它也可以包括其它光学元件和/或设备，并且可以集成在包括一个或多个网络节点和/或网络元件的光学网络中。

本发明还涉及一种用于发射具有预定周期的共向传播光学信号的共向传播光学发射器。共向传播光学发射器可以包括在除了光学接收器之外的光学装置中。例如，光学接收器可以包括在第一网络元件中，以及共向传播光学信号发射器可以包括在第二网络元件中，所述第二网络元件光学连接到光学接收器或可光学连接到光学接收器。

根据本发明的优选实施例，共向传播光学信号发射器可以配置为向光学接收器的信号处理单元发送输入信号，该输入信号指示共向传播光学信号的预定周期，并且光学接收器的信号处理单元还可以配置用于基于接收到的输入信号来确定畸变的光学载波信号的周期性分量的周期。输入信号的数据速率可以在1kbit/s和1Tbit/s之间，优选地在100kbit/s和10Gbit/s之间，更优选地在100kbit/s和200Mbit/s之间。优选地，输入信号的符号率可以至少比光学载波信号的符号率小2倍，优选地至少小5倍，更优选地至少小10倍。在二进制调制的情况下，符号率可以与比特率相同。

在本发明的一些优选实施例中，信号处理单元还可以配置用于通过解析模型和/或数值模型对光学载波信号或其部分进行建模来确定畸变的光学载波信号的周期性分量的周期。优选地，所述模型可以是贝叶斯概率模型，如Gregory和Loredo算法。

在本发明的优选实施例中，信号处理单元还可以配置用于通过使用维特比-维特比相位恢复技术来确定由共向传播光学信号引起的畸变载波信号的周期性畸变。

根据本发明的优选实施例，信号处理单元还可以配置用于通过测量畸变载波信号的多个畸变以及通过对多个测量值进行平均来确定由畸变光学载波信号的周期性分量引起的畸变载波信号的周期性畸变，其中，每个测量值对应于与畸变载波信号的周期性分量的所确定的周期相等的时间长度。

根据本发明的优选实施例，共向传播光学信号发射器可以配置用于在发射共向传播光学信号的脉冲序列之前发射触发脉冲，并且其中，光学接收器还配置用于根据触发脉冲推断要在光学接收器处接收的光学载波信号被共向传播光学信号的脉冲序列畸变。

在一些优选实施例中，共向传播光学信号发射器可以配置用于在发射共向传播光学信号的具有第二光学功率的第二脉冲序列之前发射共向传播光学信号的具有第一光学功率的第一脉冲序列，其中，第一光学功率小于第二光学功率。第一脉冲序列和第二脉冲序列之间的时间间隔可以大于预定周期，优选地大于预定周期至少5倍，更优选地大于预定周期至少10倍。

在一些实施例中，信号处理单元还可以配置用于通过缩放第一补偿信号来补偿由第二脉冲序列的脉冲引起的畸变，其中，第一补偿信号通过缩放因数针对第一脉冲序列的脉冲确定的，其中，缩放因数与第二光学功率和第一光学功率的比率相对应或者缩放因数是第二光学功率和第一光学功率的比率的函数。也就是说，由信号处理单元生成的第一补偿信号用于补偿第一脉冲序列的脉冲中的畸变，以及由信号处理单元生成的第二补偿信号用于补偿第二补偿信号的脉冲中的畸变，其中，第二补偿信号通过缩放第一补偿信号获得。

优选地，第一光学功率可以比第二光学功率小至少2倍，优选地比第二光学功率小至少4倍，更优选地比第二光学功率小至少8倍。

在一些优选实施例中，共向传播光学信号发射器可以配置为在所述脉冲序列的开始处在斜升时间内逐渐增加共向传播光学信号的脉冲序列的光学功率。优选地，斜升时间可以至少等于平均时间的0.1倍、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.5倍、5倍或10倍，平均时间与用于平均的脉冲的数目与两个连续脉冲之间的时间距离的乘积相对应。

在本发明的优选实施例中，共向传播光学信号发射器还可以配置为在所述脉冲序列结束处在斜降时间内逐渐降低共向传播光学信号的脉冲序列的光学功率。优选地，斜降时间可以至少等于平均时间的0.1倍、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.5倍、5倍或10倍，平均时间与用于平均的脉冲的数目与两个连续脉冲之间的时间距离的乘积相对应。

根据本发明的优选实施例，系统还可以包括存储装置，并且信号处理单元还可以配置用于将所生成的补偿信号存储到存储装置中，并且用于使用所存储的补偿信号来补偿后续载波信号，后续载波信号由相同或类似的共向传播光学信号畸变。存储装置例如可以是包括在光学接收器中的内部存储装置或者可连接到接收器的外部存储装置。

在本发明的一些优选实施例中，共向传播光学信号发射器可以包括OTDR，并且共向传播光学信号可以是同向OTDR信号。

在本发明的优选实施例中，光学系统可以包括根据任何前述实施例的共向传播光学发射器，其中，共向传播光学发射器光学连接到光学接收器。

在其它优选实施例中，光学接收器和共向传播信号发射器可以集成在相同的网络节点或网络元件中。这样的网络节点或网络元件因此可以配置用于通过集成在其中的光学接收器补偿由共向传播光学信号引起的信号畸变，其中，共向传播光学信号可以从外部网络元件或网络节点接收(例如，从位于网络元件或网络节点上游的外部共向传播光学信号发射器接收)，并且用于通过集成在其中的共向传播信号发射器将另一共向传播光学信号发射到另一光学接收器(例如，发射到位于网络元件或网络节点下游的另一光学接收器)。

在其它优选实施例中，上述网络节点或网络元件还可以包括用于发射具有预定周期的第二共向传播光学信号的第二共向传播光学发射器，其中，第二共向传播光学信号可以由包括在位于网络节点或网络元件下游的光学系统中(即，在系统的另一个网络节点或网络元件处)的另一光学接收器接收。

例如，光学系统可以与包括多个网络元件的光学网络相对应，其中，至少一个网络元件包括根据本发明的光学接收器和/或共向传播光学信号发射器。可以配置包括光学接收器和共向传播光学信号发射器两者的网络元件或网络节点，用于补偿从光学系统的可能位于网络元件或网络节点的上游的其它网络元件或网络节点中的一个接收的光学载波信号中的信号畸变，以及用于生成第二共向传播光学信号并将其发射到光学系统的可能位于网络元件或网络节点的下游的其它网络元件或网络节点中的另一个。第二共向传播光学信号可以具有预定的周期，即与共向传播光学信号相同的周期。共向传播光学信号发射器和第二共向传播光学信号发射器可以配置为同时进行操作或一次一个地进行操作。

