CN1592157A - 光信号再生设备及相应方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及信号的光再生设备(32)，该信号承载通过该信号的相位调制而编码的信息项目，所述信号在光网络(14)上传输，并且包括光脉冲的时序。该设备包括光脉冲非线性相移模块(36)、线性脉冲增宽模块(34)、线性脉冲增宽模块(34)、和用于对脉冲在线性增宽模块(34)中遭受的增宽进行线性补偿的模块(38)。

Description

光信号再生设备及相应方法

技术领域

本发明涉及信号的光再生设备，该信号承载通过该信号的相位调制而被编码的信息项目。本发明还涉及相应的再生方法。

更确切地说，本发明涉及信号的光再生设备，该信号承载通过该信号的相位调制而被编码的信息项目，所述信号在光网络上传输，且包括光脉冲的时序(temporal succession)。

背景技术

当信号在光纤中传输时，它遭受一定数量的失真，例如幅度失真、相位失真或频率失真。为重现信号，使其尽可能近似于所发送的信号，则需要安装设备以便在光纤的输出端再生信号。

在现有技术中，用于信号幅度的光再生设备是公知的，例如可饱和吸收器(saturable absorber)。

当前用于获得40Gbit/s或更高比特速率的光发送设备，越来越多地被用于调相信号，尤其是通过RZ-DPSK(差分相移键控)型调制。在这种类型的调制中，将信息编码在信号相位中：例如根据载波信号的相位变换而编码“1”比特，根据相位的未改变而编码“0”比特。

由于它们只作用于信号幅度，所以当前光再生设备不允许正确再生承载通过相位调制所编码的信息项目的信号。结果，不能抑止或至少降低破坏它们传输信息的信号相位失真。

发明内容

本发明的目的在于提议一种信号再生设备，其允许再生承载通过其相位调制所编码的信息项目的信号。

因此，本发明的主题是如上所述的一种光再生设备，其特征在于：它包括光脉冲非线性相移模块，该相移模块包括参数化的非色散和非线性光传播介质，从而对在连续脉冲之间的相位差上引入的光网络中信号传输效果进行补偿。

当几个连续脉冲在非线性介质中传输时，我们发现连续脉冲之间的非线性交互作用使这些脉冲发生相位失真。

为降低在光网络中传输的信号遭受的这些相位失真的影响，根据本发明的设备采用非线性相移模块，允许重建的连续脉冲之间的交互作用。然后，连续脉冲之间的交互作用成为这样，使得它们引入的相位失真能够补偿该脉冲在光网络中在其传输期间所遭受的相位失真。

因此，根据本发明的设备被用于再生信号脉冲相位，它传输的信息项目通过相位调制而被编码。

根据有利实施例，该设备可包括：脉冲线性增宽模块，该模块在操作链(operating chain)中位于相移模块之前，该增宽模块包括色散和线性光传播介质；以及用于对脉冲在线性增宽模块中遭受的增宽进行线性补偿的模块，所述模块在操作链中位于相移模块之后，该线性补偿模块包括色散和线性光传播介质。

具体地，当脉冲在时间上一起靠拢(close)和/或增宽时，由于相邻脉冲间的交互作用导致的失真对介质的非线性更加敏感。

增加脉冲时间宽度的线性增宽模块被用于提高相移模块的灵敏性和效率。

线性补偿模块在已经再生信号相位之后，被用于恢复初始相位宽度。

可选地，再生设备可以包括在操作链中位于相移模块之前的光放大器。

该放大器允许信号达到足够的光功率，以便在相移模块中传播信号本身。

为了使增宽模块以线性方式工作，注入的光功率相对地低是优选的。因此虽然受到非线性影响，但是在增宽模块和相移模块之间放置光放大器是可取的。

根据本发明的光再生设备还可以包括一个和多个以下特征：

该设备包括在操作链中位于相移模块之后的光衰减器；

该设备包括幅度再生装置，诸如可饱和吸收器。

本发明的另一主题是一种信号的光再生方法，该信号承载通过该信号的相位调制所编码的信息项目，该信号在光网络上传输并包括光脉冲的时序，其特征在于：该方法包括在相移模块中的光脉冲非线性相移步骤，该相移模块包括参数化的非色散和非线性光传播介质，从而对连续脉冲之间相位差上引入的光网络中信号传输的效果进行补偿。

