CN1222123C - 光纤通信方法以及实现该方法所用系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤通信的一种方法。一个带有由线性调频参量确定的线性调频的光信号，输出至光纤传输线。由光纤传输线传送的光信号被转换成电信号。检测电信号的误码。然后，控制线性调频参量，使上述检测到的误码减少。按此方法，是控制线性调频参量，使检测到的误码减少。因此，在光纤传输线内发生的线性调频，能够用将要输出至光纤传输线的光信号的线性调频来抑制，从而对色散和非线性加以补偿。

Description

光纤通信方法以及实现该方法所用系统和设备
技术领域
本发明一般涉及光纤中的色散与非线性的补偿，更具体说，是涉及光纤通信的一种方法，它能补偿光纤中的色散和非线性，以及实现该方法所用的设备和系统。
背景技术
得益于低损耗石英光纤近来的发展，使用这种光纤作传输线的各种光纤通信系统已经实用化了。光纤本身带宽非常宽。但是，光纤传输容量实际受系统设计所限制。最重要的限制归因于光纤中发生的色散现像带来的波形畸变。此外，光纤以例如约0.2dB/km的数值使光信号衰减。由于这种衰减，光纤的这种损耗要用光放大器加以补偿，例如用作为光放大器典型例子的掺铒光纤放大器(EDFA)。EDFA的增益频带在1.55μm频段上，而石英光纤在此频段上有最低损耗。
色散现像常简称为色散，它的现像是，光纤中光信号的群速度作为光信号波长(或频率)的函数而改变。在标准的单模光纤中，例如，在波长小于1.3μm的区域，波长较长的光信号比波长较短的光信号传播得更快，所产生的色散通常称为正常色散。在此情形下，其色散(单位是ps/nm/km)取负值。与之相反，在波长大于1.3μm的区域，波长较短的光信号比波长较长的光信号传播得更快，所产生的色散通常称为反常色散。在此情形下，色散取正值。
近年来，光信号功率由于使用EDFA而增加，与之相关的光纤非线性问题引起了注意。限制传输容量的最重要的非线性，是在光纤中发生的光学Kerr效应。光学Kerr效应现象是，光纤的折射率随光信号强度的功率而改变。折射率的变化对光纤中传播的光信号的相位加以调制，结果发生了改变信号频谱的频率线性调频(chirp)。这种现象通称自相位调制(SPM)。SPM引起的频谱变化还可能因色散而进一步加大波形畸变。
这样，色散与光学Kerr效应加在光信号上的波形畸变随传输距离而增大。因此，要用光纤作远程传输，其色散和非线性必须加以控制，补偿，或抑制。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种光纤通信方法，它能为远程传输作色散与非线性补偿，并且还提供实现该方法所用的设备与系统。本发明的其他目的可从下面的叙述看得更清楚。
按照本发明的一个方面，是提供光纤通信的一种方法。把具有第一正线性调频参量的线性调频的第一光信号输出至光纤传输线；把所述光纤传输线传送的第一光信号转换为第一电信号；检测所述第一电信号的第一误码；和把具有第二负线性调频参量的线性调频的第二光信号输出至所述光纤传输线；把所述光纤传输线传送的第二光信号转换为第二电信号；检测所述第二电信号的第二误码；以及通过比较所述第一误码和所述第二误码，固定所述第二正线性调频参量和所述第二负线性调频参量中的一个，以便降低所检测的误码。
按照此方法，是控制线性调频参量使测到的误码减少。因此，发生在光纤传输线上的线性调频能被要输出到光纤传输线上的线性调频所抑制，从而补偿了色散和非线性。
例如，在用Mach-Zehnder(马赫-曾德尔)光调制器作光调制而产生光信号的情形下，要输出到光纤传输线的光信号的线性调频参量，其符号能通过切换Mach-Zehnder光调制器的工作点而切换。
还有，在用电吸收光调制器作光调制而产生光信号的情形下，线性调频参量能根据加在电吸收调制器的偏置电压而连续改变。因此，能调整线性调频参量到最佳值，使测得的误码变成最少。
最好是，在传输数据码中添加冗余码以获得调制信号，在这个调制信号的基础上进行光调制，以产生光信号。在此情形下，电信号的误码能根据冗余码来纠正。特别是，电信号的误码能通过对误码纠正次数的计数而检测出来。
按照本发明的另一个方面，是提供一个系统，它包括：第一终端设备和第二终端设备；及连接所述第一终端设备和所述第二终端设备的光纤传输线；所述第一终端设备包括：一个光发射器，把带有由线性调频参量确定的线性调频的光信号输出至所述光纤传输线；和一个控制单元，它按照控制信号控制所述线性调频参量；所述第二终端设备包括：一个光接收器，把所述光纤传输线传送的光信号转换为电信号，一个监控器单元，用于检测所述电信号的误码，和，把有关检测出的所述误码的监控信息传送至所述第一终端设备的装置；其中，所述光发射器把具有第一正线性调频参数的线性调频的第一光信号和具有第二负线性调频参数的线性调频的第二光信号输出到所述光纤传输线；并且所述控制单元通过比较与所述第一光信号有关的第一监控信息和与所述第二光信号有关的第二监控信息，固定所述第一正线性调频参数和所述第二负线性调频参数中的一个，从而降低所检测的误码。
