CN1756136A - 用于减轻由光滤波所产生的符号间干扰的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于减轻由窄带光滤波所产生的符号间干扰(ISI)的方法及设备，其通过使用光滤波设备对多信道光信号进行滤波来改善传输性能，所述光滤波设备在滤波通带的传送率分布中显示出理想的损耗波动。

Description

用于减轻由光滤波所产生的 符号间干扰的方法和设备

技术领域

本发明一般涉及光传输，并且特别涉及用于减轻由于符号间干扰(ISI)所产生的损失(penalty)的方法和设备。

背景技术

光分插复用器(OADM)是在波分复用(WDM)传输系统中用于灵活的波长管理的关键使能因素。然而，包括多个串联OADM或其它提供窄带光滤波的设备的高数据速率传输系统(例如40-Gb/s)可能由于所述窄带光滤波而遭受显著的ISI。ISI是每个比特时隙的信号到其它比特时隙的扩展。所述扩展使数字传输系统中的眼图张开发生闭合，以及导致劣化的系统性能。

一种减轻由窄带光滤波所产生的ISI的现有技术解决方案是使用具有较窄光带宽的传输格式。然而，使用窄带传输格式并不总是可行的或理想的，因为，所述传输格式可能对非线性及噪声更加敏感。另外，这种解决方案不可以应用于使用传统(非窄带)调制格式的系统。

另一种现有技术解决方案是使用电均衡器。然而，由于传统的平方律检测时的光相位信息的损耗，电均衡的有效性也基本被限制。另外，40Gb/s及更高的电均衡通常需要具有大于80GHz带宽的电子器件，以及在许多应用中是不切实际的。

另一种现有技术解决方案是使用均衡器设备，以在光滤波之后提供失真信号的光均衡。这种设备在C.R.Doerr等的“SimpleMultichannel Optical Equalizer Mitigating Intersymbol Interferencefor 40-Gb/s Nonreturn-To-Zero Signals”中被讨论。所提出的光均衡器被用作额外的光部件来补偿之前所引起的ISI损失，以及使用Mach-Zehnder干涉仪。然而，这种解决方案可能不适合于所有的商业应用。

发明内容

本发明提供用于减轻由窄带光滤波所产生的ISI损失的方法及设备。在一个优选实施例中，提供一种用于传输多信道光信号的设备。所述设备包括用于窄带光滤波的光滤波设备。所述光滤波设备在滤波通带的传送率分布(transmittance profile)中显示出理想的损耗波动(ripple)，以便减轻由所述窄带光滤波所产生的ISI，以及对于所述多信道光信号中的一条或多条信道改善传输性能。

在根据本发明的方法的优选实施例中，使用光滤波设备对多信道光信号进行窄带滤波。所述光滤波设备在滤波通带的传送率分布中显示出理想的损耗波动，以便减轻由所述窄带光滤波所产生的ISI，以及对于所述多信道光信号中的一条或多条信道改善传输性能。

附图说明

当与附图一起进行阅读时，可以更好地理解前面的发明内容以及下面本发明的优选实施例的详细描述。出于说明本发明的目的，在附图中示出了目前优选的实施例。然而，应当知道，本发明不限于所示的准确安排及手段。

在附图中：

图1A-D是用于传输归零开关键控(RZ-OOK)光信号的仿真眼图；

图2A-B是示出了在OOK和DPSK系统中以φ₀的总眼图闭合损失系数的关系曲线的图；

图3是在φ_O＝π/2(或3π/2)处损耗波动(LR)所引起的光信噪比(OSNR)损失关于波动周期和幅度的关系曲线的曲线图；

图4是在通过有LR及没有LR的两个交织器(interleaver)之后42.7-Gb/s NRZ-DPSK信号的测量光频谱；

图5A-B是分别通过LR和未通过LR的所窄带滤波的42.7-Gb/sNRZ-DPSK信号的测量眼图；

图6A-B是在分别没有LR和有LR的6个级联交织器(IL)之后的42.7-Gb/s NRZ-DPSK信号的仿真眼图；

图7是根据本发明的一个实施例的光滤波器的框图；以及

图8是说明了本发明的诸方面的图。

具体实施方式

与LR有关的频率相关的幅度调制通常可以被表示为正弦函数的傅立叶和，其中每个为：

$l_{\mathrm{LR}}\left(f\right)=-\frac{l_{\mathrm{pp}}}{2}\sin (2\mathrm{\πf}/f_p+{\mathrm{\φ}}_0),\·\·\·\left(1\right)$

