偏振光学信道上的偏移补偿的制作方法

专利名称：偏振光学信道上的偏移补偿的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及偏振多信道光学系统内的偏移的管理，尤其涉及光学传输系统内 的偏振光学信道上的帧对准和偏移补偿。
背景技术：
传输系统的容量持续地增大，以向客户提供更大的可用带宽。这些传输系统能够 使用光学联网技术传输大量的数据。在某些系统中，波分复用(下文中，"WDM")传输系 统利用多个波长在终端节点之间传输数据。这些WDM系统为网络提供商提供了可调带宽， 而不需要显著地扩展网络的物理基础设施来实现这种额外的带宽。某些传输系统被设计成接收客户机信号，对客户机信号进行重新格式化，并且通 过长距离通信连接来发送这种经重新格式化的客户机信号。随后在传输系统中的接收机处 重构该客户机信号并传递给客户机网络。该传输系统可以根据各种标准协议来操作，比如 “光传输网络”(下文中，“0ΤΝ")协议或专用的格式和程序。将传输系统设计成与各类客户机网络相接。在这样做的时候，该传输系统将客户 机信号中的数据映射成传输帧，其中该数据在传输连接上进行传播。这种映射过程通常对 于客户机信号的协议和传输系统的格式是特定的，使得可以在传输接收机处完全重构客户 机信号。根据正在处理的客户机信号的类型，传输终端节点，即发射机和接收机节点两者， 一般能够在不同的模式中操作。例如，传输终端节点可以使用第一映射过程将客户机SONET 帧映射成传输帧，或者使用第二映射过程将以太网帧映射成传输帧。在传输连接上的客户机数据的传输特性可以取决于特定客户机信号的协议和速 率两者。如果客户机信号的传输速率高于传输系统的信道速率，则在传输系统中的多个信 道上发送客户机数据。客户机数据的这种多信道传输保留了客户机信号的速率，并且允许 在传输接收机节点处有效地重构该客户机信号。已经开发出且目前正在开发多种传输技术，能够在传输系统上有效地传输这种客 户机数据。在某些传输系统中，在传输系统上通过多个波长来发送客户机数据。在某些其它 的传输系统中，在传输系统上通过多个偏振的信道来发送客户机数据，这些偏振信道中的 一些可以是在同一光学波长上。某些其它传输系统可以使用多个波长和偏振信道的组合， 在传输系统上传输客户机数据。在传输接收机节点处接收这些波长和/或偏振信道中的每 一个，并且通过对客户机数据进行重建和串行化处理来重构该客户机信号。传输接收机节点要求各信道(包括偏振信道)之间的差动等待时间要低于某一阈 值以便发生客户机信号的恰当重构。这种差动等待时间或偏移描述了在传输接收机节点处 多个信道之间的定时失配。图1 一般地示出了示例性的偏振多信道传输系统。传输系统100包括第一终端节 点110，用于接收来自第一客户机节点或网络网关120的高速率客户机信号。第一终端节 点110对多个偏振光学信道上的客户机信号进行划分，并且将这些光学信道发送给第二终 端节点130。第二终端节点130从这些偏振光学信道中重构出高速率客户机信号，并且将重
6构出的信号发送给第二客户机节点140。本领域技术人员将会认识到，可以使用偏振多信道 传输系统100来传输各类客户机信号和信号速率。这种客户机信号的示例是100千兆比特以太网信号，在偏振多信道传输系统100 上对该信号进行构成帧的处理和传输。可以在两个偏振的50千兆比特信道上传输这种100 千兆比特以太网信号，这两个信道是在同一光学波长上或者是在不同的光学波长上。如上 所述，这些偏振的和非偏振的光学信道的传输要求这些信道之间的定时必须保持在一阈值 以内。如果这种定时变得太大(即，该信号偏移太大)，则这种100千兆比特以太网信号的 重构就变得更困难，并且在该过程中可能产生差错。应该管理各信道(包括多波长和偏振信道)之间的偏移，以确保传输系统100恰 当地工作。各偏振信道之间的偏移可能是由与传输介质和传输节点有关的多种因素造成 的。在传输期间，偏振模式色散(下文中，“PMD")可能引起各信道之间的差动等待时 间，因为各信道的传播速度不一样。这些不同的传播信道速度是由偏振信道与光纤相互作 用而引起的。例如，在一段光纤内以第一偏振模式传播的第一信道与同一光纤内以第二偏 振模式传播的第二信道相比，可能具有稍稍不同的速度。这种信道速度的差异导致了各信 道之间的定时的偏移。各偏振信道之间的偏移也可能导致各信道之间的信号路径长度的差异。例如，在 一节点内的不同信号路径上可以使偏振信道分开并且进行传输。这些稍稍的长度差异的一 个原因是用于传播这些偏振信道的光纤尾纤长度的变化。这些不同的光纤尾纤长度也可能 导致各信道之间的偏移。传输节点内的其它部件(光学的和电学的)也可能在这些偏振信 道之间引入偏移。为了让传输系统恰当地起作用，需要管理各偏振信道之间的这种偏移。当客户机 信号速率增大时，偏移的管理可能变得更复杂，因为有相对更大的数据量通过该传输网络 进行传播。实际上，传输网络必须为客户机提供更大的带宽，这意味着要么增大为客户机服 务的信道的数目，要么增大信道数据速率。无论哪种情况，当这种客户机数据通过传输网络 进行传播时，维持这种客户机数据的定时关系都变得更复杂。

发明内容
