相移键控高速信号传送的制作方法

专利名称：相移键控高速信号传送的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传输系统中的相移键控(PSK)信号传送，并且具体地涉及用于波 长复用系统中的高速信号传送的差分PSK或更高阶PSK。
背景技术：
光纤通信网络通过在网络节点之间提供高速数据而服务于信息时代的主要需求。 光纤通信网络包括互连的光纤链路的聚合。简单地说，光纤链路包括将信息以光的形式发 射到光纤中的光信号源。由于内反射的基本原理，光信号在光纤中一直传播直到其最终被 接收到光信号接收机中为止。如果光纤链路是双向的，则信息通常使用单独的光纤来进行 反向的光传送。光纤网络被用在各种应用中，每种应用需要不同长度的光纤链路。例如，相对短的 光纤链路可以用来在计算机和其邻近的外围设备之间或在本地视频源(例如，DVD或DVR) 和电视之间传送信息。然而，另一种极端情况是，当要跨越地球传送信息时，光纤链路可以 延伸数千千米。例如，海底光纤链路可以搁在横跨整个海洋的海底从而连接两块遥远的陆 地。如此长距离上的光信号传输提出了很多技术挑战。海底的和其它的长距离光通信 技术领域中的任何改进都可能需要相当多的时间和资源。每次改进都能代表显著的进步， 因为，这样的改进常常能够致使可在全球获得更广泛的通信。因此，这样的进步有可能促进 人类协作、学习、交易等的能力，而不论个人居住在地球上的哪儿。传统上，所安装的海底系统被设计为采用密集波分复用(DWDM)，其中，信息通过N 个信道来传送(其中，N常常是16或更大的整数)，每个信道对应于具体的波长。传统上所 安装的海底光纤链路包括N个2. 5吉比特每秒(Gbit/s)的信道或N个lOGbit/s数据的信 道，并且使用幅移键控(ASK)(也称为开关键控(OOK))调制。为lOGbit/s时，则这样的信 道例如可以用100吉赫兹(GHz)、50GHz或甚至更小的来隔开，假如信道间干扰不会开始使 信号衰减的话。海底光纤链路使用单模光纤，其中的主要散射机制称为“色散”(常常也称为“材 料散射”)。色散是由于不同波长的光信号趋向于以略微不同的速度穿过光纤而产生的。在 没有适当的补偿的情况下，这会导致信号随光纤的长度而产生失真和可能的损失。某些光纤是“正色散”光纤，其中较长波长(较低频率)的光比较短波长(较高频 率)的光略微慢地穿过光纤。其它光纤是“负色散”光纤，其中，较长波长(较低频率)的光 比较短波长(较高频率)的光略快地穿过光纤。通过混合使用负色散光纤和正色散光纤，这些色散常常可以在很大程度上(但通常不是完全地)被消除。海底光纤链路对通过正色散光纤和负色散光纤的混合未被消除的这部分色散仍 然是敏感的。因此，传统的海底光纤系统通常即使施加某些预补偿，也还是采用色散的后补 偿或仅对后补偿进行优化来获得最佳的性能。传统的海底系统广泛使用标准单模光纤(SSMF)和非零色散位移光纤(NZDSF)的 混合，这在针对不同波长的信道跟踪穿过光纤长度所积累的色散时产生具体的色散图。差分相移键控(DPSK)调制是这样一种调制机制，已显示出其比ASK表现出约提高 3分贝(dB)噪声性能。然而，不能直接了当地将DPSK应用于具有这样一种色散图的海底 系统。例如，已经发现，对于NZDSF光纤的积累“色散零”区域附近的波长，10Gbit/s归零 DPSK(RZ-DPSK)的性能大大劣化，在该“色散零”区域，色散被沿系统长度很好地进行了常规 补偿。然而，在朝向系统增益带宽的边缘(色散斜率导致色散沿线路累积以及比特交迭传 输时)的更长或更短波长的信道处，RZ-DPSK的性能比ASK显示出预期的提高。该在“色散零”区域附近劣化的性能是由较强的基于克尔效应的相互作用引起的， 基于克尔效应的相互作用导致增大误比特率的非线性相位噪声。已经显示，不仅自相位调 制(SPM)能引起这样的劣化，交叉⑴相位调制(XPM)也能引起这样的劣化——尤其是对 于lOGbit/s的低比特率和窄信道间隔(< 50GHz)。该问题的一种可能的解决方案是使用利用归零ASK(RZ-ASK)调制的某些信道来 替换劣化的DPSK中心信道，归零ASK (RZ-ASK)调制在存在与“零色散”区域中一样低的积 累色散时执行得最好。