附图说明

图1示出了对于不同强度的非线性相互作用，由周期性共向传播光学信号引起的畸变的影响的星座图。

图2示出了由光学载波信号上的周期性共向传播光学信号引起的相位变化的平均测量。

图3是根据本发明的一些实施例的光学系统中的离散效应的图示。

图4是根据本发明的实施例的示出方法的流程图。

图5示出了根据本发明的实施例的光学系统。

图6示出了根据本发明的另一实施例的光学系统。

图7示出了根据本发明的另一实施例的光学网络。

图8示出了根据本发明的另一实施例的光学系统的部分。

图9是根据本发明的实施例的方法中进行平均的图示。

图10是根据本发明的实施例的光学接收器的高级图示。

图11是根据本发明的实施例的光学接收器的图示。

图12示出了根据本发明的各个实施例的表示信号补偿的两种方法的示意图(图12a和图12b)。

图13是根据本发明的实施例的光学接收器中的信号处理步骤的图示。

图14示出了根据本发明的实施例的两种操作模式。

图15示出了根据本发明的实施例的另一操作模式。

图16示出了根据本发明的实施例的在方法中“斜升”和“斜降”阶段的各个持续时间的实际补偿信号和理想补偿信号。

图17根据本发明的实施例的表示在方法中实际补偿信号和理想补偿信号之间的最大偏差与斜坡相位的持续时间的关系。

图18是8QAM信号的周期性信号畸变的图示。

图19是根据本发明的实施例的说明方法的流程图。

图20示出了示例性光学系统。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中所示的优选实施例，并且将使用特定的语言来描述这些实施例。然而，应当理解的是，本发明的范围不会因此而被限制，并且，如本发明所涉及的领域的技术人员现在或将来通常会想到的，可以设想对所示实施例的这种改变和进一步修改以及对本文中所示的本发明原理的进一步应用。

图1示出了四个示例性相应光学信号的四个星座图，其中，示例性相应光学信号具有QPSK调制和在其上由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变。所有信号都受到具有相同概率分布的加性噪声的影响。然而，如图所示，从图1a到图1d，非线性相互作用的强度增加。由周期性共向传播光学信号引起的畸变在由周期性共向传播光学信号引起的信号的相移或相位变化所导致的星座图中作为凸起或隆起可见。这种相位还原是周期性畸变信号的特征。

本发明涉及一种适于在光学系统的光学接收器处补偿由周期性共向传播光学信号在光学载波信号中引起的信号畸变的方法和光学系统。光学载波信号在光学接收器处被接收。

图4示出了示出根据本发明的实施例的方法的示意图。图5和图6示出了根据本发明的实施例的光学系统150和150’的示意图。现在将以同时考虑一方面的图4和另一方面的图5和图6来最佳地进行理解的方式来描述本发明的优选实施例。

图5示出了光学系统150的示意性表示，该光学系统150包括连接到复用器24的多个光学发射器8、8a，其中，由光学发射器8、8a中的每个输出的光学信号由复用器24复用，并在到达解复用器26之前在第一跨距40a中通过第一光纤12a发送、在第二跨距40b中通过第二光纤12b发送以及在第三跨距40c中通过第三光纤12c发送，解复用器26对通过光纤跨距40a、40b和40c发送的不同信道进行解复用，并将信道传输到相应的光学接收器10、10a。

第一光学放大器14a连接在复用器24和第一光纤跨距40a之间。第二光学放大器14b连接在第一光纤跨距40a和第二光纤跨距40b之间，第三光学放大器14c连接在第二光纤跨距40b和第三光纤跨距40c之间。第四光学放大器14d连接在第三跨距40c和解复用器26之间。

光学载波信号80在发射端由光学发射器8a发射。光学载波信号80在光路90上通过复用器24、跨距40a至40c以及解复用器26发送到光学接收器10a。在传输期间，载波信号80在跨距40b内与周期性共向传播光学信号86共向传播，该光学信号86由OTDR装置16发射到光纤12b中用于监视目的。共向传播光学信号86在载波信号80上引起畸变100，使得当载波信号80到达光学接收器10a时，载波信号80被共向传播光学信号86畸变。然而，在所示的实施例中，放大器14c和14d配置为以与共向传播光学信号86的波长不同的波长进行放大，并且因此，共向传播光学信号86在光学接收器10a处未被接收。

图4的方法包括步骤300，在光学接收器(例如图5所示的光学接收器10a)接收光学载波信号80，其中，光学载波信号在跨距40b内被共向传播光学信号86畸变，在跨距40b中，载波信号80和共向传播光学信号86作为组合信号的一部分共向传播。

根据本发明的实施例的光学接收器10a的更详细的表示在图10中示出。光学接收器10a包括光学前端30，其配置为用于接收光学载波信号80并将光学载波信号80中编码的信息转换为电检测信号82，该电检测信号82被发送到光学接收器10a的信号处理单元50。信号处理单元50可以包括数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元(CPU)、集成电路或用于接收电检测信号82并根据本文中描述的信号处理单元50的功能处理电检测信号82所必需的任何其它设备或电子组件。

光学接收器10a的信号处理单元50配置为用于补偿光学载波信号80中的由共向传播光学信号86引起的信号畸变。图5所示的光学接收器10a的信号处理单元50经由光学前端30联接到光路90，并且适于接收通过光学前端30发送的载波信号80。

与图4所示的方法的后续步骤302相对应，信号处理单元50配置为用于确定在跨距40b中与周期性共向传播光学信号86共向传播的光学载波信号80的周期性分量的周期。在所示的实施例中，在光学接收器10a处预先没有与共向传播光学信号86的周期相关的可用信息，使得预先无法知道光学接收器10a处共向传播光学信号86的周期的周期。信号处理单元50配置为用于使用由Gregory和Loredo以上述方式开发的算法来确定光学载波信号80的周期性分量的周期。

与图4所示的方法的后续方法步骤304相对应，光学接收器10a的信号处理单元50还配置为用于基于所确定的光学载波信号80的周期性分量的周期，来确定由共向传播光学信号86引起的载波信号80的周期性畸变。特别地，图4和图10的示例性实施例的光学接收器10a的信号处理单元50配置为用于基于维特比-维特比相位恢复技术来确定由共向传播光学信号86引起的载波信号80的周期性相位变化。值得注意的是，由共向传播光学信号86引起的载波信号80的周期性畸变不必总是基于所确定的光学载波信号80的周期性分量的周期来确定。