本发明的实施方式提供了用于管理偏振多信道光学传输系统内的偏移的系统、设 备和方法。在双偏振QPSK系统(下文中，“DP-QPSK系统")中，通过向至少一个偏振信 道添加等待时间，在传输系统内对偏振信道之间的偏移进行补偿。所添加的等待时间的量 可能取决于各种因素，这包括传输系统的偏移容限以及无补偿时各信道上的偏移的量。这 种等待时间可以是光学地或电学地进行添加的，并且是在传输节点内的信道信号路径上的 各个位置处。另外，本发明的各种实施方式提供了用于在传输帧开销内插入帧对准位序列 的新方法，使得在传输接收机处可以更有效且更准确地执行对准和偏移补偿。在本发明的某些实施方式中，传输终端接收机节点包括至少一个等待时间补偿模 块，用于向传输系统内的至少一个偏振信道添加等待时间。这种添加的等待时间改善了各 偏振光学信道之间的定时，使得可以更有效地重构客户机信号。如果在光学域中添加这种 等待时间，则就将偏振信道光学偏移补偿模块插入到要添加等待时间的那个偏振信道的光 学信道信号路径内。如果在电学域中添加这种等待时间，则就将偏振信道电学偏移补偿模
7块插入到要添加偏移的那个偏振信道的电学信号路径内。本领域技术人员将会认识到，这 些偏移补偿模块可以位于终端节点内的大量不同位置，旨在使所有这些都落在本发明的范 围中。在本发明的某些实施方式中，在发送传输节点内提供预偏移补偿以减小偏振信道 上的偏移。在发送节点处，可以在电学域或光学域中提供这种预偏移补偿。在偏振多信道 传输系统内也可以包括偏移检测以识别各偏振信道之间的偏移。在系统的初始配置期间、 系统的重新启动期间或系统的操作期间，可以使用这种偏移检测。可以在单个波长上传输多个偏振信道的偏振多信道单波长传输系统中实现这些 偏移管理系统、设备和方法。也可以在使用了多个波长的偏振多信道WDM传输系统中实现 这种偏移管理系统、设备和方法。在本概要部分中已经一般地描述了本发明的某些特征和优点；然而，在本文中也 呈现出、或者在本领域技术人员阅读说明书、权利要求书和附图时能明显看到，另外的特 征、优点和实施方式。另外，应该理解，本发明的范围不应该限于本概要部分所揭示的特定 实施方式。


现在参照本发明的实施方式，可以在附图中示出其示例。旨在使这些图用于展示 而非限制。尽管在这些实施方式的上下文中对本发明作了一般性描述，但是应该理解，这并 不旨在将本发明的范围限制为这些特定实施方式。图1 一般地示出了用于传输客户机信号的偏振多信道传输系统。图2A是光学收发机的框图，用于将多个信道发送给WDM系统，并且接收来自WDM 系统的多个信道。图2B是根据本发明的各种实施方式的光学收发机的另一个框图，用于将多个信 道发送给WDM系统，并且接收来自WDM系统的多个信道。图3A是示例性的OTN帧，示出了在ODU开销内的帧对准序列。图3B是根据本发明的各种实施方式的OTN帧，示出了在ODU开销内的帧对准填充
字节图案。图4 一般地示出了根据本发明的各种实施方式的DP-QPSK发射机。图5示出了根据本发明的各种实施方式的偏振多信道传输上的偏振信道偏移。图6是示出了根据本发明的各种实施方式的偏振信道上的光学偏移补偿的框图。图7是示出了根据本发明的各种实施方式的偏振信道上的电学偏移补偿的框图。图8是示出了根据本发明的各种实施方式的偏振信道上的电学偏移补偿的另一 个框图。图9是示出了根据本发明的各种实施方式的偏振信道上的偏移检测的框图。图10示出了根据本发明的各种实施方式的偏振多信道发射机中的电学预偏移功 能。图11示出了根据本发明的各种实施方式的偏振多信道发射机中的光学预偏移功 能。图12示出了根据本发明的各种实施方式用于减小偏振多信道系统中的偏移的方
8法的流程图。图13示出了根据本发明的各种实施方式用于在偏振多信道发射机的帧内插入帧 对准位序列的方法的流程图。
具体实施例方式本发明的实施方式提供了用于管理偏振多信道光学传输系统内的偏移的系统、设 备和方法。在DP-QPSK系统中，通过向至少一个偏振信道添加等待时间，在传输系统内对 偏振信道之间的偏移进行补偿。所添加的等待时间的量可能取决于各种因素，这包括传输 系统的偏移容限以及无补偿时各信道上的偏移的量。可以光学地或电学地添加这种等待时 间，并且是在传输节点(比如终端发射机或接收机)内的信道信号路径上的各个位置处。另 外，本发明的各种实施方式提供了用于在传输帧开销内插入帧对准位序列的新方法，使得 在传输接收机处可以更有效且更准确地执行对准和偏移补偿。在下面的描述中，为了解释，阐明了大量的具体细节，为的是提供对本发明的理 解。然而，对于本领域技术人员而言，很明显，在没有这些细节的情况下也能够实施本发明。 本领域技术人员将会认识到，可以将本发明的实施方式(下文会描述其中的一些)并入许 多不同的电学或光学部件、电路、设备和系统中。本发明的实施方式可以在各种不同类型的 环境中起作用，其中偏振信道的偏移管理是重要的，这包括但不限于，DP-QPSK传输系统。下 文框图中所示的结构和设备是本发明的示例性实施方式示意，并且旨在避免混淆本发明。 此外，附图中各部件之间的连接并不限于直接的连接。相反，可以修改、重新格式化或通过 中间部件改变这些部件之间的连接。在本说明书中，所提到的“ 一个实施方式“或“实施方式”意味着在本发明的至少 一个实施方式中包括结合该实施方式所描述的特定的特征、结构、特性或功能。本文中多处 出现的短语“在一个实施方式中”并不必然地全部指代相同的实施方式。