CN201191836Y - 一种全光自适应信号均衡器 - Google Patents

Abstract

一种全光自适应信号均衡器，属于高速光纤通信领域的光学器件，目的在于能够自适应地补偿所有动态的线性损伤。本实用新型包括装设于传输光路发射端的预均衡器和装设于传输光路接收端的后均衡器，预均衡器由两段长度和色散值都相同的负色散光纤通过一个负向余弦相位调制器连接组成一种全光周期傅立叶反变换器；后均衡器由两段长度和色散值都相同的正色散光纤通过一个正向余弦相位调制器连接组成一种全光周期傅立叶变换器。本实用新型可以实现40～100Gbit/s强度调制－直接检测(IM－DD)系统的全光自适应信号均衡，消除群速度色散、偏振模色散和时间抖动对于高速光脉冲传输的影响。

Description

一种全光自适应信号均衡器

技术领域

本实用新型属于高速光纤通信领域的光学器件，具体涉及一种全光自适应信号均衡器，用于40～100Gbit/s强度调制-直接检测(IM-DD)系统中高速光脉冲信号在单模传输光纤中传输后的信号恢复。

背景技术

随着光纤通信系统中传输速率向100Gbit/s发展，在光纤中被基带数据信号调制的光信号波形在传输过程中会受到光纤固有损伤严重的影响，这些损伤包括：群速度色散、偏振模色散、时间抖动和非线性效应等，这些影响会干扰100Gbit/s光信号在光纤中的传输，使得光信号失真，在接收端无法正常恢复出所调制的基带数据信号，从而限制了通信的速率和传输的距离。

为了能够在接收端恢复信号，目前采用信号均衡的办法，通过对信号传输特性的补偿，使被调制的基带数据信号能够在接收端被正确还原出来。常见的信号均衡主要包括光均衡和电均衡两种方式。

光均衡采用色散补偿光纤或者色散补偿光栅对光信号波形在传输过程中的色散进行补偿。色散补偿光纤虽然补偿的光谱范围比较宽，但由于色散斜率导致补偿不完全，使得不同的信道上具有不同的残余色散。同时，采用色散补偿光纤会带来额外的损耗，于是就需要增加光纤放大器的个数，这样，不仅引入自发辐射噪声(ASE噪声)使传输信号信噪比下降，还增加系统的成本。色散补偿光栅虽然损耗很小，但是光谱通带很小，一个补偿光栅只能补偿一个通道。这也增加了补偿的成本。另外，采用光均衡的方式，当信号传输的速率增加的同时，对色散补偿的要求也越高，于是低速的系统也就不能对高速的系统兼容，增加了系统从低速率向高速率升级的复杂度。而且补偿的范围是由补偿器件固定的不能动态地变化。

电均衡方式为利用电子色散补偿(EDC)技术的均衡，它通过对接收光信号在电域里面进行抽样，软件优化和信号复原，能根据链路损伤情况自适应地调整接收信号的波形，恢复由于群速度色散、偏振模色散和非线性引起的光信号展宽和失真，达到均衡的效果。EDC技术能够实现对高速率下色散补偿的自适应调整而不需要增加太多的成本，并且不会引入额外的损耗，能实现所有信道的色散完全补偿。但是随着通信速率的进一步增加，EDC技术将受到电子速率瓶颈的限制而无法应用，另外，采用EDC技术还将增加基带信号的频带宽度，降低系统的频带利用率，这也使得EDC技术很难应用于100Gbit/s的高速系统中。

综上所述，传统的光均衡的方法虽然没有电子瓶颈的速率限制，但是补偿引入的成本高，高速情况下系统的复杂度高，补偿精度较低，不能实现动态的自适应补偿。而采用电均衡的方式虽然成本和复杂度都将比较低，也能自适应地补偿链路动态损伤，但是由于电子瓶颈和频谱宽度的限制而不能用于如100Gbit/s的高速系统中。