此外，光学接收器10a的信号处理单元50配置为用于测量载波信号80的多个相位变化，其中，每个测量值对应于与在方法步骤302中已经确定的光学载波信号80的周期性分量的周期相等的时间长度，并且用于对多个测量值进行平均。这允许消除加性噪声的影响。如图2所示，平均的结果可以是相位变化相对于时间的轨迹。

光学接收器10a的信号处理单元50还配置为用于根据所确定的周期性相位变化(即根据图2所示的多个测量的平均值)生成补偿信号以校正光学载波信号80和/或与光学载波信号80相对应的电信号，例如电检测信号82。在所示的实施例中，由信号处理单元50生成的补偿信号可以是电信号或数字信号，信号处理单元50将该电信号或数字信号与电检测信号82组合，以生成与补偿的载波信号相对应的输出信号84，在输出信号84中，由共向传播光学信号86在载波信号80上引起的畸变被补偿。因此，通过将所生成的补偿信号与光学载波信号80的直接测量相结合，可以由信号处理单元50补偿光学载波信号中的由共向传播光学信号引起的畸变。

根据本发明的原理，通过周期性地施加与在步骤304中获得的多个测量值的平均值相对应(即，与重复的相位变化相对应，如与图2所示的相位变化相对应)的补偿相位变化，可以由此消除或至少减少光学载波信号80上由周期性共向传播光学信号86引起的畸变。“周期性地”在本文中指的是光学载波信号80的周期性部分的周期，其与光学载波信号80的相应周期性畸变的周期相一致。

第一时钟信号可以用于对光学载波信号80中的数据进行编码。由于光学载波信号80上由共向传播光学信号86引起的周期性畸变可能不与第一时钟信号对准或协调，所以根据本发明的补偿信号畸变的方法(特别是图4所示的方法步骤300至306)可以使用独立于第一时钟信号的第二时钟信号来执行。第二时钟信号可以由以与周期性共向传播光学信号的周期相对应的频率工作的时钟单元提供，该周期与光学载波信号80中的畸变周期相对应。值得注意的是，第二时钟信号不需要相对于共向传播光学信号86、光学载波信号80的周期性畸变或周期性分量具有任何特定的相位关系，这将参考图9进行更好的解释。

图9a和图9b比较图4中所示的、生成用于前述第二时钟信号相对于补偿信号404的不同相位关系406的补偿信号404的方法的步骤306。第二时钟信号具有与在图4的方法步骤302中确定的光学载波信号的周期性分量的周期相对应的周期。通过测量光学载波信号的多个畸变(在图9a和图9b的每个中示例性地示出了三个畸变)来确定将被周期性地重复的、用于补偿光学载波信号中的畸变的补偿信号404的波形402，其中，每个测量值对应于与第二时钟信号的周期相等(即，与光学载波信号的周期性分量的确定的周期相等)的时间长度并且对多个测量值求平均。

上述第二时钟信号相对于分别在图9a和图9b中示出的示例的补偿信号404的不同相位关系406被示为测量的不同时间位置(在图9a和图9b的每个中的最上面的行)和补偿信号404在与不同的周期相对应的每个时隙内的峰值(在图9a和图9b的每个中的最下面的行)。如图所示，在图9a的示例和图9b的示例中，与所生成的补偿信号404相对应的峰值与对应于所测量的畸变的峰值对准。值得注意的是，不需要补偿信号404与上述用于对光学载波信号80中的数据进行编码的第一时钟信号同步，并且每个测量的初始时间相对于周期性畸变的绝对时移不需要与任何特定值相对应。

光学接收器10a的光学前端30和信号处理单元50的内部结构对于本领域技术人员来说是易理解的。图11示出了类似于图5和图10的光学接收器10a的示例性光学接收器的更详细的示意图。如图11所示，在一些实施例中，光学前端30包括接收并分离载波信号80的偏振分束器32以及接收并分离由光学接收器10a的本地振荡器46生成的光学信号的分束器34。光学前端30还包括连接到偏振分束器32的输出支路中的一个和分束器34的输出支路中的一个的第一90°混合电路36a以及连接到偏振分束器32的输出支路中的另一个和分束器34的输出支路中的另一个的第二90°混合电路36b。第一90°混合电路36a和第二90°混合电路36b的每个输出分别连接到光电二极管38a至38d，并且每个光电二极管38a至38d连接到互阻抗放大器44a至44d。此外，如图11所示，在一些实施例中，信号处理单元50可以包括多个模拟数字转换器(ADC)52a至52d，其中，模拟/数字转换器52a至52d中的每个连接在互阻抗放大器44a至44d中相应的一个与公共数字信号处理器54之间，该公共数字信号处理器54配置用于输出输出信号84。然而，根据本发明，光学接收器10a的其它内部配置也是可能的。

图6示出了根据本发明另一实施例的光学系统。图6的光学系统包括光学接收器10，该光学接收器10对应于或至少在功能上类似于图5所示的实施例的光学接收器10a。为了简洁起见，省略了在图5中用相同的附图标记表示的相同元件的描述。在图6所示的光学系统中，共向传播光学信号发射器是OTDR装置16a至16c，其中，每个OTDR装置16a至16c布置在跨距40a至40c中的一个中并且以包括OTDR脉冲的OTDR信号的形式将周期性共向传播光学信号发射到相应的传输光纤12a至12c中。OTDR装置16a至16c中的每个连接到控制系统18。控制系统18控制OTDR装置16a至16c的操作。控制系统18可以配置为控制OTDR装置16a至16c，使得光学载波信号80一次仅被单个共向传播的OTDR信号畸变。控制系统18还可以允许将光学载波信号80中的畸变的发生限制到某些选定的时间段。控制系统18可以配置为将上述选择的时间段传送到光学接收器10a，这允许对畸变进行更有效的补偿。

或者，OTDR装置16a至16c可以配置为同时发射OTDR脉冲，优选地，发射具有相同周期的OTDR脉冲。假设所有的OTDR脉冲具有相同的周期，由每个OTDR装置在光学载波信号80上引起的相应畸变将都具有相同的周期，使得根据本文描述的本发明的任何实施例的方法可以用于在接收端处(在这种情况下，在光学接收器10处)补偿光学载波信号中的畸变。