图2A—般地示出了在传输系统上发送和接收客户机数据的示例性传输终端节 点。本领域技术人员将会认识到，本图未示出的其它部件可能存在于该终端节点内。如果 终端节点200是作为发射机操作的，则节点200接收在MAC或PCS 210上的高速率客户机 信号205。成帧器和纠错模块215将客户机数据构造成传输帧，并且将纠错信息(比如正 向纠错，下文中，“FEC")插入该帧中。电学多路分配器220将成帧的客户机数据划分 到N个路线上，这N个路线有效地定义了要在其上传输客户机数据的信道。这种多路分配 处理是必需的，因为客户机信号的速率高于传输系统的信道速率。本领域技术人员将会认 识到，本发明可以具体实施任何数目的多路分配器路线以及用于使客户机数据分散到这些 路线上的各种方法。此外，本领域技术人员将会认识到，多路分配器路线的数目不必然地等 于用于传输客户机数据的信道的数目。在上述N个路线的每一个上都提供WDM光学模块225，以将经多路分配的信号转换 到光学域中。WDM光学模块225包括光源(比如DFB激光器)以及调制器，该调制器用客户 机数据对光进行调制。WDM多路复用器230将经调制的光学信号组合成单个WDM信号，并且 将它发送到光纤中以便在传输系统内进行传播。相应地，在传输系统上的多个光学信道上 并行地将客户机数据传输给接收机终端节点。如上所述，每个光学信道通过光纤而传播并终止于接收机节点处所需的时间可能不一样。这种在各信道上的偏移要求应该在接收机处使各信道中的传输帧对准。这种帧对 准过程允许客户机信号恰当地排序，并且随后从接收到的光学信道中重构出来。成帧器和纠错模块215插入帧对准位序列，所述帧对准位序列具有特定的位图案 以允许接收机识别所述帧对准位序列并且之后使帧对准。例如，如果传输帧是OTN帧，则在 ODU开销的开始处插入帧对准序列。OTN接收机能够基于其特定的位图案来识别这种帧对 准序列，并且使OTN帧的开始与帧对准序列的开始关联起来。A.帧对准参照图2A，在多路分配之前，将帧对准位序列插入到传输帧中。多路分配器220将 该序列划分到N个路线上，从而在每个光学信道上产生缩短的对准位序列。帧对准位序列 的这种缩短不利地影响到了接收机处的对准过程的准确性，因为更可能随机地在帧中产生 缩短的位序列，并且错误地将其标识为潜在的帧对准位序列。在多个信道未对准且接收机 正搜索帧对准位序列的时间段内，可能会丢失客户机数据。图2B示出了改进的传输终端节点250，其中每个光学信道上都保存了帧对准位序 列长度。在这些实施方式中，在传输帧内构成客户机信号的帧之前，先经多路分配器260多 路分配客户机信号。特定的光学信道或多路分配器输出路线所特有的成帧器和纠错模块 270将帧对准位序列插入传输帧中。相应地，并行地实现将客户机信号构成到传输帧中，并 且可以相对于传输系统内的每个光学信道执行帧对准位序列的插入。这也允许在光学信道 上更加动态地插入纠错，并且也可以对一个或多个光学信道调节帧对准位序列。图3A和3B示出了在传输帧310的开销内插入帧对准位序列的示例。图3A示出 了在OTN帧开销325的开始之处插入帧对准序列(“FAS" )320。如上所述，通过识别FAS 中特定的位图案，接收机可以识别OTN帧310的开始。OTN标准具体地标识了位序列图案和 长度以及帧开销中的特定位置。图3B示出了可以插入在传输帧330内的各个位置中的帧对准位序列。在本示例 中，在帧开销350之内，将帧对准位序列340插入得更深。可以设计这种帧对准位序列340 使之具有不同的长度和位图案。另外，这种帧对准位序列340可以由许多种传输帧使用，这 包括公开的标准所定义的以及专用的协议所定义的那些传输帧。通过在已对客户机进行多路分配之后插入这些帧对准位序列，可以将这些序列单 独地插入每个传输信道。可以在一个信道到一个信道的基础上对帧对准位序列的长度和图 案进行配置。通过使用这种对准信息，可以识别和补偿各信道之间的偏移。可以在各类传输系统中使用传输帧(比如310、330)。在本发明的各种实施方式 中，帧310、330代表在发送到传输连接上之前被映射到另一个传输帧中的传输子帧。例如， 帧310、330可以是2. 5千兆比特帧，这些帧通过终端节点传输客户机信号并且随后被映射 到10千兆比特帧中以便在传输网络上进行发送。这种映射过程可以包括如下步骤将多个 子帧链接或按顺序地插入到单个更高速率的帧中；插入纠错信息(比如FEC)；以及用数字 打包机对多个子帧进行打包，其中包括开销或标头信息。在已对10千兆比特帧进行解包并 且从中提取出子帧之后，接收机节点接下来使用这种对准信息。在其它实施方式中，帧310、 330是作为孤立的帧在传输网络上进行发送的。例如，帧310、330是2. 5千兆比特帧，这些 帧通过终端节点传输客户机信号，然后，被发送到2. 5千兆比特传输连接上。无论哪种情 况，本领域技术人员将会认识到，可以将本申请所阐明的偏振信道上的帧对准、偏移检测和偏移补偿应用于大量不同的传输网络类型和速率。B.偏振信道上的偏移补偿图4是根据本发明的各个实施方式用于产生偏振传输信道的发射机的类型示例， 即DP-QPSK发射机，的一般框图。发射机400产生了在传输系统中的单个波长上传输的两 个偏振光学信道。偏振信道被定义成相对于彼此具有偏振差异或移动的信道。