专利名称：一种波分复用系统的传输控制方法
技术领域：
本发明涉及高速大容量光纤传输系统，尤其涉及光纤传输系统中非归零 差分移相键控调制格式的密集波分复用系统。
背景技术：
光差分移相键控(DPSK)格式作为一种矢量调制格式，由于可以实现 恒定包络或近似恒定包络传输，能有效抑制各类光纤的非线性效应，如交 叉相位调制，自相位调制等，非常适合于高速大容量光纤传输系统，近年 来得到广泛的研究。其中，非归零差分移相键控调制格式(NRZ-DPSK)更 是由于其相对较窄的光谱宽度，非常适合应用在波分系统(W匿)中，极 大的提高了光纤通信系统的传输距离和容量。
一般来说，WDM系统中主要传输普通非归零调制格式(NRZ格式)。 NRZ-DPSK格式的多信道系统(W謹系统)与普通格式(NRZ格式)的多信 道系统差别主要在于发射和接收端。发射端每一路NRZ-DPSK信号可以由 相位调制器(PM)或者工作在推挽方式下的马赫-泽德调制器(MZM)来实 现，调制器由经过差分编码的电NRZ格式信号来驱动。 一般来说，DPSK 系统的接收端较为复杂，由于其振幅恒定，不能直接探测到其所携带的信 息，---般需要一个非对称马赫泽德干涉仪(AMZI)和平衡探测解调出原始 信号并进行平衡接收。此方法对于环境温度、震动、偏振态等都很敏感， 对AMZI的两臂延时要求也很高，还要根据信道中传输的信号速率来选择 合适的延时量。特别是在高速率的时候，更是要精确到几个皮秒，并且需 要温度控制。如果要实现多信道的NRZ-DPSK系统，接收端就会相当复杂， 成本也会很高。此方法为常规的NRZ-DPSK W匿系统，其结构如附图l所 示。不同波长的N路信号光分别经不同的DPSK信号产生模块产生多路DPSK 信号，经复用器(AWG)复用到一起，经过光放大后在光纤链路中传输，在接收端，经对应的解复用器(AWG)解复用成N路信号，再分别经不同 的DPSK解调模块(AMZI)解调出原始的数据流。这种方案中接收端每一 路信号的解调都要采用AMZI和平衡探测器实现，AMZI相移量的控制也需 要很精确，确定的AMZI只能适用于确定的工作速率，经过解复用器和多 次分路合路之后，功率损失也较大。总的说来，该系统在接收端比较复杂， 系统成本较高，也难以控制和调节。
最近两年， 一种改进的针对NRZ-DPSK格式的WDM系统引起了广泛的兴 趣。在常规NRZ-DPSK W匿系统的基础上，如果在传输线路中加入一个光 环行器和周期性光纤光栅(FBG)，分别利用其透过端和反射端，就能得 到类似于AMZI的两个相消干涉和相涨干涉输出端口，得到两路解调的信 号，然后再把解调得到的两路信号选取一路进行直接探测，见附图2(a); 或者分别送到后续的两个AWG相应通道，由DPSK接收模块进行平衡接收， 见附图2(b)。此方案中由于FBG是周期性的，能同时对每一路WDM的信 号进行解调，大大节省了接收端所用的解调装置，节约/成木。但此方案 的缺点也是明显的，需要在线路中加入一个光环行器和-个周期性FBG， 增加了系统成本。对图2(a)中的方案，所加入的周期性FBG通道间隔需 要按照线路中传输的信号速率来选定，限制了系统的灵活性。对图2 (b) 中的方案，除了存在上述问题外，在接收端需要两个AWG，并且仍然需要 多路DPSK接收装置。另外，对于线路中加入的FBG，除了要按照工作速 率来选定外，对其每一个通道的带宽还需要特别定制，--般应取为工作速 率的60%。如对于10Gb/s的信号，FBG每通道带宽应取为6GHz(0. 048nm)， 非常窄，加工制作起来很困难。
最关键的一点是，此改进方案破坏了原有WDM系统的结构，若引入另 外的器件，不仅在成本和复杂度上提高，并且使得改进后的系统只能传输 同定速率的NRZ-DPSK格式，不再适用于NRZ格式的传输。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服NRZ-DPSK WDM系统所存在的接收端信号解调系统结构相当复杂，成本很高的缺点，在不对现有WDM系统结构进行任