发明内容：

本实用新型提供一种全光自适应信号均衡器，目的在于能够自适应地补偿包括群速度色散，高阶色散，偏振模色散和时间抖动在内的所有动态的线性损伤。

本实用新型的一种全光自适应信号均衡器，包括装设于传输光路发射端的预均衡器和装设于传输光路接收端的后均衡器，其特征在于：

所述预均衡器是一种全光周期傅立叶反变换器，由两段长度和色散值都相同的负色散光纤通过一个负向余弦相位调制器连接组成；

所述后均衡器是一种全光周期傅立叶变换器，由两段长度和色散值都相同的正色散光纤通过一个正向余弦相位调制器连接组成。

所述的全光自适应信号均衡器，其特征在于：

所述预均衡器中，所述负色散光纤的长度L与色散值D的乘积满足：LD＝-25ps/nm～-400ps/nm；

所述负向余弦相位调制器的调制函数为：

其中

为经过负向余弦相位调制器后光脉冲序列相位的改变量，t为光脉冲序列的时间，负向余弦相位调制器的周期T＝70ps～250ps，负向余弦相位调制器的振幅A满足关系 $A=\left|\frac{c}{T^2{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{DL}}\right|,$ 其中光速c，光脉冲波长λ；

所述后均衡器中，所述正色散光纤的长度L′和色散值D′的乘积满足关系：L′D′＝-LD；

所述正向余弦相位调制器的调制函数为：

其中

为经过正向余弦相位调制器后光脉冲序列相位的改变量，t为光脉冲序列的时间，正向余弦相位调制器的周期T′＝T，正向余弦相位调制器的振幅A′满足关系：A′＝A。

所述的全光自适应信号均衡器，其进一步特征在于：

所述负向余弦相位调制器由负向射频产生器和铌酸锂电光调相器电信号连接构成，负向射频产生器的初始相位为π，射频电压的幅值为

V_π为铌酸锂电光调相器的半波电压；负向射频产生器所需的定时信号由发送端的时钟信号变换得到，变换后的时钟周期为负向余弦相位调制器的周期T；

所述正向余弦相位调制器由正向射频产生器和铌酸锂电光调相器电信号连接构成，正向射频产生器的初始相位为0，射频电压的幅值为

正向射频产生器所需的定时信号由位于接收端的时钟提取模块从链路上面提取得到，提取到的时钟周期为正向余弦相位调制器的周期T′。

本实用新型利用全光傅立叶变换的原理，利用光脉冲的频谱包络在光纤中传输时不会受到光纤中诸如色度色散，偏振模色散，时间抖动等线性扰动的影响，光脉冲的频谱包络在光脉冲传输过程中不会发生改变这一基本现象。

从发送机输出的强度调制的脉冲序列以相邻N个脉冲为周期，首先通过发射端的预均衡器变换为一个传输的光时域波形。此时，从发送机输出的相邻N个脉冲波形就作为该传输的光时域波形的频谱包络。原来重复周期为T₀的发送机输出脉冲就转换为重复周期为N×T₀的传输的光时域波形，这样也就降低了光纤传输链路上的速率。

由于光纤固有损伤的影响，传输的光时域波形到达接收端将受到严重的变形，并且变形随光纤链路所处的环境是动态变化的。但是频谱包络不会变，于是经过接收端的后均衡器傅立叶变换后，传输的光时域波形的频谱包络将被变换到时域上面来。并且该频谱包络就是从发送机输出的相邻N个脉冲波形。这样，通过预均衡器和后均衡器的共同作用，从发送机输出的光脉冲序列将在接收端无畸变的恢复出来。

本实用新型可以实现40～100Gbit/s强度调制-直接检测(IM-DD)系统的全光自适应信号均衡，消除群速度色散、偏振模色散和时间抖动对于高速光脉冲传输的影响。

附图说明

图1为本实用新型发射端的预均衡器结构示意图，图中标记为：

输入光纤1，负色散光纤2，铌酸锂电光调相器3，传输光纤4，发送端时钟信号5，时钟变换器6，负向射频产生器7。

图2为本实用新型接收端的后均衡器结构示意图，图中标记为：

传输光纤4，1∶9耦合器9，正色散光纤10，铌酸锂电光调相器3，输出光纤12，光电探测器13，时钟提取模块14，正向射频产生器15。

具体实施方式

下面参照附图，以100Gbit/s强度调制-直接检测(IM-DD)系统的全光自适应信号均衡为例对本实用新型进一步说明。

本实用新型包括预均衡器和后均衡器两部分：

第一部分是位于发送端的预均衡器，如图1所示，该预均衡器的主要作用是对从发送机输出、经输入光纤输入的10个相邻脉冲序列进行全光的反傅立叶变换。由两段长度0.4km，色散值为D＝-74ps/nm·km的负色散光纤2通过一个负向余弦相位调制器连接构成。负向余弦相位调制器的调制函数为：