根据本发明的光再生方法还可以包括一个或多个以下的特征：

该方法包括：在相移步骤之前，通过包括色散和线性光传播介质的脉冲线性增宽模块执行的线性脉冲增宽步骤；在进行线性增宽步骤期间，对遭受脉冲的增宽进行线性补偿步骤，该步骤是在相移步骤之后，由包括色散和线性光传播介质的脉冲线性补偿模块执行的；

-该信号在进入相移模块之前被放大；

-该信号在离开相移模块之后被衰减。

附图说明

通过参照附图阅读下列仅作为示例给出的描述，将更好理解地本发明，其中：

图1示意性表示包括根据本发明的光再生设备的光脉冲传输配置的一般结构，和

图2说明图1中光再生设备的详细描述。

具体实施方式

图1示出了一种用于承载通过信号的相位调制所编码的信息项目的那个信号的光传输配置。

该配置包括传输设备10、接收设备12和用于传输信号的光网络14。在所示实施例中，光网络由常规类型的光纤14组成。

从传输设备10向接收设备12传输的信息包含在二进制码中。

例如，序列“...00101110111...”。为了允许信号在光纤14中传输，光信号的相位被调制以便使得它成为将要被传输的信息项目的载体。

因此，传输设备10包括光脉冲发生器18。传输设备10还包括相位调制器16。该相位调制器16在输入端接收由发生器18提供的光脉冲、和从序列“...00101110111...”中确定的这些脉冲的相位值序列。

这些脉冲在称为“比特时间”的周期TB中被隔开，并且全部脉冲具有相同的频谱。

相位调制器16在输出端提供与输入脉冲频率相同、但其相位是信息项目的载体的光脉冲。

在所选实施例中，采用RZ-DPSK调制：根据载波信号的相位变换而编码“1”比特，根据相位的未改变来编码“0”比特。因此，通过下列连续的相位值：“...00ππ0π00π0π...”来编码序列“...00101110111...”。

为了从初始序列中自动获得该连续的相位值，使用通常称作XOR的“异-或”逻辑门20。该逻辑门的两个输入变量是即将传输的二进制数据“...00101110111...”，并且该门在经过一个比特时间延迟之后于输出端获得的二进制数据。当初始化时，可认为输出为0。然后，在逻辑门20输出端获得的比特序列为“...00110100101...”。

该比特序列随后在部件22中被发送，部件22用π与该比特序列相乘，该序列变为“...00ππ0π00π0π...”。于是随后获得值0或π的相位序列，该序列被提供在相位调制器16的输入端。

调制过的脉冲随后在光纤14中被传输给接收设备12。

标为E_高斯(t)的光脉冲常用公式由发生器18提供。例如，该脉冲是高斯包络脉冲。

除标为(n)的相位和时间偏移以外，每个已传输的脉冲都等于高斯脉冲。因此，在时刻nT_B由接收设备12接收的第n个脉冲被写为：

                  E_n(t)＝E_高斯(t-nT_B)e^i(n)

第n个脉冲的相位(n)的值由相位序列的第n个值给出。

接收设备12包括光检测器24，光检测器24对光信号的强度敏感而对它们的相位不敏感。结果，通过使用3db耦合器，调制变换设备26被创建，允许调相信号被转换为调幅信号。

调制变换设备26工作如下：为了获得两个相等的脉冲序列，脉冲最初经过第一耦合器28。然后，这两个序列中的一个被时间延迟一个比特时间T_B。然后，在第二耦合器30中将两个序列相加，生成两个连续脉冲间的和：

                 E_最终(t)＝E_n(t)+E_n-1(t-T_B)