何改动的情况下，实现对NRZ-DPSK信号的解复用和解调。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种WDM传输系统的传输控制方法， 其特征在于，在不改变原有W匿系统的情况下，在发射端AWG上间隔选择通道 进行多通道的信号传输，间隔数为整数参量m， m大于零且小于二分之一通道 数；与发射端AWG传输信号的通道对应的接收端AWG的通道接收该发射端AWG 通道传输过来的原始信号，下载并且进行转发或者继续传输，在该接收信道 的相邻信道，接收原始信号的解调信号，通过滤波选取或者直接提取信息； 具体方法包括
当m二l时，贝ij，
在发射端，选取发射端AWG的奇数通道传输信号，偶数通道空闲； 在接收端，接收端AWG的奇数通道收到由发射端AWG的奇数通道传输过来 的原始信号，下载并且进行转发或者选择继续传输；在接收端AWG的偶数信道 收到其相邻两个奇数信道的解调信号，由接收端滤波器在该相邻两个奇数信 道的解调信号中选取一个解调信号，滤除另外一个，用于后续直接探测并提 取信息； 或者；
在发射端，选取发射端AWG偶数通道传输信号，奇数通道空闲； 在接收端，接收端AWG的偶数通道收到由发射端AWG的奇数通道传输过来 的原始信号，下载并且进行转发或者选择继续传输;在接收端AWG的奇数信道， 收到其相邻两个偶数信道的解调信号，由接收端滤波器在该相邻两个偶数信 道的解调信号中选取一个解调信号，滤除另外一个，用于后续直接探测并提取 信息；
当m〉l时，贝lj，
在发射端，选取发射端AWG的间隔m的通道传输信号，未被选择的通道空
闲；
在接收端，与发射端AWG传输信号的通道对应的接收端AWG的通道接收发 射端AWG通道传输过来的原始信号，下载并且进行转发或者选择继续传输；在 接收原始信号信道的相邻信道，接收原始信号的解调信号，用于后续直接探测并提取信息。本发明的理论基础如下此发明为利用失谐的滤波器来实现NRZ-DPSK信号的解调功能，但不需要采用另外的失谐滤波器，而是通过适当选择己有AWG的传输通道，就能利用己 有的AWG同时实现解复用和解调的功能。相当于利用AWG的相邻通道来实现波 长适当失谐，进而可以将多路相位调制的信号解调成为幅度调制的信号，直 接探测。对于每一路NRZ-DPSK信号，以由工作在推挽方式的MZM来产生为例，其满足<formula>formula see original document page 6</formula>(1)其中，Ein和E。uL为调制器的输入和输出光场。V'和V2为驱动MZM两臂的NRZ电NRZ信号，Vn为半波电压或为单臂工作时产生Ti相位差输出光强从最大变为最小所需要的开关电压。当V,和V2的峰值等于L时，产生NRZ-DPSK信号。在NRZ-DPSK信号后的滤波器采用一阶高斯滤波器，因为其透过函数和RZ信号的光谱包络最接近。其冲激响应为 5 1= exp[——(5002 ] exp(/<sy) (2)其中w,为滤波器的通频带中心频率，8。=;r.SWB/Vh^, B琉为滤波器3dB 带宽。将式(1)和(2)做巻积得到输出的解调信号(3)基于公式(1)到(3)，我们对其过程进行模拟如图4所示。图4的左边为 光谱图，右边为相应的波形图。图4的上部分图对应为原始NRZ-DPSK信号， 图4的下部分两图为原始NRZ-DPSK信号经滤波器后的得到的解调信号，可见 经过失谐的滤波器后，原始NRZ-DPSK信号中的载波被部分抑制，高频分量 被提取。这就导致了原始NRZ-DPSK的直流分量部分被抑制，而相位跳变部 分被提取出来，产生脉冲，也就达到了相位调制到幅度调制的解调过程。需要说明的是，这种方法对滤波器偏移的容忍度很大，在很大范围内都能 达到解调结果。利用AWG对多路WDM信号的NRZ-DPSK信号解调，原理和一路信号的解调类 似。