按照本发明的再一个方面，是提供一个终端设备，它包括：一个光发射器，把一个带有由线性调频参量确定的线性调频的光信号，输出至光纤传输线；接收关于误码的监控信息的装置，该误码是在所述光纤传输线传送的光信号中检测出的；以及控制单元，按照控制信号控制所述线性调频参量；其中，所述光发射器把具有第一正线性调频参数的线性调频的第一光信号和具有第二负线性调频参数的线性调频的第二光信号输出到所述光纤传输线；并且所述控制单元通过比较与所述第一光信号有关的第一监控信息和与所述第二光信号有关的第二监控信息，固定所述第一正线性调频参数和所述第二负线性调频参数中的一个，从而降低所检测的误码。
附图说明
本发明的上述和其他目的、特征和优点，以及其实施方法，从下面的说明和所附权利要求书，并参照附图，将变得更加清楚明白，其中附图画出一些本发明的优选实施例。
图1是方框图，画出按照本发明的系统的一个优选实施例；
图2是方框图，画出图1中第一终端设备的一个优选实施例；
图3是方框图，画出图1中第二终端设备的一个优选实施例；
图4是个图解，说明图2中Mach-Zehnder光学调制器(MZ调制器)工作点的稳定原理；
图5A至5D是曲线图，说明在MZ调制器中线性调频参量的切换；
图6是流程图，说明图2所示设备的运作；
图7是曲线图，表示光纤的色散特性；
图8A至8C是说明图，说明使用色散移位光纤(DSF)和预放大器情形下的可传输距离；
图9A至9C是说明图，说明使用DSF、后放大器和预放大器情形下的可传输距离；
图10A至10C是说明图，说明使用单模光纤(SMF)和预放大器情形下的可传输距离；
图11A至11C是说明图，说明使用SMF、后放大器和预放大器情形下的可传输距离；
图12是方框图，画出图1中第一终端设备的另一个优选实施例；
图13是原理图，画出图12中集成激光二极管调制器(MI-LD)的结构；
图14是曲线图，表明输出光功率与MI-LD中LD的偏置电流间的关系；
图15是曲线图，表明衰减与所加电压间的关系；
图16是图解，表明MI-LD的工作特性；
图17是曲线图，画出MI-LD中线性调频参量与所加电压间的关系；以及
图18A与18B是图解，说明图12中光发射器的工作原理。
具体实施方式
现在将参照附图，详细说明本发明的一些优选实施例。所有附图中，相同的部件基本上都用相同的参考数字标记。
图1是方框图，画出按照本发明的系统的一个优选实施例。此系统包括：第一终端设备2、第二终端设备4、和连结第一、第二终端设备2和4的光纤传输线6。第一终端设备2包括：输出光信号的光发射器8，它从其第一端口6A把带有由线性调频参量决定的线性调频的光信号，送至光纤传输线6；和根据控制信号CS控制光发射器8中线性调频参量的控制单元10。第二终端设备4包括：光接收器12，它把光纤传输线6传送的光信号，转变成电信号；和监控器单元14，它检测来自光接收器12的电信号的误码。第二终端设备4还包括发送单元16，它把检测到的有关误码的监控信息传送至第一终端设备2。
第一终端设备2还包括接收单元18，用于接收从第二终端设备4发送来的监控信息。接收单元18产生要提供给控制单元10的控制信号CS，例如使监控器单元14检测到的误码减少。监控信息从发送单元16到接收单元18的传送，可以用光纤传输线6，也可以用另一根没有画出的光纤传输线，或者用电路或无线电电路等完成。
图2是方框图，画出图1中第一终端设备2的一个优选实施例。光发射器8包括：光源20，例如输出连续波(CW)光的激光二极管；FEC(前向纠错)编码器22，它在输入信号IS传送的数据码中添加冗余码，以产生调制信号MS；和Mach-Zehnder光调制器(MZ调制器)24，它根据调制信号MS调制来自光源20的CW光波，产生光信号。由此产生的光信号通过光耦合器26输出至光纤传输线6。
图3是方框图，画出图1中第二终端设备4的一个优选实施例。光接收器12包括：光检测器(PD)28，例如光电二极管，它把光纤传输线6传送来的光信号转换成电信号；解调电路30，它根据光检测器28输出的电信号完成解调；和FEC解码器32，它根据FEC编码器22添加的冗余码，对解调电路30输出的电信号的误码进行纠错(见图2)。于是，监控器单元14记下FEC解码器32中误码的纠错数目，便能检测出误码。
送进FEC编码器22的输入信号IS和来自FEC解码器32的电信号要遵从同步数字体系(SDH)。SDH是为有效地多路复用各种高速业务或现存的低速业务而规定的一种界面，它已于1988年11月在CCITT(现在是ITU-T)上标准化了。多路复用的特性在于采纳一个基本速率155.52Mb/s(称为STM-1)及其整数倍，即，N×155.52Mb/s作为传输速率，但以网络中的频率是同步化的为条件。目前，规定了N＝1，4，及16，即，155.52Mb/s(STM-1)，622.08Mb/s(STM-4)，和2.48832Gb/s(STM-16)。
FEC解码器32(见图3)输出误码已被纠正的传输数据，还输出反映误码纠错数的数据。因此，监控器单元14记下FEC解码器32中误码纠错数，从而容易测出误码程度。在监控单元14中测得的纠错数，作为监控信息，从发送单元16送至第一终端设备2。
光发射器8以及控制单元10的配置和运行，现参照图2详加说明。
