用于滤波光信号以避免衰落且优化线性度的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于滤波光信号以避免衰落且优化线性度的系统和方法。一种用于在光纤上传输光信号的系统，包括用于生成光信号的终端。经其调制，光信号包括波长为“λ”、带有上边带和下边带的载波。调谐器连接至终端，用于相对于带通滤波器调节光信号的载波的波长“λ”。在此的目的为两部分。其一，这种调节消除了光信号的边带，从而避免了衰落，且其抑制了光信号的载波，从而在维持信号线性度的同时增强了OMI。
【专利说明】用于滤波光信号以避免衰落且优化线性度的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及用于滤波光信号的系统和方法。更特别地，本发明涉及相对于带通滤波器调节光信号以改善光信号的传输质量的系统和方法。本发明特别地、但并不排他地，用于相对于带通滤波器调节光信号，以消除光信号的边带从而避免衰落，且同时抑制载波以增强光信号的光调制指数(OMI)。
【背景技术】
[0002]当使用光束作为信号的载波，且该光束通过光纤传输时，会发生与传输关联的若干不同现象。其一，当光束与一个或多个其它光束同时在光纤上传输时，在该光束与一个或多个其它光束之间会产生干涉。另一方面，即使单一光束在光纤上传输时，其自身也会产生干涉。在后一种情形中，特别感兴趣的是被称为“衰落(fading)”的现象。
[0003]已知的是，将信号调制在具有载波波长“ λ ”的光束上，将会产生上边带和下边带，分别为“ λω”和“ λ?Μ”。进一步地，当调制的光束“ λ ”在光纤上传输时，两个边带(“ λω”和“λ?Μ”)都会经受因其与光纤的相互作用而产生相移(即，色散)。当边带“λω”和“入lOTt”的不同相位相互干涉时将产生衰落。在最糟糕的情况下，衰落可导致空信号。因而必须避免这种情况。
[0004]对于在光纤上传输光信号，主要感兴趣的另一方面是保持系统的线性度。特别地，极为重要的是系统的输出直接随其输入变化。在这一点上，光学系统线性操作的广泛使用的度量是已知为光调制指数(OMI)的因数。本质上，OMI为调制信号对系统输出影响程度的度量。在此的结论 是可使用OMI来建立最佳的操作点。然而，这是利用了这样的理解，即超过该最佳操作点，系统的非线性度将增加。在调制的光信号的特定情况下，OMI由信号的边带(例如“λ?Μ”)与信号的载波波长(“λ”)之间的比率决定(0ΜΙ~λ?Μ / λ)。
[0005]除了上述关于光信号通过光纤传播的考虑之外，很重要的是要注意到光信号发生器(例如，E / O转换器)的环境温度的改变也需考虑。特别地，光信号发生器的环境温度的改变会导致光信号的载波波长“ λ ”的漂移。另一方面，带通滤波器典型地对温度变化是不敏感的。因而，在它们彼此的关系中，带通滤波器有效地保持稳定，尽管温度改变造成了“入”发生变化。为此，为了保持带通滤波器和载波“ λ ”之间的固定关系，需要考虑光信号的环境温度的变化。
【发明内容】
[0006]鉴于上述考虑，本发明的目的在于提供一种用于调谐光信号的系统和方法，通过使用带通滤波器消除光信号的边带，从而避免衰落。本发明的另一目的在于抑制光信号的载波，同时消除边带，以在维持系统线性度的同时增强光信号的光调制指数(OMI)。本发明的又一目的在于提供一种优化光信号在光纤上的传输的系统和方法，其组装简单，易于实施且性价比高。
[0007]_—种用于滤波光信号以在光纤上传输信号的系统，包括用于生成光信号的终端。特别地，光信号具有波长“ λ ”的载波、且具有上边带“ λω”和下边带“ λ1Μ”。此外，系统还包括由通带限制定义的带通滤波器。如同其他带通滤波器，本发明滤波器的通带限制建立了基于光信号(即载波)的波长(“ λ ”)变化的传输分贝(dB)水平。具体地，滤波器的通带限制的优选特征在于中心区域，该中心区域具有基本上平坦的通带上限，该通带上限具有大于25dB的基本恒定的dB值。进一步,该中心区域位于带有正向倾斜的通带限制的下方区域、和带有负向倾斜的通带限制的上方区域之间。
[0008]根据本发明，调谐器与终端处的E / O转换器连接，以改变光信号的“ λ ”。特别地，此举是为了将载波定位且维持在滤波器的预选区域中。进一步地，为了精细调谐，调谐器与终端处的温度计连接，以当由E / O转换器生成用于通过光纤传输的光信号时，测量光信号的环境温度。利用该连接关系，调谐器可以考虑可能会影响载波“ λ ”相对于滤波器的位置的温度变化。优选地，该调谐器是本领域公知类型的热-电制冷器(TEC)。