在本发明的 各种实施方式中，相对于第二光学信道，第一光学信道有90度的偏振，在具有同一波长的 光学载波上对这两个光学信道进行调制。根据传输系统，这两个偏振信道可以在被发送到 一段光纤中之前与其它波长进行多路复用，或者也可以不进行这样的多路复用。多路分配器410将客户机信号多路分配到N个路线上。在某些实施方式中，客户机 信号是100千兆比特以太网信号，将该信号多路分配到两个路线上，每个路线传输50千兆 比特信道。将每个经多路分配的客户机信号输入到正交相移键控(“QPSK“)编码器420 中。第一 QPSK编码器420产生〃 I"信道和〃 Q〃信道，将两者输入到第一 QPSK调制器 430。QPSK调制器430也接收来自激光器435的、在特定波长处且具有一定偏振的连续的光 信号。基于〃 I"信道和〃 Q"信道的输入，调制器430输出一系列QPSK光学码元。这 一系列QPSK码元是在光学信道之内，并且在偏振多信道传输系统上进行传输之前先与至 少一个其它的光学信道组合起来。第二 QPSK编码器440从另一个经多路分配的客户机信号中产生另一组〃 I"信道 和〃 Q"信道，并且将这些信道发送给第二 QPSK调制器450。这种第二 QPSK调制器450也 接收来自激光器435的连续的光信号，并且光学偏振器460使其偏振态发生移动。在其它 实施方式中，发射器400使用两个激光器产生连续的光信号。第二 QPSK调制器450输出第 二系列的光学QPSK码元，这些码元的偏振态相对于第一组QPSK光学码元已发生了移动，但 在同一波长上进行调制。这第二系列的QPSK光学码元是在第二光学信道内的。光学组合器480将这两个系列的QPSK光学码元组合成偏振的多信道信号。尽管 它们是在同一波长上进行调制的，但是这两个信道并不会显著地彼此干扰，因为一个信道 的偏振态已移动过了。之后，在偏振的多信道传输上将该信号传输给将重构出客户机信号 的接收机。偏振多信道信号也可以与其它光学波长进行多路复用，从而产生在传输系统上 进行传输的WDM信号。当两个信道通过传输系统进行传播时，每个信道将与光纤稍稍不同地交互作用， 从而导致各信道之间的差动等待时间。例如，如上所述，基于信道的两种不同的偏振，PMD 可以在两个信道之间引起不同的光速。另外，节点之间的信道路径也可以在各信道之间引 入不同的等待时间。这些差动等待时间的不同来源导致了在接收机处各信道之间的总体偏 移。这种偏移可以是显著的，足以不利地影响客户机信号的重构过程。图5进一步示出了根据本发明的各种实施方式在传输系统内的偏振信道上的这 种偏移的定时。用第一组QPSK码元510来产生第一光学信道(λ)520，并且用第二组QPSK 码元530来产生第二光学信道(λΡ()1)540。在某些实施方式中，这种第二光学信道540的 偏振与第一光学信道520相比移动了 90度。在初始时刻(、)，各信道之间的定时是准确的 (即，各信道之间没有偏移)。在将这些信道组合起来并在偏振多信道传输连接上进行传输之后，就产生了两个
11信道之间的偏移。例如，偏振的第二光学信道540通过传输系统进行传播并终止所需的时 间等于N。相比而言，第一光学信道520通过传输系统进行传播并终止所需的时间等于N+M。 两个信道之间的差动等待时间或偏移由此等于M个时间单位。如果M足够大，则它可能不利地影响在传输接收机节点处客户机信号的重构过 程。可以在第二光学信道540上插入约为M的故意的等待时间，以补偿第一光学信道520 上所看到的额外的等待时间。第二光学信道540上的这种额外的等待时间有效地使这两个 信道之间的定时重新对准。图6-8示出了根据本发明的各种实施方式用于补偿偏振多信道 传输系统中的偏移的设备和方法。参照图6，通过在至少一个信道上添加等待时间，在传输 接收机处光学域内执行偏振信道偏移补偿。光学多路分配器610接收偏振多信道WDM信号 并将该信号分离成多个波长分量。这导致每个经多路分配的波长(X1-Xn)是在光学路线 I-N中的一条路线上进行传输的。通过偏振分束器620将第一偏振多信道波长λ i分离成两个信道，从而产生两个 光学信道，其中一个使其偏振态相对于另一个发生移动。如上所述，两个偏振信道之间的定 时可以是偏移的，因为它们的传播通过光纤进行并在接收机节点中。为了补偿这种偏移，通 过偏振信道光学偏移补偿模块630，在上述信道之一上添加等待时间。在本发明的各种实施 方式中，偏振信道光学偏移补偿模块630是光纤线圈，将该光纤线圈设计成在上述偏振信 道中的一个或多个上引入特定的等待时间。例如，可以调节光纤线圈的长度以提供特定的 等待时间，使得能校正这两个信道的定时。检测器640将这两个信道转换成电学域。这些检测器640可以是PIN 二极管、雪 崩光电二极管或本领域技术人员已知的其它光-电转换器。之后，QPSK解码器650将这两 个电学信道转换成"I"和"Q"信道。在接收机内进一步处理这些"I"和"Q"信道， 使得最终重构出客户机信号并发送给客户机网络。本领域技术人员将会认识到，偏振信道光学偏移补偿模块630可以位于传输接收 机节点内的各种位置。此外，也可以使用各类光学缓冲器以实现偏振信道光学偏移补偿模 块630。尽管图6将传输信号显示成WDM信号，但是上述实施方式也可以应用于使用单个波 长的多信道传输信号。也可以在电学域内执行偏振光学信道上的偏移补偿。