然而，OTDR装置16a至16c也可以配置为同时发射具有不同周期的OTDR脉冲。在这种情况下，在光学载波信号80上引起的结果畸变将具有与比由OTDR装置16a至16c发射的OTDR脉冲的最大周期更大的组合周期相对应的周期性结构，使得根据本文描述的本发明的任何实施例的方法可以用于在接收端处(在这种情况下，在光学接收器10a处)补偿光学载波信号80中的畸变，通过相应地调整该方法，使得用于求平均的每个测量值与组合周期相对应。

图7示出了根据本发明的实施例的、用于在多个光学信道上发送复用光学信号的光学复用系统160。图7所示的光学复用系统160是光学复用网络。在图7的光学网络中，多个光子交叉连接器20a至20h通过在相应的光学复用部分42a至42g中延伸的光纤成对连接，从而允许双向通信。多个光学放大器14NE在相互连接的光子交叉连接器20a至20h之间分布在不同的光学复用部分42a至42g中。如图中连续黑线所示，第一复用光学信号180在光子交叉连接器20a处被发射并通过光学复用部分42a、光子交叉连接器20c、光学复用部分42b、光子交叉连接器20d和光学复用部分42c被发送到光子交叉连接器20b，在光子交叉连接器20b处接收第一复用光学信号180。根据本发明的光学接收器10可以连接到或包括在光子交叉连接器20b中，并且配置为用于接收复用光学信号180。

此外，如图7所示的不连续的黑线，周期性的第二复用光学信号186在光子交叉连接器20g处被发射，并且通过光学复用部分42f、光子交叉连接器20c、光学复用部分42b、光子交叉连接器20d和光学复用部分42e被发送到光子交叉连接器20f，在光子交叉连接器20f处接收第二复用光学信号186。在一些示例中，第一复用光学信号180和第二复用光学信号186可以在不同的信道上或在相同的信道上(例如，在所谓的超级信道上)被发送。

如图7所示，第一复用光学信号180和第二复用光学信号186在光学复用部分42b中共向传播。因此，第二复用光学信号186在第一复用光学信号180上引起畸变，使得当第一复用光学信号180被包括在或连接到光子交叉连接器20b的光学接收器接收时，第一复用光学信号180被第二复用光学信号186畸变，然而第二复用光学信号186在上述光学接收器处没有被接收。因此，所述光学接收器可以有利地是根据本发明的实施例的光学接收器，并且配置为利用本文中公开的方法，以便补偿在光学载波信号(在这种情况下是第一复用光学信号180)中由共向传播光学信号(在这种情况下是第二复用光学信号186)引起的信号畸变。

图7的光学网络的光子交叉连接器20a至20h和放大器14NE连接到管理系统22，尽管图中仅用虚线表示一些连接。管理系统22具有与传输信道有关的所有信息，并且因此可以配置为向相应的光学接收器提供与相应的共向传播光学信号(例如，第二复用信号186)的周期有关的信息，其中，相应的光学接收器可以经由光子交叉连接器20a至20h中的一个或多个连接到光学网络160。此外，光学网络160的管理系统22可以配置为实现先前关于图6描述的时间控制功能。

图8示出了根据本发明的实施例的光学系统250。光学系统250可以与光学网络的部分相对应，其中，光学网络包括通过相应的光学跨距40b、40c和40d相互连接的第一网络元件252、第二网络元件254、第三网络元件256和第四网络元件258。此外，第一网络元件252光学连接到最左边的光学跨距40a用于光学连接光学系统250与光学网络的其它下游部分，以及第四网络元件258光学连接到最右边的光路40e用于光学连接光学系统250与光学网络的其它上游部分。

第一网络元件252、第二网络元件254、第三网络元件256和第四网络元件258包括相应的光学放大器14a至14d，用于放大载波信号，该载波信号通过指向最右边的光学跨距40e的、最左边的光学跨距40a进入光学系统250。第一网络元件252包括用于将OTDR脉冲发射到跨距40b中的OTDR装置16e，以监视光纤跨距40b的特性。第三网络元件256包括联接到光学开关270的OTDR装置16f。光学开关270允许选择性地将由OTDR装置16f发射的OTDR脉冲在向后方向上发射到光纤跨距40c中，或者在向前方向上发射到跨距40d中。第二网络元件254和第四网络元件258不必包括OTDR装置。由于网络元件256能够选择地将OTDR脉冲发射到跨距40c或跨距40d中，因此在网络元件254中不需要额外的OTDR装置来实现对跨距40b至40d的完全监控。以这种方式，可以实现显著降低设备需求和成本。

相比于与光学载波信号反向共向传播的OTDR脉冲，与光学载波信号同向共向传播的OTDR脉冲可能在光学载波信号上引起明显更强的信号畸变。因此，根据先前已知的解决方案，用于同向OTDR监视的光学功率以及监视质量(特别是监视范围)受到强烈限制。根据本发明的方法和光学系统，由于光学载波信号中生成的畸变可以根据如上所述的本发明进行补偿，因此由OTDR装置16e和OTDR装置16f发射的OTDR脉冲可以使用更大的光学功率。例如，参考图8中所示的光学系统250，由于这些跨距40c和40d都可以通过在第三网络元件256处使用由OTDR装置16f发射的OTDR脉冲的足够高的光学功率发射的OTDR脉冲来监视，因此这允许在第二网络元件254中不包括用于监视布置在第二网络元件254和第四网络元件258之间的光学跨距40c和40d的、附加的OTDR装置。

图5、图6和图8中所公开的示例性实施例的OTDR装置16、16a至16f不需要连续地进行操作，并且它们可以替代地在一些有限的时间内周期性地打开和关闭，以便执行OTDR监视。相应地，本发明的方法不需要连续地实现，并且当没有共向传播光学信号周期性地使在光学接收器10a处接收的光学载波信号畸变时，例如当图5、图6和图8的OTDR装置16、16a至16f没有激活时，不需要激活光学接收器10a的信号处理单元。

此外，为了实现本发明的方法，充分条件是在根据本发明的光学系统中可以作为共向传播光学信号发射器的所有OTDR装置(参见图6和图8中的OTDR装置16a至16f)以相同的周期工作。不需要OTDR设备的进一步同步或协调控制。

图12示意性地示出了在根据本发明的实施例的光学接收器中实现的根据本发明的实施例的方法。因此，图12表示根据本发明的实施例的光学接收器和这种光学接收器配置用于执行的方法。