其中每路信号都可以看作是利用失谐的滤波器来解调。由于AWG的每个通 道均为高斯滤波器形状，每个通道正好对其相邻两个通道传输的NRZ-DPSK信 号起到了解调作用。这样，选择发射端AWG的传输通道，就能在接收端的AWG 相应地方得到不同的结果。如图5所示，图中"AWG1"所指示的上面一行为 发射端AWG1的透过谱，"信号"所指示的中间一行为多路NRZ-DPSK信号 的光谱，"AWG2"所指示的下面一行为接收端AWG2的透过谱。从图中可 见，在发射端，NRZ-DPSK信号对准AWG1的奇数通道，通过其奇数通道传 输；在接收端AWG2的奇数通道得到各路NRZ-DPSK信号的原始信号，在 AWG2的偶数通道得到其相邻一个通道的NRZ-DPSK信号的解调信号。图中实线箭头对应为得到原始信号的通道，虚线箭头对应为得到解调信号的通道。 在上述理论分析的基础上，按照图3中的实验装置，利用商用光纤通信软 件VPI可以对此新型NRZ-DPSK WDM系统进行模拟。四路NRZ-DPSK信号分别为193. 1 THz， 193. 3 THz， 193. 5 THz和193. 7 THz，通过一个8通道AWG复用。经过光纤链路传输后，在接收端，也用 --个8通道AWG解复用并解调，在其奇数通道得到原始各路NRZ-DPSK信 号，在其偶数通道得到原始各路NRZ-DPSK信号的解调信号。模拟中AWG 参数均采用商用AWG各项参数，波长间隔为100GHz，每通道透过函数为 高斯函数，3dB带宽为55GHz。以每路信号传输20Gb/s为例，模拟结果如下a) 经过发射端的AWG后，四路DPSK信号复用后的光谱图，如附图6 所示，信道间隔为200GHz;b) 在接收端AWG不同通道接收到的原始NRZ-DPSK 1信号眼图和光谱， 如附图7所示，由于采用工作在推挽方式的MZM来产生NRZ-DPSK信号， 故在其相位跳变处会存在凹陷，如采用PM来得到NRZ-DPSK信号，则得到 的原始NRZ-DPSK信号没有此凹陷。但此时经过AWG后，由于AWG每通道 的有限带宽，也会出现凹陷。但有无凹陷，均存在相位跳变，所以不影响解调。附图7 (a)的左边部分为从接收端通道1收到的原始NRZ-DPSK1 信号的眼图，右边部分为其光谱图。对比附图6中的光谱图，可以发现， 光谱形状一致，这表明接收端的通道1得到与发射端发送的原始NRZ-DPSK 信号一致的信号，接收端可以用来下载并且进行转发或者选择继续传输。 附图7 (b)的左边部分为从接收端通道2收到的经过滤波器解调后得到 信号的眼图，可以看出此时发射端发送的原始NRZ-DPSK信号己经被解调 成为了幅度调制的信号；附图7 (b)的右边部分为解调后的光谱图，对 比附图6中的光谱图，有明显的不同。其他各通道也会同时得到相应的原始信号和解调信号。此处模拟结果 为20Gb/s，对于10和40Gb/s同样能得到理想结果，这里不再赘述。本发明提供的一种WDM系统的传输控制方法，能同时实现波分复用系统中 的非归零相位调制格式的解调和解复用，无需对原冇系统进行任何改动，也 不需要增加任何器件，大大节约了成本。由于本发明不需要改动原系统，也不需要引入DPSK信号解调装置，故采 用此发明的波分复用系统能同时适用于NRZ信号和NRZ-DPSK信号的传输。本发明利用接收端AWG的不同通道，能同时得到原始NRZ-DPSK信号以及其 解调信号。对于得到的原始信号，能继续传输或者下载到本地转发等其他操 作；对于得到的解调信号，能利用普通接收机进行直接探测，得到其所含信 息。提高了WDM系统的灵活性。本发明还能同时适用于不同速率的NRZ和NRZ-DPSK信号的传输。
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。 图1为现有常规方案的NRZ-DPSK WDM系统图。 图2(a)为现有改进的一种NRZ-DPSKWDM系统的实现方式示意图。 图2(b)为现有改进的另一种NRZ-DPSK WDM系统的实现方式示意图。图3所示为本发明具体实施方式
