光路自适应色散补偿方法、光模块和波分复用系统与流程

1.本公开涉及光通信领域，特别涉及一种光路自适应色散补偿方法、光模块和波分复用系统。


背景技术：

2.在光纤通信系统中，色散问题是限制传输距离的主要因素之一，它会导致信号脉冲展宽，产生码间干扰，误码率增加。相关技术wdm(wavelength division multiplexing，相干波分复用)技术是现在长途波分系统的不二选择，单波100g及以上速率的系统通过光模块内部的dsp(digital signal process，数字信号处理)能够进行色度色散(cd，chromatic dispersion)和pmd(polarization mode dispersion，偏振模色散)补偿，提高系统传输能力。
3.由于5g和数据中心业务量激增，wdm技术有像城域边缘节点下沉的趋势。相干wdm系统中光模块成本高，使得非相干wdm成为另一种选择。而非相干方案使用直调直检(im-dd)光模块，无法进行电域色散补偿。即使工作在低色散的o波段，经过长距传输(如80km)后，累计色散也会产生相对高的色散代价，限制系统进一步传输水平。


技术实现要素：

4.发明人通过研究发现：相关技术普遍使用dcf(dispersion compensating fiber，色散补偿光纤)补偿光路色散，也是最为常见的一种色散补偿方案。但是因为使用了一定长度的光纤带来额外的损耗，需要提高功率预算或在系统中增加光放大器来补偿衰减。
5.鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种光路自适应色散补偿方法、光模块和波分复用系统，使用一种fbg(fiber bragg grating，光纤布拉格光栅)并将其集成在光模块内部实现光路色散补偿。
6.根据本公开的一个方面，提供一种光路自适应色散补偿方法，包括：
7.在非相干波分复用系统中，在光模块中引入光纤布拉格光栅进行光路色散补偿。
8.在本公开的一些实施例中，所述进行光路色散补偿包括：
9.通过光栅反射以及不同波长光信号的反射时延，对光信号经过传输光纤传输后产生的色度色散进行补偿。
10.在本公开的一些实施例中，所述在光模块中引入光纤布拉格光栅进行光路色散补偿包括：
11.获取光信号经过传输光纤传输后的色度色散；
12.根据所述色度色散确定色散补偿数值；
13.通过改变光栅周期或折射率实现所述色散补偿数值的调整。
14.在本公开的一些实施例中，所述获取光信号经过传输光纤传输后的色度色散包括：
15.获取光信号经过的传输光纤的光纤长度；
16.根据所述光纤长度、光模块的中心波长、色散系数和色散斜率确定光信号经过该段传输光纤传输后的累计色散数值。
17.在本公开的一些实施例中，所述获取光信号经过的传输光纤的光纤长度包括：
18.在光模块内置光时域反射仪模块测量传输光纤的光纤长度。
19.在本公开的一些实施例中，所述获取光信号经过的传输光纤的光纤长度包括：
20.接收到对端光模块发送的光信号，通过调顶信号解调装置进行调顶信号解析，获得对端光模块的发送光功率和中心波长，其中，对端光模块将发送光功率的数字诊断监控信息和中心波长转换成调顶信号，叠加在主业务信号中；
21.根据对端光模块的发送光功率和中心波长、本端光模块的接收光功率的数字诊断监控信息，确定光信号衰减值；
22.根据衰减系数和所述光信号衰减值，确定光信号经过的传输光纤的光纤长度。
23.在本公开的一些实施例中，所述通过改变光栅周期或折射率实现所述色散补偿数值的调整包括：
24.通过对光栅应力或温度参数的改变，实现所述色散补偿数值的调整。
25.在本公开的一些实施例中，所述在光模块中引入光纤布拉格光栅进行光路色散补偿还包括：
26.在光模块应用场景改变的情况下，重新计算累计色散，并实时调整光栅应力或温度参数，以实现所述色散补偿数值的调整。
27.根据本公开的另一方面，提供一种光模块，包括：
28.设置于光模块内部的光纤布拉格光栅fbg色散补偿单元，用于在非相干波分复用系统中，进行光路色散补偿。
29.在本公开的一些实施例中，fbg色散补偿单元，用于通过光栅反射以及不同波长光信号的反射时延，对光信号经过传输光纤传输后产生的色度色散进行补偿。
30.在本公开的一些实施例中，所述光模块还包括：
31.色度色散测算单元，用于获取光信号经过传输光纤传输后的色度色散；
32.fbg色散补偿单元，用于根据所述色度色散确定色散补偿数值；通过改变光栅周期或折射率实现所述色散补偿数值的调整。