[0009]根据本发明可以预见，优选地，将光信号的载波“ λ ”定位在带通滤波器具有倾斜的通带限制的区域中。最可能的是，将载波“ λ ”定位在限制为负向倾斜的通带限制的上方区域中。通过调谐器将载波“λ”定位在上方区域中能够实现两个功能目的。其一，可定位载波“λ”以消除光信号的边带(例如，“ λ ω”)，从而避免衰落。另一方面，可定位以抑制载波“ λ ”，从而在维持系统线性度的同时增强光信号的光调制指数(OMI)。
[0010]作为附加的特征，本发明的系统还包括用于放大传输的(即，滤波的)光信号的光放大器。例如，光放大器可为现有技术中公知类型的掺铒光纤放大器(EDFA)。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]根据附图，结合说明书能够最佳地理解本发明新颖的特征及其自身，例如关于其结构和操作，其中相似的参考标记指向相似的部件，在附图中:
[0012]图1为操作配置中的本发明的功能部件的示意图；
[0013]图2为根据本发明的用于滤波光信号的相对于带通滤波器定位的光信号的示意图；以及
[0014]图3为指示出根据本发明的用于维持光信号的适当滤波的控制参数的通用闭环反馈控制图。
【具体实施方式】
[0015]首先参考图1，示出了根据本发明的系统，通常由参考标记10表示。如图所示，系统10用于将数字信号12传输至下游站点14。为此，系统10包括首先将数字信号12转换为射频(RF)信号“f”的调制解调器16。随后，电-光E / O转换器18将RF信号“f”转换成具有载波波长“ λ ”的光信号，其上边带为“ λω”，下边带为“ λloΜ ”。在两个示例中，可以使用现有技术中目前已知的任意方法来实现数字至RF的转换和RF至光的转换。调制解调器16和E / O转换器18 —起共同作为用于生成光信号“ λ ”的终端。
[0016]一旦生成了光信号“λ ”，滤波器20就被用于两个不同的功能目的。作为其中之一，使用滤波器20来消除边带之一(“ λω”或“ λ 1ot”)。另一方面，使用滤波器20来抑制载波“ λ ”自身。载波“ λ ”被抑制且边带(例如“ λω”)被消除的光信号随后被光放大器22放大，且被引入至光纤24以传输至下游站点14。如果需要，本发明可预见到，光放大器22可以是合并入光纤24的掺铒光纤放大器(EDFA)。无论如何，可以理解，光放大器22可以是现有技术中已知的任一类型，且其使用是可选的。
[0017]仍参考图1，可以看到计算机26连接至滤波器20。特别地，利用该连接，计算机26被提供有来自滤波器20的输入，其包括关于滤波器20的操作参数和功能特性的信息。图1还示出计算机26连接至温度计28，且温度计28连接至E / O转换器18的输出。利用该连接，通过与E / O转换器18的温度相关的温度计28，计算机26被提供有来自E / O转换器18的输入。因而，E / O转换器的温度就是光信号的载波“ λ ”的环境温度。
[0018]图1还示出了调谐器30将计算机26和E / O转换器18相互连接。利用该连接，计算机26能够控制调谐器30。特别地，基于温度计28感测的环境温度，调谐器30改变E /O转换器18以相对于滤波器20定位光信号的载波波长“ λ ”。为此，调谐器30优选地为现有技术已知的类型，例如热-电制冷器(TEC)。
[0019]参考图2，能更好地理解滤波器20的操作参数和功能特性。可以看出，滤波器20基本上由通带限制32定义，该通带限制32建立了基于光信号的波长“ λ ”的传输分贝(dB)水平。如图所示，通带限制32的部分特征在于基本平坦的中心区域34。更具体地，通带限制32在中心区域34中的平坦部分优选地具有大于约25dB的基本恒定的dB值。
[0020]在图2中，示出通带限制32的中心区域34位于下方区域36和上方区域38之间。正如大部分传统带通滤波器一样，典型地，滤波器20的下方区域36具有正向倾斜的通带限制32，上方区域38具有负向倾斜的通带限制32。特别参考上方区域38，上方区域38的负向倾斜的通带限制32特征在于随着波长“λ”的增大，dB水平减小。举例来说，在实际情况中，滤波器20的上方区域38使得波长“ λ ”每增大0.0lnm，载波中就约损耗1.4dB。类似地,上方区域38中，波长“ λ ”每减小0.0lnm，载波中就约增加1.4dB。
[0021]对系统10的操作而言，关于滤波器20的操作参数和功能特性的特定信息被提供至计算机26。随后，操作调谐器30以相对于滤波器20的带通限制32定位载波(波长“入”)。重要地，在操作中，调谐器30最初将载波(波长“ λ ”)定位在滤波器20的带通限制32的上方区域38或下方区域36下。