的NRZ-DPSK WDM系统实现信号传 输的结构示意图。图4所示为本发明原理基础单个失谐滤波器对单通道NRZ-DPSK信号解调的示意图。图5所示为本发明具体实施方式
的NRZ-DPSK WDM系统进行信号传 输、解调的光谱对应示意图。图6所示为本发明具体实施方式
的NRZ-DPSK WDM系统进行信号 传输的发射端经过AWG后的复用光谱图。图7 (a)所示为本发明具体实施方式
的NRZ-DPSK WDM系统进行信 号传输的接收端AWG通道1接收到信号的眼图和光谱。图7 (b)所示为本发明具体实施方式
的NRZ-DPSK WDM系统进行信 号传输的接收端AWG通道2接收到信号的眼图和光谱。
具体实施方式
如图3所示，为新型NRZ-DPSKWmi系统的发射、传输和接收示意图。下面 详细说明各部分的工作原理，实施条件和步骤。由于本发明的关键在于巧妙选择发射端和接收端AWG的通道，实现多种功 能。所以，首先对发射端和接收端AWG的通道选择原则进行解释和说明按照相邻信道所传输光信号的波长(或者频率)的不同间隔(即信道间 隔)，国际电信联盟(ITU)对波分复用系统(WDM)系统进行了详细的规定。 WDM系统分为密集波分复用系统(DWDM)和粗波分复用系统(CWDM)。其中DWDM系统的信道间隔可以是12. 5GHz ， 25GHz ， 50GHz ， 100GHz ， 200GHz ， 300GHz， 400GHz等等；而CWDM系统的信道间隔为2500GHz。需要说明的是，ITU只是对信道间隔进行了规定，而对每个信道中传输的信号速率并没有规定。 人们需要按照所需要传输的信号速率来决定选取哪种DWDM信道间隔，每个信道中传输的信号速率越高，则信道间隔就要越大。 一般来讲，如果想在每个 信道中传输40Gb/s的信号，则信道间隔必须大于4(^2二80GHz。所以对于40Gb/s 的信号，可以选择DWDM的100GHz， 200GHz， 300GHz等信道间隔，以及CWDM信 道间隔。并且能够适用于40Gb/s信号传输的信道间隔，能够往下兼容更低速 率信号的传输，即适用于40Gb/s信号的通道间隔，也适用于20Gb/s， 10Gb/s竿坐在本发明具体实时方式中，以传输10Gb/s到40Gb/s的高速信号为例，因 此以下讨论符合ITU规定的100GHz及以上的信道间隔(包括CWDM)。对于如何实现不同的信道间隔，以一个100GHz信道间隔的商用AWG为例， 可以用如下方法实现1)当此AWG的每个通道都传输信号时，此时信道间隔为100GHz; 2)当此 AWG只有奇数或者偶数通道传输信号时，其他通道空闲，此时信道间隔为 200GHz; 3)当此AWG的1， 4， 7， IO等通道传输信号时，其他通道空闲，此时 信道间隔为300GHz。其他的信道间隔以此类推。本发明利用AWG的某个空闲通道，对其相邻的两个通道中的信号进行解 调，包括以下几种情形a) 若某一通道的相邻两个通道都有信号传输，则在此通道会同时得到这 两个信号的解调信号，但后续的接收机中的滤波器能很好的分开这两个解调 信号，选取其中一个。此种情况对应下面的情况l)。b) 若某一通道的相邻两个通道只有一个通道有信号传输，另 -个通道空 闲，则在此通道得到此信号的解调信号，此种情况对应下而的情况2)。c) 若AWG没有空闲通道，即其每个通道都有信号传输，则可以利用其他 办法，制造出一些空闲通道，此种情况对应下面的情况3)。假设发射端100GHz信道间隔的AWG(称为AWGl)的通道依次为Il， 12， 13， 14等，当1)信道间隔为200GHz(注每通道传输的信号速率可以为10Gb/s，20Gb/s 和40Gb/s，下同)此时，选取AWGl的Il， 13， 15等奇数通道传输信号，偶数通道空闲(反 之，也可以选取I2， 14， 16等偶数通道传输，奇数通道空闲)。