发明内容
这里所描述的实施例涉及允许在WDM(例如DWDM)波长复用信道传送环境中，以20 吉比特每秒每信道或甚至更高的比特率执行差分相移键控(DPSK或2PSK)或甚至更高阶的 相移键控的光纤传输技术。该技术采用色散的预补偿使得大多数信道(如果不是所有信道 的话)具有在光信道的长度以内的某处出现的最小绝对积累色散。在一个实施例中，例如， 最小积累色散出现在预想传输距离的中间。后补偿之后在接收机处被采用来减少或甚至有 可能消除色散。该技术使得对于以高比特率通过甚至很长距离(穿过海洋的海底的或长距 离陆地的)光纤链路并且对于所有信道，能实现降低的误比特率。色散的预补偿可以在光链路被升级的环境中被执行。它可以在新的光链路被设计 和/或被安装时使用。例如，假设正使用色散管理光线序列来安装新的光链路。与传统的色 散管理光纤链路相反，该色散管理光纤链路被设计并被建立使得积累色散的图趋势斜率故 意不是水平的。为了实现该不是水平的图趋势斜率，正色散光纤和负色散光纤的比率(换 而言之，“线路中补偿”)被调节。在现有的系统中，在光纤更有可能没有经过色散管理时，积累色散的趋势斜率已 经趋向于对于除了一个波长以外的所有波长都不是水平的。在任一情况中，材料色散的预 补偿(和后补偿)可以被执行使得最小积累色散点出现在光纤链路内较远时。在一个实施 例中，初始地进行预补偿和后补偿以使得最小积累色散点出现在光纤链路传输距离的中心 区域中大约中点或其它位置处。如果预补偿和后补偿是自适应的，则这可以用作进一步改 进预补偿和后补偿来降低误比特率的起点。


为了描述可以获得上述和其它优点和特征的方式，将参考附图来进行对各个实施 例的更具体的描述。理解了这些图仅描述样本实施例并且因此不应被认为是对本发明范围 的限制，将使用附图、利用附加的特征和细节来描述和说明这些实施例，在这些图中图1示意性地图示出包括两个遥远的进行光通信的终端的示例光通信网络；图2A图示出在存在总共14个补偿周期并且这些补偿周期中每一个补偿周期的光 程相等的情况中，在中继器间光纤链路的每一个中继器间光纤链路中色散都被准确补偿这 种具体情况中的色散图；图2B图示出除了利用引起正的趋势斜率的色散欠补偿以外与图2A中所示相类似 的色散图；图2C图示出除了利用引起负的趋势斜率的色散过补偿以外与图2A中所示相类似 的色散图；图2D图示出可能与色散管理光纤系统相关联的色散图；图3图示出示出了在不存在色散预补偿的情况中并且在光纤链路未经过色散管 理的情况中C波段中各个波长的多个发散的色散图的曲线图；图4图示出用于通过延伸的光纤链路来传输光信号的光终端；图5图示出用于从诸如图4的光终端之类的光终端发送光信号的方法的流程图；图6图示出图3的各个色散图的曲线图，只是这次它们可能出现在预补偿的目标 是使积累色散在预想传输距离的大约中点处最小的阶段；图7A图示出用于当使用色散管理光纤系统时建立海底的或其它的长距离光系统 的方法的流程图；图7B图示出用于配置不使用色散管理光纤系统的传统的海底的或其它的长距离 光系统的方法的流程图；图8图示出用于迭代地调节可调谐预补偿和后补偿机构来降低误比特率的方法 的流程图；图9图示出被组合来驱动光信道的PSK调制的多个数据信道的具体示意图；图10图示出在发送终端处执行的预补偿和复用的具体示意图；以及图11图示出在接收终端处执行的后补偿和解复用的具体示意图。