其中l_pp和f_p分别是LR分量的以dB为单位的峰峰幅度(为了符合传统的损耗波动规范)和周期，而φ_o是LR的相位，所述相位与信号频率及其最近的传送率峰值之间的偏移有关。(这里所使用的LR是指滤波器通带响应的峰峰变化)对于信号的中心频率，f＝0被选择；因此，根据等式(1)，当传送率峰值与信号的频谱中心相一致时，φ_O＝π/2。我们可以将单个脉冲(一个“1”)的LR失真的时域分布写为：

$b\left(t\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}A\left(f\right)e^{j2\mathrm{\πft}}\·e^{\ln \left(10\right)l_{\mathrm{LR}}\left(f\right)/10}\mathrm{df},\·\·\·\left(2\right)$

其中，A(f)是a(t)的傅立叶变换，a(t)是原始脉冲的时域分布。

使用贝塞尔函数的生成函数，

$\exp (z(t-1/t)/2)=\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{J}_n\left(z\right)t^n,\·\·\·\left(3\right)$

其中，J_n(z)是第一类贝塞尔函数，我们有：

$e^{l_{\mathrm{LR}}\left(f\right)}=\exp \left\{\frac{\ln \left(10\right)l_{\mathrm{pp}}}{40j}\right[e^{j(2\mathrm{\πf}/f_p+{\mathrm{\φ}}_0)}-e^{-j(2\mathrm{\πf}/f_p+{\mathrm{\φ}}_0)}\left]\right\}=\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{J}_n\left(\frac{\ln \left(10\right)l_{\mathrm{pp}}}{20j}\right)e^{\mathrm{jn}(2\mathrm{\πf}/f_p+{\mathrm{\φ}}_0)},\·\·\·\left(4\right)$

对于小的/适中的LR所引起的失真保留一阶项，我们获得(通过使用

J₀(z)＝landJ_±1(z)＝±z/2)：

$b\left(t\right)\≈a\left(t\right)+\frac{\ln \left(10\right)l_{\mathrm{pp}}}{40}\·\left\{a(t+1/f_p)\exp \right[j({\mathrm{\φ}}_0-\frac{\mathrm{\π}}{2})]+a(t-1/f_p)\exp [-j({\mathrm{\φ}}_0-\frac{\mathrm{\π}}{2})\left]\right\}\·\·\·\left(5\right)$

等式(5)表明，对于第一阶，所述失真的脉冲包括原始脉冲和两个离散的脉冲，所述两个离散的脉冲具有共同的相对幅度ln(10)l_pp/40，以及分别具有±φ_O-π/2和±1/f_p的相位和延迟。应当注意，尽管就时间上距离原始脉冲±1/f_p的离散辅助(satellite)脉冲而言，LR以类似的方式作用于群延迟波动(GDR)，但是，LR所引起的辅助脉冲的幅度和相位与由GDR所引起的相比是表现不同的。更具体来说，LR所引起的辅助脉冲的幅度是与波动周期无关的，因此，只要信号比特速率(BR)是LR周期的倍数，或者f_p＝BR/n，其中n＝1，2，3...，就总有强的ISI。当f_p小于BR时，这使得在关于f_p的损失相关性中产生“振荡行为”，这不同于GDR的情况，在GDR的情况中，仅在BR接近GDR周期时发生最坏的损失。另一方面，当波动周期增加超过BR时，原始脉冲和离散的脉冲之间的时间偏移变得小于比特周期T(T＝1/BR)，以及LR所引起的ISI快速减少。另外，LR所引起的辅助脉冲的相位引起注意地进行表现。对于φ_O＝π/2(或者其中信号频率符合发送峰值)，两个辅助脉冲都是和原始脉冲同相的。(窄带光滤波可以被看作φ_O＝π/2的特殊情况。)对于φ_O＝3π/2(或者信号频率符合发送谷值)，两个辅助脉冲都是和原始脉冲异相的。这可以有利地被用于减轻有窄带光滤波所产生的损失。

