专利名称：用于光纤非线性减轻的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及光通信，尤其涉及对非线性光传输具有改进容限这一效果的光学信号的产生和检测。
背景技术：
在超过每波长lTb/s的光纤光传输中已经展示了相干光正交频分复用(Coherentoptical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, C0-0FDM)。光纤非线性对于实际实施C0-0FDM是一个突出的障碍。常规的想法是OFDM具有高的峰值平均功率比(peak-to-average powerratio, P APR),并且因为使信号失真的光纤内的非线性效应与光功率成比例，C0-0FDM必将遭受更大的信号失真
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种经由非线性光学信道来传输数字信息的方法，该方法包括以下步骤接收包括该数字信息的至少一部分的数据；从该数据产生多个频域标记；将每个标记分配给预定的多个频率子带中的一个；生成包括多个子带的光学信号；以及经由上述的非线性光学信道来传输该光学信号，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。该方法可以包括进一步的步骤处理频域标记以降低所传输的光学信号的峰值平均功率比(peak-to-average power ratio, PAPR)。PAPR减小算法可以分离地应用于每个频率子带。在各个实施例中，该算法从包括以下算法的组中选择离散傅里叶变换扩展(discrete Fourier transformspreading, DFT-s)算法、选择映射算法和动态星座图扩展算法。预先确定多个子带可以包括例如通过理论原理计算或计算机模拟来计算子带的数量。替换地，预先确定多个该子带可以包括经由非线性光学信道来传输多个训练信号，每个训练信号包括预定的数据值并且具有不同数量的子带；在经由非线性光学信道传输后检测每个训练信号；处理每个所检测的信号以恢复所接收的数据；通过将所接收的数据值与训练信号的预定数据值进行比较来确定每个所检测的训练信号的比特误码率；以及使用所确定的比特误码率来确定预定的多个子带。在实施例中，每个子带具有单个载波。各个子带的该单个载波可以光谱上限制在各自子带内。在实施例中，光学信号可以是光学正交频分复用(optical orthogonal frequencydivision multiplexed, 0-0FDM)信号。根据本发明的又一方面，提供一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的方法，该光学信号包括预定的多个子带，每个子带分配有从包括数字信息的至少一部分的数据所产生的多个频域标记，该方法包括以下步骤检测光学信号；处理所检测的光学信号以恢复分配给上述预定的多个频率子带中的每个的频域标记；以及处理该频域标记以恢复所接收的数据，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。在一些实施例中，在使用适配成降低所传输的光学信号的峰值平均功率比(PAPR)的算法经由非线性光学信道进行传输前已处理频域标记，且处理该频域标记以恢复所接收的数据的步骤包括施加适于使如下算法的效果逆转的逆算法，该算法适配成降低所传输的光学信号的PAPR。该逆算法可以从包括以下算法的组中选择逆离散傅里叶变换扩展(IDFT-S)算法、逆选择映射算法以及逆动态星座图扩展算法。在实施例中，每个子带具有单个载波。各个子带的该单个载波可以光谱上限制在各自子带内。在实施例中，该光学信号是光学正交频分复用(O-OFDM)信号。 根据本发明的又一方面，提供一种经由非线性光学信道来传输数字信息的装置，该装置被设置为与包括数字信息的至少一部分的输入数据一起使用，该装置包括频域标记生成器，被配置为从输入的数据产生多个频域标记，以及将每个标记分配给预定的多个频率子带中的一个；时域信号发生器，该时域信号发生器操作地耦合到频域标记生成器，且被配置为产生包括多个子带的随时间而变化的信号；以及光源，该光源具有操作地耦合到该时域信号发生器的至少一个调制输入，且被配置为以随时间而变化的信号调制光学载波以产生包括多个子带的相应的光学信号，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。该装置还可以包括峰值平均功率比(PAPR)降低单元，该峰值平均功率比降低单元操作地耦合到该频域标记生成器，且被配置为处理该频域标记以降低所传输的光学信号的峰值平均功率比(PAPR)。