MZ调制器24包括：与光源20作光学连接的输入口24A；与光耦合器26作光学连接的输出口24B；一对光路36与38，通过一个Y分支34光学上耦合到输入口24A；以及另一个Y分支40，它把光路36与38光学上耦合至输出口24B。要获得Y分支34与40和光路36与38，可以用Ti等按给定图形，在如LiNbO3等介质衬底上进行热扩散，从而形成光波导结构。在光路36与38上，分别设有接地电极42和信号电极44，以便把电场加在光路36与38上。信号电极44例如作成行波型。
光源20向输入口24A提供的CW光，首先在Y分支34上分成相同功率的第一分支光束和第二分支光束。第一和第二分支光束分别在光路36和38中传播，然后在Y分支40上会合。在接地电极42和信号电极44间产生的电场沿相反方向改变光路36和38的折射率，从而在第一和第二两分支光束间产生相位差。然后，相位不同第一和第二分支光束在Y分支40上干涉，于是，按调制信号MS作强度调制的一个光信号从输出口24B输出。
为驱动MZ调制器24并稳定其工作点，光发射器8还要包括：一个叠加电路46，一个偏置电路48，一个低通滤波器50，一个相位检测器52，一个振荡器54，和一个光检测器56。此外，在此实施例中的控制电路10包括线性调频参量设定电路58和两个符号翻转电路60与62。
从振荡器54输出，频率为f0的低频信号，被用来稳定工作点。此低频信号经过符号翻转电路62提供给叠加电路46。来自FEC编码器22的调制信号MS经过符号翻转电路60提供给叠加电路46。在叠加电路46内，低频信号叠加在调制信号MS上，一个合成的叠加信号提供给信号电极44。叠加电路46可以由一个增益可变放大器和一个电容组成，电容把该放大器交流地连接于信号电极44。符号翻转电路60和62由线性调频参量设定电路58控制。这种控制将在下面详细说明。
为稳定工作点而受控的一个偏置电压，由偏置电路48提供给信号电极44。为控制偏置电压，从MZ调制器24输出口24B输出的光信号的一部分，由光检测器56转换成电信号。这个电信号可能包含频率为f0的低频分量。相位检测器52是作为同步检测电路而设置的。相位检测器52比较振荡器54来的低频信号相位和光检测器56来的低频分量相位。相位比较结果出现在相位检测器52输出信号的DC分量中。从而，此DC分量被低通滤波器50提取并反馈给偏置电路48。在该反馈回路内，偏置电路48控制偏置电压，使光检测器56来的低频分量变成最小。
参考图4，它画出稳定图2中MZ调制器24的工作点的原理。参考数字64表示输入到MZ调制器24的电信号波形。MZ调制器24的最佳工作点由工作特性曲线决定，其中输入电信号64的高、低两个电平分别给出最大的和最小的信号功率。工作特性曲线由一正弦曲线给出，它表示光功率与所加电压间的关系。工作特性曲线沿电压轴的移动就是指工作点的移动。
因为温度的起伏和类似的原因，工作特性曲线66移至曲线68或70，此时，在输出光信号中出现一个低频分量，低频分量的相位反映了曲线66的移动方向。就是说，由工作特性曲线68和70给出的输出光信号包络，其相位互相差180°。因此，如图2所示，通过用相位检测器52作同步检测，就能稳定MZ调制器24的工作点。
现在参照图5A至图5D，说明用符号翻转电路60与62切换线性调频参量。在MZ调制器24，用干涉来进行光学切换，因此可以利用实质上因干涉而产生的波长起伏(线性调频)，进行预线性调频。预线性调频是一种方法，用于抑制光纤传输线中因色散和非线性效应产生的传输波形劣化，方法是使将要传送的光信号的一个脉冲内发生波长(频率)起伏。
因为给出的MZ调制器24工作特性曲线是一正弦曲线，所以有多个工作点可以成为稳定工作点。
参看图5A，上面画出MZ调制器24的一条工作特性曲线。使用稳定点Vb1附近的区域72，给出图5B左侧曲线所示正脉冲作为要加的电压，在此情形下，在区域72内，光功率(P)随所加电压(V)的增加而增加。因此，输出光脉冲的极性与电压脉冲相同，如图5C左侧曲线所示。在此情形下，光脉冲上升部分的波长短于平均值，而光脉冲下降部分的波长长于平均值，如图5D左侧曲线所示。就是说，在一个光脉冲内，波长随时间从较短波长(蓝侧)移至较长波长(红侧)。这种现象称为红移。
反之，使用另一个稳定点Vb2附近的区域74，给出图5B右侧曲线所示的负电压脉冲，在此情形下，在区域74内，光功率(P)随所加电压(V)的增加而减小。因此，输出光脉冲的极性与电压脉冲的极性相反，如图5C右侧曲线所示。在此情形下，光脉冲上升部分的波长移向较长波长，而光脉冲下降部分的波长移向较短波长，如图5D右侧曲线所示。就是说，在一个光脉冲内，波长随时间(t)从较长波长(红侧)移至较短波长(蓝侧)。这种现象称为蓝移。
一个光脉冲的线性调频参量α由下式给出：
α＝2(dφ/dt)/(dS/dt)/S
这里φ是光的相位，而S是光的强度。在红移的情形下，线性调频参量α取正值，而在蓝移的情形下，线性调频参量α取负值。
当光信号波长比用作传输线的光纤的零色散波长短时，即落在正常色散区时，在光纤中长波长光比短波长光传播得快。因此，利用预先给出0＜α(红移)的预线性调频，产生脉冲压缩以获得大的眼图张度。反之，当光信号波长落在反常色散区时，短波长光比长波长光传播得快。因此，利用预先给出α＜0(蓝移)的预线性调频，能获得大的眼图张度。此外，按照传输线的条件，调整线性调频参量α，整个系统的传输条件能够优化。