该负向余弦相位调制器由铌酸锂(LiNbO₃)电光调相器3和一个作为电光调相器驱动的负向射频产生器7构成。负向射频产生器7的初始相位为π，射频电压的幅值为：

(V_π为铌酸锂电光调相器的半波电压)。驱动所需要的定时信号由发送端时钟信号5通过时钟变换器6变换得到，时钟变换器采用CENTELLAX公司的TD40MCA，变换后得到的时钟周期为负向余弦相位调制器的周期100ps。

从输入光纤1输入的10个相邻脉冲序列依次经负色散光纤2、负向余弦相位调制器调相和负色散光纤2传输后，变换得到一个光时域波形，并耦合进入传输光纤4中进行长距离的传输。

第二部分是位于接收端的后均衡器，如图2所示，该预均衡器的主要作用是对经过光纤链路传输的重复周期为100ps的光时域波形进行全光的傅立叶变换。由两段长度8km，色散值为D＝3.7ps/nm·km的正色散光纤10通过一个正向余弦相位调制器连接构成。正向余弦相位调制器的调制函数为：

该正向余弦相位调制器由铌酸锂(LiNbO₃)电光调相器3和一个作为电光调相器驱动的正向射频产生器15构成。正向射频产生器15的初始相位为0，射频电压的幅值为：

(V_π为铌酸锂电光调相器的半波电压)。驱动所需要的定时信号由位于接收端的时钟提取模块从链路上面提取得到。可在后均衡器前端先采用一个1∶9耦合器9分一小部分光进入到光电探测器13进行光电转换，转换后的电信号经时钟提取模块14提取时钟，这里采用的时钟提取模块为CDR-E135。(此时所提取的时钟周期为100ps与光时域波形的周期相同且同步)，提取的时钟信号输入到正向射频产生器15中作为正向余弦相位调制器的定时信号。

从光纤链路末端传输光纤4输入的重复频率为100ps的时域波形依次经正色散光纤10传输、正向余弦相位调制器调相和正色散光纤10传输后，变换得到没有变形的发送机发送的光脉冲序列，通过后均衡器的输出光纤12输出到接收机进行接收。可以实现100Gbit/s强度调制-直接检测(IM-DD)系统的全光自适应信号均衡。

Claims (3)

1.一种全光自适应信号均衡器，包括装设于传输光路发射端的预均衡器和装设于传输光路接收端的后均衡器，其特征在于：

所述预均衡器是一种全光周期傅立叶反变换器，由两段长度和色散值都相同的负色散光纤通过一个负向余弦相位调制器连接组成；

所述后均衡器是一种全光周期傅立叶变换器，由两段长度和色散值都相同的正色散光纤通过一个正向余弦相位调制器连接组成。

2.如权利要求1所述的全光自适应信号均衡器，其特征在于：

所述预均衡器中，所述负色散光纤的长度L与色散值D的乘积满足：

LD＝-25ps/nm～-400ps/nm；

所述负向余弦相位调制器的调制函数为：

其中

为经过负向余弦相位调制器后光脉冲序列相位的改变量，t为光脉冲序列的时间，负向余弦相位调制器的周期T＝70ps～250ps，负向余弦相位调制器的振幅A满足关系 $A=\left|\frac{c}{T^2{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{DL}}\right|$ ，其中光速c，光脉冲波长λ；

所述后均衡器中，所述正色散光纤的长度L′和色散值D′的乘积满足关系：L′D′＝-LD；

所述正向余弦相位调制器的调制函数为：

其中

为经过正向余弦相位调制器后光脉冲序列相位的改变量，t为光脉冲序列的时间，正向余弦相位调制器的周期T′＝T，正向余弦相位调制器的振幅A′满足关系：A′＝A。

3.如权利要求2所述的全光自适应信号均衡器，其特征在于：

所述负向余弦相位调制器由负向射频产生器和铌酸锂电光调相器电信号连接构成，负向射频产生器的初始相位为π，射频电压的幅值为V_π为铌酸锂电光调相器的半波电压；负向射频产生器所需的定时信号由发送端的时钟信号变换得到，变换后的时钟周期为负向余弦相位调制器的周期T；

所述正向余弦相位调制器由正向射频产生器和铌酸锂电光调相器电信号连接构成，正向射频产生器的初始相位为0，射频电压的幅值为

正向射频产生器所需的定时信号由位于接收端的时钟提取模块从链路上面提取得到，提取到的时钟周期为正向余弦相位调制器的周期T′。

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