该逆算法可以从包括以下算法的组中选择逆离散傅里叶变换扩展(IDFT-S)算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。根据本发明的又一方面，提供一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的装置，该光学信号包括预定的多个子带，每个子带分配有从包括数字信息的至少一部分的数据所产生的多个频域标记，该装置包括检测器，被配置为检测该光学信号；处理器，被配置为处理所检测的光学信号以恢复分配给上述的预定的多个频率子带中的每个的频域标记，并且处理该频域标记以恢复所接收的数据，其中预先确定多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在非线性光学信道内的非线性光学畸变。可以在使用适配成降低所传输的光学信号的峰值平均功率比(PAPR)的算法经由非线性光学信道进行传输前处理频域标记，该处理器还被配置为通过施加适于逆转如下算法的作用的逆算法来处理该频域标记以恢复所接收的数据，该算法适配成降低所传输的光学信号的PAPR。该逆算法可以从包括以下算法的组中选择逆离散傅里叶变换扩展(IDFT-S)算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。从以下对本发明的实施例的描述中，对于光通信领域的技术人员而言，本发明的进一步的特征、好处和优点将是明显的，应理解本发明的实施例是仅作为示例来提供的，其不应被视为限制以上任何陈述或者所附权利要求中所限定的本发明的范围。
参考附图描述实施例，其中图I是根据本发明实施例的光传输器的框图；图2是包括图I的传输器的传输系统的实施例的示意图；图3是根据本发明实施例的光接收器的框图；图4是示出了传输光纤的一个跨距导致的四波混频效率系数Il1的·
图5是示出了相位阵列作用导致的Π 2的图；图6示出了实施本发明的多频带DFT扩展OFDM的概念图；图7是实施本发明的相干光多频带DFT-S-OFDM系统的框图；图8示出了根据本发明实施例的发射功率在4和6dBm的作为频带数量的函数的Q系数；图9和图10示出了本发明的实施例和现有技术系统之间的分别作为单信道和8信道WDM传输的光纤发射功率的函数的Q系数比较；图11示出了作为在10_3的BER处针对8信道WDM传输的光纤发射功率的函数的、光纤非线性导致的本发明的实施例和现有技术系统之间的Q代价比较；图12和图13各自示出了实施本发明的各个方法的流程图。
具体实施例方式图I是根据本发明的示例性实施例的配置为传输光学频分复用信号的光发射器10的框图。如图2所示，该发射器可以形成为系统24的一部分。该系统24包括处于一个位置的发射器10，以及处于远离发射器10的位置的相应的光接收器30。发射器10和接收器30通过光纤链路26连接。光发射器10在光纤链路26内产生相对于来自常规发射器的光学信号具有对非线性光学畸变的改进容限的光学信号12。通常，光纤链路26由多个跨距的光纤组成，并且包括补偿传输损耗的光放大器。该光纤链路也可以包括诸如与一个或更多的传输跨距有关的若干长度的色散补偿光纤(dispersion compensating fiber,DCF)的色散补偿元件。示例性发射器10具有配置为以数字比特的形式接收数据16的数据接收器14以便于通过光链路26传输。发射器10包括与数据接收器14通信的频域标记生成器17，其被配置为从数据16产生多个频域标记(frequency domain symbol)。每个标记通过频域信号发生器17被分配给多个频率子带中的一个。该发射器还包括与频域标记生成器17通信的光学信号发生器18，其被配置为从多个子带产生用于传输的光学信号。光学信号发生器18处理频域标记，使得光学信号12的峰值平均功率比降低。因为非线性失真与PAPR成比例，所以降低PAPR就降低了链路26内的光学信号的非线性失真。在替换的布置中，该频域标记的处理可以发生在该频域生成器或者附加的单元中。在一个实施例中，通过位于光学信号发生器内的DFT扩展单元20分离地将DFT扩展算法施加到每个频率子带来降低PAPR。在替换的实施例中，可以使用选择映射算法、动态星座图扩展算法或者数字通信领域公知的任何其它合适的算法来实现PAPR的降低。所实现的非线性光学畸变的降低大体上取决于子带的数量。在发射器10中，例如当配置具有诸如色散和非线性的未知光学性质的新的物理光学链路时，与频域标记生成器17通信的子带确定器22确定子带的最优数量。子带确定器22将对生成器17产生多少子带进行控制的子带量信息发送给频域标记生成器。在与新的链路连接时，子带确定器使频域标记生成器17和/或光学信号发生器18暂时以训练模式操作、以确定数据传输期间要使用的子带的数量。在这个模式中，光学训练信号被传输，携带着在接收器处已知的预定数据。