在图2所示优选实施例中，线性调频参量设定电路58的作用是切换稳定点Vb1与Vb2，从而切换线性调频参量α的符号。
更具体地说，符号翻转电路62用于翻转振荡器54向叠加电路46提供的低频信号的极性。当符号翻转电路62切换低频信号的极性时，送给叠加电路46的低频信号的相位便翻转。结果，包括光电检测器56在内的反馈回路的控制方向颠倒过来。例如，如果切换前的稳定点是图5A中的Vb1，那么，切换后的稳定点便变为Vb2。结果，线性调频参量α的符号便翻转。在此情形下，在原先的稳定点Vb1，光功率是随所加电压的增加而增加的，在切换后的稳定点Vb2，光功率则随所加电压的增加而减小。从这一点来看，对调制信号MS采用符号翻转电路60，是为了保持下面两个关系完全一致：从FEC编码器22输出的调制信号的高电平与低电平关系和从MZ调制器24输出的光信号的高功率与低功率关系完全一致。
在图2所示优选实施例中，符号翻转电路62放在振荡器54与叠加电路46之间，但是，符号翻转电路62也可以放在振荡器54与相位检测器52之间，或者放在光检测器56与相位检测器52之间。
由图3中监控器单元14检测到的在FEC编码器32中的误码纠错数目(以下称为“错数”)，被送至发送单元16。发送单元16包括：与监控信息有关的监控电路76，监控信息含有来自监控器单元14的错数；以及光发射器78，它产生以监控信息为基础的光信号，把监控信息传送给第一终端设备2(见图1与图2)。
在这个优选实施例中，光发射器78输出的光信号，从其第一端口80A送给光纤传输线80。光纤传输线80是与光纤传输线6不同的一条信道。
如图2所示，从发送单元16输出并经光纤传输线80传送的光信号，从光纤传输线80的第二端口80B送给接收单元18。接收单元18包括光检测器82和解调电路84，光检测器82把来自光纤传输线80的光信号转换成电信号，解调电路84根据光检测器82输出的电信号，恢复错数。错数经过缓冲寄存器86送至CPU 88。存储单元90与CPU 88相联。存储单元90包括：预先存有程序和数据的ROM(只读存储器)，以便执行程序；和随机存储CPU 88计算结果的RAM(随机存取存储器)。CPU88的计算结果作为控制信号CS，经寄存器92送至控制单元10的线性调频参量设定电路58。
现在，参照流程图图6来说明图2所示设备的工作原理。在步骤102，线性调频参量α设定为正值，于是，从光发射器8输出的光信号带有红移的线性调频。在步骤104，检测当前的错数EC1，同时把检测值存入存储单元90。在步骤106，线性调频参量α设定为负值，从光发射器8输出的光信号带有蓝移的线性调频。在步骤108，检测当前的错数EC2，同时把检测值存入存储单元90。
在步骤110，存在存储器单元90的错数EC1与EC2互相比较。如果错数EC2小于错数EC1，流程结束。就是说，从光发射器8输出蓝移线性调频的光信号的条件被固定。反之，在步骤110的判定中，如果错数EC2大于或等于错数EC1，程序将向前执行步骤112。在步骤112，线性调频参量α再一次设定为正值，然后结束这个流程，于是，从光发射器8输出红移线性调频的光信号的条件被固定。
图6的运算可以在系统开始启动时执行，或者，当改变传输路由，更换光发射器，或查找故障的时候，重新启动系统时执行。
虽然在本优选实施例中，由于采用了CPU 88，线性调频参量的符号是自动切换的，但操作者可以按照测出的错数手动地切换。
在图6的流程中，当错数EC1与EC2互相相等时，让光发射器8输出一个红移线性调频光信号的理由如下，例如，在图5A至图5D的运行中，通过加偏置Vb1以获得红移线性调频，可以免除符号翻转电路60与62中的逻辑翻转(见图2)，因而对设备的运算有好处。
虽然在本优选实施例中，光纤传输线80(见图2及图3)专门用来把监控器单元14测得的错数监控信息从第二终端设备4传送至第一终端设备2，通用的主信号也可以用光纤传输线80传送。此时，关于错数的监控信息可以包含在主信号的OH(额外开销)信息内。
特别在本优选实施例中，用FEC编码器22和FEC解码器32进行误码纠错，可以改善误码率(BER)。例如，用Reed-Solomon码纠错，BER能得到的改善是：设原光信号的BER分别是10-3，10-4，和10-5，纠错后的BER分别下降为10-5，10-13，和10-21。
图7是曲线图，画出可用作光纤传输线6的光纤的色散特性。在图7中，竖轴表示色散(ps/nm/km)，而水平轴表示波长(μm)。
用一般用途的单模光纤(SMF)作光纤传输线6时，SMF的零色散波长约为1.3μm。此时，对于波长比零色散波长还长的光信号，其色散落在反常色散区，且取正值。相反，对于波长比零色散波长还短的光信号，其色散落在正常色散区，且取负值。用SMF作光纤传输线6时，光信号波长设定在SMF损耗最小的1.55μm波段(即，1.50至1.60μm)。因此，光信号的色散常落在反常色散区。
用色散移位光纤(DSF)作光纤传输线6时，DSF的零色散波长约1.55μm。同样，在这种情形下，对于波长比零色散波长还长的光信号，其色散落在反常色散区，且取正值。相反，对于波长比零色散波长还短的光信号，其色散落在正常色散区，且取负值。由于DSF最小损耗的波长也在1.55μm附近，光信号波长的设定刚好落在1.55μm波段上。因此，DSF的色散到底落在反常色散区还是正常色散区，取决于用作光源20(见图2)的激光二极管的振荡波长和DSF的实际零色散波长之间的相互关系。
