CN1244981A - 信号中继的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方法和装置,用于光电网中低误比特概率的信号中继。该方法包括以下步骤:接收光信号并转换到电信号;对信号进行倒相和/或将非线性加在电信号上;将电信号转换成光信号;进一步发射光信号。

Description

信号中继的方法和装置

本发明涉及用于电信的一种装置和方法，尤其是用于光或电-光网络里的信号处理。

技术领域

在当今的电信领域里有光网、电网及它们的组合。纯光网具有极大的点到点的传输容量，但拥有更复杂网络结构的电网在某些方面更具优越性。原因是复杂网络需要中继操作，如光分配、滤波、交换等，以及会导致损耗和因此产生噪声的放大过程的一般操作。

一个全光网是模拟网，这使得它很难应付中继操作，如光分配、滤波、交换等等，以及会导致损耗和因此产生噪声的放大过程的一般操作。

相关技术

因为全光网在实现更复杂的网络结构方面有诸多限制，所以存在有不同类型的电光网结构，其中通信通过光纤连接，但在某些地方和为特定目的，光信号被转换成电信号并当作电信号处理，随后它们被再转换成光信号。其中一个目的例如是沿连接长度对信号进行中继。

决定网络传输容量的一个因素是误比特概率。有许多不同的因素影响误比特概率，其中有，例如，噪声和色散。色散是指不同波长的信号在光纤里以不同的速度传播，在光纤里传播的脉冲因此扩散开来，导致码间串扰。码间串扰是指相邻脉冲互相迭加，从而给正确地检测脉冲带来更大的风险。

通信网的性能可以部分地用所谓的眼孔图(Eye OpeningDiagram)来说明。当一个信号被连接到示波器的垂直输入端，而触发时间跟码元同步时，就得到了这样一个图。每一码元扫越较前码元，它们一起形成眼图。作为网络性能的度量，可以根据以下公式定义一个所谓的眼孔损耗(Eye Opening Penalty)，下文中称为EOP。

                EOP＝10log₁₀(B/A)  [dB]

其中B表示只有网络的衰减影响信号的理想情况下眼孔的高，即从零电平到1电平之间的距离。而A表示信号还受到色散等影响时这一高度。如果眼孔缩小，那么噪声容限就缩小，误判决容限也减小。因此EOP越小，网络性能就越好。

对于例如比特率，通信网还需要是高度透明的。这就是说通信应该适应于大量不同的比特率，即网络结构不应该对比特率有太苛刻的要求。在另一种情形例如涉及信号协议时，即例如使用何种编码，同样要求透明性。因此也需要网络结构不限制使用的信号协议类型。

发明概述

源于光纤色散的噪声累加以及码间串扰增大了误比特概率，从而限制了网络的传输容量。这或多或少给光网的规模带来了难题，即网络不能建得足够大、足够复杂，还给例如关于比特率的透明性带来了问题。在非线性电路里，噪声可以包括脉冲前沿的计时起伏(信号抖动)和信号电平噪声(幅度噪声)。

本发明的一个目的是提供一种方法和一种装置用于可靠的信号处理，特别是中继，和通信网中维持低误比特概率的信息传输。

解决上述关于通信网的规模、比特率透明性、噪声和码间串扰等的问题也是本发明的一个目的。

解决比特率达到和超过10Gb/s时上述关于规模、透明性、噪声和色散的问题，仍然是本发明的一个目的。

上述目的是用具有独立权利要求所陈述的特征的一种方法和装置来达到的。本发明其它的特征和发展在其它的权利要求中给出。

本发明通过使用它包括一个倒相器的简单的对比特率透明的模拟OEO(光-电-光)电路作为中继器以及通过在电路中有意引入非线性，来达到上述目的。

根据本发明，采用了一种方法，它包括将被中继的信号倒相和/或给予非线性和采用了包括倒相器和/或非线性单元的一种装置。

利用本发明的方法和装置，可以得到以下好处：

如果幅度噪声是主要的误比特源，脉冲的非线性形成就会使误比特率(以下称BER)的累加慢得多。例如当系统带宽显著地高于允许的最大比特率时情况就是这样，因为带宽的增加减小了信号起伏。脉冲的非线性形成也使得码间串扰的累加慢得多。码间串扰累加的这种变慢，也就是网络性能的进一步提高，是根据本发明通过对信号进行倒相来加强的。这些效应降低了通信网里传输的误比特概率。另外，不需要信号时钟。这意味着更多的好处，因为没有时钟这一方案实施起来就更加经济。此外没有时钟，传输中更容易实现高比特率，关于比特率的网络透明性也更高。