每个训练信号具有不同数量的子带。在光学链路的接收端，检测每个训练信号，并且确定每个所检测的光学测试信号的比特误码率。然后各个训练信号的比特误码率信息例如经由分离的信道被传输回发射器10，并且被传送到子带确定器22。子带确定器22选择属于具有最低比特误码率的信号的子带的数量，并且 将频域标记生成器17配置为使用所选择的量的子带。例如，如果检测到所接收的比特误码率降低，或者如果链路属性或配置发生改变，在系统24操作期间可以重复训练。图3示出了配置为接收光学信号12的光接收器30的框图。光接收器30可以用作图2示出的系统24中的接收器。接收器30包括检测器32和与检测器32通信的处理器34，处理器34被配置为处理所检测的信号并恢复所传输的数据。所恢复的数据被转换成在一个或更多的电输出端口 38输出的一系列数字位36。处理器34包括将逆算法应用于所检测的信号、从而使在发射器10中执行的算法失效的逆PAPR降低单元40。在本实施例中，逆算法是逆离散傅里叶变换扩展(IDFT-S)算法。然而，在替换的实施例中，它可以是逆选择映射算法或者逆动态星座图扩展算法等。一般地，该逆算法与发射器中使用的算法相对应。在当前所公开的实施例中,所传输的信号12是光学正交频分复用(O-OFDM)信号，该信号提供了以下特性(i)使用OFDM帧填充每个子带内的如单载波的频谱；(ii)OFDM有助于保持相邻频带之间的正交性以及随后避免频带间串扰。对于诸如100Gb/s和超过100Gb/s的超高速系统，光纤色散起着关键的作用，引起副载波之间的快速离散(walk-off)。由于光纤链路色散，这种信号的PAPR在传输期间是瞬态的，从而致使发射器处的PAPR降低是无效的。相反，本发明人已经发现，如果在子带基础上执行PAPR减轻方法，每个子带具有窄得多的带宽，并且每个子带内的信号能够在比较长的距离上相对地不失真。这引起了更少的频带间和频带内的非线性。即，在子带基础上的PAPR降低比在整个OFDM频谱基础上的PAPR降低更有效。该发明人还指明存在其中应该执行PAPR减轻的最优子带带宽。一方面，如果子带带宽太宽，由于光纤色散，PAPR降低不会有效。另一方面，如果子带太窄，相邻频带就像窄间距OFDM副载波那样相互作用，从而由于窄的子带间距而产生大的频带间串扰以及引起巨大的代价。频带间串扰的一个来源是四波混频(four-wave mixing,FWM)。由于三阶光纤非线性，在频率A、fj和fk处的副载波的相互作用在频率fg = fi+fj-fk处产生混频乘积。针对Ns跨距的光纤链路的四波混频乘积的幅度由下式给出P,P/ke^n
其中，Dx是对非简并 FWM (non-degenerate FWM)等于 6 且对简并 FWM(degenerateFWM)等于3的退化系数(degeneration factor)。Pi,k是在频率fi,k处的输入功率、α和L分别是每跨距的损耗系数和光纤长度、Y是光纤的三阶非线性系数、Leff是有效光纤长度，其由下式给出
权利要求
1.一种经由非线性光学信道传输数字信息的方法，包括以下步骤 接收包括所述数字信息的至少一部分的数据； 从所述数据产生多个频域标记； 将每个标记分配给预先确定的多个频率子带中的一个； 产生包括所述多个子带的光学信号；以及 经由所述非线性光学信道来传输所述光学信号， 其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。
2.如权利要求I所述的方法，还包括步骤处理所述频域标记，以降低所传输的所述光学信号的峰值平均功率比(PAPR)。
3.如权利要求2所述的方法，其中，处理所述频域信号包括将PAPR降低算法分离地应用于每个频率子带。
4.如权利要求3所述的方法，其中，从包括以下算法的组选择所述算法离散傅里叶变换扩展(DFT-s)算法、选择映射算法以及动态星座图扩展算法。
5.如权利要求I所述的方法，其中，预先确定所述多个子带包括计算子带的数量。
6.如权利要求I所述的方法，其中，预先确定所述多个子带包括 经由所述非线性光学信道传输多个训练信号，每个训练信号包括预定数据值并且具有不同数量的子带； 在经由所述非线性光学信道传输后检测每个训练信号； 处理每个所检测的信号以恢复所接收的数据； 通过将所接收的数据值与所述训练信号的所述预定数据值进行比较来确定每个所检测的训练信号的比特误码率；以及 使用所确定的所述比特误码率来确定预先确定的所述多个子带。
7.如权利要求I所述的方法，其中，所述光学信号是光学正交频分复用(O-OFDM)信号。