通过展开该公式，得出：

      E_最终(t)＝E_高斯(t-nT_B)e^i(n)+E_高斯(t-T_B-(n-1)T_B)e^i(n-1)

        E_最终(t)＝E_高斯(t-nT_B)e^i(n)+E_高斯(t-nT_B)e^i(n-1)

          E_最终(t)＝E_高斯(t-nT_B)(e^i(n)+e^i(n-1))

当(n)＝(n-1)时，即当两个连续脉冲具有相同相位时，最终的信号E_最终是2E_高斯(t-nT_B)e^i(n)。它不为0，所以光检测器24感应到的功率也不为0。这对应着第n个脉冲承载二进制信息“0”的情况。

当(n)＝(n-1)+π时，即当两个连续信号反相时，最终的信号E_最终为零，所以光检测器24感应到的功率也为0。这对应着第n个脉冲承载二进制信息“1”的情况。

因此，调制变换设备有效地用于将调相信号转换为调幅信号。

光检测器24解释最终调幅信号，并被用于恢复原始比特序列。

然而，光纤不是理想的。在传输期间，相位噪声干扰了光信号。由于相位噪声，脉冲的相位差值不能恰好就是0或π，而是经过噪声干扰后的接近0或π的值。

结果，在信号已经通过第二转换器30之后，公式(n)＝(n-1)和(n)＝(n-1)+π没有一个受到检验，并且信号E_最终最大与最小值之间的差值低于理想传输的情况。

因此对光检测器24而言，更难以在“0”比特和“1”比特之间进行鉴别，而且增加了它的检测误差率。

为减小解码期间的误差率，用于再生脉冲相位的设备32被放置在光纤14末端、在接收设备12之前。脉冲相位再生设备用于获得其相移再次近似于0和π的脉冲。这将参照图2进行详细描述。

作为某些参数的函数，一个已知的模型用于获得高斯脉冲在光纤传输期间演变的公式：

$f(X_1,X_2,X_3,X_4,X_5,X_6,t)=X_1{e}^{\frac{-{(t-X_2)}^2}{X_3^2}}{e}^{i(\frac{X_4}{2}{(t-X_2)}^2+X_5(t-X_2))}{e}^{i{X}_6}$

该公式的参数具有下列含义：

-X₁代表脉冲的幅度；

-X₂代表脉冲的时间偏移；

-X₃表征脉冲的宽度；

-X₄代表脉冲的目前称为“啁啾(chirp)”的二阶频率变化；

-X₅代表频率偏移；和

-X₆代表脉冲的相移；

在信号包括连续性脉冲的情况下，可以发现，任何脉冲的相位X₆更准确地随着下列微分公式而变化：

$X_6={\mathrm{\β}}_2(\frac{1}{X_3^2}-\frac{X_5^2}{2})+\frac{5\mathrm{\γ}{X}_1^2}{4\sqrt{2}}+5\frac{\mathrm{\γ}{X}_3{X}_5\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}}{X_1^2}\mathrm{Re}[K_{d2}+K_{g2}]$

其中，Re[]是实数部分函数，γ是表示传播信号的光纤的非线性的系数特性，K_d2和K_g2是表示相邻脉冲之间交互作用的因子特性。

因子K_d2表征当前脉冲与该脉冲的前一脉冲之间的交互作用，而因子K_g2表征当前脉冲与该脉冲的后一脉冲之间的交互作用。在第一阶，这两个因子由附件中提供的公式给出。

在这些公式中，变量具有两个指数：在1和6之间变化的第一个指数采取先前在高斯脉冲演变公式中采用的符号表示。第二指数当变量与当前脉冲相关时为1，当变量与相邻脉冲相关时为2。

()表示当前脉冲与相邻脉冲之间的相位差值。

在这两个公式中，明显看出项X₃₂和X₃₁代表脉冲的宽度。当X₃₁和/或X₃₂增加时，也就是说当脉冲增宽时，项K_d2和K_g2增加，因此有利于在脉冲之间的非线性交互作用。