图12a示出了根据本发明的实施例的、用于补偿光学载波信号80中由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变所执行的操作，周期性共向传播光学信号例如是OTDR信号(如由参照图5和图6所述的OTDR装置中的一个装置发射的OTDR信号中的一个信号)或者复用光学信号(如参考图7所述的第二复用光学信号186。

如上所述，根据本发明的实施例的方法包括在光学接收器处接收被共向传播光学信号86畸变的光学载波信号80。因此，检测了光学载波信号的周期性分量的周期，并且基于该周期确定了由共向传播光学信号86引起的光学载波信号80的周期性畸变。确定光学载波信号80的周期性分量的周期的操作以及基于该周期确定由所述共向传播光学信号86引起的载波信号的周期性畸变的操作可以由周期性信号检测器62组合实现。值得注意的是，由于光学载波信号80的周期性分量是根据光学载波信号80或根据电表示光学载波信号80的电检测信号82确定的，因此，如前所述，共向传播光学信号86不需要在光学接收器10a处被接收。此外，生成补偿信号以根据例如由畸变补偿器60确定的周期性相位变化来校正载波信号。参考图11a描述的畸变补偿器60和周期性信号检测器62可以特别地是如参考图5、图6、图10和图11描述的光学接收器10a的信号处理单元50的模块或组件。

与图12a类似，图12b示意性地示出了由根据本发明的其它实施例的光学接收器执行的、用于补偿光学载波信号80中由周期性共向传播光学信号引起的信号畸变的操作。图12b所示的光学接收器配置为用于接收被周期性光学共向传播光学信号畸变的光学载波信号80，并且用于将在光学载波信号80中编码的信息转换为电检测信号82。图12b所示的光学接收器包括畸变补偿器60和周期性信号检测器63，畸变补偿器60和周期性信号检测器63分别类似于参考图12a描述的畸变补偿器60和周期性信号检测器62。

此外，图12b所示的光学接收器包括电气或逻辑开关70、补偿信号生成器64、存储装置68、畸变检测器72、信号输入端口74和控制器76。所有上述组件可以与根据本发明的实施例的光学接收器的信号处理单元的模块或组件对应，类似于参照图5和图10所述的光学接收器10a的信号处理单元50。

周期性信号检测器63配置为用于确定光学载波信号80的周期性分量的周期，并基于所确定的周期来确定光学载波信号80的周期性畸变。如以上参考图9所解释的，可以以波形的形式来确定周期性畸变，如果开关处于其上部位置，则该波形可以经由电气或逻辑开关70发送到补偿信号生成器64，如图中所示。值得注意的是，所述周期性畸变可以与周期性的相位变化相对应。在复相位的情况下，周期性相位变化可以与光学载波信号的幅度变化相对应或者与光学载波信号的相位和幅度变化的组合相对应。补偿信号生成器64配置为用于根据由周期性信号检测器63确定的周期性相位变化生成补偿信号以校正光学载波信号80。使用所述补偿信号，连接到补偿信号生成器64并接收补偿信号的畸变补偿器60补偿在载波信号80中引起的信号畸变并输出补偿器输出信号84。

由补偿信号生成器64生成的补偿信号也被发送到存储装置68并被存储在其中。在所示的实施例中，存储装置62包括在光学接收器中。然而，在其它实施例中，类似于存储装置68的存储装置可以是可连接到光学接收器和/或其信号处理单元的外部存储装置。在一些实施例中，只有与一个周期相对应的波形可以被存储在存储装置68中，使得完全补偿信号不需要存储在存储装置68中。

将补偿信号或至少其周期的波形存储在存储装置68中允许使用所存储的补偿信号或波形来补偿由相同或类似的共向传播光学信号畸变的后续载波信号。为此目的，图12b所示的光学接收器的信号处理单元可以包括畸变检测器72，该畸变检测器72配置为用于识别这样的情况，即在该情况下接收到的载波信号80与先前接收到的载波信号80相似至假定所述载波信号和所述先前接收到的载波信号被相同或相似的共向传播光学信号畸变的程度。在这种情况下，畸变检测器72可以向控制器76传送接收到的载波信号重组先前接收到的载波信号，使得可以重新使用存储在存储装置68中的先前存储的补偿信号。然后，控制器76可以通过将电气或逻辑开关70设置到下部位置来指示存储设备68向补偿信号生成器64提供所存储的补偿信号或波形，使得可以由畸变补偿器60、使用之前用于先前接收的载波信号80的相同的补偿信号来补偿载波信号80。

在所示的实施例中，指示共向传播光学信号的周期的输入信号与光学载波信号80、180一起被发送，例如在光学载波信号80、180的专用频率范围内或者在附加比特中被发送。输入信号可以被不同的共向传播光学信号(例如，在OSC信道上传输的信号或数据信号)畸变。然而，输入信号也可以与共向传播光学信号80、160一起被发送，例如利用OSC信道被发送，或者通过任何其它方式(例如无线通信)被发送。例如，光学载波信号80、180可以具有在191.6THz(1565nm)和195.9THz(1530nm)之间的一个或多个频率或信道，其中，输入信号以193.4THz的频率与光学载波信号一起传输，同时共向传播光学信号86、186可以具有197.2THz的示例性频率。然而，输入信号也可以通过任何其它连接装置(例如，通过除第一光路40之外的专用光学连接)进行发送。

图13中示出了根据本发明的实施例的光学接收器的信号处理单元的示例性功能结构。上行示出了对光学载波信号的线性畸变(例如，群速色散)110、时钟恢复112、MIMO处理114和相位估计116的补偿，包括相位恢复和频率偏移补偿。最后，在解码步骤118中恢复通过光学载波信号发送的数据，并通过前向误差校正(FEC)120来校正比特误差。功能110至120以可能的顺序示例性地示出，尽管不同的顺序也是可能的。

根据本发明，优选地在执行信号均衡和重采样之后(即，在线性畸变110、时钟恢复112、MIMO处理114和载波相位估计116的补偿之后)，光学载波信号的由周期性共向传播光学信号引起的周期性畸变被补偿122。然而，根据本发明的方法的周期性畸变的补偿也可以在完成所有这些步骤(110至116)之前执行。例如，还可以在MIMO处理114之前(即，在如图13所示的步骤112和114之间)去除光学载波信号的周期性畸变。根据本发明的方法的对周期性畸变的补偿122也可以在补偿线性效应110之后和在重采样112之前执行。