具体实施例方式根据在这里描述的实施例，光纤传输技术允许在WDM (例如DWDM)波分复用信道传 输环境中以每信道20吉比特每秒或甚至更高的比特率执行DPSK或甚至更高阶的相移键控 (PSK)。该技术采用色散预补偿，以使得这些信道中的大多数信道(如果不是所有信道的 话)中的每个信道具有在光信道的长度以内的某处(可能在大约中点处)出现的最小绝对 积累色散部分。然后在接收机处采用后补偿来降低或甚至可能消除色散。该技术使得对于 以高比特率通过甚至很长距离(穿过海洋的海底的或长距离陆地的)光纤链路并且对于所 有信道，能实现降低的误比特率。色散预补偿可以被执行以使得最小积累色散点出现在光 纤链路内较远时。如果预补偿是自适应性的，则这可以用作进一步改进预补偿以降低误比特率的起点。图1示意性地图示出可以采用这里所描述的基本原理的示例光通信系统100。在 光通信系统100中，使用光信号在终端101和102之间传送信息。为了在本申请中使用的 习惯，从终端101传播到终端102的光信号将称为“向东的”，而从终端102传播到终端101 的光信号将称为“向西的”。术语“向东的”和“向西的”仅仅是本领域用来使得能够容易地 区分在相反方向上传播的两个光信号的术语。术语“向东的”和“向西的”并不暗示图1中 的组件的实际地理关系，也不暗示光信号的任何实际的物理方向。例如，终端101可以在地 理上位于终端102的东面，尽管这里使用的习惯让“向东的”光信号从终端101传播至终端 102。在一个实施例中，光信号被波分复用(WDM)，波分复用的一个示例是密集波分复用 (DWDM)。在WDM或DWDM中，信息通过多个不同的光信道中的每一个来传送，以下这些光信 道称为“波分光信道”。每个波分光信道被分配用于光通信的具体频率。因此，为了使用WDM 或DWDM光信号来进行通信，终端101可以具有“n”个光发射机111 (包括光发射机111(1) 直到光发射机111 (n)，其中，n是正整数)，每个光发射机用于通过相对应的向东的波分光 信道来进行发送。类似地，终端102可以具有“n”个光发射机121，包括光发射机121(1)直 到光发射机121 (n)，每个光发射机用于通过相对应的向西的波分光信道来进行发送。然而，这里所描述的基本原理不限于向东的波分光信道数与向西的波分光信道数 一样的通信。此外，这里所描述的基本原理不限于这各个光发射机的精确结构。然而，激光 器是用于在具体频率进行发射的适当的光发射机。也就是说，光发射机每一个就可以是多 个激光发射机，并且在频率范围内是可调谐的。至于用于在向东的方向上进行光传输的向东的信道，终端101使用光复用器112 将来自光发射机111的向东的光信号中的每一个复用到单个向东的光信号中，然后，这单 个向东的光信号在被发送到第一向东的光纤链路114(1)上之前可以由可选的向东的光放 大器113进行光放大。在向东的信道和向西的信道中的每一个信道中，在终端101和终端102之间总共 存在“m”个中继器115和“!11+1”个光纤链路114。然而，不要求向东的信道和向西的信道 中的每一个信道中的中继器的数目相等。在不中继的光通信系统中，“m”应为0，这样在终 端101和终端102之间仅存在单个光纤链路114(1)并且没有中继器。在中继的光通信系 统中，“m”应为1或更大。这些中继器(如果有的话)中的每一个可以消耗电能来放大向 东的光信号。来自最后一个光纤链路114(m+l)的向东的光信号之后在终端102处被可选的光 放大器116任意地放大。向东的光信号之后使用光学解复用器117被解复用成各个波分光 信道。各个波分光信道之后可以由相应的光接收机118接收和处理，光接收机118包括接 收机 118(1)至 118(n)。至于用于在向西的方向上进行光传输的向西的信道，终端102使用光复用器122 将来自光发射机121 (包括光发射机121(1)至121(n))的向西的光信号中的每一个复用 到单个向西的光信号中。复用的光信号在被发送到第一光纤链路124(m+1)上之前由可选 的向西的光放大器123进行光放大。如果向西的光信道与相东的光信道是对称的，则也存 在“m”个中继器125 (标为125(1)至125 (m))和“m+1”个光纤链路124 (标为124(1)至