33.在本公开的一些实施例中，色度色散测算单元，用于获取光信号经过的传输光纤的光纤长度；根据所述光纤长度、光模块的中心波长、色散系数和色散斜率确定光信号经过该段传输光纤传输后的累计色散数值。
34.在本公开的一些实施例中，色度色散测算单元，用于通过光模块内置的光时域反射仪模块测量传输光纤的光纤长度。
35.在本公开的一些实施例中，所述光模块还包括：
36.调顶信号解析单元，用于接收到对端光模块发送的光信号，通过调顶信号解调装置进行调顶信号解析，获得对端光模块的发送光功率和中心波长，其中，对端光模块将发送光功率的数字诊断监控信息和中心波长转换成调顶信号，叠加在主业务信号中；
37.色度色散测算单元，用于根据对端光模块的发送光功率和中心波长、本端光模块的接收光功率的数字诊断监控信息，确定光信号衰减值；根据衰减系数和所述光信号衰减值，确定光信号经过的传输光纤的光纤长度。
38.在本公开的一些实施例中，fbg色散补偿单元，用于通过对光栅应力或温度参数的改变，实现所述色散补偿数值的调整。
39.在本公开的一些实施例中，色度色散测算单元，用于在光模块应用场景改变的情况下，重新计算累计色散；
40.fbg色散补偿单元，用于根据重新计算的累计色散实时调整色散补偿数值；实时调整光栅应力或温度参数，以实现所述色散补偿数值的调整。
41.根据本公开的另一方面，提供一种波分复用系统，包括如上述任一实施例所述的光模块。
42.本公开首次提出了在光模块接收端集成fbg以实现对传输光路系统的色散补偿，光信号经过光栅后不会产生衰减，制定光模块光接口指标时不需要考虑额外的功率预算。
附图说明
43.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为本公开光路自适应色散补偿方法一些实施例的示意图。
45.图2为本公开一些实施例中啁啾光栅色散补偿原理的示意图。
46.图3为本公开光路自适应色散补偿方法另一些实施例的示意图。
47.图4为本公开光模块一些实施例的示意图。
48.图5为本公开波分复用系统一些实施例的示意图。
49.图6为本公开光模块另一些实施例的示意图。
50.图7为本公开一些实施例中通过otdr的方法得到色度色散的示意图。
51.图8为本公开一些实施例中通过光模块调顶的方法得到色度色散的示意图。
52.图9为本公开光模块又一些实施例的示意图。
具体实施方式
53.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
54.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
55.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
56.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
57.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不
是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
58.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
59.图1为本公开光路自适应色散补偿方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开光模块执行。如图1所示，所述光路自适应色散补偿方法可以包括步骤10，其中：
60.步骤10，在非相干波分复用系统中，在光模块中引入光纤布拉格光栅进行光路色散补偿。
61.在本公开的一些实施例中，所述光纤布拉格光栅可以为cfbg(chirped fiber bragg grating，啁啾光学布喇格光栅)。
62.在本公开的一些实施例中，所述光纤布拉格光栅可以为周期不均匀分布的啁啾光栅。
63.在本公开的一些实施例中，所述进行光路色散补偿的步骤可以包括：通过光栅反射以及不同波长光信号的反射时延，对光信号经过传输光纤传输后产生的色度色散进行补偿。
64.在本公开的一些实施例中，传输光纤可以为普通单模光纤。
65.在本公开的一些实施例中，在wdm系统中，不同波长的光模块在选择光栅时需要考虑光栅带宽和周期，保证满足布拉格条件以产生特定波长的强反射。
66.本公开上述实施例通过光栅反射以及不同波长光信号的反射时延，对信号光经过普通单模光纤传输后引起的色散问题进行补偿，恢复出原始信号。
67.本公开上述实施例基于光模块实现的色散补偿方案是对wdm系统的每个波道分别补偿，不需要考虑系统中其他波道的色散情况，更适用于当前光传输网络组网灵活的特点。