图7示出了根据本发明的各 种实施方式在偏振信道上执行电学偏移补偿的传输接收机节点的一部分。光学多路分配器 710接收偏振多信道WDM信号并将该信号分离成多个波长分量，从而使经多路分配的波长 (X1-Xn)在光学路线I-N中的一条路线上进行传输。如上所述，偏振分束器720将第一偏振多信道波长λ工分离成两个信道，从而产生 两个光学信道。检测器730 (比如PIN 二极管、雪崩光电二极管等)将每个光学信道转换成 电信号，从而产生两个相应的电学的QPSK码元信号流。QPSK解码器740对这些电信号进行 解码，从而为每个电信号产生"I"和"Q"信道。偏振信道电学偏移补偿模块750可以位于"I"和"Q"组中的一个或多个组的 路径之内。这种偏振信道电学偏移补偿模块750在每个"I"和"Q"流中引入等待时间， 以改善偏振信道上的偏移。在本发明的某些实施方式中，使用电学缓冲器(比如“先进先出 缓冲器”，下文中，“FIFO缓冲器〃)向〃 I"和〃 Q"组添加等待时间。使用这种引入的 等待时间来减小两个偏振信道上的偏移。可以动态地修改这种等待时间，以补偿偏振信道
12上的可变偏移。例如，可以修改FIFO缓冲器内的级的数目，使得通过该缓冲器的总的等待 时间发生变化。可以使用其它类型的电学设备和/或部件将等待时间引入到一个或多个信道中。 例如，可以用芯片外的存储器设备引入相对大的等待时间，或者可以用于在多个信道上动 态地分配等待时间。另外，也可以用在信道的路径内的其它电子部件(比如FPGA或ASIC) 中的存储器向特定的信道引入等待时间。尽管图7将传输信号显示成WDM信号，但是上述 实施方式也可以应用于使用单个波长的多信道传输信号。本领域技术人员将会认识到，可以在传输接收机节点内的大量位置处执行偏振信 道的电学偏移补偿。图8示出了根据本发明的各种实施方式在接收机节点内的电学偏移补 偿的再另一个示例。在本示例中，在解码之前，在串行QPSK码元的信道上执行电学偏移补偿。与图8所 示接收机系统相似，多路分配器810将WDM系统分离成多个波长分量，并且偏振分束器820 对单个波长上的多个偏振信道进行分离。检测器825将经分离的偏振信道转换到电学域，从而产生串行的电学的QPSK码元 流。在串行的QPSK码元流的解码之前，偏振信道光学偏移补偿模块830在上述信道之一上 添加等待时间。在电学域中执行这种偏移补偿，并且可以使用各种结构(包括上述FIFO缓 冲器和芯片外的存储器)来实现。QPSK解码器840将经偏移补偿的串行QPSK码元解码成〃 I"和〃 Q 〃信道，随后 对"I"和"Q"信道进行处理。对串行QPSK码元执行的偏移补偿应该使各信道之间的偏 移达到可容许的范围之内，并且允许恰当地重构出客户机信号。尽管图8将传输信号显示 成WDM信号，但是上述实施方式也可以应用于使用单个波长的多信道传输信号。图9示出了根据本发明的各种实施方式具有偏振信道偏移检测的偏振多信道 传输接收机节点。光学多路分配器910将偏振多信道光学信号分离成多个波长分量 (λΓλΝ)。第一波长λ工包含两个偏振信道，使用偏振分束器920分离这两个偏振信道，从 而产生在两个分离的路线上传播的两个分离的信道。将偏振信道偏移检测模块930耦合在这两个分离的信道的信号路径中，使得它可 以检测各信道之间的偏移。在某些实施方式中，通过使两个分离信道上的帧对准并确定这 些帧之间的时间差而实现这种偏移检测。例如，在两个信道上的帧中可以识别帧对准位序 列，并且计算各帧之间的定时偏移或位移动。在本图中，偏振信道偏移检测模块930位于QPSK解码器940之前，使得在电学 QPSK码元的串行流上计算偏移。然而，偏振信道偏移检测模块930可以位于传输接收机内 的其它位置，包括在QPSK解码器940之后，使得在"I"和"Q"信道或从中产生的其它信 号上执行偏移检测。可以在传输系统的初始配置处使用偏振信道偏移检测模块930，使得可以确定并 调节两个偏振信道上的偏移。另外，偏振信道偏移检测模块930也可以动态地监控两个信 道上的偏移并且传输偏移信息，这包括漂移到可允许的偏移限度之外的偏移。例如，如果两 个信道之间的偏移变得太大，则偏振信道偏移检测模块930可以向用户发出警报。偏振信 道偏移检测模块930也可以将检测到的偏移信息发回给发送的传输节点，使得可以执行预 偏移或其它补偿。可以在传输控制面内实现这种通信，或者使用本领域技术人员已知的其
13它通信技术实现这种通信。图10示出了根据本发明的各种实施方式在偏振信道上执行电学预偏移的传输发 送节点的示例。在本示例中，在传输系统上要发送的偏振信道之一所对应的"I"和"Q" 信道上，添加等待时间。这种等待时间补偿了两个偏振信道通过传输系统进行传播时所经 历的差动等待时间。第一电学预偏移模块1050位于〃 I"信道上，并且被耦合在第二 QPSK编码器440 和第二 QPSK调制器450之间。第二电学预偏移模块1060位于"Q"信道上，并且也被耦合 在第二 QPSK编码器440和第二 QPSK调制器450之间。在"I"和"Q “两个信道上所设 置的等待时间是相等的，使得QPSK正确地对数据进行编码并且产生合适的QPSK码元。这 些电学预偏移模块1050、1060可以由各种结构构成，包括但不限于，FIFO缓冲器和芯片外 更大的存储器(比如高速缓存)。