一种基于强度噪声方差以及低通滤波器的光纤自适应非线性补偿方案的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高速光传输领域，尤其是一种基于强度噪声方差以及低通滤波器的光 纤自适应非线性补偿方案。
【背景技术】
[0002] 通信技术的发展自古以来从未间断过。在近代的发展中，人们更加关注信息传送 的距离、速率、有效性以及经济性，因此光纤作为传输媒介的提出，很快引起了通信技术的 一场革命，使光纤通信在随后几十年的时间里得到了迅猛发展，并且逐渐成为了现代通信 的基石。
[0003] 光纤通信发展另一重大里程碑是1986年南安普顿大学发明的掺铒光纤放大器 (EDFA)。它的问世使光纤通信不再需要光电光转换的情况下，直接在光域对信号进行放大， 并且可以同时放大C波段内的多个波长信号，最终引领了另一次的革命浪潮一一波分复用 技术的发展。
[0004] 无论技术如何发展，增大传输容量以及增加传输距离都是通信系统始终最求的两 大发展目标，因此通信系统的性能通常用比特率-距离积（BL)来衡量。每次技术的发展 和关键问题的解决都会使中继距离和传输容量在一定程度上得到突破性进展，最近研宄显 示，BL积的增长速率大约是每4年增加10倍。但是随之而来的新问题也不断产生，如EDFA 的发明带来了自发辐射噪声的积累；长距离单模光纤的应用造成了非线性和色散的损伤 等。
[0005] 随着速率的提高和传输距离的增长，面临的问题也在逐渐变化。速率的提高导致 接收机带宽增加，检测到的噪声功率也随之增加。为了维持一定的信噪比，则需增加信号功 率。然而信号功率的增加必然会引起更强的光纤非线性损伤，而且对于高速窄脉冲信号来 说，非线性的影响会进一步加剧。而当今光纤通信传输系统，色散已经不是问题，多种方法 都可以将色散引起的损伤完全消除。因此，光纤非线性成为了限制传输距离的主要因素，其 补偿方法也是研宄的热点与难点。
[0006] 具体来说，目前已经有很多方法可以较好的补偿非线性。早期在单信道传输系统 中，Killey以及Goeger等课题组利用光均衡器和电均衡器可以有效的减小自相位调制效 应（SPM)的影响。特别是在PSK系统中，由于SPM导致的非线性相移与信号强度有关，可以 根据信号强度对接收到的信号施加相应的相移，部分抵消SPM的影响；随着WDM的普及与 应用，交叉相位调制（XPM)以及四波混频（FWM)成为了信号的约束条件。因此色散管理的 提出，通过相位适配技术，有效抑制了XPM和FWM效应。然而随着传输距离和传输速率的进 一步增加，以上方案的补偿效果都不尽人意。李桂芳小组首次提出利用后向传输（DBP)的 方案，通过离线DSP模拟反向光纤传输过程，实现了较好的非线性补偿。但是复杂的计算无 法应用于实时信号处理中；2007年Kumar小组利用传输中点相位共轭信号方案同样实现了 非线性补偿，但是传输过程中的功率无法严格意义上匹配；2013年贝尔实验室刘翔领导的 小组提出了发送端共轭信号传输方案，此方案极为简单，补偿效果稳定，但是使频谱效率减 半。以上方案各有优点，其中DBP方案可以补偿光纤中所有非线性的影响而受到广泛的关 注和研宄。但是现有技术方案大多数是建立在已知所有链路参数（如光纤色散值、非线性 值、光纤输出功率等）的条件下。而在可重构的传输网络中，或者某一系统的不同时间里， 链路参数随外界条件而改变，或者随时间而波动，因此并不能精确获得当前参数值。此时， 自适应非线性补偿方案的研宄具有重大意义与应用价值。
【发明内容】
[0007] 鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于强度噪声方差以及低通 滤波器的光纤自适应非线性补偿方案，该方案无需知道精确的链路参数，并降低了传统DBP 算法的复杂度。本方案通过探测强度噪声方差，并结合低通滤波器算法，利用改进DBP算法 实现了低复杂度的自适应非线性补偿。
[0008] 本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：
[0009] 一种基于强度噪声方差以及低通滤波器的光纤自适应非线性补偿方案。主要由沿 光路顺序连接的以下器件构成：一路或多路相位调制光信号（IOl1Wl〇lN)、一个光波分复 用器（102)、一个光放大器（103)、一段长距离光纤（104)、一个波分解复用器（105)、N个本 振光源（1〇6广106N)、N个光混频器（107广107N)、光电转换器（108)、采样模块（109)以 及数字信号处理单元（110) ;N路波长不同的光相位调制信号由波分复用器（102)合为一路 波分复用信号；合并后的光信号由一个放大器（103)放大后进入一段长距离光纤（104)中 传输；在接收端，复用信号首先通过一个波分解复用器（105)分离为N路独立的信号，接着 与各自的本振光源（IOeiW106N)耦合进入光混频器（K^1- 107N)中；再分别经过光电转 换器（108)、采样模块（109)以及数字信号处理单元（110)，最后通过检测强度噪声方差，并 结合低通滤波算法，实现信号的自适应非线性补偿。
[0010] 这样，N路波长不同的光相位调制信号经过放大器后进入一段长距离光纤（104) 中进行传输。在传输过程中，光信号受到光纤固有的色散和非线性的影响而产生失真。传 输后的信号通过本振光源、光混频器、光电转换器等器件转换成电信号，并由数字信号处理 单元存储并进行处理。最后利用所提出的算法对信号失真和损伤进行自适应补偿。
[0011] 采用本发明的方法，包括以下几个特征：1)不需要知道精确的链路参数（包括光 纤输出功率、光纤非线性）既可对光纤非线性进行精确的补偿；2)在自适应非线性补偿过 程中使用强度噪声方差，避免了载波相位恢复和偏振解复用的重复运算；并结合低通滤波 算法，极大的提高了补偿效率；3)接收端使用传统的相干检测装置，很好地实现了对现有 网络的兼容性。一般来讲，在可重构的传输网络中，或者某一系统的不同时间里，链路参数 随外界条件而改变，或者随时间而波动，因此并不能精确、及时的获得当前参数值，因此本 发明适用于解决下一代软件定义网络中的动态可变问题。所述方案既可与其他复用技术结 合，如正交频分复用（OFDM)，波分复用（WDM)，也可以与更高阶的调制格式相结合，如相位 调制（PSK)，正交振幅键控调制（QAM)等，以实现超尚速的动态自适应网络建设。
[0012] 基于强度噪声方差以及低通滤波器的光纤自适应非线性补偿方案，在接收机端采 取离线数字信号处理的方式进行解调和补偿。其中自适应非线性补偿主要分为三个步骤： 首先将相干接收后的信号通过色散估计和补偿算法去除色散的影响。接着任意设定一个光 纤非线性的初始值Y(O)，并通过一个低通滤波器，滤波后的信号用作非线性补偿因子施加 到色散补偿后的信号。最后计算所得信号的强度噪声方差Var(Si2)，并判断这个值是否最 小。如果不是，则更新非线性系数重复以上过程；若是，则认为此时的补偿条件为最优，信号 接着进行偏振解复用、频偏补偿、载波相位恢复以及信号恢复。
[0013] 本发明是针对下一代软件定义网络和超高速远距离传输提出的，同时可与波分复 用、正交频分复用兼容，也可结合相位调制、正交振幅键控调制等先进的调制格