68.本公开上述实施例光纤光栅体积小，插损低，与光纤兼容性好，受非线性影响小，易于与光模块集成。
69.图2为本公开一些实施例中啁啾光栅色散补偿原理的示意图。如图2所示，对于任意波长的光信号，短波长(蓝移)分量传输速度快，长波长(红移)分量传输速率慢，使得光信号经过光纤传输后被展宽。因此，选择使用周期沿轴向变化的光栅，当满足布拉格条件时，不同波长分量的光信号进入光栅在不同位置发生反射。如果将光栅周期大的一端放置在前，使红移分量先达到布拉格条件被反射；光栅周期小的一端放置在后，使蓝移分量在光栅后端被反射，就能够将已展宽的信号还原。
70.图3为本公开光路自适应色散补偿方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开光模块执行。如图3所示，所述光路自适应色散补偿方法可以包括步骤11-步骤14中的至少一个步骤，其中：
71.步骤11，在非相干波分复用系统中，获取光信号经过传输光纤传输后的色度色散。
72.在本公开的一些实施例中，步骤11可以包括步骤111-步骤112中的至少一个步骤，其中：
73.步骤111，获取光信号经过的传输光纤的光纤长度。
74.在本公开的一些实施例中，步骤111可以包括：在光模块内置光时域反射仪模块测量传输光纤的光纤长度。
75.在本公开的另一些实施例中，步骤111可以包括步骤1111-步骤1113中的至少一个
步骤，其中：
76.步骤1111，接收到对端光模块发送的光信号，通过调顶信号解调装置进行调顶信号解析，获得对端光模块的发送光功率和中心波长，其中，对端光模块将发送光功率的数字诊断监控信息和中心波长转换成调顶信号，叠加在主业务信号中。
77.步骤1112，根据对端光模块的发送光功率和中心波长、本端光模块的接收光功率的数字诊断监控信息，确定光信号衰减值。
78.步骤1113，根据衰减系数和所述光信号衰减值，确定光信号经过的传输光纤的光纤长度。
79.步骤112，根据所述光纤长度、光模块的中心波长、色散系数和色散斜率确定光信号经过该段传输光纤传输后的累计色散数值。
80.步骤12，根据所述色度色散确定色散补偿数值。
81.在本公开的一些实施例中，fbg色散补偿数值d
fbg
可以按照公式(1)进行预配置：
82.ds(λ)*l＝-α*d
fbg
(λ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
83.公式(1)中ds(λ)为波长λ在普通单模光纤中的色散系数，l为光纤长度，光栅长度相对于光纤长度可以忽略不计。考虑零色散容易使光信号满足相位匹配条件，从而产生非线性效应。如果由于非线性问题造成传输性能下降，可以通过调整色散补偿数值dfbg进行过补偿或欠补偿，这时转换因子α不等于1。
84.在本公开的一些实施例中，色散补偿数值的设定需要结合光模块传输距离、工作波长等多个参数考虑，以评估在经过普通单模光纤传输后产生的累计色散数值。本公开上述实施例提出了一种动态调整色散补偿数值的方法，由于反射波长与光栅周期和光栅区的有效折射率有关，通过对光栅施加应力或改变温度进行反射波长调节，并建立一种色散补偿与实际产生色度色散的关系。
85.在本公开的一些实施例中，普通单模光纤的色度色散通过实时测量或光模块带外调制(如调顶)的方式计算得到。
86.步骤13，通过改变光栅周期或折射率实现所述色散补偿数值的调整。
87.在本公开的一些实施例中，步骤13可以包括：通过对光栅应力或温度参数的改变，实现所述色散补偿数值的调整。
88.步骤14，在光模块应用场景改变的情况下，重新计算累计色散，并实时调整光栅应力或温度参数，以实现所述色散补偿数值的调整。
89.本公开上述实施例首次提出了在光模块接收端集成fbg以实现对传输光路系统的色散补偿。本公开上述实施例fbg体积小，插损低，与光纤兼容性好，受非线性影响小，易于与光模块集成，性价比高。
90.与dcf方案不同，本公开上述实施例光信号经过光栅后几乎不会产生衰减，制定光模块光接口指标时不需要考虑额外的功率预算。本公开上述实施例基于光模块实现的色散补偿方案是对每个波长分别补偿，能够避免变更整个波分系统配置，减少对波分系统中其它波道的影响。
91.图4为本公开光模块一些实施例的示意图。如图4所示，本公开光模块可以包括设置于光模块内部的fbg色散补偿单元41，其中：
92.fbg色散补偿单元41，用于在非相干波分复用系统中，进行光路色散补偿。
93.在本公开的一些实施例中，fbg色散补偿单元，用于通过光栅反射以及不同波长光信号的反射时延，对光信号经过传输光纤传输后产生的色度色散进行补偿。