8124(m+l))。回想到在不中继的环境中，“m”应是0，这样在向西的信道中仅存在一个光纤链 路124(1)并且没有中继器125。来自最后一个光纤链路124(1)的向西的光信号之后在终端101处由可选的光放 大器126任意地放大。向西的光信号之后使用光解复用器127被解复用，并且在那，各个波 分光信道由接收机128 (包括接收机128(1)至128 (η))接收和处理。终端101和/或终端 102不要求光通信系统100中所示出的所有元件。例如，在某些配置中，可能不使用光放大 器113、116、123和/或126。此外，相应的光放大器113、116、123和/或126 (如果有的话) 中的每一个可以是多个光放大器的按需组合。在大多数情况中，中继器之间的光程长度基本相同。中继器之间的距离取决于总 的终端至终端光程距离、数据率、光纤的质量、光纤的损耗特性、中继器(如果有的话)的数 目、可交付每个中继器使用的电力量(如果存在中继器的话)等等。然而，高质量单模光纤 的中继器之间(或在不中继的系统中从终端至终端的)的典型光程长度可以是几十千米或 更长。也就是说，这里所描述的基本原理不限于复用器之间的任何具体的光程距离，也不限 于从一个中继区间到下一个中继区间的光程距离相同的中继器系统。
仅为了说明和示例的目的以简化形式表示光通信系统100。这里所描述的基本原 理可以扩展到复杂得多的光通信系统。这里所描述的基本原理可以应用于存在多个光纤对 的光通信中，每一个光纤对用于传送复用的WDM光信号。此外，这里所描述的基本原理还用 于存在一个或多个分支节点的光通信，分支节点将一个或多个光纤对和/或波分光信道分 裂到一个方向中，并且将一个或多个光纤对和/或波分光信道分裂到另一方向中。为了避免混淆，光纤链路114(1)直到114(m+l)和124(1)直到124(m+1)在这里 可以称为“中继器间”光纤链路。跨越从终端101至终端102的整个距离的较大的光纤链 路在这里可以称为“终端间”光纤链路。在光信号穿过光纤时，光信号经历了色散(也称为“材料色散”)。除非被恰当地 补偿，过多积累的色散导致误比特率(BER)显著增大。一种用于至少部分地补偿材料色散 的传统机制是设计补偿周期，其中对于每个补偿周期，在每个中继器间光纤链路中存在正 色散光纤和负色散光纤的平衡。给定的补偿周期可以是单个中继器间光纤链路，但是通常 更可能包括多个邻接的中继器间光纤链路。图2A图示出在存在总共14个补偿周期并且这些补偿周期中的每一个补偿周期的 光程相等的情况中，在这些补偿周期中的每一个补偿周期中材料色散都被准确补偿这种具 体情况中的色散图200A。例如，色散图200A包括14个锯齿形状201A(1)直到201A(14)， 每一个锯齿形状对应于在各个补偿周期中将在经准确补偿的信道中发生的色散。在补偿周期的每一个补偿周期中，材料色散(用每个锯齿状形状的负斜线表示) 近似线性地累积，其后跟随补偿材料色散(用每个锯齿状形状的相对短的正斜线表示)，致 使材料色散在每个中继器处和在接收终端处回归为零。例如，在光纤链路114(1)中，存在 产生具有负的图斜率的负倾斜边缘211的某种负色散光纤和产生具有正的图斜率的正倾 斜边缘212的某种正色散光纤。在该描述中，术语“图斜率”是指当在y轴上绘制积累的色散而在χ轴上绘制传输 距离时色散图上的线的斜率。因此，术语“图斜率”不要与术语“色散斜率”混淆。这里使 用的术语“色散斜率”是指当在图上在1轴上绘制每单位长度的色散并且在X轴上绘制波长时的线的斜率。因此，“正色散斜率”是指这样的趋势(例如，在光纤中的趋势)，较长波 长的光趋向于具有较多积累色散，而较短波长的光信号趋向于具有较少的积累色散。相反， “负色散斜率”是指这样的趋势(例如，在光纤中的趋势)，较长波长的光趋向于具有较少的 积累色散，而较短波长的光信号趋向于具有更多的积累色散。在讨论图2D的色散图时，“图 斜率”与“色散斜率”之间的区别将变得更清楚。图2D的曲线图200D在y轴上示出积累色散并且在χ轴上示出距离。曲线图200D 实际上示出4个补偿周期221D、222D、223D和224D。曲线图200D还示出两个几乎一致的色 散图，一个色散图针对这两个波长中的一个。例如，线231直到238形成上面的色散图，并 且线241直到248形成下面的色散图。现在，首先将关于与线231和232相对应的上面的色散图来详细评估补偿周期 221D。