图1A-D示出了具有由LR所引起的失真的RZ-OOK传输的仿真眼图，所述LR具有l_pp＝5dB以及f_p＝1×BR。所述脉冲的占空度假设是33％。在φ_O＝0或π处，在“1”和其辅助之间的相位差是π/2，以及“0”比“1”降低许多。在φ_O＝π/2(3π/2)处，相位差是0(π)，以及“1”比“0”降低许多。差分移相键控(DPSK)传输也被发现类似地受LR的影响(如OOK)。

具有光前置放大接收器的系统中的LR所引起的OSNR损失也被估定。损失因素可以被定义如下：

$P\left(\mathrm{dB}\right)=20\log [1-\frac{\ln \left(10\right)l_{\mathrm{pp}}}{40}\·c_{\mathrm{EC}}\·a\left(\mathrm{rem}(1/f_p,T)\right)/a\left(0\right)],\·\·\·\left(6\right)$

假设噪声失真在光场域中是高斯类型(Gaussian-like)的，则其与光信噪比(OSNR)损失有关。项rem(1/f_p，T)是1/f_p除以T的余数，表示辅助脉冲中的每个与其最近的比特中心之间的时域距离。为了简单起见，假设线性的传输以及理想的接收器。应当注意，与GDR的情况不同，由于上面所提及的“振荡行为”，因此，不可以假设由LR所引起的损失是短范围(short-ranged)的。这里，c_EC是所述场域中的最坏眼图闭合系数。对于OOK系统(没有相位调制)，在某些简化之后有：

c_{EC_OOK}＝max[0，-sin(φ₀]+max[1，2|sin(φ₀|]，     (7)

其中，在“100”和“101”模式下，第一项max[0，-sin(φ_O)]对应于“1”上的ISI的等级，而第二项max[1，2sin(φ_O)]对应于“0”上的最坏ISI的等级。当计算OSNR损失和眼图闭合系数时，假设信号功率在经历LR之后被重新标准化。

对于DPSK系统，有两种类型的“眼图闭合”，一种是信号幅度中的，而另一种是两个邻近比特之间的差分相位中的。在某些推导之后，对于DPSK，我们有LR所引起的总眼图闭合系数：

c_{EC_DPSK}＝max(2|sin(φ₀)|，4|cos(φ₀)|/π)，       (8)

其中，|2sin(φ_O)|对应于幅度眼图闭合的最坏程度，而4|cos(φ_O)|/π对应于差分相位眼图闭合的最坏程度。图2A-B示出了OOK和DPSK系统中关于φ_O的总眼图闭合损失系数(对于LR和GDR)的关系曲线。实际上，与GDR相比，LR表现不同。

图3示出了在φ_O＝π/2(或3π/2)处LR所引起的OSNR损失(以dB)关于GDR周期和幅度的关系曲线的曲线图。因此，可以观察之前所提及的“振荡行为”。所述发送器假设是理想的。本领域的技术人员应当知道，如果发送器具有有限消光比，则离散的脉冲和“0”上的信号场之间的干扰可以是重要的，以及需要被考虑。

如之前所讨论的那样，具有φ_O＝3π/2的LR有与具有φ_O＝π/2的LR相反的影响，以及在通带中心的传送率下降(dip)(具有φ_O＝3π/2的LR)可以实质上消除由窄带滤波所引起的ISI中的一些。

执行测试以验证本发明的诸方面。42.7Gb/s NRZ-DPSK信号通过两个交织器(IL)，所述交织器具有40GHz 3-dB带宽的平顶(～3阶超高斯)信道通带。