94.在本公开的一些实施例中，如图4所示，某一波长的业务信号光经过一定长度的光纤传输后产生色散，进入光模块内部的fbg色散补偿单元，满足布拉格条件的波长分量依次发生强反射，剩余少量光作为透射光不被处理。fbg色散补偿单元为周期变化的光纤光栅，从而调整和恢复已展宽的业务信号。恢复的业务信号再依次经过光信号接收检测单元(pin/apd)、tia(trans-impedance amplifier，跨阻放大器)、la(linear amplifier，线性放大器)等核心光电器件，最终转换成完整的电信号输出，其中，pin为光电二极管，apd为avalanche photon diode(雪崩光电二极管)。
95.图5为本公开波分复用系统一些实施例的示意图。如图5所示，本公开波分复用系统可以包括第一光模块51和第二光模块52，其中，第一光模块51和第二光模块52通过光纤连接，第一光模块51和第二光模块52互为对端光模块。
96.在本公开的一些实施例中，本公开波分复用系统可以为非相干波分复用系统。
97.本公开波分复用系统可以基于光模块实现光路自适应色散补偿。
98.在本公开的一些实施例中，第一光模块51和第二光模块52可以为单通道im-dd光模块。
99.在本公开的一些实施例中，第一光模块51和第二光模块52均包括发送侧结构和接收侧结构。
100.在本公开的一些实施例中，第一光模块51和第二光模块52可以实现为上述任一实施例(例如图4实施例)所述的光模块。
101.在本公开的一些实施例中，使用im-dd技术的单通道光模块(例如第一光模块51)发送侧只有一个激光器，经过调制后产生中心波长唯一的输出光信号。输出光信号在光纤中传输，由于不同频率分量传播速度不同，导致光信号脉冲被展宽，形成色散从而影响传输性能。
102.在本公开的一些实施例中，第一光模块51的激光器经过调制后产生中心波长唯一的输出光信号。输出光信号在80km光纤中传输，由于不同频率分量传播速度不同，导致光信号脉冲被展宽，产生色散。第二光模块52接收端集成色度色散测算单元，对普通单模光纤传输后的光信号进行色散计算。即先得到光纤长度，再结合色散系数和色散斜率算出光信号在该波长下的累计色散数值。
103.图6为本公开光模块另一些实施例的示意图。如图5所示的光模块(例如图5实施例的第二光模块52)可以包括色度色散测算单元42和fbg色散补偿单元41，其中：
104.在本公开的一些实施例中，如图6所示的光模块可以为使用im-dd技术的单通道光模块。
105.色度色散测算单元42，用于获取光信号经过传输光纤传输后的色度色散。
106.在本公开的一些实施例中，色度色散测算单元42，可以用于获取光信号经过的传输光纤的光纤长度；根据所述光纤长度、光模块的中心波长、色散系数和色散斜率确定光信号经过该段传输光纤传输后的累计色散数值。
107.在本公开的一些实施例中，色度色散测算单元42，可以用于对经过普通单模光纤传输后的光信号进行色散计算，即先得到光纤长度，再结合色散系数和色散斜率算出光信
号在该波长下的累计色散数值。
108.fbg色散补偿单元41，用于根据所述色度色散确定色散补偿数值；通过改变光栅周期或折射率实现所述色散补偿数值的调整。
109.在本公开的一些实施例中，fbg色散补偿单元41，可以用于通过光模块(例如图5实施例的第二光模块52)内部集成的啁啾fbg对系统中产生的色散进行补偿；根据计算得到的累计色散，选择合适的色散补偿数值；再通过对光栅应力或温度参数的改变以调出期望色散补偿数值。
110.在本公开的一些实施例中，当光模块应用场景改变时，如传输距离发生变化，光模块接收端的色度色散测算单元42会重新计算累计色散，fbg色散补偿单元41会实时调整相关参数，以满足系统色散补偿的需要。
111.在本公开的一些实施例中，色度色散测算单元42可以用于通过实时测量或光模块带外调制(如调顶)的方式计算，这两种方式得到普通单模光纤的色度色散。
112.下面通过具体实施例对色度色散测算单元采用两种得到普通单模光纤的色度色散的方式进行说明。
113.方式一、实时测量
114.在本公开的一些实施例中，色度色散测算单元42，可以用于通过光模块内置的otdr(optical time-domain reflectometer，光时域反射仪)模块测量传输光纤的光纤长度。
115.图7为本公开一些实施例中通过otdr的方法得到色度色散的示意图。图7还给出了本公开光模块发送侧的结构示意图。
116.如图7所示，光模块内置otdr模块进行光纤长度的测量，进而计算出经过该光纤传输后的色散。如图7所示，在光模块发送侧集成otdr功能模块，并通过合分波器与主业务光信号耦合。通过此方法能够检测光模块传输的光纤长度，根据光模块中心波长，计算得到经过该段光纤传输后的累计色散，将结果通过iic(inter-integrated circuit集成电路总线)接口上报。
