CN114257303A - 一种抑制光纤通信非线性效应的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制光纤通信非线性效应的方法和系统，涉及光纤通信技术领域，该方法包括：采用幅度维度上的调制格式调制光信号后，以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，以抑制光纤通信非线性效应。本发明中的抑制光纤通信非线性效应的方法，其能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应。

Description

一种抑制光纤通信非线性效应的方法和系统
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种抑制光纤通信非线性效应的方法和系统。
背景技术
光纤通信中，光纤的损耗、色散、非线性是影响光传输系统性能的主要因素，直接限制了传输距离、传输速率和传输容量。
随着技术的发展，光放大器能较好地解决损耗问题；DCF(DispersionCompensated Fiber，色散补偿光纤)等各种光域色散补偿技术能较好地对色度色散进行补偿。对于光纤引起的非线性损伤，直检接收一直没有好的解决方法。
100Gb/s及以上速率的光纤通信系统，普遍采用相干光接收。相干光接收可以通过数字信号处理技术较好地在电域解决色散问题。至于非线性损伤，相干光接收从理论上可以基于DBP(Digital Back-propagation，数字背向传输)进行补偿，但因过于复杂而难于实现，实际一般只是通过低复杂度的算法适当弱化非线性影响。
因此，目前光纤通信中，主要采取各种方法避免产生非线性效应，而不是真正对非线性损伤进行均衡补偿。然而，现有技术中为避免产生非线性效应，采用的很多方式下会降低发送端的OSNR(Optical Signal-to-noise Ratio，光信噪比)，也就是说，目前缺乏一种能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应的方式。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明第一方面提供一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
采用幅度维度上的调制格式调制光信号后，以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，以抑制光纤通信非线性效应。
一些实施例中，所述以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，包括：
使光信号以N倍于数据时钟频率的速率分别处于正交的X偏振态和Y偏振态上，其中N为大于等于2的正整数。
一些实施例中，所述N等于2。
一些实施例中，所述采用幅度维度上的调制格式调制光信号，包括：
调制器采用幅度维度上的调制格式将数据信号调制到连续波激光器的出光上。
一些实施例中，所述调制器采用OOK或PAM4调制格式进行幅度调制。
本发明第二方面提供一种抑制光纤通信非线性效应的系统，其能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种抑制光纤通信非线性效应的系统，包括：
激光器；
调制器，其用于采用幅度维度上的调制格式将数据信号调制到所述激光器的出光上；
偏振态控制器，其用于以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，以抑制光纤通信非线性效应。
一些实施例中，所述偏振态控制器使光信号以N倍于数据时钟频率的速率分别处于正交的X偏振态和Y偏振态上，其中N为大于等于2的正整数。
一些实施例中，所述N等于2。
一些实施例中，所述激光器为连续波激光器。
一些实施例中，所述幅度调制器采用OOK或PAM4调制格式进行幅度调制，以将数据信号调制到所述连续波激光器的出光上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明中的抑制光纤通信非线性效应的方法，其采用幅度维度上的调制格式调制光信号后，以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交。由于光纤中非线性效应(如FWM、XPM、SPM等)的发生，需要相位、偏振、功率等多个条件的匹配，本发明通过破坏光脉冲前后部分的偏振态，使其正交，不需要采用前置DCF，从而能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应。
附图说明
图1为现有技术中采用前置DCF抑制非线性效应的方案示意图；
图2为本发明实施例中波特周期内偏振态变化示意图；
图3为本发明实施例中采用的方法的数值仿真结果；
图4为本发明实施例中抑制光纤通信非线性效应的系统的结构框图。
具体实施方式
