专利名称：用于光通信系统中的色散管理的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信，并且更具体来说，涉及用于高频谱效率波分复用(WDM)光通信系统的色散补偿。
背景技术：
对于高速率(例如，10-Gb/s及以上的)WDM光传输系统而言，色散补偿是重要的，以便减小由色散以及光纤的非线性所产生的损失。为了减小由于信道间的交叉相位调制(XPM)所引起的损失，在通过色散补偿光纤(DCF)的补偿之后，通常需要一定量的每个传输跨距(RDPS)的残留色散补偿。
长距离(LH)及超长距离(ULH)光网络正变得越来越透明，其中，每个信号信道几乎在网络的任何地方发起及终止。可重配置的光分插复用器(R-OADM)被广泛地用于将信道加入网络以及从网络中分接出来。这对于通过网络中的不同传输路径的信号来说可能引起大范围变化的累积色散(即，不同的路径＝>不同的距离＝>不同的累积色散)，并且因此，需要接收器具有大的可调色散补偿能力。
尽管大范围可调的色散补偿器(TDC)对于10-Gb/s信号传输是可获得的，但是，对于40-Gb/s信号传输来说，商业上可行的解决方案是不可获得的。另外，TDC的成本随着其可调性范围的增加而快速地增加。因此，具有宽可调范围的(用于40-Gb/s信号传输所需的)TDC可能是禁止性地昂贵的。
目前，有一种向着支持10-Gb/s和40-Gb/s信号传输的“汇聚”传输平台的趋势。然而，对于10-Gb/s信道上的传输的主要非线性损失通常是与40-Gb/s信道上的损失不同的，而且，用于传输10-Gb/s信号的系统的色散图(map)可能不适合传输40-Gb/s信号的系统。因此，发现满足以下要求的合适的色散管理方案(或色散图)是有挑战性的(1)小的距离相关的色散累积(以减小接收的色散的范围，特别是在透明网络中)；(2)对于10-Gb/s和40-Gb/s信道上的传输的非线性效应的高容限；(3)能够支持高频谱效率(SE)WDM传输。
已经提出了解决方案，用于支持具有50-GHz信道间隔的10-Gb/s和40-Gb/s信道的系统，以及用于使用周期性群延迟(PGD)色散补偿模块(DCM)来减轻信道间XPM损失的色散管理方案。(参见美国专利申请10/331299，标题“Dispersion Compensation method AndApparatus”，提交于2002年12月30日，以及美国专利申请10/869431，标题“Optical Add/Drop Multiplexer Having An Alternated ChannelConfiguration”，提交于2004年6月1日，二者全部在此引入作为参考。)。然而，所提出的PGD-DCM的有效带宽通常是受限的(例如，约为信道间隔的一半)。这种带宽限制基本上阻止以高SE(例如，约0.4的SE)来操作这种系统，以及因此与支持具有50-GHz信道间隔的10-Gb/s和40-Gb/s信道的平台不兼容。
发明内容
本发明提供一种使用交织器和周期性群延迟色散补偿模块(PGD-DCM)的色散补偿方法及设备。所述色散补偿方法及设备允许高SE的WDM传输，以及有效地消除了距离相关的色散累积。使用根据本发明的PGD-DCM，信道间XPM(对于10-Gb/s信道的重要非线性损失)和信道内四波混频(IFWM)(对于40-Gb/s信道的关键非线性损失)被显著地减小。
使用根据本发明的色散补偿器设备的色散管理是一种用于具有不同数据速率(例如，10-Gb/s和40-Gb/s)的高SE的WDM系统的有吸引力的解决方案，因为，其以好的传输性能来提供相对简单的、成本有效的色散管理解决方案。
在一个优选实施例中，所述色散补偿器设备包括第一交织器，用于将WDM信号的偶和奇信道解交织到第一输出端口和第二输出端口上。第一DCM被耦合到所述第一输出端口，以及第二DCM被耦合到所述第二输出端口。所述DCM中的至少一个是用于为所述WDM信号的偶或奇信道中的一个或多个提供色散补偿的周期性群延迟(PGD)DCM。第二交织器被耦合到所述DCM，用于对所述WDM信号的偶和奇信道进行交织。
当与附图一起阅读时，可以更好的理解前面的发明内容，以及下面本发明的优选实施例的详细描述。出于说明本发明的目的，在附图中示出了目前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示的准确安排和手段。
