专利名称：非线性补偿装置和发射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，特别涉及一种信道内非线性补偿装置和发射机。
背景技术：
信道内非线性是光传输系统中的一种固有损伤，其源自光纤的克尔效应。信道内非线性对系统的影响包括定时抖动、信号幅度波动以及影子脉冲的产生等[1]。当单信道速率达到40 60(ibitS/S甚至更高时，由于色散的作用，同一个信道内脉冲会极大的展宽并相互重叠，在非线性的作用下，相互重叠的脉冲之间会产生能量交换。 在这种情况下，即使在接收端对链路中的残余色散进行补偿，系统依然会受到严重的非线性损伤。并且随着光纤传输系统容量的进一步提升，更复杂的多维调制技术逐渐取代简单的强度调制格式，为了能够保证复杂调制格式有足够的信噪比，往往需要更高的入纤功率， 这样导致系统非线性代价的增加。目前，对于长距离光通信系统，可采用链路设计、接收机数字信号处理(DSP Digital Signal Processing)以及发射信号编码等方式来补偿或减弱信道内非线性对系统的影响，以下分别对各种方式进行简要说明。1)链路设计的方式通过在链路中增加光相位共轭单元来减弱信道内非线性，这样，传输距离可从 5200km 增加至Ij 6400km [2]。2)接收机数字信号处理DSP方式，其中包括基于信道反转和基于非线性电滤波器；其中，基于信道反转利用相干接收机获经过链路传输后信号光的包括幅度与相位的电场信号，根据链路的配置，构造与链路参数完全相反(色散系数、非线性系数和衰减系数) 的虚拟链路；然后将接收到的电场信号通过该虚拟链路，即可被补偿信号的非线性损伤；基于非线性电滤波器[5]利用非线性电滤波器来均衡经过非线性劣化后的信号。3)发射机端对发射信号进行预补偿或编码的方式，其中包括基于信道反转的预补偿方式[7]、编码方式[8]和新的调制方式基于信道反转的预补偿[7]首先计算得到一定长度发射序列(各种比特组合) 经过虚拟链路后的信号，再通过查找表，根据信息序列发送对应的预补偿波形；编码方式[8]通过增加冗余来减少在信道内非线性作用下最差的比特序列的出现次数。新的调制方式[9]针对OOK幅度调制信号，根据比特序列各个符号的相位从而有效减轻信道内四波混频的影响。但是在实现本发明的过程中发明人发现上述现有技术的缺陷在于1)采用链路设计的方式并不适用于已经铺设好的光纤链路，同时光学相位共轭技术并没有对应成熟的商业模块；
2)接收机端采用基于信道反转的方式，需要求解非线性薛定谔方程，通常采用分步傅立叶算法，且系统的复杂度一定程度上取决于步长的大小；当步长为光纤跨段的1/3 以下时，补偿的性能达到最优，因此，该方式计算复杂度过大，即使在补偿等于光纤跨段的长度时，该方式所需的乘法数目是补偿链路中色散所需线性滤波器的100倍以上，对于目前的DSP技术而言，这无疑是一个巨大的挑战[3] [4]；3)接收机端基于非线性电滤波器与基于信道反转的方式相比，该方式的计算复杂度并没有减少，甚至更大；同时，由于处理的是经过畸变(非线性、频差、激光器线宽)的信号，所以在算法收敛性上也有一定的困难；4)发射机端基于信道反转的预补偿方式，当系统的记忆长度较长时，例如无在线色散补偿系统，相互作用的符号数目会达到100个量级，这时查找表的大小为2100或 4100 (取决于调制方式)，难以实现；5)发射机端编码方式，牺牲了信息速率。下面列出了对于理解本发明和常规技术有益的文献，通过引用将它们并入本文中，如同在本文中完全阐明了一样。[UlEEE PTL Vol. 12，No. 4，2000，Antonio Mecozzi et. al.；[2] 0FC2004, PDP32, Chowdhury ；[3] Journal of Lightwave Technology，2008，Kahn 等；[4] IEEE Photonics Journal Volume 1，Number 2，August 2009 ;F. Yaman 等；[5]JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 25, NO. 4, APRIL 2007，Chunmin Xia ；[6]EC0C，2009，Yan Gao ;[7]IEEE Photonics Technology Lett.，Vol. 18,2006，pp. 403—405，K. Roberts 等；[8] Journal Of Lightwave Technology, 2006, Vladimir Pechenkin 等；[9]IEEE Photonics Technology Letters 2007，Ivan B. Djordjevic ；[10]CN1795627A,2006年6月观日，光通信系统中非线性效应的电域补偿；[11]清华大学博士论文，利用色散管理和相位共轭抑制光线通信系统中的克尔效应，2006年11月。