首先，具有一个波长的光信号(为了该示例的目的，称为“第一”波长或“λ/’)穿过 产生具有负的图斜率的线231的负色散光纤。然后，第一波长的光信号穿过产生具有正的 图斜率的线232的正色散光纤。在该情况中，色散管理后的补偿周期221D被设计为使得正 色散光纤和负色散光纤被准确平衡使得第一波长的光信号在补偿周期221D的开始和结束 处具有正好相同的积累色散。现在将关于与线241和242相对应的下面的色散图来详细评估补偿周期221D。首 先，具有第二波长的光信号(为了该示例的目的，称为“第二”波长或“λ2”来与第一波长区 别开来)首先经历负色散光纤，产生具有负的图斜率的线241。然而，在该情况中，积累色散 中的斜坡对于第二波长比其对于第一波长的光信号更陡峭。因此，线241具有比线231更 负的图斜率。如果第二波长具有比第一波长更长的长度，则可以说引起色散231和241的 光纤具有“负色散斜率”，因为光的较长波长在每单位长度的光纤上经历较少的正色散(在 该情况中，相当于较多的负色散)。如果第二波长具有比第一波长短的波长，则可以说引起 色散231和241的光纤具有“正色散斜率”，因为光的较长波长在每单位长度的光纤上经历 较多的正色散(在该情况中，相当于较少的负色散)。之后，第二波长的光信号经历正色散光纤，产生具有正的图斜率的线242。然而， 在该情况中，积累色散中的增大对于第二波长比其对于第一波长的光信号更陡峭。因此，线 242具有比线232更正的图斜率。值得注意的是，积累色散增大的速率的陡峭度总以克服 积累色散的斜坡的陡峭度。因此，在补偿周期的结束时，光信号回归相同量的积累色散，而 不论光信号波长如何。因此，补偿周期被称为“色散管理”。如果第二波长具有比第一波长 更长的长度，则可以说引起色散232和242的光纤具有“正的色散斜率”，因为光的较长波长 在每单位长度的光纤上经历较多的正色散(或在其它情况中相当于较少的负色散)。如果 第二波长具有比第一波长更短的波长，则可以说引起色散232和242的光纤具有“负色散斜 率”，因为光的较长波长在每单位长度的光纤上经历较少的正色散(或相当于在其它情况中 较多的负色散)。因此，色散管理系统包括补偿周期，在补偿周期中，使用正色散光纤和负色散光纤 的平衡来补偿色散本身。此外，为了降低波长依赖性，如果正色散光纤具有正色散斜率，则 负色散光纤具有负色散斜率。另一方面，如果正色散光纤具有负色散斜率，则负色散光纤具 有正色散斜率。在未经过色散管理的传统海底光纤系统中，负色散光纤在每个补偿周期中领先正色散光纤，如图2A至2D所示。并且，在这些传统的非色散管理系统中，两种光纤类型都具有正色散斜率。因此，波长依赖性不能被补偿。而是，如将关于图3描述的，不同波长的色 散图将趋向于发散。在陆地光纤系统中，补偿周期趋向于包括正色散光纤，正色散光纤后跟 随负色散光纤。这里所描述的基本原理可适用于陆地、海底、和混合陆地海底光纤系统。陆 地系统趋向于多具有一个可变长度补偿周期，但是这里所描述的基本原理是可适用的。在色散管理光纤系统中，正色散光纤领先负色散光纤，因为正色散光纤具有更大 的核心区域。在这样的系统中，如之前所述，正色散光纤具有正色散斜率，而负色散光纤具 有负色散斜率。因此，色散和色散斜率两者都被补偿。尽管每个补偿周期中的色散特性剖面(profile)被示出具有类似的形状(即，锯 齿状形状)，但是也存在在不同的中继器间光纤链路114(1)至114(14)中存在D+和D-光 纤的不同组合和/或排序这样的情况。这将产生略有不同的形状，但是如果光纤链路被准 确补偿，则积累的材料色散在每个中继器处仍然会回归到接近为零。这里使用的术语“图趋势斜率”是沿色散图的长度和沿中间色散图长度经过的趋 势线的斜率。例如，在图2A中，这样的线应是如趋势线210A所表示的是水平的。出现水平趋势线可以在某些相当特定的情况中出现。例如，在传统的色散管理光 纤系统中，D+光纤与D-光纤的平衡设法准确补偿材料色散，而不论(至少在用于传输的波 长的界限以内)光信号的波长如何。