[0022]为公开的目的，图2中示出光信号的载波(波长“ λ ”)定位在滤波器20的上方区域38下。重要地，图2指示出由该定位得出的两个结论。对于其中之一，取决于载波“入”相对于滤波器20的上方区域38的实际位置，以可确定的减幅40来抑制载波“ λ ”。另一方面，消除了上边带“λω”。此后，通过利用调谐器30精细调谐E / O转换器18(即，调节“ λ ”)来维持这种情况(即，载波“ λ ”与滤波器20之间的关系)。
[0023]由于波长“ λ ”是温度的函数，即“ λ⑴”，因而利用温度计28监视E / O转换器18的环境温度来实现光信号(载波“λ”)的精细调谐。随后，温度计28将环境温度提供至计算机26。依次，计算机26利用E / O转换器18、以相对于滤波器20合适地定位光信号的方式使得调谐器30调节光信号的波长“ λ ”。此处的目的为两部分。对于其中之一，光信号(“λ”)被定位以消除光信号的边带，因而避免了衰落。另一方面，光信号(“λ”)被定位以抑制载波，因而在维持系统10的线性度的同时，增强了光信号的光调制指数(OMI)。
[0024]如上所述，光放大器22可被并入系统10以放大经抑制的光信号(“ λ ”)。然而，光放大器22的使用是可选的。如果使用，光放大器22优选地为现有技术已知的类型，诸如可直接合并入光纤24的掺铒光纤放大器(EDFA)。[0025]参考图3，示出了用于相对于滤波器20的通带限制32定位光信号的载波(“ λ，，)的闭环反馈控制环，通常由参考标记42表示。如图3所示，为数字信号12的载波的RF信号“f”，作为输入被提供至E / O转换器18。输入信号(“λ (Tsrt) ”)也作为输入被提供至E / O转换器18，其具有期望的操作波长，且这里示出为温度(T)的函数。为讨论控制环42的目的，E / O转换器18的输出为具有波长“λ’(Τ)”的光信号。注意，在这一点上，在系统10的操作中，E / O转换器18的输出光信号“λ’(T) ”已被信号发生器(即，E / O转换器18)的环境温度影响。在这种情况下，通过温度计28在E / O转换器18处测量环境温度对输入光信号“ λ (Tset) ”的影响，且将该影响的结果传送至求和点44。在求和点44处，比较Τ’与期望的温度Tset,以调节波长“ λ ”用于系统10的操作(例如，图2中的点46)。基于该比较，生成误差信号“e”。计算机26随后操作调谐器30以调节E / O转换器18，从而最小化误差信号“e”以维持系统10在点46处的操作。
[0026]如图所示且详细公开的用于滤波光信号以避免衰落且优化线性度的特定系统和方法完全能够实现上述目的，并具有前述的优点，可以理解，本发明的优选实施例仅是示意性的，除了如所附权利要求的描述之外，并不旨在限制本文示出的结构或设计的细节。
【权利要求】
1.一种用于滤波光信号的系统，所述光信号用来在光纤上传输信号，所述系统包括: 用于生成所述光信号的终端，其中所述光信号包括波长为“ λ ”、带有上边带和下边带的载波； 由通带限制定义的滤波器，其中所述通带限制基于波长的变化而建立传输分贝(dB)水平、且其特征在于中心区域，所述中心区域带有位于带有正向倾斜的通带限制的下方区域和带有负向倾斜的通带限制的上方区域之间的基本上平坦的通带限制；以及 与所述终端连接的调谐器，用于将所述载波定位在具有倾斜的通带限制的所述滤波器的预选区域中，以消除所述光信号的边带从而避免了衰落、且抑制所述载波以增强所述光信号的光调制指数OMI。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述终端包括: 用于生成射频RF信号的调制解调器；以及 用于将RF信号转换成具有所述载波“ λ ”的光信号的电-光E / O转换器。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述调谐器是热-电制冷器TEC、且与所述E/ O转换器连接以改变所述光信 号的“ λ ”，从而将所述载波定位并维持在所述滤波器的预选区域中。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述预选区域是带有负向倾斜的通带限制的上方区域。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述上方区域的负向倾斜的通带限制的特征在于:随着所述载波的波长“ λ ”的增大，dB水平减少，以抑制所述光信号中所述载波的dB水平。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于放大所传输的光信号的光放大器。