现在来说明，用DSF和用SMF作光纤传输线6两种情形下的可传送距离。
参考图8A，它画出了图1所示系统的基本部分，但用DSF作光纤传输线6。在这种情形下，要在第二终端设备4增设一个光放大器122作预放大器，以增加接收器灵敏度。光放大器122光学上连接于光纤传输线6的第二端口6B和光接收器12之间。掺铒光纤放大器(EDFA)可以用作光纤放大器122。
参考图8B，在光发射器8输出的光信号带有红移线性调频(0＜α)的情形下，图上画出其可传送距离。在图8B，竖轴表示在光接收器中等效波形的眼图张度，水平轴表示传送距离。符号SNL表示SN对传送距离的限制，而WDL表示波形恶化对眼图张度的限制。还有，符号ND表示光纤传输线6的色散在正常色散区，而AD表示光纤传输线6的色散在反常色散区。
在光信号带有红移线性调频的情况下，在正常色散区，光信号的波形或脉冲宽度首先被压缩，然后被增宽，因此，眼图张度恶化至WDL以下时的距离大大地比SNL长。所以，在此情况下的可传送距离L1由SNL给出。
在反常色散区，带有红移线性调频的光信号，其波形或脉冲宽度持续增宽。因而，可传送距离L2由眼图张度恶化至WDL以下时的距离给定。在此情形下，可传送距离L2比L1短。
参见图8C，在光发射器8输出的光信号带有蓝移线性调频(0＞α)的情形下，图上画出其可传送距离。与上面的红移线性调频的情况相反，在反常色散区，可传送距离L3由SNL给定，而在正常色散区，可传送距离L4则由眼图张度恶化至WDL以下时的距离给定。
在图2和图3所示实施例中，线性调频参量设定电路58能根据控制信号CS来设定线性调频参量，以便减小第二终端设备4中的错数。因此，其可传送距离能设置得比在正常色散区和反常色散区的距离L1或L3都长。
与图8A所示系统不同，图9A所示系统的特征在于，其第一终端设备2还包括一个光放大器124，用作后置放大器。光放大器124可以用EDFA。光放大器124光学上连接在光发射器8和光纤传输线6的第一端口6A之间。
如图9B和图9C所示，因为输出至光纤传输线6的光功率的增加，在光纤传输线6内的SNL和非线性效应(SPM)也增加。图9B和图9C分别与图8B和图8C对应。
如图9B所示，在光发射器8输出的光信号带有红移线性调频(0＜α)的情形下，在正常色散区的可传送距离L5由SNL给定，而在反常色散区的可传送距离L6则由眼图张度恶化至WDL以下时的距离给定。
如图9C所示，在光发射器8输出的光信号带有蓝移线性调频(0＞α)的情形下，在反常色散区的可传送距离L7由SNL给定，而在正常色散区的可传送距离L8则由眼图张度恶化至WDL以下时的距离给定。
在图9A所示系统中也一样，通过切换图8A所示系统的线性调频参量，其可传送距离能设置得比L5或L7所示都长。
与图8A所示系统对照，图10A所示系统的特征在于用SMF作光纤传输线6。在用SMF作光纤传输线6的情况下，SMF的零色散波长约为1.3μm，而光发射器8的输出光信号波长如前所述，落在1.55μm波段，因此，只给出一个反常色散区。所以，在光发射器8输出的光信号带有红移线性调频(0＜α)的情形下，其可传送距离L9变得非常短，如图10B所示。在光发射器8输出的光信号带有蓝移线性调频(0＞α)的情形下，其传送距离L10比L9长，长出来的长度是由于光纤传输线6中光信号的波形或脉冲宽度被压缩产生的。
在图10A所示系统中，把线性调频参量α设定为负值以获得蓝移线性调频，能增加可传送距离至图上的L10。
与图9A所示系统对照，图11A所示系统的特征在于用SMF作光纤传输线6。在该系统中，色散补偿光纤(DCF)126与128被用来补偿光纤传输线6内的色散，因为考虑到SMF在1.55μm波段的色散相当大。DCF 126光学上连接在光发射器8和光放大器124之间，而DCF 128则光学上连接在光放大器122和光接收器12之间。
色散(ps/nm/km)大大地大于SMF色散的光纤，可以用作DCF 126和DCF 128的任一个，以减小损耗。每个DCF的色散都落在正常色散区，从而进行色散补偿。
在使用DCF 126和128的情形下，按照这些DCF所引起的色散，其色散特性曲线变成三条不同的特性曲线，如图11B和图11C中(i)，(ii)，和(iii)所示。
如图11B所示，在光发射器8输出的光信号带有红移线性调频(0＜α)的情形下，三条特性曲线互相在WDL之上相交。因而，其可传送距离L11由SNL给定。
如图11C所示，在光发射器8输出的光信号带有蓝移线性调频(0＞α)的情形下，三条特性曲线互相在WDL之下相交。因而，其可传送距离由三个用L12表示的受限制的范围给出。
在图11A表示的系统中，把线性调频参量α设定为正值，能增加可传送距离或扩大可传输距离的范围。
图12是一方框图，画出示于图1的第一终端设备2的另一个优选实施例。此优选实施例的特点，是其光发射器8含有一个由激光二极管集成(MI-LD)的调制器212。MI-LD 212根据来自FEC编码器22的调制信号MS，通过调制后把光信号输出。此光信号然后经过光耦合器26从光纤传输线6的第一端口6A送至光纤传输线6。