针对为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要进一步说明的是，光纤中的非线性主要包括散射和克尔效应。散射分为布里渊散射和拉曼散射，前者随着信号谱宽增大而可忽略，后者要求很高的阈值功率而难以形成。所以，光纤通信中最关注的非线性效应是三阶非线性，即克尔效应，其又主要包括SPM(Self-phase Modulation，自相位调制)、XPM(Cross-phase Modulation，交叉相位调制)、FWM(Four Wave Mixing，四波混频)。由于这些效应与光功率直接相关，解决方案大致有三种，一是直接降低入纤光功率，使之低于非线性功率阈值；二是选择功率效率更高的调制和码型技术，如CSRZ(Carrier-Suppressed Return-to-Zero，抑制载波归零码)等；三是在入纤功率高于非线性阈值功率时，通过破坏非线性形成的条件来一定程度上抑制非线性的产生。
系统传输速率的提高，要求更高的OSNR，一般波特率翻倍，则OSNR要求提高3dB。由于光功率是保证一定OSNR的前提，因此前述抑制非线性的方法中，第一种没有意义。目前实际应用较多的是第三种方法，即通过前置一定长度的DCF，在时域展宽脉冲，使入纤前功率在时间上分布较为均匀，从而较好地抑制SPM、XPM。
参见图1所示，根据ITU-T G.692，系统发送端的信噪比(在光放大器之前，图1中的A点处)为：OSNRs＝Pch-10lg(hν/ν0)＝58+Pch。在光纤通信中，光放大器的自发辐射噪声是最主要的噪声源，显然A点处的OSNR越高，经过后面的光纤链路(含光放大器)传输后，接收端能获得的OSNR就越高。上式中的Pch是发送信号光功率，进入放大器之前的大Pch，则OSNRs大。在图1中，为了抑制光纤非线性效应，在A点与发射机之间加入了一定长度的前置DCF。但是这样一来，DCF总是具有较大的损耗，其直接降低了进入光放大器的Pch，亦即降低了OSNRs。另外，图1的方法中，脉冲展宽虽然对SPM、XPM有一定抑制效果，但对于高速率系统，FWM有所加重。
此外，在普通场合的光传输系统，图1的方法是合理的。但是，随着光纤传输波特率的提升，在因为成本原因而不采用相干光接收的高速光纤通信系统(如25G PAM4、50GPAM4)，以及OSNR预算紧张的光纤通信系统(如相隔几百公里的海岛间光纤传输，或需要穿越几百公里沙漠的光纤传输)，图1的方法是不适合的，且其作用也是有限的。这些系统既要求尽一切可能提高发端OSNR，又希望能极大弱化因高入纤功率导致的非线性损伤。因此，必须要有一种方法，能既不降低发端OSNR(极高入纤功率)，又有效地抑制包括SPM、XPM、FWM等在内的众多非线性效应，这对于提升高速率、直检接收的光纤传输系统性能的具有重要意义。
为解决上述问题，参见图2所示，本发明实施例提供一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应，该方法包括以下步骤：
采用幅度维度上的调制格式调制光信号后，以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，以抑制光纤通信非线性效应。
值得说明的是，本发明实施例所述的方法，与通常的光纤链路扰偏有较大不同。通常的光纤链路扰偏，其目的是为了消除光的偏振所引起的偏振相关损害，如光纤的偏振模色散(Polarization Mode Dispersion，PMD)、无源光器件的偏振相关损耗(PolarizationDependent Loss，PDL)、光放大器的偏振相关增益(Polarization Dependent Gain，PDG)、接收机的偏振相关响应(Polarization Dependent Response，PDR)等，其对偏振态变化速度的要求很低(远远低于信号波特率)。正因为偏振态变化缓慢，所以通常的光纤链路扰偏，对发送端采用的调制/复用格式、接收方式没有特殊要求，但本发明实施例所述的方法由于在发端对偏振态进行高于波特率的高速调制，所以不允许采用偏振维度上的调制/复用格式(如偏振复用、偏振位移键控等)，接收端也不能采用相干光接收。因此，本发明实施例专用于在幅度维度上的调制格式(如OOK、PAM4等)，比如，调制器采用幅度维度上的调制格式将数据信号调制到连续波激光器的出光上，且收端采用直检方式接收。
为了以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，一些实施例中，采用的方式是使光信号以N倍于数据时钟频率的速率分别处于正交的X偏振态和Y偏振态上，其中N为大于等于2的正整数，优选地，N值等于2。参见图2所示，上、下两个信号波形分别示意输入和输出光信号，图示是N＝2的情形，其中X偏振方向和Y偏振方向正交。
参见图3所示，通过数值仿真软件对本发明实施例的抗非线性性能进行了仿真。仿真中，不采用前置DCF，线路为标准单模光纤(250公里，单跨距)，发端功率放大器输入光纤的光功率分别设置为16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27dBm。接收信号的Q值与系统误码率有明确的对应关系，且易于测量，Q值越大，说明系统的误码率越低，系统性能越好。一般而言，信道原始误码率低于10-4，则可以依靠前向纠错的方法实现无误码传输，10-4误码率所对应的Q值是3.5。仿真中，接收端信号的Q值对比情况见图3，小圆圈对应于普通NRZ信号，小菱形对应于本发明在N＝2时的NRZ信号。可以看出，随着入纤光功率的逐步增大，普通NRZ信号的Q值迅速降到3.5以下；本发明的NRZ信号的Q值则一直保持在较大的值，性能明显提升。