本发明的实施例的共向传播光学信号发射器(参见图5、图6和图8、图16中的OTDR装置16和16a-f可以配置为用于在发射OTDR脉冲序列之前发射触发脉冲，并且光学接收器10、10’可以配置为用于根据触发脉冲推断从触发脉冲的接收开始在光学接收器10、10’处要接收的光学载波信号是被共向传播光学信号的脉冲序列畸变的，OTDR脉冲序列将被接收。触发脉冲可以是具有小于或大于(例如，至少小于或大于两倍)后续OTDR脉冲的幅度的单个脉冲。一旦接收到触发脉冲，光学接收器10就知道即将接收到畸变的光学载波信号。例如，信号处理单元50可以在接收到触发脉冲时从待机状态或关闭状态被接通或切换回工作状态，使得信号处理单元50准备好接收和处理由OTDR脉冲的相应序列畸变的后续光学载波信号。在其它实施例中，触发信号可以从信号畸变中导出。

在一些实施例中，当在光学接收器10a处接收到共向传播光学信号时，光学接收器10a可以配置为用于检测共向传播光学信号中的触发脉冲。附加地或替代地，共向传播光学信号发射器(例如，图5、图6和图8中的OTDR装置16、16a至16f)可以配置为经由专用信道(例如，分别经由控制系统18(参见图6)或经由管理系统22(参见图7))将触发脉冲发送到光学接收器10a

图14A的上一行示出了由根据本发明的实施例的光学系统中的共向传播光学信号发射器或OTDR装置(例如，图5的OTDR装置16)发射的第一OTDR脉冲序列和在第一OTDR脉冲序列之后及时发射的第二OTDR脉冲序列。第一OTDR脉冲序列和第二OTDR脉冲序列中的每个都包括多个OTDR脉冲。第一OTDR脉冲序列和第二OTDR脉冲序列中的每个的开始由相应的触发信号来发信号。图14A的下行示出了由相应光学接收器的信号处理单元(例如，由图5和图10所示的光学接收器10的信号处理单元50)生成的、用于第一OTDR脉冲序列和第二OTDR脉冲序列中的每个的补偿信号。

在图14所示的实施例中，第一OTDR脉冲序列和第二OTDR脉冲序列各自都包括24个OTDR脉冲。信号处理单元50配置为通过在光学载波信号的周期性分量的10个周期上求平均来生成补偿信号。

尽管在第一OTDR脉冲序列的开始处，可以以比特误差的形式在补偿信号中出现不充分的平均，但是这不会发生在为第二OTDR脉冲序列生成的补偿信号的情况下。其原因在于，对于第二OTDR脉冲序列，信号处理单元50不需要通过再次执行图4所示的方法步骤来生成相应的补偿信号。取而代之的是，信号处理单元50配置为用于将在第一OTDR脉冲序列结束时为第一OTDR脉冲序列确定的补偿信号存储到存储装置14中。然后，存储在存储装置14中的补偿信号被信号处理单元50用于补偿第二OTDR脉冲序列，使得在第二OTDR脉冲序列的情况开始时没有由于不良的平均而存在显著的比特误差。

图14B示出了另一实施例，其中，图5的共向传播光学信号发射器16配置为用于在发射具有第二功率的第二OTDR脉冲序列(参见上行的右手侧)之前，发射具有第一光学功率的共向传播光学信号的第一OTDR脉冲序列(参见上行的左手侧)，其中，第一光学功率小于第二光学功率。第一OTDR脉冲序列不旨在用于实际监视目的(如OTDR测量)。相反，第一OTDR脉冲序列旨在用于确定光学载波信号中的由周期性共向传播光学信号和相应的第一补偿信号引起的信号畸变。由于降低的功率电平，第一OTDR脉冲序列不会显著地受到比特误差的影响。用于第二OTDR脉冲序列的补偿信号由图10的信号处理单元50通过对第一补偿信号进行缩放来生成，其中，缩放因数与第二光学功率与第一光学功率的比率或其函数相对应。在所示的实施例中，第一光学功率是第一光学功率的4倍，使得由信号处理单元50施加到第一补偿信号以获得用于补偿第二OTDR脉冲序列的脉冲中的畸变的补偿信号的缩放因数是4。

图15A在上行示出了根据本发明的实施例的包括在由图5的共向传播光学信号发射器16发射的共向传播光学信号中的OTDR脉冲序列。在下行中，图15A示出了理想补偿信号和信号处理单元50生成的实际补偿信号之间的差异，其中，理想补偿信号将导致载波信号上由共向传播光学信号引起的畸变的理想补偿。

在所示的实施例中，共向传播光学信号发射器16配置为发射具有与24倍预定周期相对应的总持续时间(即，测量序列时间)的24个OTDR脉冲的序列。信号处理单元50配置为通过对由信号处理单元50确定的周期性共向传播光学信号86引起的载波信号的5个周期性相位变化进行平均来生成补偿信号。然而，在序列的第一脉冲期间，信号处理单元50可能已经接收到少于5个的OTDR脉冲，并且因此可能必须基于少于5个的周期性相位变化来生成平均值。因此，如图15A中所示，在共向传播光学信号的脉冲的每个序列的开始和结束处的不良的平均导致由信号处理单元50生成的实际补偿信号和将确保对畸变进行校正补偿的理想补偿信号之间的大的偏差。

图15B示出了本发明的实施例的情况，其中，共向传播光学信号发射器16配置为用于在脉冲序列开始处逐渐增加斜升时间的脉冲序列的光学功率以及在脉冲序列结束处逐渐减小斜降时间的脉冲序列的光学功率。在所示的实施例中，斜升时间(即，由共向传播光学信号发射器16发射的共向传播光学信号的脉冲的光学功率从零增加到最大值的时间)大约是与用于平均的脉冲数(在该示例性情况下为10)和两个连续脉冲之间的时间距离的乘积相对应的平均时间的1/2。斜降时间(即，由共向传播光学信号发射器16发射的共向传播光学信号的脉冲的光学功率从最大值降低到零的时间)同样是平均时间的大约1/2。因此，图15B中所示的序列具有大约是图15A所示的序列的持续时间的两倍的总持续时间。

由于共向传播光学信号的脉冲的光学功率(即，脉冲的幅度)在图15B的OTDR脉冲序列的开始和结束处逐渐增加或减小，因此由信号处理单元50执行的平均的结果也相应地增加或减少，由此可以避免理想补偿信号和由信号处理单元50生成的实际补偿信号之间的大的差异。