用预偏移的〃 1〃和"Q"信道来产生预偏移的串行的QPSK码元流。用这些QPSK 码元调制连续的光信号，并且在第一波长上产生光学信道。如上所述，在使用预偏移QPSK 码元的调制过程之前，激光分束器460的输出之一发生90度的偏振。这种偏振光学信道与另一个具有不同偏振态但在同一波长上的光学信道多路复 用在一起。在某些实施方式中，将光学组合器480集成在光学多路复用器之内以将两个信 道组合到同一波长上。这两个光学信道也可以通过光学多路复用器与其它信道多路复用到 一起，并且在偏振多信道传输系统上进行传输。重要的是，注意到在其它实施方式中，偏振 多信道传输系统可以在单个波长上排他性地传输上述这两个偏振信道。本领域技术人员将 会认识到，可以将预偏移插入到传输系统的发送节点之内的各种位置中。也可以将预偏移插入在光学域内的信道中。图11示出了根据本发明的各种实施 方式在偏振光学信道中插入光学预偏移的示例。在本示例中，将光学预偏移模块1150插入 到第二 QPSK调制器450的输出与光学组合器480之间的光信号路径内，光学组合器480可 以是光学偏振多信道组合器和/或光学波长多路复用器。光学预偏移模块1150可以包括 光纤线圈，用于在光信号内引入特定的等待时间。在本发明的各种实施方式中，光学预偏移模块1150在发生偏振移动的光学信道 上弓I入特定的等待时间，使得偏振信道上的偏移在较佳的阈值之下。预偏移的光学QPSK信号可以与其它信道组合到一起，并且在传输系统上进行传 输。这些其它信道可以是在同一波长上但相对于彼此有偏振，或者是在多个波长上，或者是 这两种情况的组合。本领域技术人员将会认识到，这种光学预偏移模块可以位于发送节点 内的各种位置，所有这些都旨在落在本发明的范围中。C.用于管理偏振信道上的偏移的方法图12和13示出了根据本发明的各种实施方式用于管理偏振多信道传输系统内的 偏移的方法，这些方法与结构无关。上文已结合某些结构部件描述了本发明的特定实施方 式；然而，本领域技术人员将会认识到，可以用任何结构来执行下文所描述的方法。图12是描述根据本发明的各种实施方式用于补偿偏振信道上的偏移的方法的流 程图。在网络节点处接收(1210)偏振多信道传输信号。如上所述，偏振多信道传输信号包 括至少两个信道，这些信道在单个波长上光学地传输，并且这些信道之间有偏移移动。例 如，第一和第二光学信道可以具有相对于彼此的90度偏振移动，这允许在单个光学波长上传输多个信道。偏振多信道传输信号被分离(1220)成多个单独的信道。在某些实施方式 中，这种分离包括使那些发生偏振移动的信道分离开。传输信号也可以包括其它波长，所述 其它波长可能要求从传输信号中多路分配出的波长。执行偏振信道上的偏移的分析，以确定是否应该执行补偿。可以在配置系统时执 行这种分析，或者是在重新配置系统时执行，或者是在系统的操作期间执行。这种分析提供 了关于各偏振信道之间的偏移量的信息，这种偏移是通过该系统进行传播的传输信号中引 起的。如果偏移量在可容许的范围内，则不执行偏移补偿，并且从偏振信道中重构出(1230) 客户机信号。如果偏移量太大，则在节点处执行偏移补偿。这种偏移补偿向偏振信道中的至少 一个添加了等待时间(1240)，以改善各偏振信道上的信息对准情况。可以在光学域中执行， 或者是在电学域中执行这种偏移补偿。所添加的等待时间的量可以是静态的，或者响应于 偏移变化(比如各偏振信道之间的偏移漂移)而动态地改变。一旦已执行了偏移补偿，就从偏振信道内的信息中重构出(1250)客户机信号。在 某些实施方式中，这种客户机数据被包含于两个发生偏振移动的光学信道内，所述光学信 道在单个波长上穿过传输系统上的至少一个链路进行传播。在其它实施方式中，客户机数 据被包含在单个波长上的两个发生偏振移动的光学信道内以及不同波长上的至少一个其 它信道内。在重构客户机信号之后，将它递送到合适的客户机网络或节点。在客户机信号的重构过程中，重要的过程是使各偏振信道恰当地对准。图13示出 了根据本发明的各种实施方式用于将对准信息嵌入到传输帧内的方法。在传输节点处接收(1310)客户机信号，并且客户机信号的速率大于传输系统的 基本信道速率。客户机信号与传输系统之间的这种数据速率差异导致了客户机信号在通过 传输系统进行传播的多个信道上发生扩展。将该客户机信号分离(1320)成多个经多路分 配的信号或信道，每个信号或信道所具有的有效数据速率小于客户机信号在被多路分配之 前的数据速率。使每个经多路分配的信号构成(1330)传输帧。可以由标准来定义这些帧的格式 (比如OTN帧)，或者可以根据专用协议来构造的。这种构成帧的过程包括在每个传输帧中 插入(1340)帧对准位序列。在该帧内，这种帧对准位序列可以在大小和/或位置方面发生 改变。通常，帧对准位序列位于帧开销之内，并且足够长以使接收机节点处出错的帧对准检 测的数目达到最小。在传输节点内多个电学信道1350上内部传输多个传输帧，这些电学信道涉及经 多路分配的信号。这些电学信道可以与经多路分配的信号成1 1的关系，或者产生由经 多路分配的信号的后续处理所导致的不同的关系。将这些电学信道转换(1360)成多个光