这样，在接 收端同样规格的AWG (称为AWG2)处，II，工3， 15等奇数通道就能得到由AWG1 的Il， 13， 15等通道传输过来的原始信号。而在AWG2的I2， 14， 16等偶数信 道，虽然在AWG1处相应通道并没有信号传输过来，但却能得到其相邻信道的 解调信号(原理后面分析)。例如，在AWG2的I2通道，能同时得到I1通道和工3信道的解调信号；在AWG的I4通道，能同时得到I3通道和I5通道的解调信号。需要注意的是，在每个偶数通道能得到其相邻两个奇数通道的解调信号，但 在接收机中的普通滤波器能选取其中一个解调信号，滤除另外一个。2) 信道间隔为300GHz及以上以300GHz信道间隔为例，选取Il， 14， 17等通道传输信号，其他信道空 闲。这样，在AWG2的I2通道能得到I1通道的解调信号；13和I5通道能得到I4 通道的解调信号。并且，相应的通道只得到相邻- 个通道的解调信号，不会 像l)中得到两个解调信号。此种情况下，接收机中的光放人器和滤波器能进 一步节省，此系统还能用在WDM无源光网络(P0N)屮。400GHz， 500GHz， 600GHz等，包括CWDM，情况都300GHz类似，不再赘述。3) 信道间隔为100GHz此时情况比较复杂。AWG1的每个通道都传输信号，但在接收端首先利用 一个交错复用器(interleaver)把所有信道分成两组，奇数信道一组，偶数 信道-组。接着，分别对奇数组和偶数组的情况，与情况l)相同。下面再结合图3，对上面分析的200GHz的情况进行具体说明(1) 发射端发射端和传统WDM系统一样，不需要进行任何改动。符合工TU WDM规定波 长的各路NRZ-DPSK信号由AWG复用(或者各路不同波长的连续光经AWG1复用 后，再由一个MZM或者PM调制)。但与普通系统区别在于，此处隔一个信道传 一路信号，即符合ITU规定的100GHz间隔的AWG，传输200GHz间隔的信号。如 图中所示，AWG1的奇数通道传输符合ITU规定的波长，偶数通道空闲，也可用 于其他用途。值得注意的是，此处保留了WDM系统的灵活性，每路通道上传输 的信号速率可变，如10Gb/s, 20Gb/s或者40Gb/s等等。并且由于没有引入其他 器件，此发明也适用于NRZ格式的WDM系统。(2) 接收端接收端也不需要任何改动。接收端的AWG和发射端的参数一样，但其每个 通道都利用到。如图中AWG2所示，其每个通道的波长和AWG1完全一致，符合 ITU的规定。AWG2的奇数通道可以接收到原始各通道的NRZ-DPSK信号，可以用 来下载原始信号并进行转发或者选择继续传输，如AWG2的第一通道(II)可以得到AWG1的第一通道(II)传输后的信号；与此同时，AWG2的偶数通道能得到其相邻两个奇数通道的DPSK信号的解调信号，如AWG2的第二通道(12) 能得到AWG1的第一通道(II)和第三通道(13)中传输的NRZ-DPSK信号的解 调信号，用于后续直接探测并提取信息。但需要说明的是，AWG2的每个偶数通道会得到原始两路信号的解调信号， 必须提取出其中一路进行探测，并尽可能消除另一路的串扰。此时利用此通 道后续的接收机达到此目的，而不需要另外处理。 一般接收机(receiver) 都由前置放大器(EDFA)，滤波器(filter)和光电探测器(PD)组成，如 图3中虚线方框所示。其中滤波器的作用是滤除由EDFA引入的噪声，其中心波 长为所接收的光信号波长。同时，此滤波器还可用于选取两路波长中所需接 收的一路波长进行探测。如对于AWG2的第二通道(12)，虽然其存在两个波 长的解调信号(A,和AJ ，但此处接收机中的滤波器中心波长为入"就能 滤除入a使得PD接收到由入,解调得到的信息。如果AWG1处，入射信号间隔不是200GHz，而是更大，如300GHz，就不存 在此串扰问题。