更进一步地，利用本发明的方法和装置，就可以使用RZ(归零)脉冲和NRZ(不归零)脉冲。网络关于调制方法的透明性也因此增加了。

对于全光情形也得到了好处，此时可以提供电检测信号，它方便了通信检测和寻错。

附图简述

为了使本发明容易理解和实现，将参考附图用实例来说明，图中相似部件使用相同的数字标识，其中：

图1表示根据本发明第一个实施方案的一个装置。

图2表示根据本发明的非线性单元里非线性函数的一个例子。

图3表示当幅度噪声为主时，作为非线性的函数，表示为BER(误比特率)的噪声累加。

图4表示根据本发明第二个实施方案的一个装置。

图5表示跟全光情形相比不同非线性状况时，作为光纤的连接长度的函数，表示为分贝眼孔损耗(以下称为EOP)的码间串扰。

图6表示根据本发明第三个实施方案的一个装置。

发明详述

图1表示根据本发明第一个实施方案的一个装置1.装置1包括一个连接到光电转换器4的输入端3的光输入端2。光电转换器4的输出端5跟滤波器7的输入6相连。滤波器7的输出8跟非线性单元10的输入9相连。非线性单元10的输出跟放大器13的输入12相连。放大器13的输出14跟电光转换器16的输入15。电光转换器16的输出17跟装置1的输出18相连。

根据这一实施方案，非线性单元10放在滤波器7和放大器13之间，但用技术领域里众所周知的方式，将非线性单元10放在装置1的链上其它位置的其它实施方案也是可以想到的。用技术人员所熟知的不同方式组合，各组成部分互相包含的其它实施方案同样是可以想到的。例如，放大器13和滤波器7可以包括在同一个单元里。放大也可以分成几个放大器，放大器13或一些放大器可以包括放大倍数的自动调整。不同的单元也可以用众所周知的方式按不同顺序级联。

根据这一实施方案，非线性在于电范畴。然而根据本发明，还可以例如将非线性置于光范畴。例如，电光转换器16可以包括非线性单元10的功能。再一个可能性则是将本发明的所有功能全部移到光范畴。此时光电转换器4和电光转换器16都被去掉，其它组成都成了光部件。

装置1可以在光通信网里用作中继器。此时装置1的输入2和输出18都跟光纤相连(没有画出)，在这里光纤上的信号需要中继，因为连接线路太长。输入端2收到的光信号被光电转换器4转换成电信号。电信号被滤波器7滤波。滤波器7可以是一个纯低通滤波器，但也可以使用众所周知的其它滤波器类型。用众所周知的方法改变装置中各组件的相对位置也是可以的。

滤波器7的输出端8输出的信号被送给非线性单元10，在那里对信号被有意加入了非线性。非线性单元10有一个传输函数f(x)，它的输出信号是输入信号的非线性响应，该响应可以是，但不必是，非二进制的。信号然后被放大器13放大，并被电光转换器16再转换回光信号。这样得到的光信号被重新发射，通过装置1的输出18送到光纤连接里(没有画出)。

利用本发明这一实施方案的方法，由于噪声和码间串扰被抑制，误比特概率得到了降低，这一结果是在幅度噪声占主导地位时由非线性脉冲形成引起的。

图2表示非线性单元10的函数。这里x表示非线性单元10的输入端9的输入信号，f(x)表示输出端11的信号。图中具有常数斜率的一条直线表示纯线性情形，而纯阶越函数则表示完全非线性。所以，该图形是部分非线性的一个例子。可以根据下式由此定义一个非线性系数γ。

γ＝0对应于完全非线性情形，而γ＝1.0则表示完全线性情形。这些方程按照本发明非线性单元10的一个实施方案来定义γ。对技术人员来说，许多其它定义也是可行的，它们都在某种程度上基于以下事实，那就是γ对应于逻辑“0”和逻辑“1”之间过渡区域的那部分空间。

图3表示有大约10个中继器的链路上幅度噪声累计引起的BER(误比特率)，它是通过非线性单元10加在信号上的非线性性的函数。如果幅度噪声是误比特的主要来源，那么由于噪声抑制，根据本发明加在信号上的非线性就会使误比特概率降低。在完全非线性即γ＝0时，这一结果最好，但即便是不完全的非线性，结果仍然不错。在高比特率情况下难以实现完全非线性，因而这一方案意味着极大的优势。根据本发明可以利用非线性的噪声抑制效应，而不会直接限制比特率。网络比特率的透明性也就不会因此而受到限制。

利用本发明的方法和装置，降低了通信网里传输的误比特概率，因此信号不再需要同步。这意味着更大的优势，因为没有同步信号的方案实施起来更经济。另外，高比特率传输时没有同步信号方案实施起来也更加简单，而且网络关于比特率的透明性也更高。

图4表示根据本发明第二个实施方案的装置41。装置41包括跟本发明第一个实施方案里装置1里相同、用相似方法连接的部件，差别是它还包括一个倒相器21。根据这一实施方案倒相器21连接在滤波器7和非线性单元10之间，但对技术人员来说熟知的其它位置也是可以的，倒相器21的输入20跟滤波器7的输出8相连，倒相器21的输出22则跟非线性单元10的输入9相连。跟第一个实施方案一样，这一实施方案也可以有其它的变化。

装置41的功能跟装置1的相似。除了上述噪声抑制给误比特概率带来的良好效应以外，通过倒相进一步降低了误比特概率，也抑制了光纤上的色散效应。这又降低了码间串扰，因而又进一步地降低了误比特概率。