给出相位遭受失真的微分公式包括三项之和。第一项对应于光纤的线性影响，第二项对应某种非线性影响(自相位调制)，第三项对应相邻脉冲之间的非线性交互作用。

第三项揭示脉冲相位通过与相邻脉冲之间的非线性交互作用而被修改。

根据本发明的再生设备采用该特性以作用于脉冲的相位。为了增加相位变化对非线性交互作用的敏感性，它主要作用于与第三项有关的参数。这些参数可标为参数γ、参数X₁和参数X₃。

在图2详细示出了相位再生设备32。

再生设备32包括接收光纤14传输的脉冲作为输入的线性脉冲增宽模块34。增宽模块34包括色散与线性光传播介质。实际中，它可以由其中脉冲被增宽(参数X₃)的常规光纤组成。

例如，对于160Gbit/s或40Gbit/s的比特率，有利地采用具有-2.72ps/nm的总色散的光纤，或例如每单位长度色散为-90ps/nm/km的30.2米DCF型光纤。

相位再生设备32还包括模块36，用于对通过线性增宽模块34增宽的脉冲进行非线性相移。因此，相移模块36在输入端接收由线性增宽模块34提供的脉冲。它包括非色散和非线性的光传播介质，意在补偿连续脉冲之间相位差上引入的光网络中信号传输的影响。

实际上，相移模块36由具有高非线性的光纤组成。

有利地，对于40Gbit/s或160Gbit/s的比特率，为增加非线性效果，使用2Km长在当前波长上具有零色散、具有2.610^-20m².W^-1的非线性指数以及具有10μm²的内芯直径的光纤。

相位再生设备32还包括模块38，用于对在线性增宽模块34中脉冲遭受的增宽进行线性补偿。线性补偿模块38包括色散和线性光传播介质。实际上，它由具有与线性增宽模块34的总色散相对的总色散的常规光纤，即2.72ps/nm。有利地，对于40Gbit/s或160Gbit/s的比特率，使用每单位长度色散为17ps/nm/km的160米SMF型光缆。

这种光纤用于恢复光纤14所提供的脉冲的初始宽度。

为了增加相移模块36的非线性效果，允许脉冲达到足够功率的光学放大器可被置于线性增宽模块34和相移模块36之间。

在这种情况下，为了降低脉冲功率，那么衰减器42还可以放置在相移模块36与补偿模块38之间，从而当在补偿模块38中传播时，不再遭受非线性失真。

有利地，可以采用在160Gbit/s具有13.5dBm输出功率的光放大器，和在40Gbit/s具有16.5dBm输出功率的光放大器。同样地，在40Gbit/s或160Gbit/s优选采用15dB衰减器。

现有再生设备32用于改善接收设备12输出端的误差率。

因此，利用指示的参数，计算机模拟上述配置表明该配置可以用于改进测量该配置输出端的误差率的质量因子Q²：

-当在Q²＝16dB的区域时，在160Gbit/s大约改善了2.5dB；和

-当在Q²＝16dB的区域时，在40Gbit/s大约改善了3.05dB。

显然，根据本发明的光再生设备可用于补偿在光纤中传播的脉冲所遭受的相移。由于一方面通过线性增宽模块改变脉冲宽度参数(X₃)、通过现有放大器40改变脉冲幅度(X₁)和通过现有相移模块36改变γ，光再生设备32可以被建立，从而降低这些非线性影响，或者甚至补偿光网络14中信号传输的影响。