在附图中图1示出了可以实施本发明的WDM光通信网络的框图；图2是根据本发明的一个实施例的设备的框图；图3是图形地说明了可以通过本发明的实施例而被使用的PGDDCM的群延迟特性的图；图4是图形地说明了实现多个根据本发明的实施例的色散补偿器设备的传输链路中的累积色散的图；图5是图形地说明了实现多个根据本发明的实施例的色散补偿器设备的传输链路中两个邻近信道之间的相对时间延迟的图；图6A-C是针对三种不同色散图的用于10Gbit/s归零(RZ)开关键控(OOK)光信号在4000km上的密集WDM光传输的仿真眼图；图7A-D是针对典型色散可控孤子(DMS)的色散图(图7A、C)以及根据本发明的诸方面的色散图(图7B、D)关于RPDS＝20ps/nm(图7A、B)以及关于RPDS＝30ps/nm(图7C、D)的用于10Gbit/s RZ-OOK光信号在4000km上的密集WDM光传输的仿真眼图；图8A-C是针对三种不同色散图的用于40Gbit/s的载波抑制RZ(CSRZ)开关键控(OOK)光信号在1600km上的密集WDM光传输的仿真眼图；图9是包括偏振控制器(PC)的根据本发明的设备的另一个实施例的框图；以及图10是根据本发明的另一个实施例的光分插复用器设备。
具体实施例方式
以下字母缩写在这里被使用DCF色散补偿光纤DCM色散补偿模块DMS色散可控孤子DPSK 差分相移键控DPGD-DCM由PGD-DCM所提供的色散Dpre前置色散补偿DRX在接收器的总色散EDFA 掺饵光纤放大器LH 长距离NRZ非归零OADM 光分插复用器OOK开关键控PC 偏振控制器PGD周期性群延迟RDPS 在通过DCF的补偿之后每个传输跨距的残留色散RZ 归零SE 频谱效率TDC可调色散补偿器
WDM 波分复用的(被波分复用的)XPM 交叉相位调制IFWM信道内四波混频这里所述的“一个实施例”或“实施例”是指，与所述实施例一起被描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”不必都是指相同的实施例，也不是与其它实施例彼此排斥的分离的或择一的实施例。
图1示出了可以实施本发明的光通信系统100的框图。系统100具有由双向链路104所耦合的节点102的网络，其中，所述节点中的每个适合于处理通过链路104所承载的光信号。在每个节点102的信号处理包括但却不限于在邻近的节点之间路由发送光信号，从网络中提取(即，分接)为本地接收器所指派的业务光信号，以及将本地发送器所产生的业务光信号插入(即，加入)网络中。每条链路104可以包括一条或多条光纤、光放大器(未显示)、信号再生器(未显示)、以及其它惯例的部件。
图2示出了根据本发明的一个实施例的色散补偿器设备200的框图。所述设备200包括第一交织器212，用于将WDM信号202的偶和奇信道分别解交织到第一输出端口212a和第二输出端口212b上。所述偶和奇信道在频率上被偏移了WDM信号202的信道的最小信道间隔。
第一色散补偿模块(DCM)215a被耦合到第一输出端口212a，以及第二DCM 215b被耦合到第二输出端口212b。第一DCM 215a的通带中心频率优选地与偶信道的中心频率对齐。类似地，第二DCM215b的通带中心频率优选地与奇信道的中心频率对齐。
优选地，第一DCM 215a和第二DCM 215b中的至少一个是用于为WDM信号202的偶或奇信道中的至少一个提供色散补偿的周期性群延迟(PGD)DCM。在第一DCM 215a和第二DCM 215b都是PGD-DCM的情况下，DCM 215a、215b优选地具有基本上相同的周期(在频域)，以及其通带被偏移约所述周期的一半。
PGD-DCM(例如，DCM 215a和/或215b)优选地是基于Gires-Tournois反射标准具(etalon)滤波器的设备、基于全通环型谐振器的设备、基于波导光栅路由器的设备、或者使用虚成像相位阵列的设备。可选地，可以使用传统的基于DCF的DCM来代替DCM215a、215b之一。
本领域的技术人员应当知道，DCM 215a、215b之一或二者可以与第一交织器212和第二交织器232之一或二者相集成。所集成的设备(未显示)将提供群延迟波动补偿和色散补偿。例如，几个基于标准具的色散补偿器可以与交织器的输出端口和/或输出端口相连接，以实现所需的群延迟和色散补偿。
第二交织器232被耦合到第一和第二DCM 215a、215b，用于对WDM信号202的偶和奇信道进行交织，以产生输出WDM信号204。
WDM信号202可以包括具有10Gb/s的比特速率的信道，以及具有40Gb/s的比特速率的信道。10Gb/s信道和40Gb/s信道的信道间隔分别是约50GHz和约100GHz。WDM信号202可以具有RZ或NRZ传输格式，以及OOK或DPSK调制格式。