学信道。在本发明的某些实施方式中，一个或多个光学信道的偏振发生移动(1370)，使得 它可以与另一个信道共享一光学波长。例如，信道偏振态之一发生90度的移动，这将允许 它与另一个信道(其偏振态未曾发生移动)共享一波长。多个光学信道(包括至少一个发生偏振态移动的信道)被组合(1380)成多信道 信号。这种多信道信号是在该传输系统上进行传输的，并且最终是在该系统中的另一个节 点处被接收的。通过使用多个光学信道上的数据以及每个帧中的帧对准位序列，在接收机节点处对准并重构客户机信号。之后，将客户机信号递送到客户机网络或节点。 为了清晰和理解，已经描述了本发明的上述说明。并不旨在将本发明限制到所揭
示的精确形式。在所附的权利要求书的范围及其等价范围之内，各种修改都是可能的。
权利要求
一种用于管理偏振多信道传输连接中的偏移的系统，所述系统包括发送节点，耦合所述发送节点以接收客户机信号，所述发送节点将客户机信号映射成多个偏振信道，并且将多个偏振信道发送到偏振多信道传输连接上；接收节点，耦合所述接收节点以接收多个偏振信道，所述接收节点包括偏振分束器，耦合所述偏振分束器以接收多个偏振信道，所述偏振分束器将多个偏振信道分离成第一信道和第二信道；偏移补偿模块，耦合所述偏移补偿模块以接收第一信道，所述偏移补偿模块通过向第一信道添加等待时间来减小第一和第二信道之间的偏移；以及客户机信号重构模块，耦合所述客户机信号重构模块以接收经偏移补偿的第一和第二信道，所述客户机信号重构模块从经偏移补偿的第一和第二信道中重构出客户机信号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 偏振多信道传输连接是DP-QPSK传输连接。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述发送节点还包括第一 QPSK编码器，所述第一 QPSK编码器响应于经多路分配的第一客户机信号而产生 第一组〃 I"和〃 Q"信道；第一 QPSK调制器，耦合所述第一 QPSK调制器以接收第一组"I"和"Q"信道，所述 第一 QPSK调制器产生第一光学QPSK信号；第二 QPSK编码器，所述第二 QPSK编码器响应于经多路分配的第二客户机信号而产生 第二组〃 I"和〃 Q"信道；第二 QPSK调制器，耦合所述第二 QPSK调制器以接收第二组"I"和"Q"信道，所述 第二 QPSK调制器产生第二光学QPSK信号；以及其中第二光学QPSK信号相对于第一光学QPSK信号发生偏振态移动。
4.如权利要求3所述的系统，还包括光学组合器，耦合所述光学组合器以接收第一和第二 QPSK信号，所述光学组合器将第 一和第二 QPSK信号组合成具有单一波长的多信道传输信号。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，第二光学QPSK信号的偏振相对于第一光学QPSK信号发生了 90度的移动。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏移补偿模块在光学域内向第一信道添加等待时间。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏移补偿模块在电学域内向第一信道添加等待时间。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述偏移补偿模块在第一信道内的第一 QPSK码元系列上添加等待时间。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述偏移补偿模块在从第一信道内的第一 QPSK码元系列中产生的第一组"I" 和〃 Q"信道上添加等待时间。
10.一种在偏振多信道传输系统内的接收机节点，所述接收机节点包括 接口，所述接口被耦合在接收机节点之内并且接收多个偏振光学信道；偏振分束器，耦合所述偏振分束器以接收多个偏振光学信道，所述偏振分束器将多个 偏振光学信道分离成第一信道和第二信道；以及偏振信道偏移补偿模块，耦合所述偏振信道偏移补偿模块以接收第一信道，所述偏振 信道偏移补偿模块向第一信道添加等待时间以使第一和第二信道之间的偏移低于一阈值。
11.如权利要求10所述的接收机节点，还包括光学多路分配器，所述光学多路分配器耦合到所述接口并且将包括多个偏振光学信道 的WDM信号分离成多个分量波长信道；以及 其中，多个偏振光学信道是在单一波长上。
12.如权利要求10所述的接收机节点，还包括第一检测器，用于将第一信道转换成第一电学信号； 第二检测器，用于将第二信道转换成第二电学信号；以及其中所述偏振信道偏移补偿模块被耦合在偏振分束器和第一检测器之间，并且在光学 域内向第一信道添加电学等待时间。
13.如权利要求12所述的接收机节点，其特征在于， 所述偏振信道偏移补偿模块包括光纤线圈。
14.如权利要求10所述的接收机节点，还包括第一检测器，用于将第一信道转换成第一电学信号； 第二检测器，用于将第二信道转换成第二电学信号；以及其中耦合所述偏振信道偏移补偿模块以接收第一电学信号并且在电学域内向第一信 道添加等待时间。
15.如权利要求14所述的接收机节点，其特征在于， 所述偏振信道偏移补偿模块包括FIFO缓冲器。
16.如权利要求14所述的接收机节点，其特征在于，所述偏振信道偏移补偿模块是芯片外的高速缓存存储器。