在这个优选实施例中，控制单元10控制或优化MI-LD 212的运行条件，从而使MI-LD 212输出的光信号的线性调频参量α调整到最佳值。
参看图13，它画出图12所示MI-LD 212的结构。MI-LD 212可以是有直接耦合光波导结构的半导体芯片，内含例如GaInAs的多量子井层(MQW)。MI-LD 212有集成结构，集成结构包括：一个有光发射层(激活层)214的分布反馈(DFB)激光二极管(LD)216，作为发出CW光的光源；和一个有吸收层218的电吸收光调制器(EA调制器)220。激活层214和吸收层218整体地直接耦合在一起。数字222表示LD 216和EA调制器220的公共电极。LD 216有一个接受偏置电流的电极224，而EA调制器220有一个让电压加上去的电极226。
因为MI-LD 212有整体直接耦合起来的激活层214和吸收层218，激活层214产生的CW光有效地导入吸收层218。因此，可以从光发射器8获得高的输出。此外，因为MI-LD 212是一片小的半导体芯片，光发射器8在尺寸上能够减小。
图14是曲线图，画出MI-LD 212静态特性的一个例子。在图14，竖轴表示EA调制器212的输出光功率(mW)，而水平轴表示供给LD 216的偏置电流(mA)。图示静态特性表示，在电极222接地和电极226的电压取0V，-1V，-2V和-3V的条件下，输出光功率与偏置电流之间关系。从图示特性曲线可见，例如，当用高电平为0V，低电平为-3V的脉冲形状来驱动EA调制器212时，作为光信号的光脉冲能获得约12dB的消光比。
图15是曲线图，画出在MI-LD 212中衰减(dB)与所加电压(V)之间关系。要注意，因为衰减用dB表示，所以图15中的竖轴相应于MI-LD 212输出光功率的常用对数。EA调制器220用反偏置驱动，所以加在电极226上的是负电压。图15画出LD 216的偏置电流为100mA条件下，衰减与所加电压的特性曲线，同时从特性曲线可以看到，随加在EA调制器220的电压绝对值的增加，衰减也增加。
图16是图解，画出MI-LD 212的工作特性。参考数字228表示MI-LD 212的输出功率(mW)与所加电压(V)的关系特性曲线。应该指出，沿图16的竖轴的输出功率没有用dB表示，因此，特性曲线228的形状与图15的所示曲线的形状不同。特性曲线228的趋势是，光功率随所加电压绝对值的增加而减小。
在调制信号MS的占空比D为100％，即参考数字230所示的情况下，由于特性曲线228的前述形状，光信号波形的交点在更靠近光信号的低功率(L)处，而不在高功率(H)处，如图上参考数字232所示。
占空比D为100％的条件意味着，一个数字信号上升线与下降线之间的交点，与该数字信号高功率(H)和低功率(L)之间的中点重合。此外，占空比D小于100％的条件意味着，交点从中点移向低功率处，而占空比D大于100％的条件意味着，交点从中点移向高功率处。
假如系统设计成使光信号波形的交点与中点重合，那么如前所述，从电信号波形变为光信号波形时占空比的改变，会引起接收器灵敏度下降。
要使光信号波形的上升线与下降线与光信号高功率与低功率的中点重合，如参考数字234所示，调制信号MS的占空比最好事先设定大于100％，如参考数字236所示。
图17是曲线图，画出MI-LD 212输出光信号的线性调频参量α在不同电压(V)下的实测值。从图17可见，通过改变所加电压，线性调频参量α能从正值变到负值。
因此，下面将说明，改变加在EA调制器220上的电压VB，可以连续改变光信号的线性调频参量α。
回过头参考图12，控制单元10包括：一个为输入和输出信号设置的I/O口238，内设A/D转换器和D/A转换器；一个CPU 240，它按预定程序计算偏置电压VB等等目标值；一个预先为数据表格存入程序和数据的ROM 242；一个随时存储CPU 240计算结果的RAM 244；以及一条与I/O口238，CPU 240，ROM 242，RAM 244互相连接的数据总线246。
接收单元18包括光接收器82，解调电路84，和缓冲寄存器86。在监控器单元14(见图3)内测得的关于错码的监控信息，从第二终端设备4的发送单元16传送至第一终端设备2的接收单元18，然后直接从接收单元18的缓冲寄存器86送进I/O口238。
因此，应该明白，在本优选实施例中，控制信号CS是在控制单元10内传送的信号。
MI-LD 212和一个温控器248装在一起。MI-LD 212的温度数据从温控器248取出，经I/O口238送至CPU 240。MI-LD 212的温度目标值从CPU 240经I/O口238到温控器248。
设置偏置电流电路250，是为了向LD 216提供一个偏置电流ILD，此偏置电流由LD 216产生的CW光的幅值决定。偏置电流ILD的目标值从CPU 240经I/O口238送至偏置电流电路250。
EA调制器220的偏置电压电路252产生偏置电压VB，经I/O口238送进CPU 240。把偏置电压VB送进CPU 240的理由，是为了按照偏置电压VB来控制调制信号VMOD的幅值或类似的值，此调制信号VMOD是叠加在偏置电压VB之上的。偏置电压VB的目标值从CPU 240经I/O口238送至偏置电压电路252。要设定此目标值，使EA调制器220有最佳的线性调频参量α。