在根据本发明的光传输系统的一个实施例中，多个如上面参考图2所讨论的色散补偿设备被用于传输系统中的多个“DCM节点”(即，具有色散补偿器设备的节点)处的分布式色散补偿。
DCM节点中的每个色散补偿器设备优选地适合补偿所述DCM节点和之前的DCM节点之间的传输链路中所累积的色散。更加优选地，每个色散补偿器设备完全地补偿DCM节点之间的传输链路中所累积的色散。
本领域的技术人员应当知道，DCM节点中的一个或多个可以是OADM节点，其中，如下面参考图10所讨论的那样，色散补偿器设备被集成到OADM中。
所述光传输系统还可以包括一个或多个前置色散补偿器，用于提供为系统中的传输所加入(例如，在OADM处)一个或多个光信号的前置色散补偿。由前置补偿器所提供的前置色散补偿优选地与传输距离无关。优选地，前置色散补偿值是传输链路中的传输跨距的色散的约-1/3。
光传输系统还可以包括一个或多个后置色散补偿器，用于提供从系统中的传输里所分接(例如，在OADM处)的一个或多个光信号的后置色散补偿。由后置补偿器所提供的后置补偿也优选地与传输距离无关。
优选地，在光电转换时(例如在接收器)系统中所发送的WDM信号的总色散约为零。
图3图形地说明了可以被用在图2所示的色散补偿器设备200中的两个PGD-DCM的群延迟特性。本领域的技术人员应当知道，DCM被偏移50GHz，以及由每个DCM在其有效通带(～70GHz)里所提供的色散是-100ps/nm。如上面所讨论的那样，几种不同的DCM设备可以被用于此目的。这些设备包括相位阵列，例如，虚成像相位阵列或VIPA(参见M.Shirasaki，“Chromatic-dispersion compensatorusing virtually imaged phased array”，IEEE Phonics TechnologyLetters，vol.9，pp.1598-1600，1997)，波导光栅路由器(参见C.R.Doerr等，“Multichannel integrated tunable dispersion compensatoremploying a thermooptic lens”，Technical Digest of the Optical FiberCommunication Conference OFC’02，PD FA6-2，2002)，以及基于环形谐振器(参见C.K.Madsen和G.Lenz，“Optical all-pass filters forphase response design with applications for dispersion compensation”，IEEE Photonics Technology Letters，vol.10，pp.994-996，1998)或者基于Gires-Tournois反射标准具(参见D.J.Moss等，“Multichanneltunable dispersion compensation using all-pass multicavity etalons”，Technical Digest of the Optical Fiber Communication ConferenceOFC’02，pp.132-133，2002)的全通滤波器。
图4图形地说明了实现多个根据本发明的实施例并在上面参考图3所讨论的色散补偿器设备的传输链路中的累积色散。所述传输链路假设包括具有D＝6ps/km/nm的40个100-km光纤跨距。RDPS假设为25ps/nm。每4个跨距使用一个具有D＝-100ps/nm的色散补偿器设备来消除距离相关的色散累积。前置色散补偿值(Dpre)被固定在-200ps/nm，而接收器处的总色散(DRX)被固定在0ps/nm。
图5图形地说明了实现上面参考图4所讨论的本发明实施例的色散补偿器设备的传输链路中两个邻近信道(其距离50GHz)之间的相对时间延迟。显著地，色散补偿器设备的使用使得邻近的信道快速地偏离(在40个跨距之后是4个比特周期)。作为比较，如果仅DCF(代替根据本发明的色散补偿设备)被用于消除距离相关的色散累积，则如图5中虚线所示的那样，在邻近的信道之间基本上没有分离(walk-off)。由于在使用根据本发明的色散补偿器设备时有大的分离，因此，可以限制地减小信道间的XPM损失。