8.一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的方法，所述光学信号包括预先确定的多个子带，每个子带分配有从包括所述数字信息的至少一部分的数据所产生的多个频域标记，所述方法包括以下步骤 检测所述光学信号； 处理所检测的所述光学信号，以恢复分配给预先确定的所述多个频率子带的每个的频域标记；以及 处理所述频域标记，以恢复所接收的数据， 其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。
9.如权利要求8所述的方法，其中，在经由所述非线性光学信道进行传输之前已经使用适配成降低传输的所述光学信号的峰值平均功率比(PAPR)的算法处理了所述频域标记，以及其中处理所述频域标记以恢复所接收的数据的步骤包括施加如下逆算法，该逆算法适配成使适于降低传输的所述光学信号的峰值平均功率比的算法的效果逆转。
10.如权利要求9所述的方法，其中，从包括以下算法的组选择所述逆算法逆离散傅里叶变换扩展(IDFT-s)算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述光学信号是光学正交频分复用(O-OFDM)信号。
12.一种用于经由非线性光学信道来传输数字信息的装置，所述装置设置为与包括所述数字信息的至少一部分的输入数据一起使用，所述装置包括 频域标记生成器，被配置为从所述输入数据产生多个频域标记，并且将每个标记分配给预先确定的多个频率子带中的一个； 时域信号发生器，所述时域信号发生器操作地耦合到所述频域标记生成器，并且被配置为产生包括所述多个子带的随时间变化的信号；以及 光源，所述光源具有操作地耦合到所述时域信号发生器的至少一个调制输入，并且配置为以所述随时间变化的信号调制光学载波，以产生包括所述多个子带的对应的光学信号， 其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。
13.如权利要求12所述的装置，还包括峰值平均功率比(PAPR)降低单元，该峰值平均功率比降低单元操作地耦合到所述频域标记生成器，并且被配置为处理所述频域标记以降低传输的光学信号的峰值平均功率比(PAPR)。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述峰值平均功率比降低单元被配置为对每个频率子带分离地施加PAPR降低算法。
15.如权利要求14所述的装置，其中，从包括以下算法的组中选择所述PAPR降低算法离散傅里叶变换扩展(DFT-s)算法、选择映射算法和动态星座图扩展算法。
16.一种接收经由非线性光学信道在光学信号中传输的数字信息的装置，所述光学信号包括预先确定的多个子带，每个子带分配有从包括所述数字信息的至少一部分的数据产生的多个频域标记，所述装置包括 检测器，被配置为检测所述光学信号；以及 处理器，被配置为处理所检测的光学信号，以恢复分配给所述预先确定的多个频率子带的每个的所述频域标记，并且处理所述频域标记以恢复所接收的数据， 其中，预先确定所述多个频率子带，以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。
17.如权利要求16所述的装置，其中，在经由所述非线性光学信道传输之前已经使用适配成降低所述传输的光学信号的峰值平均功率比(PAPR)的算法处理了所述频域标记，且其中所述处理器还被配置为通过施加如下逆算法来处理所述频域标记以恢复所接收的数据，所述逆算法被适配成逆转适配成降低所述传输的光学信号的峰值平均功率比的算法的效果。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述逆算法是从包括以下算法的组中选择的逆离散傅里叶变换扩展(IDFT-s)算法、逆选择映射算法和逆动态星座图扩展算法。
全文摘要
一种经由非线性光学信道(722)传输数字信息的方法(1200)，包括接收(1202)数据(702)，数据(702)包括所述数字信息的至少一部分。从该数据产生(1204)多个频域标记，以及将每个标记分配给预先确定的多个频率子带中的一个。可以分离地处理(1206)每个子带以降低传输的光学信号的峰值平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)。然后产生(1208)包括所述多个子带的光学信号(12)，并且经由所述非线性光学信道(722)传输所述光学信号(12)。预先确定所述多个频率子带以便相对于对应的单频带信号降低光学信号在所述非线性光学信道内的非线性光学畸变。也公开了对应的信息接收方法、发射器装置和接收器装置。
文档编号H04L27/26GK102859957SQ201180020057
公开日2013年1月2日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月19日
发明者威廉·谢 申请人:奥菲迪乌姆有限公司