此时AWG1的入射端口为1、4、 7、 IO等。以AWGl的第一通道(Il) 信号为例，此时在AWG2的第一通道仍然得到原始入射NRZ-DPSK信号，其第二 通道能得到此NRZ-DPSK信号的解调信号，不会得到AWG1的I4的解调信号，就 不存在串扰问题。本发明中AWG2就能起到双重作用l.解复用。能将AWG1复用后的各路信 号解复用到相应ITU通道上，继续传输或者转发，保持了WDM系统的灵活性； 2.解调。配合后续的普通强度调制信号接收机(不需要DPSK接收机或者特殊 器件)，就能将由AWG1的复用来的各路NRZ-DPSK信号解调成相应的强度调制 信号并直接探测。需要强调的是，AWG2的这两种功能同时存在，同时实现， 分别由其奇数通道和偶数通道实现。这就使得AWG2不仅能用在接收端，同样 也能使用在线路传输中或者网络节点上，大大提升了此NRZ-DPSK WDM系统的 灵活性。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当 理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种波分复用系统的传输控制方法，其特征在于，在不改变原有WDM系统的情况下，在发射端AWG上间隔选择通道进行多通道的信号传输，间隔数为整数参量m，m大于零且小于二分之一通道数；与发射端AWG传输信号的通道对应的接收端AWG的通道接收该发射端AWG通道传输过来的原始信号，下载并且进行转发或者继续传输，在该接收信道的相邻信道，接收原始信号的解调信号，通过滤波选取或者直接提取信息；具体方法包括当m＝1时，则，在发射端，选取发射端AWG的奇数通道传输信号，偶数通道空闲；在接收端，接收端AWG的奇数通道收到由发射端AWG的奇数通道传输过来的原始信号，下载并且进行转发或者选择继续传输；在接收端AWG的偶数信道收到其相邻两个奇数信道的解调信号，由接收端滤波器在该相邻两个奇数信道的解调信号中选取一个解调信号，滤除另外一个，用于后续直接探测并提取信息；或者；在发射端，选取发射端AWG偶数通道传输信号，奇数通道空闲；在接收端，接收端AWG的偶数通道收到由发射端AWG的奇数通道传输过来的原始信号，下载并且进行转发或者选择继续传输；在接收端AWG的奇数信道，收到其相邻两个偶数信道的解调信号，由接收端滤波器在该相邻两个偶数信道的解调信号中选取一个解调信号，滤除另外一个，用于后续直接探测并提取信息；当m＞1时，则，在发射端，选取发射端AWG的间隔m的通道传输信号，未被选择的通道空闲；在接收端，与发射端AWG传输信号的通道对应的接收端AWG的通道接收发射端AWG通道传输过来的原始信号，下载并且进行转发或者选择继续传输；在接收原始信号信道的相邻信道，接收原始信号的解调信号，用于后续直接探测并提取信息。
全文摘要
本发明涉及光纤传输系统中波分复用系统(WDM)的传输控制，它提出了一种WDM传输系统的传输控制方法，在不改变现有WDM系统的情况下，在发射端阵列波导光栅(AWG)上间隔选择通道进行多通道的信号传输，间隔数为整数参量m，m大于零且小于二分之一通道数；与发射端AWG传输信号的通道对应的接收端AWG的通道接收该发射端AWG通道传输过来的原始信号，下载并且进行转发或者继续传输，在该接收信道的相邻信道，接收原始信号的解调信号，通过滤波选取或者直接提取信息。本发明提供的一种WDM系统的传输控制方法，无需对原有系统进行任何改动，也不需要增加任何器件，能同时实现波分复用系统中的非归零相位调制格式的解调和解复用，适用于不同速率的非归零(NRZ)信号和非归零差分相移键控(NRZ-DPSK)信号的传输。
文档编号H04J14/02GK101272214SQ200810047528
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者宇 余, 张新亮, 黄德修 申请人:华中科技大学