在10Gbit/s RZ OOK信道被间隔开50GHz、所有的信道被同偏振(co-polarized)、并且没有ASE的密集WDM中，针对三种不同色散图，(1)在RDPS＝0ps/nm，Dpre＝-200ps/nm，及DRX＝0ps/nm情况下的平(plain)图(图6A)，(2)在RDPS＝25ps/nm，Dpre＝-200ps/nm，及DRX＝600ps/nm情况下的DMS图(图6B)，以及(3)在RDPS＝25ps/nm，Dpre＝-200ps/nm，每4个跨距有DPGD-DCM＝-100ps/nm，及DRX＝0ps/nm情况下的图(图6C)，图6A-C示出了在4000km处的仿真眼图。
在所述仿真中，传输光纤的非线性系数被假设为1.3/W/km，以及其损耗是0.2dB/km。双向喇曼泵浦提供4dB的前向喇曼增益以及16dB的反向喇曼增益以补偿光纤损耗。每个传输光纤跨距(100km)由DCF所补偿以获得特定的RDPS。所述DCF具有0.6dB/km的损耗，以及被反向喇曼泵浦为透明的。在传输光纤的开始处和DCF处的信号功率分别是每个信道-5dBm和-9dB。总数10个的具有50-GHz间隔的WDM信道被仿真，以及对于第5信道示出了眼图。当使用色散补偿器设备时，优选地是每4个跨距使用其。明显地，对于具有零RDPS的平图的时间抖动很大，以至于眼图几乎完全闭合。DMS图给出了较好的性能，但是，4000km传输之后的光DRX是～600ps/nm，这是大的并且是距离相关的。由使用色散补偿器设备并具有根据本发明的图的系统获得最佳的传输性能。
在实际的系统中，由于传输光纤和DCF之间的不完全色散斜率匹配，对于所有的WDM信道，RDPS可能不相同。在不同的RDPS值下评估传输性能是重要的。在10Gbit/s RZ-OOK信道被间隔开50GHz、所有的信道被同偏振、没有ASE、以及RDPS＝20ps/nm(图7A、B)及RDPS＝30ps/nm(图7C、D)的密集WDM中，针对在Dpre＝-200ps/nm，及DRX＝600ps/nm情况下的DMS图(图7A、C)，以及针对在Dpre＝-200ps/nm，每4个跨距有DPGD-DCM＝-100ps/nm，及DRX＝0ps/nm情况下的根据本发明的色散图(图7B、D)，图7A-D示出了4000km处的仿真眼图。再有，对于所有的RDPS值，具有根据本发明的色散补偿器设备及色散图的系统都被发现要胜于DMS系统。
保证用于根据本发明的系统的色散图也使得对于40-Gb/s信号有好的传输性能，这也是重要的。对于信道被间隔开100GHz、所有信道被同偏振、没有ASE的密集WDM、40Gbit/s、载波抑制RZ(CSRZ)OOK传输，针对也在图6中被使用的三种不同的色散图，图8示出了1600km处的仿真眼图。对于平图的时间抖动(图7A)也是很大，以至于眼图几乎闭合。DMS图(图7B)给出较好的性能，但是，IFWM(通过产生“寄生脉冲”)引起＞3dB的非线性损失。使用根据本发明的色散补偿器设备及图的系统中的非线性损失(图7C)是＜2dB。
通过减小IFWM损失，用于根据本发明的系统的色散图也被发现胜于传统的“对称”色散图(其中，|Dpre|随着距离的增加而增加，以使得距离相关的色散漂移(excursion)是关于零“对称的”)。而且，用于根据本发明的系统的色散图对40-Gb/s传输中的RDPS变化更加鲁棒(robust)。
由于XPM在同偏振的信道之间比在正交偏振的信道之间强许多，因此，在偶信道和奇信道之间的信道间XPM损失可以通过在所述两个组之间旋转(rotate)相对偏振而被进一步减小。这可以在根据本发明的色散补偿器设备中通过在所述两条路径(即，偶信道路径或奇信道路径)里的一条或多条中插入偏振控制器(PC)来实现。
图9示出了根据本发明的另一个实施例的具有PC 920的色散补偿器设备900的框图。色散补偿器设备900以与上面参考图2所讨论的色散补偿器设备相类似的方式运行。增加偏振控制器920可以限制地提高系统性能。假设在偶信道和奇信道之间的相对偏振在系统中所使用的每个色散补偿器设备处被旋转45度，则功率(非线性)容限被发现增加～1dB。PC 920可以是简单的滤波器PC、偏振加扰器等。
应当理解，在实际的商业实现中，在每个色散补偿器设备中的偶信道和奇信道之间的相对时延可能不是完全相同的。实际上，系统中不同色散补偿器设备处的偶和奇信道之间的随机时间偏移使得两个组之间的冲突更混乱，以及使得时间抖动更加随机地增加。通过仿真所预测的对具有根据本发明的色散图的系统中的传输性能的总评估是有效的。