设置驱动电路253，以便把调制信号VMOD叠加在偏置电压VB上。驱动电路253与一幅值改变电路254装在一起。调制信号VMOD幅值的目标值从CPU 240经I/O口238送至幅值改变电路254。幅值改变电路254控制驱动电路253输出的调制信号VMOD幅值，使之与目标值一致。
设置占空比改变电路256，用于控制驱动电路253输出的调制信号VMOD的占空比。占空比的目标值从CPU 240经I/O口238送至占空比改变电路256。
用光耦合器26提取MI-LD 212输出的光信号的一部分，作为监控光。然后，监控光被送至光检测器260。光检测器260输出一个电信号，其电平与光发射器8输出的光信号功率相对应。这个电信号经I/O口238送至CPU 240。
现在结合图18A和18B，说明图12所示光发射器8的工作原理。
图18A对应的情形是，加绝对值相对大的偏置电压VB-，以便得到负的线性调频参量α。在所示例子中，偏置电压VB-对应于光信号波形的交点。
在图18A和图18B每一个图中，所画的特性曲线相应于图16所画特性曲线228。
为改善光信号的消光比，调制信号VMOD的幅值最好随偏置电压绝对值的增加而增加。在图18A，对调制信号VMOD的幅值V1来说，光信号的消光比是1∶3。
此外，调制信号V的占空比设为D1(＞100％)，使光信号波形的交点与高功率和低功率的中点重合。
对于给定的特性曲线，调制信号VMOD的幅值和占空比的最佳值，由偏置电压以一一对应的关系决定。因此，对于调制信号VMOD的幅值和占空比的最佳值，与之相应的各个偏置电压值要预先用表格存储进图12的ROM 242中，CPU 240按照存储表格，计算调制信号的幅值和占空比的最佳值。
如图18B所示，偏置电压VB+设定为相对小的绝对值，以获得正的线性调频参量α，在此情形下，调制信号VB+的幅值改变为V2(＜V1)，以便使光信号波形的交点与高功率和低功率的中点重合。
在此应该指出，在CW光的功率恒定情形下，光信号的输出功率随偏置电压绝对值的增加而减小。在本优选实施例中，从偏置电流电路250送给LD 216的偏置电流目标值，要设定得使CW光的功率随偏置电压绝对值的增加而增加。
为了抑制光信号输出功率因偏置电压变化而改变，可以采用前馈控制。对一给定的特性曲线，对LD 216要测定与不同偏置电压对应的偏置电流最佳值。相应地，偏置电流最佳值预先存储进ROM 242，同时，LD216的偏置电流目标值，则由CPU 240按照偏置电压电路252来的偏置电压值加以计算。
或者，可以采用反馈对LD 216的偏置电流进行控制，因为在图12所示本优选实施例里，设有光检测器260，它接收MI-LD 212输出的部分光信号。就是说，CPU 240按顺序计算偏置电流的目标值，使光检测器260的输出信号功率保持恒定，而偏置电流电路250则把计算出来的偏置电流目标值送至LD 216。
当增加送给EA调制器220的偏置电压的绝对值，以利于获得例如蓝移线性调频时，会带来输出光信号消光比恶化和光输出功率减小的缺点。因此，折衷考虑前述优缺点，最好按照光纤传输线6的损耗和色散来确定EA调制器220的驱动条件。要控制的驱动参数包括：EA调制器220自身温度，或MI-LD 212的温度连同EA调制器的偏置电压；送给EA调制器220的调制信号的占空比和幅值；以及前述送给LD 216的偏置电流。
在图12所示优选实施例中，光发射器8包括MI-LD 212，这一点使光源与调制器之间的耦合效率得以改善，同时能提供一个高输出及紧凑的光发射器。此外，光源及调制器的温度控制能用单个温度控制器248实现。
按照图12所示优选实施例，按控制单元10的特殊操作，光发射器8输出的光信号的线性调频参量α能调整至最佳值，使在第二终端设备4测得的误码最少，从而抑制因色散和非线性带来波形恶化的影响。
控制单元10的操作程序可作如下修改：偏置电压电路252有选择地产生一个第一偏置电压，给出一个正的第一线性调频参量；以及一个第二偏置电压，给出一个负的第二线性调频参量。例如，在图17，第一和第二偏置电压值分别给定为-0.4V和-1.7V，以便把线性调频参量在+1和-1间切换，这两个切换点在图上分别以点A和点B表示。在这种情形下，比起让CPU 240计算与线性调频参量最佳值对应的偏置电压目标值，CPU 240的计算可以简化。
虽然本发明在上述优选实施例中，是用于无中继系统，但是，至少可以沿光纤传输线6装上一个带一个光放大器的光中继器。
按照如上所述的本发明，能提供一种光纤通信方法，它能补偿色散和非线性，可用于远程传输，并且还提供一种设备和系统来实现该方法。特别是，按照本发明的终端设备，它能根据光纤传输线传送的光信号上检测到的有关误码的监控信息，控制线性调频参量，从而能增加其通用性，以适应传送路由或类似的改变。
本发明不受上述各优选实施例的细节的限制。本发明覆盖的范围由所附权利要求书确定，并且，一切与权利要求范围内等价的变化和修改，理应为本发明所涵盖。

Claims (16)

1.一种方法，包括的步骤有：
(a)把具有第一正线性调频参量的线性调频的第一光信号输出至光纤传输线；