然而，色散管理光纤是最近的发展。大多数当前安装的海底光纤系统结合的是未 经色散管理的光纤链路。因此，对于某些波长的光纤信号，出现过补偿(在每个补偿周期中 负色散光纤后跟随补偿正色散光纤的情况中)或欠补偿(在每个补偿周期中正色散光纤后 跟随补偿负色散光纤的情况中)，其中色散图所具有的趋势线是正的。例如，图2B图示出除 了色散图如趋势线210B所示趋向于朝上以外与图2A中所示相类似的色散图200B。另一 方面，对于某些波长的光信号，从欠补偿(在每个补偿周期中负色散光纤后跟随补偿正色 散光纤的情况中)或过补偿(在每个补偿周期中正色散光纤后跟随补偿负色散光纤的情况 中)产生负倾斜的趋势线。例如，图2C图示出除了趋势线210C向下倾斜以外与图2A中所 示相类似的色散图200C。图3图示出示出了 C波段中各种波长的色散图301A至301G的曲线图300。在该 示例中，这些波长对应于以下波长1546. 92纳米(nm)、1548. 51nm、1550. 12nm、1551. 72nm、 1553. 33nm、1554. 94nm、1556. 55nm和1558. 17nm。在该示例中，较长的波长(例如，对应于 色散图301G)趋向于具有更正的趋向斜率，而较短的波长(例如，对应于色散图301A)趋向 于具有更负的趋向斜率。尽管图3是关于C波段中的波长来讨论的，但是这里所描述的基 本原理可以广泛应用于任何波段的波长的光信号。图4图示出用于通过延伸的光纤链路传输光信号的光终端400。例如，光终端400 可以是图1的终端101，如果从终端101向终端102发送向东的光信号的话。在向东的光信 号的情况中，终端101是发送终端而终端102是接收终端。可替换地，光终端400可以是图 1的终端102，如果从终端102向终端101发送向西的光信号的话。在向西的光信号的情况 中，终端102是发送终端而终端101是接收终端。终端400包括“η”个光源(或“发射机”)411 (1)至411 (η)，以及用于将WDM光信 号组合到单个光纤中备用于发送的光复用器412。例如，如果终端400是图1的终端101，则光源411 (1)至411 (η)可以与图1的光发射机111 (1)至111 (η)相同，并且光复用器412可以是图1的光复用器112。类似的，如果终端400是图1的终端102，则光源411(1)至 411 (η)可以与图1的光发射机121 (1)至121 (η)相同，并且光复用器412可以是图1的光 复用器122。光源411(1)至411 (η)(统称为光源411)中的每一个光源都用于以至少20吉比 特每秒(Gbit/s)的比特率通过相对应的波分复用(WDM)波长信道进行传输。WDM波长信道 可以是密集WDM (或DWDM)信道，并且可以用于传送C波段中的波长信道。每信道的比特流 可以是任何比特率，20Gbit/s 或更高，例如 20Gbit/s、40Gbit/s、80Gbit/s、100Gbit/s 或其 间的或更高的。在以下将描述的一个实施例中，比特率例如可以是具有50GHz的信道色散 的 20Gbit/s。对于每个信道，存在至少2相键控(PSK)调制机构413，其操作用于将数据调制到 各个WDM波长的光信号上。例如，PSK调制机构413包括分别用于各个信道的PSK调制器 113(1)至113(n)。对于每个相对应的信道，PSK调制器接收该信道的数据，并且对来自相 对应的光源的光信号进行调制使得光源发送使用至少2PSK调制机构调制了的数据。在一个实施例中，至少2PSK调制机构确切的说是2PSK，或换而言之是差分PSK或 (DPSK)。DPSK是有利的，因为其考虑了比标准幅移键控(ASK)高约3分贝(dB)的光学信噪 比(OSNR)增益。延伸距离上20Gbit/s的所有DPSK信道在传统上都不被采用。这里所描 述的基本原理使用对色散的精确预补偿来使得所有DPSK信道变得更合适。对色散的相同 精确预补偿可被用来使能更高阶的PSK调制，例如，QPSK(或4PSK)、8PSK、16PSK或其它更 高阶的PSK调制。