17.如权利要求10所述的接收机节点，其特征在于， 偏振多信道传输系统是DP-QPSK传输系统。
18.一种在偏振多信道传输系统内的发送机节点，所述发送机节点包括客户机接口，用于接收客户机信号，所述客户机信号所具有的数据速率比偏振多信道 传输系统内的信道速率要快；多路分配器，耦合所述多路分配器以接收客户机信号，所述多路分配器将客户机信号 分离成多个经多路分配的客户机信号；第一调制器，用于基于多个经多路分配的客户机信号内的经多路分配的第一客户机信 号的至少一部分在第一波长处产生第一光学信号；第二调制器，用于基于多个经多路分配的客户机信号内的经多路分配的第二客户机信 号的至少一部分在第一波长处产生第二光学信号，其中第二光学信号的偏振态相对于第一 光学信号发生了移动；光学组合器，耦合所述光学组合器以接收第一和第二光学信号，所述光学组合器将第 一和第二光学信号组合成偏振多信道传输信号。
19.如权利要求18所述的发送机节点，其特征在于，偏振多信道传输信号是DP-QPSK信号。
20.如权利要求19所述的发送机节点，还包括第一 QPSK编码器，所述第一 QPSK编码器响应于经多路分配的第一客户机信号而产生 第一组〃 I"和〃 Q"信道；其中第一调制器包括第一QPSK调制器，耦合所述第一QPSK调制器以接收第一组"I" 和‘‘Q"信道，所述第一 QPSK调制器产生第一光学QPSK信号；第二 QPSK编码器，所述第二 QPSK编码器响应于经多路分配的第二客户机信号而产生 第二组〃 I"和〃 Q"信道；其中第二调制器包括第二QPSK调制器，耦合所述第二QPSK调制器以接收第二组"I" 和"Q"信道，所述第二 QPSK调制器产生第二光学QPSK信号；以及其中第二光学QPSK信号相对于第一光学QPSK信号发生了偏振态移动。
21.如权利要求18所述的发送机节点，还包括预偏移模块，用于向涉及经多路分配的第一客户机信号的至少一部分的第一偏振信道 引入等待时间。
22.如权利要求21所述的发送机节点，其特征在于， 所述预偏移模块在光学域内引入等待时间。
23.如权利要求21所述的发送机节点，其特征在于， 所述预偏移模块在电学域内引入等待时间。
24.如权利要求23所述的发送机节点，其特征在于，所述预偏移模块在第一组"I"和"Q"信道上引入等待时间。
25.如权利要求23所述的发送机节点，其特征在于，所述预偏移模块是从下组中选出的FIFO缓冲器；存储器模块；ASIC内的存储器模块； FPGA内的存储器模块；以及芯片外的高速缓存存储器。
26.如权利要求18所述的发送机节点，其特征在于， 逐个信道地将帧对准位序列插入传输帧开销中。
27.如权利要求26所述的发送机节点，其特征在于，在客户机信号已被多路分配之后，将帧对准位序列独立地插入到多个经多路分配的客 户机信号中的每一个中。
28.如权利要求26所述的发送机节点，其特征在于， 在帧开销的第一行之下，插入帧对准位序列。
29.如权利要求26所述的发送机节点，其特征在于， 传输帧是符合OTN的帧。
30.一种用于管理偏振光学信道上的偏移的方法，所述方法包括 接收偏振多信道传输信号；将偏振多信道传输信号分离成多个单独的信道；向多个单独的信道内的至少一个信道添加等待时间以减小偏振光学信道上的偏移；以及使用在偏振光学信道中传输的数据来重构客户机信号。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，向至少一个信道添加等待时间是在光学域中执行的。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，向至少一个信道添加等待时间是在电学域中执行的。
33.如权利要求30所述的方法，还包括如下步骤检测第一偏振光学信道和第二偏振光学信道之间的偏移量；以及 向第一偏振光学信道添加等待时间以减小偏移量。
34.如权利要求30所述的方法，其特征在于， 偏振多信道光学信号是WDM信号。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，WDM信号包括第一波长，在所述第一波长上传输第一光学信道和第二光学信道，第一和 第二光学信道具有不同的偏振态。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，第一和第二光学信道的偏振态被分开了 90度偏振态移动。
全文摘要
本发明的实施方式提供了用于管理偏振多信道光学传输系统内的偏移的系统、设备和方法。在DP-QPSK系统中，通过向至少一个偏振信道添加等待时间，在传输系统内对偏振信道之间的偏移进行补偿。所添加的等待时间的量可能取决于各种因素，这包括传输系统的偏移容限以及无补偿时各信道上的偏移的量。这种等待时间可以是光学地或电学地进行添加的，并且是在传输节点(比如终端发射机或接收机)内的信道信号路径上的各个位置处。另外，本发明的各种实施方式提供了用于在传输帧开销内插入帧对准位序列的新方法，使得在传输接收机处可以更有效且更准确地执行对准和偏移补偿。
文档编号H04B10/155GK101939929SQ200880126422
公开日2011年1月5日 申请日期2008年12月8日 优先权日2007年12月7日
发明者D·帕金斯 申请人:英飞聂拉股份有限公司