图4示出了通过有LR和没有LR的两个IL之后的测量信号频谱，LR具有l_pp＝5dB，f_p＝50GHz，以及φ_O＝3π/2。LR由具有两个级联的20-ps延迟线干涉仪的光均衡器所产生，每个干涉仪具有可变的分光比以及差分相位控制。尽管LR通常伴随有GDR，但是，用在实验测试中的LR产生器的设计实际上允许无GDR的操作。所测量的峰峰GDR仅是～1ps，其引起可忽略的额外损失。

图5A-B示出了分别通过LR和未通过LR的所窄带滤波的42.7-Gb/s NRZ-DPSK信号的测量眼图。通过LR所获得的眼图比未通过LR所获得的眼图更加张开并且更加对称。获得～0.9dB的OSNR余量改善(以BER＝6E-5)(通过单独的判决门限优化)。LR产生器生成周期性的LR，其可以被用于同时为所有WDM信道减轻滤波损失。

还执行测试来测试本发明的诸方面的系统级性能。图6A-B示出了在通过6个级联的具有50GHz 3-dB通带(3阶超高斯类型)的IL之后42.7-GHz NRZ-IPSK信号的仿真眼图。当TD＝0.5dB的传送率下降被用于每个IL时，所述OSNR余量提高～1.5dB。

因此，根据本发明的诸方面，在滤波器通带中产生传送率下降的特定类型的损耗波动可以被用于减轻与窄带光滤波有关的损失。

图7根据本发明的一个实施例说明了用于对WDM光信号进行滤波的光滤波设备700。光滤波器710在用于第i个信道的滤波通带的传送率分布中显示出理想的传送率下降(如图7的插图中所说明的那样)。光滤波设备700的传送率下降优选地被选择以便减轻由窄带光滤波所产生的ISI。采用这种光滤波设备的光通信系统为系统中所传输的多信道光信号中的一条或多条信道提高了光传输性能。

本领域的技术人员应当理解，尽管在图7的插图中描述了单个频率，但是，可以为WDM传输系统中的多条信道产生传送率下降，以便为多条信道减轻由窄带光滤波所产生的ISI。

图8被提供以说明根据本发明的一个实施例的传送率，其就100GHz的周期而显示出周期性的传送率下降(TD)。周期性的传送率下降可以通过正弦损耗波动来产生(如图8所说明的那样)。损耗波动优选地被选择，以使得对于多条信道，传送率下降发生在滤波器的通带的中心。

在根据本发明的一个实施例中，提供了一种用于传输多信道光信号的设备。所述设备包括用于窄带光滤波的光滤波设备。所述光滤波设备在所述光滤波设备的滤波通带的传送率分布中显示出理想的损耗波动，以减轻由窄带光滤波所产生的ISI。通过减轻ISI，对多信道光信号中的一条或多条信道改进了传输性能。损耗波动优选地在光滤波设备的滤波通带的中心产生传送率下降。损耗波动的周期、幅度及相位优选地被选择，以使得设备的传输性能被提供。损耗波动的周期优选地约等于多信道光信号的信道间隔的整数分之一。传送率下降优选地是约0.4dB用于减轻一阶ISI。本领域的技术人员应当理解，损耗波动可以包括具有各种频率、幅度及相位的多个载波用于减轻多阶ISI。

例如，窄带光滤波设备可以是光分插复用器、复用器、解复用器、光交织器等。窄带光滤波设备优选地对光信号进行滤波，以使得TD(dB)≈1.3(BR_max/Δf_3-dB)⁴，其中，TD是从传输下降中的最小传输点到最大传输所测量的传送率下降，BR_max是最大比特速率，以及Δf_3-dB是3-dB带宽。

在根据本发明的另一个实施例中，提供了用于传输多信道光信号的光传输系统。所述系统优选地包括多个用于窄带光滤波的光滤波设备。所述光滤波设备优选地分布在所述传输系统中。所述光滤波设备中的每个优选地在所述光滤波设备的滤波通带的传送率分布中显示出理想的损耗波动，以减轻由窄带光滤波所产生的ISI，从而使得对于多信道光信号中的一条或多条信道，传输性能被改善。