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述放大器为掺铒光纤放大器EDFA。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述中心区域的通带上限是平坦的、且具有大于25dB的基本恒定的dB值。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述滤波器的上方区域的倾斜使得所述载波的波长“ λ ”每增大0.01nm,就在所述载波中产生大约1.4dB的损耗。
10.如权利要求1所述的系统，其中通过所述滤波器来抑制所述载波，以获得由所述系统传输的光信号的改善的OMI和改善的线性度。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述调制解调器是数字化合成器。
12.—种用于传输光信号的系统,包括: 用于生成所述光信号的终端，其中所述光信号包括波长为“ λ ”、带有上边带和下边带的载波； 连接至所述终端用于测量O / E转换器的环境温度的温度计； 由通带限制定义的滤波器，其中所述滤波器被定位以接收来自所述终端的光信号，并且其中所述通带限制取决于所述载波的波长“ λ ”而建立传输分贝(dB)水平； 与所述终端连接的调谐器，用于响应于所述O / E转换器的环境温度的变化来改变所述光信号的载波的波长“ λ ” ；以及 连接至所述温度计的计算机，用于将所述O / E转换器的环境温度与期望的温度设定点进行比较以生成误差信号，并且其中将所述计算机连接至所述调谐器，以便通过改变所述O / E转换器的环境温度和所述光信号的相应的载波波长“λ”来最小化所述误差信号，以相对于所述滤波器的通带限制定位所述光信号的载波，从而消除所述光信号的边带且避免衰落、并且抑制所述光信号的载波以增强所述光信号的光调制指数OMI和线性度。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述调谐器为热-电制冷器TEC。
14.如权利要求12所述的系统，进一步包括用于放大所传输的光信号的光放大器。
15.如权利要求12所述的系统，其中所述滤波器由通带限制定义，其中所述通带限制基于所述光信号的波长的变化而建立传输分贝(dB)水平、且其特征在于带有位于具有正向倾斜的通带限制的下方区域和具有负向倾斜的通带限制的上方区域之间的基本上平坦的通带限制的中心区域。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述中心区域的通带限制是平坦的、且具有大于25dB的基本恒定的dB值，且其中所述滤波器的上方区域的倾斜使得所述载波的波长“入”每增大0.01nm，就在所述载波中产生大约1.4dB的损耗。
17.一种用于传输光信号的方法，包括下述步骤: 生成所述光信号，其中所述光信号包括波长为“ λ ”、带有上边带和下边带的载波； 测量O / E转换器的环境温度； 定义滤波器的通带 限制，其中所述通带限制取决于所述载波的波长“ λ ”而建立所述光信号的传输分贝(dB)水平； 定位所述滤波器以接收所述光信号；以及 响应于E / O转换器的环境温度的变化来改变所述光信号的载波的波长“λ ”，从而相对于所述滤波器的通带限制定位所述光信号的载波，以消除所述光信号的边带从而避免衰落、且抑制所述光信号的载波从而增强所述光信号的光调制指数ΟΜΙ。
18.如权利要求17所述的方法，其中生成步骤进一步包括下述步骤: 提供用于生成射频RF信号的调制解调器；以及 使用电-光E / O转换器用于将RF信号转换为具有所述载波“λ”的光信号。
19.如权利要求18所述的方法，其中定义步骤建立带有中心区域的通带限制，所述中心区域具有位于带有正向倾斜的通带限制的下方区域和带有负向倾斜的通带限制的上方区域之间的基本上平坦的通带限制。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述中心区域的通带限制是平坦的、且具有大于25dB的基本恒定的dB值，且其中所述滤波器的上方区域的倾斜使得所述载波的波长“ λ ”每增大0.01nm，就在所述载波中产生大约1.4dB的损耗。
【文档编号】H04B10/2507GK103997373SQ201410064834
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2013年2月14日
【发明者】孙震国 申请人:迪坦光子学公司