在其它类似的实施例中，斜升时间和斜降时间可以大于图15B所示的实施例中的斜升时间和斜降时间。图16示出了在斜升时间和斜降时间的不同持续时间以及在相同的最大功率时间(即，在共向传播光学信号的光学功率与最大值相对应的相同时间)由信号处理单元50生成的理想补偿信号和实际补偿信号之间的关系。在所示的实施例中，最大功率时间与100个标准化的时间单位相对应。斜升时间和斜降时间与共向传播光学信号的最大功率时间的比率从第一行增加到第四行，其中，在第一行中，斜升时间和斜降时间相对于最大功率时间是短的，在第四行中，斜升时间和斜降时间相对于最大功率时间是长的。

如图16所示，斜升时间和斜降时间与最大功率时间的较大比率导致由信号处理单元50生成的实际补偿信号与理想补偿信号之间的较小偏差。这也在图17中示出，其中，由信号处理单元50生成的实际补偿信号与理想补偿信号之间的最大偏差的相关度被示出为斜升时间和斜降时间中的每个的持续时间的函数，该持续时间以标准化的时间单位为单位，其中，斜升时间和斜降时间具有相同的持续时间。

在一些实施例中，如果信号处理单元50已经接收到与共向传播光学信号的脉冲序列的持续时间相关的信息，则信号处理单元50可以配置为等待在共向传播光学信号的脉冲序列的开始的检测和(载波信号的周期性相位变化的确定中所涉及的)周期性相位变化的测量的开始之间的预定时间，并且配置为在共向传播光学信号的脉冲序列结束之前的预定时间结束上述周期性相位变化的测量。

值得注意的是，如前面参考15B所述的，如果共向传播光学信号的脉冲生成为逐渐增加和/或降低脉冲序列的光学功率，则不需要实现参考图14描述的触发信号，尽管两种配置也可以组合使用。

如上所述，根据本发明的实施例的光学载波信号中的周期性畸变的补偿可以包括使用维特比-维特比(Viterbi-Viterbi)相位恢复技术来确定由共向传播光学信号引起的光学载波信号的周期性畸变。然而，本发明不限于使用维特比-维特比相位恢复技术，并且适用于补偿任何类型的周期性畸变，而与它们是否影响光学载波信号的幅度(强度)和/或相位无关。

在下文中，考虑了其中周期性共向传播光学信号引起光学载波信号的幅度和相位两者的畸变的一般示例。

图18a示出了光学载波信号的星座图，光学载波信号是包括8个符号的8QAM信号，这些符号具有用于符号的两个幅度值。存在两组具有相同幅度的四个符号，从而可以区分光学载波信号的内符号和外符号。由共向传播光学信号引起的畸变表现为与在图18d中表示为轨迹的符号共向传播光学信号中的每个的偏差，其中，轨迹可具有中断。由共向传播光学信号引起的畸变可以通过如图18d所示的单个轨迹来描述，该轨迹表示在星座图中在共向传播光学信号的一个周期期间光学载波信号中的畸变。与由共向传播光学信号引起的畸变相对应的轨迹也可以通过光学载波信号的相位和幅度的相应时间变化来描述，这分别在图18b和图18c中示出。

光学载波信号的相位和幅度的这种同时的时间变化可以例如由交叉相位调制(XPM)和受激拉曼散射(SRS)的联合效应引起，其中，受激拉曼散射是由光学载波信号和共向传播光学信号之间的相互作用引起的。而XPM导致光学载波信号的符号的相位的加性项，SRS导致乘法效应。换句话说，SRS导致光学载波信号的符号的幅度乘以由共向传播的光学信号确定的因数。

在本发明的一些实施例中，确定光学载波中的周期性畸变(参见图4中的步骤304)可以包括从相应符号的估计相位值中减去接收到的光学载波信号的相位值。附加地或替代地，确定光学载波中的周期性畸变(参见图4中的步骤304)可以包括将前述符号的估计幅度值乘以接收到的光学载波信号的幅度值，这在一些示例中可以通过放大器来实现。

参考图4描述的方法的步骤304然后可以包括：步骤308，在光学接收器10a处接收光学载波信号，并将其中包含的数据样本归因于符号字母表之外的符号；步骤310，通过确定所接收的光学载波信号的相位值和幅度值来确定如上所述的符号偏差；步骤312，确定信号畸变的轨迹是针对周期性共向传播光学信号的一个周期。

尽管在附图和前面的说明书中详细示出和说明了优选的示例性实施例，但是这些实施例应当被视为纯粹是示例性的，而不限制本发明。值得注意的是，仅示出和指定了优选的示例性实施例，并且当前或将来的所有变化和修改可落入如同样被保护的权利要求所限定的本发明的保护范围内。

参考符号列表

8，8a 光发射器

10，10a 光接收器

12，12a-d 传输光纤

14a-d，14NE 光放大器

16，16a-f OTDR设备

18 控制系统

20，20a-h 光子交叉连接器

22 管理系统

24 复用器

26 解复用器

30 光学前端

32 偏振分束器

34 分束器

36a，36b 90°混合

38a-d 平衡接收器(光电二极管)

40a-e 光纤跨距

42a-g 光学复用部分

44a-d 互阻抗放大器

46 本机振荡器

50 信号处理单元

52a-d 模拟数字转换

54 数字信号处理器

60 畸变补偿器

62 周期性信号检测器

63 周期性信号检测器

64 补偿信号生成器

68 存储设备

70 开关(逻辑)

72 畸变检测器

74 信令输入端口

76 控制器

80 光载波信号

82 电检测信号

84 输出信号

86 共向传播光信号

90 光路

100 畸变

110 线性畸变(例如，GVD)的补偿

112 时钟恢复

114 MIMO处理(极化均衡加扰)

116 载波相位恢复

118 解码

120 前向纠错

122 周期性畸变的补偿(发明部分)

150，150’ 光学系统

160 光网络

180 复用光信号(光载波信号)

186 复用光信号(共向传播光信号)

200 光纤段

202 时移

204 光载波信号的部分

206 非线性相互作用的强度

250 光学系统

252-264 网络元件

270 光开关

280-284 网络节点

300-312 方法步骤

304a 方法步骤

400 相位畸变

402 一个周期期间的波形

404 补偿信号

406 时间基础

408 畸变的周期。

Claims (15)