对色散的相同精确预补偿还可被用来使能更快的每信道比特率。例如，在图4中，预补偿机构114操作用来为大多数的并且最好是所有的WDM波长 信道进行色散预补偿。在一个实施例中，在每个信道被独立地预补偿时，相对应的每信道预 补偿机构114(1)至114(n)可以用来对每个信道独立地进行预补偿。图9图示出若干构成信道(constituent channel)被组合到用来驱动PSK调制器 (在该情况中为DPSK调制器920)的单个数据信号中的更具体的实施例900。具体而言，该 示例中的构成数据信道是经历了前向纠错901A和901B并被2:1复用器902组合的两个 lOGbit/s数据信号。从而，DPSK调制器920调制激光源910，并且调制信号在被使用复用 器940复用之前经历预补偿930。图10图示出示出了在一个实施例中调制信号可以如何被预补偿并被复用的发送 系统1000。在该情况中，信号TX1至TX2n表示20Gbit/s或以上的PSK调制光信号。如果 与图9结合，例如，光信号Txi至TX2n表示21. 4Gbit/s比特率的经调制和前向纠错的光信 号。可调谐信道补偿机构1010具有基于每信道对相对应的光信号进行预补偿的预补偿组 件 IOll1 至 10112N。来自一个波长段的经预补偿的信号之后被信道复用器1021复用。来自另一波长 段的经预补偿的信号之后被信道复用器1022复用。当然，可以存在复用器的不同层次结 构。在该情况中，这些光信号仅被复用到两个不同波段中。组合后的光信号波段之后可以 使用基于光纤的波段补偿1030来经历波段级的预补偿。波段复用器1040之后将这些光信 号组合到单个光信号中，于是，可以对整个范围的光信号信道执行基于光纤的聚合预补偿 1050。因此，通过控制层次结构中各级的各个预补偿机构可以灵活地控制预补偿。还可以用可选择的放大器1061、1062和1063来放大这些光信号。图11图示出与图10的发送系统1000成镜像从而使得后补偿可以在各级被很好 地执行的接收系统1100。在接收到光信号之后，基于光纤的后补偿机构1150对整个范围的 光信道进行后补偿。然后，波段解复用器1140分离出各个光波段。不同的波段之后使用基 于光纤的波段后补偿组件1130在波段级经历进一步的后补偿。各个光信号信道之后可以 使用信道解复用1121和1122来分离，于是，信道专有的后补偿可以使用可调谐信道后补偿 机构1110来执行，其中可调谐信道后补偿机构1110包括针对各个接收到的光信道信号RX1 至RX2n的后补偿机构11111至11112N。因此，通过控制层次结构中各级的各个预补偿机构 也可以灵活地控制后补偿。还可以用可选择的放大器1161、1162和1163来放大 光信号。图5图示出用于将光信号从诸如图4的光终端400之类的光终端发送的方法500 的流程图。以至少20Gbit/s的比特率为每个WDM波长信道生成经至少2PSK调制的信号 (动作501)。参考图4，例如，一般而言，“k”为从1至η的任意整数，包括1和η在内，PSK 调制器413 (k)用于调制光源411 (k)以为第k'个信道生成经至少2PSK调制的信号。所生成的信号之后经历针对积累色散的预补偿(动作502)。这是针对大多数信道 (如果不是全部信道的话)来执行的。参考图4并且还是一般而言，来自光源411(k)的光 信号使用预补偿机构414(k)被预补偿，其中，k为从1至η的任意整数。所生成的经预补 偿的信号之后可以被光复用(动作503)以备用于发送到光纤上。在一个实施例中，预补偿机构114基于光信号的预想传输距离来执行光信号的预 补偿。通常，光信号在光纤链路中的传输距离一般是已知的。例如，在图2Α、图2Β、图2C和 图3的色散图中，并且在稍后将描述的那些色散图中，预想传输距离是6600千米，这在穿过 海洋的大陆间海底光纤链路可以提供的较长距离的范围以内。然而，6600千米的示例没有 任何特殊性，因为不同的穿越海洋的海底光纤链路可以具有适于给定相应终端之间的距离 的不同距离。这里所描述的基本原理也适用于其它长距离传输。