(b)把所述光纤传输线传送的第一光信号转换为第一电信号；
(c)检测所述第一电信号的第一误码；和
(d)把具有第二负线性调频参量的线性调频的第二光信号输出至所述光纤传输线；
(e)把所述光纤传输线传送的第二光信号转换为第二电信号；
(f)检测所述第二电信号的第二误码；以及
(g)通过比较所述第一误码和所述第二误码，固定所述第二正线性调频参量和所述第二负线性调频参量中的一个，以便降低所检测的误码。
2.按照权利要求1的方法，其中，在光纤传输的最初开始阶段执行所述方法。
3.根据权利要求1的方法，其中，当出故障时在光纤传输的重新开始阶段执行所述方法。
4.按照权利要求1的方法，其中：
所述步骤(a)和(d)包括用Mach-Zehnder光调制器进行光调制，从而产生所述第一和第二光信号的步骤；和
所述步骤(g)包括切换所述Mach-Zehnder光调制器工作点的步骤。
5.按照权利要求1的方法，其中：
所述步骤(a)和(d)包括用电吸收光调制器进行光调制，从而产生所述第一和第二光信号的步骤；和
所述步骤(g)包括改变加于所述电吸收光调制器的偏置电压的步骤。
6.按照权利要求1的方法，其中：
所述步骤(a)和(d)包括在传输数据码上添加冗余码，以获得调制信号，在此基础上进行光调制，从而产生所述第一和第二光信号这样的步骤；
所述方法还包括根据所述冗余码，纠正所述电信号的所述误码的步骤；和
所述步骤(c)和(f)包括对在所述纠正步骤中获得的纠正所述误码的数目进行计数的步骤。
7.一种系统，它包括：
第一终端设备和第二终端设备；及
连接所述第一终端设备和所述第二终端设备的光纤传输线；
所述第一终端设备包括：一个光发射器，根据控制信号把带有相应于第一正线性调频参量的第一线性调频的第一光信号和带有相应于第二负线性调频参量的第二线性调频的第二光信号输出至所述光纤传输线；和一个控制单元，它按照所述控制信号控制所述第一正线性调频参量和所述第二负线性调频参量；
所述第二终端设备包括：一个光接收器，把所述光纤传输线传送的光信号转换为电信号；一个监控器单元，用于检测所述电信号的误码；以及，把有关检测出的所述误码的监控信息传送至所述第一终端设备的装置；
其中，所述控制单元包括：第一线性调频参量设定单元，用于根据所述控制信号控制所述第一正线性调频参量；第二线性调频参量设定单元，用于根据所述控制信号控制所述第二负线性调频参量；以及第三控制单元，通过比较与所述第一光信号有关的第一监控信息和与所述第二光信号有关的第二监控信息，固定所述第一正线性调频参量和所述第二负线性调频参量中的一个，从而降低所检测的误码。
8.按照权利要求7的系统，其中：
所述光发射器包括，一个输出连续波光的光源，和一个调制所述连续波光的Mach-Zehnder光调制器，以产生所述光信号；和
所述控制单元包括切换所述Mach-Zehnder光调制器工作点的装置，由此切换所述线性调频参量的符号。
9.按照权利要求7的系统，其中
所述光发射器包括，一个光源，输出连续波光，和一个电吸收光调制器，调制所述连续波光以产生所述光信号；和
所述控制单元包括，改变加于所述电吸收光调制器的偏置电压的装置，由此调整所述线性调频参量到最佳值，以使检测到的所述误码变为最少。
10.按照权利要求7的系统，其中：
所述光发射器包括，一个输出连续波光的光源，一个添加冗余码到传输数据码中的编码器，由此产生调制信号，一个按所述调制信号调制所述连续波光的光调制器，由此产生所述光信号；
所述光接收器包括，一个按所述冗余码纠正所述电信号的所述误码的解码器；以及
所述监控器单元包括一个装置，对所述解码器得到的所述误码的纠错数目进行计数。
11.按照权利要求7的系统，其中：
所述第一终端设备还包括一个光放大器，它放大所述光发射器输出的光信号。
12.按照权利要求7的系统，其中：
所述第二终端设备还包括一个光放大器，它放大所述光接收器要接收的光信号。
13.按照权利要求7的系统，其中所述光纤传输线是用零色散波长靠近1.55μm的色散移位光纤。
14.按照权利要求7的系统，其中所述光纤传输线是用零色散波长靠近1.3μm的单模光纤。
15.按照权利要求14的系统，其中所述第一终端设备还包括一根色散补偿光纤，用来补偿光纤传输线内产生的色散，以及一个光放大器，用来放大所述光发射器输出的光信号。
16.一种终端设备，包括：
一个光发射器，根据控制信号把带有相应于第一正线性调频参量的第一线性调频的第一光信号和带有相应于第二负线性调频参量的第二线性调频的第二光信号输出至光纤传输线；
接收关于误码的监控信息的装置，该误码是在所述光纤传输线传送的光信号中检测出的；以及
控制单元，按照所述控制信号控制所述第一正线性调频参量和所述第二负线性调频参量；
其中，所述控制单元包括：第一线性调频参量设定单元，用于根据所述控制信号控制所述第一正线性调频参量；第二线性调频参量设定单元，用于根据所述控制信号控制所述第二负线性调频参量；以及第三控制单元，通过比较与所述第一光信号有关的第一监控信息和与所述第二光信号有关的第二监控信息，固定所述第一正线性调频参量和所述第二负线性调频参量中的一个，从而降低所检测的误码。
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