由光滤波设备中的每个所显示出的损耗波动优选地在通带的中心产生传送率下降。用于每个光滤波设备的损耗波动的周期优选地约等于多信道光信号的信道间隔的整数分之一。用于每个光滤波设备的损耗波动的周期、幅度和相位优选地被选择以使得传输性能被改善。

用于每个光滤波设备的损耗波动可以包括具有各种频率、幅度及相位的多个波动用于减轻多阶ISI。

窄带光滤波设备例如可以是光分插复用器、复用器、解复用器、光交织器等。窄带光滤波器优选地对光信号进行滤波，以使得TD(dB)≈1.3(BR_max/Δf_3-dB)⁴，其中，TD是从传输下降中的最小传输点到最大传输所测量的传送率下降，BR_max是最大比特速率，以及Δf_3-dB是3-dB带宽。

在根据本发明的另一个实施例中，提供了一种用于光传输的方法。所述方法优选地包括使用光滤波设备对多信道光信号进行窄带滤波的步骤。所述光滤波设备优选地在所述光滤波设备的滤波通带的传送率分布里显示出理想的损耗波动，以减轻由窄带滤波所产生的ISI，从而使得对于多信道光信号中的一条或多条信道，传输性能被改善。

所述窄带光滤波器优选地对光信号进行滤波，以使得TD(dB)≈1.3(BR_max/Δf_3-dB)⁴，其中，TD是从传输下降中的最小传输点到最大传输所测量的传送率下降，BR_max是最大比特速率，以及Δf_3-dB是3-dB带宽。

本领域的技术人员应当知道，可以对上述实施例作出修改，而不脱离其广泛的发明原理。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，而且，其还意欲覆盖由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围之内的修改。

Claims (10)

1.一种用于传输多信道光信号的设备，包括：用于窄带光滤波的光滤波设备，其中，所述光滤波设备在所述光滤波设备的滤波通带的传送率分布中显示出理想的损耗波动，以减轻由所述窄带光滤波所产生的符号间干扰(ISI)，以使得对于所述多信道光信号中的一条或多条信道，传输性能被改善。

2.根据权利要求1的设备，其中，所述损耗波动在所述滤波通带的中心产生传送率下降。

3.根据权利要求1的设备，其中，所述损耗波动的周期、幅度和相位被选择，以使得所述传输性能被改善。

4.根据权利要求1的设备，其中，所述损耗波动的周期等于所述多信道光信号的信道间隔的整数分之一。

5.根据权利要求1的设备，其中，所述损耗波动包括具有各种频率、幅度和相位的多个波动用于减轻多阶ISI。

6.根据权利要求1的设备，其中，所述光滤波设备是从以下组中所选择的设备，所述组包括光分插复用器、复用器、解复用器、以及光交织器。

7.根据权利要求1的设备，其中，所述光滤波设备对所述光信号进行滤波，以使得：

TD(dB)≈1.3(BR_max/Δf_3-dB)⁴，

其中，TD是所述传送率下降的峰峰幅度，BR_max是最大比特速率，以及Δf_3-dB是3-dB带宽。

8.一种用于传输多信道光信号的光传输系统，包括：在所述传输系统中所分布的多个用于窄带光滤波的光滤波设备，其中，所述光滤波设备中的每个在所述光滤波设备的滤波通带的传送率分布中显示出理想的损耗波动，以减轻由所述窄带光滤波所产生的符号间干扰(ISI)，从而使得对于所述多信道光信号中的一条或多条信道，传输性能被改善。

9.一种用于光传输的方法，包括：使用光滤波设备对多信道光信号进行窄带滤波，其中，所述光滤波设备在所述光滤波设备的滤波通带的传送率分布中显示出理想的损耗波动，以减轻由所述窄带滤波所产生的符号间干扰(ISI)，以使得对于所述多信道光信号中的一条或多条信道，传输性能被改善。

10.根据权利要求9的方法，其中，所述光滤波设备对所述多信道光信号进行滤波，以使得：

TD(dB)≈1.3(BR_max/Δf_3-dB)⁴，

其中，TD是传送率下降的峰峰幅度，BR_max是最大比特速率，以及Δf_3-dB是3-dB带宽。

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