综上所述，本发明中的抑制光纤通信非线性效应的方法，其采用幅度维度上的调制格式调制光信号后，以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交。由于光纤中非线性效应(如FWM、XPM、SPM等)的发生，需要相位、偏振、功率等多个条件的匹配，本发明通过破坏光脉冲前后部分的偏振态，使其正交，不需要采用前置DCF，从而能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应。
与此同时，参见图4所示，本发明实施例还提供一种抑制光纤通信非线性效应的系统，其能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应。该系统包括激光器、调制器和偏振态控制器。
其中，调制器用于采用幅度维度上的调制格式将数据信号调制到所述激光器的出光上。偏振态控制器用于以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，以抑制光纤通信非线性效应。
具体而言，激光器的出光经过数据调制后，送往偏振态形成器。在偏振态形成器控制信号的控制下，偏振态形成器以N倍于数据时钟的速率改变光信号的偏振态，且N大于等于2。亦即，偏振态控制器使光信号以N倍于数据时钟频率的速率分别处于正交的X偏振态和Y偏振态上，其中N为大于等于2的正整数。图2的上、下两个信号波形分别示意偏振态形成器的输入和输出光信号，图示是N＝2的情形，其中X偏振方向和Y偏振方向正交。
进一步地，所述激光器为连续波激光器(CW激光器)。
进一步地，所述幅度调制器采用OOK或PAM4调制格式进行幅度调制，以将数据信号调制到所述连续波激光器的出光上。
综上所述，本发明中的抑制光纤通信非线性效应的系统，其采用幅度维度上的调制格式调制光信号后，以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交。由于光纤中非线性效应(如FWM、XPM、SPM等)的发生，需要相位、偏振、功率等多个条件的匹配，本发明通过破坏光脉冲前后部分的偏振态，使其正交，不需要采用前置DCF，从而能既不降低发送端OSNR，又有效地抑制光纤通信非线性效应。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
采用幅度维度上的调制格式调制光信号后，以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，以抑制光纤通信非线性效应。
2.如权利要求1所述的一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其特征在于，所述以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，包括：
使光信号以N倍于数据时钟频率的速率分别处于正交的X偏振态和Y偏振态上，其中N为大于等于2的正整数。
3.如权利要求2所述的一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其特征在于：所述N等于2。
4.如权利要求1所述的一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其特征在于，所述采用幅度维度上的调制格式调制光信号，包括：
调制器采用幅度维度上的调制格式将数据信号调制到连续波激光器的出光上。
5.如权利要求4所述的一种抑制光纤通信非线性效应的方法，其特征在于：所述调制器采用OOK或PAM4调制格式进行幅度调制。
6.一种抑制光纤通信非线性效应的系统，其特征在于，包括：
激光器；
调制器，其用于采用幅度维度上的调制格式将数据信号调制到所述激光器的出光上；
偏振态控制器，其用于以高于信号波特率的速率改变所述光信号的偏振态，并使不同偏振态间相互正交，以抑制光纤通信非线性效应。
7.如权利要求6所述的一种抑制光纤通信非线性效应的系统，其特征在于，所述偏振态控制器使光信号以N倍于数据时钟频率的速率分别处于正交的X偏振态和Y偏振态上，其中N为大于等于2的正整数。
8.如权利要求7所述的一种抑制光纤通信非线性效应的系统，其特征在于：所述N等于2。
9.如权利要求6所述的一种抑制光纤通信非线性效应的系统，其特征在于：所述激光器为连续波激光器。
10.如权利要求9所述的一种抑制光纤通信非线性效应的系统，其特征在于：所述幅度调制器采用OOK或PAM4调制格式进行幅度调制，以将数据信号调制到所述连续波激光器的出光上。
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