本领域的技术人员应当知道，图2的色散补偿器设备200自然可以在OADM中被实现，例如在图10所示的OADM 1000中。集成的设备将有效地把图10的OADM 1000的交织器1012、1032和色散补偿器设备200的交织器212、232组合起来。
如从图10可以知道的那样，OADM 1000是六端口的设备，其包括主输入端口1002、主输出端口1004、两个分接端口1006a-b、以及两个加入端口1008a-b。
OADM 1000通过指导被施加到主输入端口1002的WDM信号通过第一交织器1012而进行操作，所述第一交织器将输入WDM信道解交织为偶信道和奇信道，所述信道在频率上被偏移了WDM信道的最小信道间隔。奇和偶信道分别在第一输出端口1012a和第二输出端口1012b从交织器被输出，或者反之亦然。奇和偶信道通过分光器1014a-b而被路由发送到分接端口1006a-b，例如用于分配给本地接收器，或者被路由发送给主输出端口1004，(例如，用于在网络上继续传输)。使用波长阻塞器(blocker)1016a-b，阻止在分接端口1006a-b所分接的信号到达主输出端口1004。
然后，之前未使用的WDM信道和/或对应于被分接的信号的WDM信道中的一些或者全部可以被用于例如从发送器发送的被施加到加入端口1008a-b的光信号。
使用组合器1034a-b，将施加到加入端口1008a-b的光信号与未在分接端口1006a-b被分接的主输入端口1002处所接收的光信号组合在一起。
在端口1032a和1032所接收的光信号(即，分别是偶信道和奇信道)使用第二交织器1032而被交织，并且在主输出端口1004被输出。
如图10所示，与上面参考图2所讨论的DCM类似的DCM 1015a和1015b被耦合在第一和第二交织器1012和1032之间，用于为WDM信号1002的偶或奇信道中的一条或多条提供色散补偿。
尽管根据所示的实施例描述了本发明，但是，本领域的普通技术人员应当很容易的认识到，可以对所述实施例进行改变，以及所述改变将是在本发明的精神和范围之内的。因此，本领域的普通技术人员可以在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下进行许多修改。
权利要求
1.一种色散补偿器设备，包括第一交织器，用于将WDM信号的偶和奇信道分别解交织到第一输出端口和第二输出端口上；被耦合到所述第一输出端口的第一色散补偿模块(DCM)，以及被耦合到所述第二输出端口的第二DCM，其中，所述第一DCM和第二DCM中的至少一个是用于为所述WDM信号的偶或奇信道中的一个或多个提供色散补偿的周期性群延迟(PGD)DCM；以及被耦合到所述第一和第二DCM的第二交织器，用于对所述WDM信号的偶和奇信道进行交织。
2.根据权利要求1的设备，其中，所述第一DCM和第二DCM是PGD-DCM。
3.根据权利要求2的设备，其中，所述第一和第二DCM具有基本上相同的周期，以及，其通带被偏移了约所述周期的一半。
4.根据权利要求1的设备，其中，所述第一DCM和第二DCM中的至少一个与所述第一交织器或所述第二交织器中的至少一个集成在一起，以提供群延迟波动补偿和色散补偿。
5.根据权利要求1的设备，还包括偏振控制器(PC)，其被耦合在所述第一交织器和第二交织器之间，以控制所述WDM信号的偶或奇信道中的至少一个的偏振。
6.一种光传输系统，包括多个根据权利要求1的的色散补偿设备，用于所述传输系统中的多个色散补偿模块(DCM)节点处的分布式色散补偿。
7.根据权利要求6的系统，其中，DCM节点中的每个色散补偿设备适合于补偿来自于之前的DCM节点的传输链路中所累积的色散。
8.根据权利要求7的系统，其中，每个色散补偿设备完全补偿所述传输链路中所累积的色散。
9.根据权利要求6的系统，其中，所述DCM节点中的一个或多个是光分插复用器节点。
10.一种用于色散补偿的方法，包括对DWDM信号的偶和奇信道进行解交织；使用周期性群延迟色散补偿器模块为所述DWDM信号的偶或奇信道中的一个或多个提供色散补偿；以及对所述DWDM信号的偶和奇信道进行交织。
全文摘要
色散补偿器设备包括用于对WDM信号的偶和奇信道进行解交织/交织的交织器，以及被耦合在所述交织器之间的色散补偿模块(DCM)。DCM中的一个或多个是用于提供色散补偿的周期性群延迟(PGD)DCM。
文档编号H04J14/02GK1756135SQ20051010718
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月28日 优先权日2004年9月30日
发明者丹尼尔·A·菲什曼, 刘翔, 卫星, 应金品 申请人:朗迅科技公司