当然，本发明不局限于上述实施例。

具体地，为了进一步提高接收信号的质量，上述再生设备32例如可用作另一再生设备的附加设备，例如用于诸如可饱和吸收器之类的幅度再生的设备。

$K_{d2}=\frac{{X_{12}}^3{X}_{11}\·\sqrt{2\·\mathrm{\π}}\·e^{(\frac{{(-X_{21}+T_6-X_{22})}^2}{{X_{31}}^2}\frac{1}{2}\·I\·X_{41}\·{(-X_{21}+T_6-X_{22})}^2-I\·({-X}_{21}+T_6-X_{22})\·X_{51})}\·e^{(-\frac{1}{2}\·\frac{{(2\·\frac{I\·(-X_{21}+T_6-X_{22})}{{X_{31}}^2}{X}_{41}\·(-X_{21}+T_6-X_{22})+X_{52}+X_{51})}^2}{6\·\frac{1}{{X_{32}}^2}+2\·\frac{1}{{X_{31}}^2}-I\·(X_{42}-X_{41})})}\·e^{-I\·\mathrm{\δ}\left(\mathrm{\φ}\right)}}{\sqrt{\frac{6}{{X_{32}}^2}+\frac{2}{{X_{31}}^2}-I\·(X_{42}-X_{41})}}$

$K_{g2}=\frac{{X_{12}}^4\·\sqrt{2\·\mathrm{\π}}\·e^{(\frac{{(-X_{21}-X_{22})}^2}{{X_{31}}^2}\frac{1}{2}\·I\·X_{41}\·{(-X_{21}-X_{22})}^2-I\·({-X}_{21}-X_{22})\·X_{51})}\·e^{(-\frac{1}{2}\·\frac{{(2\·\frac{I\·(-X_{21}-X_{22})}{{X_{31}}^2}{X}_{41}\·(-X_{21}-X_{22})+X_{52}+X_{51})}^2}{6\·\frac{1}{{X_{32}}^2}+2\·\frac{1}{{X_{31}}^2}-I\·(X_{42}-X_{41})})}\·e^{-I\·\mathrm{\δ}\left(\mathrm{\φ}\right)}}{\sqrt{\frac{6}{{X_{32}}^2}+\frac{2}{{X_{31}}^2}-I\·(X_{42}-X_{41})}}$

Claims (7)

1.一种信号的光再生设备(32)，该信号承载通过该信号的相位调制而编码的信息项目，所述信号在光网络(14)上传输，并包括光脉冲的时序，其特征在于包括：

-光脉冲非线性相移模块(36)，该相移模块包括参数化的非色散和非线性光传播介质，从而对连续脉冲之间相位差上引入的信号在光网络(14)中的传输影响进行补偿；

-线性脉冲增宽模块(34)，其在操作链中位于相移模块(36)之前，该增宽模块包括色散和线性光传播介质；和

-模块(38)，用于对脉冲在线性增宽模块(34)中遭受的增宽进行线性补偿，其在操作链中放置在相移模块之后，这个线性补偿模块包括色散和线性光传播介质。

2.根据权利要求1的光再生设备，包括在操作链中放置在相移模块(36)之前的光放大器(40)。

3.根据权利要求2的光再生设备，包括在操作链中放置在相移模块(36)之后的光衰减器(42)。

4.根据上述任一权利要求的光再生设备，还包括诸如可饱和吸收器之类的幅度再生装置。

5.一种信号的光再生方法，该信号承载通过该信号的相位调制而编码的信息项目，所述信号在光网络(14)上传输，并包括光脉冲的时序，其特征在于包括：

-在相移模块(36)中进行的光脉冲非线性相移步骤，该相移模块(36)包括参数化的非色散和非线性光传播介质，从而对连续脉冲之间相位差上引入的信号在光网络(14)中传输的影响进行补偿；

-脉冲的线性增宽步骤，由脉冲线性增宽模块(34)在相移步骤之前执行，该脉冲线性增宽模块(34)包括色散和线性光传播介质；

-对脉冲在线性增宽步骤期间遭受的增宽进行线性补偿的步骤，这个步骤由包括色散和线性光传播介质的脉冲线性补偿模块在相移步骤之后执行。

6.根据权利要求5的信号光再生方法，其中，所述信号在其进入所述相移模块(36)之前被放大。

7.根据权利要求6的信号光再生方法，其中，所述信号在离开所述相移模块之后被衰减。