1.一种在光学接收器(10a)处补偿光学载波信号(80、180)中由周期性共向传播光学信号(86、186)引起的信号畸变的方法，其中，所述光学载波信号(80、180)和所述共向传播光学信号(86、186)至少部分地共向传播，其中，所述方法包括：

在所述光学接收器(10a)处接收(300)所述光学载波信号(80、180)，其中，所述光学载波信号(80、180)被所述共向传播光学信号(86、186)畸变；

在所述光学接收器(10a)处确定(302)所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性分量的周期；

在所述光学接收器(10a)处确定(304)所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性畸变；

生成(306)补偿信号，以根据所确定的周期性畸变来校正所畸变的光学载波信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述周期性畸变包括所畸变的光学载波信号(80、180)的相位变化和/或幅度变化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定(302)所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性分量的周期包括接收输入信号，所述输入信号指示所述共向传播光学信号(86、186)的周期。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性分量的周期包括通过解析模型和/或数值模型对所述光学载波信号(80、180)或所述光学载波信号(80、180)的部分进行建模，其中，所述模型优选地是贝叶斯概率模型，其中，确定所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性分量的周期包括使用格雷戈里和洛雷多算法。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性畸变包括使用维特比-维特比相位恢复技术；以及/或

其中，确定所畸变的光学载波信号(80、180)的由所述共向传播光学信号(86、186)引起的周期性畸变包括测量所畸变的光学载波信号(80、180)的多个畸变以及对所述多个测量值求平均，其中，每个测量值对应于与所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性分量的所确定的周期相等的时间长度；以及/或

其中，所述方法还包括存储与所述补偿信号有关的信息。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括生成具有预定周期的所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲；以及/或

其中，所述方法还包括在发射所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲序列之前发射触发脉冲，以及根据所述触发脉冲推断在所述光学接收器(10a)处要接收的光学载波信号(80、180)被所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲序列畸变；

其中，生成所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲优选地包括在发射所述共向传播光学信号(86、186)的具有第二光学功率的第二脉冲序列之前发射所述共向传播光学信号(86、186)的具有第一光学功率的第一脉冲序列，其中，所述第一光学功率小于所述第二光学功率，其中，所述方法优选地还包括通过缩放第一补偿信号来补偿由所述第二脉冲序列的脉冲引起的畸变，其中，所述第一补偿信号是通过缩放因数针对所述第一脉冲序列的脉冲确定的，其中，所述缩放因数与所述第二光学功率和所述第一光学功率的比率相对应，或者是所述第二光学功率和所述第一光学功率的比率的函数；以及/或

其中，所述第一光学功率优选地比所述第二光学功率小至少2倍，优选地比所述第二光学功率小至少4倍，更优选地比所述第二光学功率小至少8倍。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，生成所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲包括在所述脉冲序列的开始处在斜升时间内逐渐增加所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲序列的光学功率；

其中，所述斜升时间优选地至少等于平均时间的0.1倍、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.5倍、5倍或10倍，所述平均时间与用于平均的脉冲的数目与两个连续脉冲之间的时间距离的乘积相对应，以及/或

其中，生成所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲包括在所述脉冲序列结束处在斜降时间内逐渐降低所述共向传播光学信号(86、186)的脉冲序列的光学功率；

其中，所述斜降时间优选地至少等于平均时间的0.1倍、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.5倍、5倍或10倍，所述平均时间与用于平均的脉冲的数目与两个连续脉冲之间的时间距离的乘积相对应。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述共向传播光学信号(86、186)是同向光学时域反射计信号或反向光学时域反射计信号，或者其中，所述共向传播光学信号(86、186)是同向光学监控信道信号或反向光学监控信道信号，以及/或

其中，所述光学载波信号(80、180)是多信道信号，并且其中，所述共向传播光学信号(86、186)与所述光学载波信号(80、180)的一个或多个信道相对应。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述光学接收器(10a)处接收所述共向传播光学信号(86、186)。

10.一种包括可执行指令的可读存储介质，所述可执行指令在由处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

11.一种信号处理单元(50)，配置用于在光学接收器处补偿光学载波信号(80、180)中由周期性共向传播光学信号(86、186)引起的信号畸变，其中，所述光学载波信号(80、180)和所述共向传播信号(86、186)至少部分地共向传播，其中，所述信号处理单元(50)配置用于：

确定所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性分量的周期；

确定所述载波信号(80、180)的由所述共向传播光学信号(86、186)引起的周期性畸变；以及

生成补偿信号，以根据所确定的周期性畸变来校正所畸变的光学载波信号(80、180)；

其中，所述信号处理单元优选地配置用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

12.一种光学系统(150、150’、160、250)，包括用于接收光学载波信号(80、180)的光学接收器(10a)，其中，所述光学接收器(10a)包括根据权利要求11所述的信号处理单元(50)，其中，所述信号处理单元(50)配置用于补偿所述光学载波信号(80、180)中由周期性共向传播光学信号(86、186)引起的信号畸变，其中，所述光学载波信号(80、180)和所述共向传播信号(86、186)在连接到所述光学系统或可连接到所述光学系统的光路的至少部分中共向传播。

13.根据权利要求12所述的光学系统(150、150’、160、250)，还包括用于发射具有预定周期的所述共向传播光学信号(86、186)的共向传播信号发射器(16)，其中，所述共向传播信号发射器(16)优选地配置用于根据如根据权利要求6至8中任一项所述的附加特征限定的方法来发射所述共向传播光学信号(86、186)。

14.根据权利要求13所述的光学系统，其中，所述共向传播信号发射器(16)配置为向所述光学接收器(10a)的信号处理单元(50)发送输入信号，所述输入信号指示所述共向传播信号(86、186)的预定周期；以及

其中，所述光学接收器(10a)的信号处理单元(50)还配置用于基于所接收的输入信号来确定所畸变的光学载波信号(80、180)的周期性分量的周期。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统，其中，所述光学系统(150、150’、160、250)还包括存储装置(68)；其中，所述信号处理单元(50)还配置用于将所生成的补偿信号存储到所述存储装置(68)中，并且配置用于使用所存储的补偿信号来补偿后续光学载波信号；以及/或

其中，所述共向传播信号发射器(16)包括OTDR装置(16a至16f)，并且其中，所述共向传播光学信号(86、186)包括OTDR信号；以及/或

其中，根据权利要求12或14所述的光学接收器(10a)和根据权利要求13或14所述的共向传播信号发射器(16)集成在相同的网络节点或网络元件中。

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