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种非线性补偿装置和发射机，通过在发射端利用非线性效应在传输链路产生的矢量微扰对的原始符号信息序列进行补偿，从而在接收端得到理想的无损信号，计算复杂度低，可以应用于单偏振和偏振复用系统中，同时可以兼容任意调制格式。根据本发明实施例的一个方面提供了一种非线性补偿装置，该装置包括信息获取单元，用于获取发射端输入的脉冲信号的符号信息序列；微扰量计算单元，用于计算若干项相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和，以获得当前时刻非线性效应在一定长度的传输链路上产生的微扰量；信息补偿单元，用于计算该信息获取单元获取的符号信息序列与该微扰量计算单元获得的微扰量之差，以获得所述当前时刻补偿后的符号信息序列，使该发射端根据该补偿后的符号信息序列发射信号。在本发明实施例中，当对发射机进行非线性补偿时，可包括获取发射端输入的脉冲信号的符号信息序列；计算相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和，以获得当前时刻非线性效应在一定长度的传输链路上产生的微扰量；利用获得的微扰量对获取的当前时刻的脉冲的符号信息序列进行补偿，以获得该当前时刻补偿后的符号信息序列，使该发射端根据该补偿后的符号信息序列发射信号。根据本发明实施例的另一个方面提供了一种发射机，该发射机包括信息序列获取单元，用于获取输入的脉冲信号的符号信息序列；非线性补偿单元，用于根据相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和对该信息序列获取单元获取的当前时刻的脉冲的符号信息序列进行补偿，以获得补偿后的符号信息序列；其中，该非线性补偿单元包括上述非线性补偿装置；脉冲成型单元，用于根据该非线性补偿单元获得的补偿后的符号信息序列进行脉冲成型，以获得每个脉冲的波形；信号发射单元，用于接收该脉冲成型单元发送的每个脉冲的波形，并对该波形调制后进行发射。在本实施方式中，当发射机发射信号时，可采用如下方式获取输入的脉冲信号的符号信息序列；根据相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和对获取的当前时刻脉冲的符号信息序列进行补偿，以获得补偿后的符号信息序列；其中，可采用上述非线性补偿方法进行补偿；根据获得的补偿后的符号信息序列进行脉冲成型，以获得每个脉冲的波形；对该波形调制后进行发射。本发明实施例的有益效果在于该非线性补偿装置利用若干项相对于当前时刻的不同时刻的脉冲的相互作用的加权和获得的微扰项来对发射端输入脉冲信号的符号信息序列进行纠正，这样，当将该非线性补偿装置用于发射机时，通过该非信息补偿装置对发射机获取的符号信息序列进行补偿后，可在接收机端得到理想的无损信号，计算复杂度低，可以应用于单偏振和偏振复用系统中，同时可以兼容任意调制格式。参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
图1是典型的光通信系统示意图；图2是本发明实施例1的非线性补偿装置的构成示意图；图3是本发明实施例1的非线性补偿方法流程图4是本发明实施例2的非线性补偿装置的构成示意图；图5是本发明实施例2的非线性补偿装置中微扰量计算单元的构成示意图；图6是本发明实施例2的非线性补偿装置进行非线性补偿的方法流程图；图7是本发明实施例3的发射机的构成示意图；图8是对于QPSK调制格式且经过不同的非线性补偿方式获得的性能对比图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的， 不是对本发明的限制。为了使本领域的技术人员能够容易地理解本发明的原理和实施方式，本发明的实施方式以光通信系统为例进行说明。但应该注意的是，本发明的实施方式适用于所有存在非线性损失的通信系统。图1为典型的光通信系统示意图，其中，发射机发射的信号经过传输链路中不同的器件(光纤、光放大器、色散补偿光纤等)到达接收机。在本发明实施例中，通过非线性补偿装置在发射端对输入的脉冲信号的符号信息序列进行补偿，使得发射端发射经过特定形变的信号，这些信号在经过光纤传输的非线性效应后，在接收机可获得理想的无损信号。在图1所示的系统中，为了在发射端对输入的脉冲信号进行补偿，发明人在实现本发明的过程中首先建立信道内非线性模型，然后根据该非线性模型来对输入的脉冲信号进行补偿。通常情况下，为了能够最大程度的增加谱效率，在发射机端往往采用偏振复用的方式，因此，以下以双偏振为例对获得信道内非线性模型的过程进行说明。首先，对于矢量信号，传输光纤可以建模为Manakov方程，如式A所示
权利要求