117.方式二、光模块带外调顶方式计算
118.图8为本公开一些实施例中通过光模块调顶的方法得到色度色散的示意图。图8还给出了本公开波分复用系统另一些实施例的示意图。图8实施例使用光模块调顶技术进行色散估算。图8实施例通过在高速业务信号上叠加一种低频小幅度信号，进行光模块一些oam(operation administration maintenance，操作管理维护)信息的传递。如图8所示，光模块2的发送光功率ddm(digital diagnostic monitoring，数字诊断监控)信息和中心波长被转换成调顶信号，叠加在主业务信号中。光模块1接收到光信息或，通过调顶信号解调装置进行调顶信号解析，从而获得光模块2的发送光功率和中心波长。光模块mcu(microcontroller unit，微控制单元)根据这些信息和光模块1的接收光功率ddm，获得光信号衰减。在已知衰减系数的情况下，能够推算出光纤长度，再按照方式一的方法，计算得到经过该段光纤传输后的累计色散。与方式一相比，方式二不需要引入额外的光源和检测装置，成本低。
119.图9为本公开光模块又一些实施例的示意图。如图9所示的光模块(例如图5实施例的第二光模块52或图8实施例的光模块1)可以包括调顶信号解析单元43、色度色散测算单
元42和fbg色散补偿单元41，其中：
120.调顶信号解析单元43，用于接收到对端光模块发送的光信号，通过调顶信号解调装置进行调顶信号解析，获得对端光模块的发送光功率和中心波长，其中，对端光模块将发送光功率的数字诊断监控信息和中心波长转换成调顶信号，叠加在主业务信号中；
121.色度色散测算单元42，用于根据对端光模块的发送光功率和中心波长、本端光模块的接收光功率的数字诊断监控信息，确定光信号衰减值；根据衰减系数和所述光信号衰减值，确定光信号经过的传输光纤的光纤长度；根据所述光纤长度、光模块的中心波长、色散系数和色散斜率确定光信号经过该段传输光纤传输后的累计色散数值。
122.fbg色散补偿单元41，用于根据所述色度色散确定色散补偿数值；通过改变光栅周期或折射率实现所述色散补偿数值的调整。
123.本公开上述实施例在非相干wdm系统中，在光模块中引入啁啾光纤布拉格光栅来实现色散补偿的功能。
124.本公开上述实施例建立一种色散补偿数值与实际产生色度色散的关系，采用一种自适应调整色散补偿数值的机制。即先计算或测量得到传输光纤的色度色散，找到需要调整的色散补偿数值，再通过改变光栅周期或折射率实现色散补偿数值的调整。
125.本公开上述实施例使用了一种光纤布拉格光栅(fbg)并将其集成在光模块内部实现光路色散补偿。本公开上述实施例通过光栅反射以及不同波长光信号的反射时延，对信号光经过普通单模光纤传输后引起的色散问题进行补偿，恢复出原始信号。本公开上述实施例光模块通过测算累计色散，可以实时调整色散补偿数值以满足不同传输距离场景的需要。
126.本公开上述实施例是通过光模块实现低成本的自适应色散补偿，不需要替换现网设备。
127.本公开上述实施例提出光栅色散补偿方法都是基于已有的光器件(如光栅、otdr)和技术方案(如调顶)实现，产业链支持良好。啁啾光栅体积小，插损低，与光纤兼容性好，受非线性影响小，易于与光模块集成，性价比高。本公开上述实施例通过集成的方式在光模块中引入，只增加一定的光模块成本上，可以利旧现网设备。
128.在上面所描述的调顶信号解析单元43和色度色散测算单元42可以实现为用于执行本技术所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(plc)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
129.至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
130.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种非瞬时性计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
131.本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理
解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。