图5表示第二实施方案中本发明的不同非线性性情形下，用分贝眼孔损耗(以下称为EOP)表示的码间串扰，它是连接光纤公里长度的函数。最佳结果出现在完全非线性情形，但如同前面所述在高比特率(高于10Gb/s)时这很难实现。对于光纤长度小于1500km、中继器间距离为30km的通信连接，该图则说明如果非线性系数γ≤0.5，那么EOP≤1.5dB。对于光纤长度小于1500km的通信连接，如果非线性系数γ≤0.3，那么EOP≤1.0dB。

图6表示根据本发明第三个实施方案的装置61。装置61包括的部件与根据本发明的第二个实施方案的装置41的一样，它用同样的方式组合，差别是去掉了非线性单元10，而且倒相器21的输出22直接跟放大器13的输出12相连。跟前面的第一实施方案里介绍的一样，对于这一实施方案，一些变化也是可以想象的。

Claims (23)

1.一种网络中用于信号中继的方法，包括：

- 将要中继的信号进行倒相和/或加上非线性。

2.权利要求1的方法，其特征在于非线性的应用是通过利用非线性系数≤0.5(γ≤0.5)的非线性、非二进制的传输函数来实现的。

3.权利要求1的方法，其特征在于非线性的应用是通过利用非线性系数≤0.3(γ≤0.3)的非线性、非二进制的传输函数来实现的。

4.以上权利要求中任意一个的方法，其特征在于要中继的信号是比特率≥10Gb/s的数据比特流。

5.以上权利要求中任意一个的方法，其特征在于系统带宽显著大于允许的最大比特率。

6.以上权利要求中任意一个的方法，其特征在于被中继的信号维持眼孔损耗≤1.5dB(EOP≤1.5dB)。

7.以上权利要求中任意一个的方法，其特征在于被中继的信号维持眼孔损耗≤1.0dB(EOP≤1.0dB)。

8.一种用于减小信号传输中误比特概率的方法，包括：

- 利用非线性、非二进制的传输函数，给信号加上不完全的非线性。

9.权利要求8的方法，其特征在于非线性函数有一个非线性系数小于或等于0.5(γ≤0.5)的非线性函数。

10.权利要求8的方法，其特征在于非线性函数有一个非线性系数小于或等于0.3(γ≤0.3)的非线性函数。

11.用于在光电网里的信号中继方法，包括以下步骤：

- 接收并转换光信号到电信号；

- 将电信号倒相和/或加上非线性；

- 将电信号转换成光信号；和

- 再发射该光信号，

以上步骤不必按给定顺序完成。

12.电光网中信号中继的方法，包括以下步骤：

a- 接收光信号并转换成电信号；

b- 滤波电信号；

c- 倒相电信号；

d- 利用非线性传输函数有意给信号加上非线性；

e- 将电信号进行放大；

f- 将电信号转换成光信号；和

g- 再发射该光信号，

其中步骤b～e不必按给定顺序完成。

13.电光网络中信号中继的方法，包括以下步骤：

a- 接收光信号并转换成电信号；

b- 滤波电信号；

d- 利用非线性传输函数有意给信号加上非线性；

e- 将电信号进行放大；

f- 将电信号转换成光信号；和

g- 再发射该光信号，

其中步骤b、d和e不必按给定顺序完成。

14.通信系统中的中继器，包括：

- 至少一个倒相器(21)和/或至少一个非线性单元(10)。

15.权利要求14的中继器，其特征在于非线性单元(10)的非线性函数是非二进制的，而且有一个小于或等于0.5(γ≤0.5)的非线性系数。

16.权利要求14的中继器，其特征在于非线性单元(10)的非线性函数是非二进制的，而且有一个小于或等于0.3(γ≤0.3)的非线性系数。

17.权利要求14～16中任意一个的中继器，其特征在于被中继的信号维持眼孔损耗≤1.5dB(EOP≤1.5dB)。

18.权利要求14～16中任意一个的中继器，其特征在于被中继的信号维持眼孔损耗≤1.0dB(EOP≤1.0dB)。

19.光电通信网中的中继器，包括：

- 光电转换器(4)；

- 滤波器(7)；

- 倒相器(21)；

- 具有非线性传输函数的非线性单元(10)；

- 放大器(13)；和

- 电光转换器(16)；

不需要按给定顺序。

20.光电通信网中的中继器，包括：

- 光电转换器(4)；

- 滤波器(7)；

- 具有非线性传输函数的非线性单元(10)；

- 放大器(13)；和

- 电光转换器(16)；

不需要按给定顺序。

21.信号传输中用于减小误比特概率的装置，其特征在于具有不等于1.0(γ≠1.0)的非线性系数的传输函数。

22.权利要求21的装置，其特征在于非线性系数小于或等于0.5(γ≤0.5)。

23.权利要求21的装置，其特征在于非线性系数小于或等于0.3(γ≤0.3)。

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