1.一种非线性补偿装置，所述装置包括信息获取单元，用于获取发射端输入的脉冲信号的符号信息序列；微扰量计算单元，用于计算若干项相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和，以获得当前时刻非线性效应在一定长度的传输链路上产生的微扰量；信息补偿单元，用于计算所述信息获取单元获取的所述符号信息序列与所述微扰量计算单元获得的微扰量之差，以获得所述当前时刻补偿后的符号信息序列，使所述发射端根据所述补偿后的符号信息序列发射信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微扰量计算单元具体用于，计算相对于所述当前时刻的至少三个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微扰量计算单元包括第一信息获取单元，用于获取所述若干项的每一项的相对于所述当前时刻的若干个不同时刻的脉冲的符号信息；第一计算单元，用于利用每一项的相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲的符号信息、以及预先获得的每一项对应的加权系数计算每一项中相对于所述当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲的相互作用的加权值，并根据每一项的加权值计算所述若干项的加权值之和；第二计算单元，用于计算所述第一计算单元获得的加权值之和与第一预设值的乘积， 以获得当前时刻非线性效应在经过一定长度的传输链路上产生的微扰量，所述第一预设值与信号功率和传输链路的非线性系数有关。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，当计算相对于所述当前时刻的三个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和，且输入信号为单偏振信号时，所述第一计算单元计算若干项的加权值之和可采用如下公式
5.根据权利要求3所述的装置，其中，当输入信号为双偏振信号时，所述第一计算单元计算的每一项的加权值与输入信号的偏振态和正交偏振态有关。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，当计算相对于所述当前时刻的三个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和时，所述第一计算单元采用如下公式计算若干项的加权值之和，其中，所述若干项的加权值之和包括水平偏振态和垂直偏振态的加权值之和，所述公式为
7.根据权利要求4或6所述的装置，其中，所述装置还包括
8.根据权利要求7所述的装置，其中，当所述系数获取单元根据传输链路配置、以及不同时刻上相互作用的脉冲与当前时刻的脉冲的相对位置获取所述加权系数时，所述系数获取单元采用如下公式计算所述加权系数，所述公式为
9.根据权利要求3所述的装置，其中，所述脉冲信号的符号信息与调制格式有关，所述第一计算单元在计算所述每一项的相对于当前时刻的若干个不同时刻上的符号信息之间的乘法时，通过逻辑运算获得；或者，当所述调制格式为相位调制格式时，所述第一计算单元在计算所述信息符号与加权系数之间的乘积时，通过逻辑运算获得；或者，当所述调制格式为相位调制格式时，相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲之间的相互作用通过加法实现。
10.一种发射机，所述发射机包括信息序列获取单元，用于获取输入脉冲信号的符号信息序列； 非线性补偿单元，用于根据若干项相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和对所述信息序列获取单元获取的当前时刻脉冲的符号信息序列进行补偿，以获得当前时刻补偿后的符号信息序列；其中，所述非线性补偿单元包括权利要求1至9的任意一项权利要求所述的非线性补偿装置；脉冲成型单元，用于根据所述非线性补偿单元获得的补偿后的符号信息序列进行脉冲成型，以获得每个脉冲的波形；信号发射单元，用于接收所述脉冲成型单元发送的每个脉冲的波形，并对所述波形调制后进行发射。
全文摘要
本发明提供一种非线性补偿装置和发射机。该非线性补偿装置包括信息获取单元，用于获取发射端输入的脉冲信号的符号信息序列；微扰量计算单元，用于计算若干项相对于当前时刻的若干个不同时刻上的脉冲相互作用的加权和，以获得当前时刻非线性效应在一定长度的传输链路上产生的微扰量；信息补偿单元，用于利用该微扰量计算单元获得的微扰量对该信息获取单元获取的当前时刻脉冲的符号信息序列进行补偿，以获得该当前时刻补偿后的符号信息序列，使该发射端根据该补偿后的符号信息序列发射信号。通过该装置对发射端输入的脉冲信号的符号信息序列进行纠正，计算复杂度低，可以应用于单偏振和偏振复用系统中，同时可以兼容任意调制格式。
文档编号H04B10/18GK102420660SQ201010505260
公开日2012年4月18日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者窦亮, 陶振宁 申请人:富士通株式会社