使误比特率最小所需要的预补偿量的精度依赖于每信道比特率。每信道比特率越 高，需要预补偿越精确。在某些比特率，甚至可能存在预补偿(在发送终端处进行)与后补 偿(在接收终端处进行)之间的平衡。在DPSK、QPSK以及更高阶的PSK调制的情况中，可 以平衡预补偿和后补偿来使得它们近似相同。然而，在预补偿和后补偿中与该理论平衡点 可能存在某些不一致，致使在色散图本身中可能存在的实际不对称。在该情况中，可能，预 补偿应当使用闭合控制环路、通过反复进行误比特率校正若干次直到实现可以接受的误比 特率为止来改进预补偿(和后补偿)，从而更加自适应。在某些情况中，仅仅关于所需要的 预补偿的量来执行良好的初始估计就足够了。不论预补偿中所需要的精度如何，预补偿的 良好的初始估计的公式用来使得对信道的预补偿更有效。在一个实施例中，预补偿的初始估计是预想传输距离的函数。例如，对于任何给 定信道，充分的预补偿被采用使得在预想传输距离的长度的中心区域处产生最小的积累色 散。例如，如果在发送终端和接收终端之间的光纤链路中存在6600千米的光程距离，则对 精确的初始预补偿量的计算可以考虑到6600千米的预想传输距离以及那个信道的预期色 散特性。初始预补偿量将足以使得在光程中大约3300千米处出现最小绝对积累色散点。一 般而言，传输距离越长，初始推测有可能越接近传输距离的中点。S卩，其它初始推测根据如何进行定义也可能是适合的。例如，可以接受的初始预补偿可以考虑初始预补偿是否在更一般的中心区域以内。该中心区域例如可以在预想传输距 离的长度的30%至70%之间、在预想传输距离的长度的40%至60%之间、在预想传输距离 的长度的45%至55%之间或甚至在预想传输距离的长度的48%至52%之间。可替换地， 该中心区域可以基于离传输路径中点的距离来定义。例如，中心区域可以从中点跨越1000 千米、500千米、200千米或其它绝对距离。可替换地，可以接受的中心区域也可以是基于更 复杂的函数来计算的。可以接受的该中心区域的大小将取决于具体的应用。然而，在该示 例中为了简单，假定预补偿的初始估计使得最小积累色散大约在预想传输距离的中点处。图6图示出在预补偿的目标是使积累色散大约在中点处最小的初始估计的这个阶段中可能出现的各个色散图301A'至301G'的曲线图600。注意，色散图301A'至 301G'中的所有色散图在传输距离的适当中点(在3300千米处)处如何收敛，在该点，色 散图被分开正色散区域和负色散区域的零色散线对半分开。如果进一步的预补偿被执行 (如以下参考图7和图8要更详细描述的)，则各个色散图301A'至301G'可以被独立地 上下微微移动直到对于每个信道都获得所希望的误比特率为止。在一个实施例中，预补偿 和后补偿调节以使得每个信道的误比特率近似相等的方式进行。比特率越大，则预补偿和 后补偿应当越精确。不论是升级现有的光纤链路还是设计并建立新的光纤链路，都可以应用这里所描 述的基本原理。如果是升级现有的光纤系统，则该光纤系统趋向于不经过色散管理，并且因 此每个波长信道趋向于具有如图3中所示的发散的色散图。在那种情况中，可以如图6中 的情况中一样，对每个信道应用不同的预补偿量，其中，较大的预补偿绝对量被应用于较长 极端和较短极端的波长信道，并且更适中的预补偿量被应用于更中心的波长信道。如果设计新的现有光纤链路，则光纤链路更有可能经过色散管理，其中，各个波长 信道的色散图不像图6中所示那样发散，而是各个波长信道的色散图中的所有色散图收敛 到如前所述的单个色散图中。传统上，色散管理光纤系统被设计为具有水平色散图。然而， 如现在将要描述的，通过设计具有略微正或负的趋势斜率的色散管理光纤系统，可实现不 同于直觉的益处。图7A图示出使用色散管理光纤来建立新的终端间光纤链路的方法700A的流程 图。例如，终端间光纤链路可以用于海底光系统。如刚才提及的，方法700A包括设计和规 划(formulate)光纤链路，其中，积累色散的趋势斜率故意为不是水平的(动作701A)。例 如，该图趋势斜率可以被设计为与水平成至少1度。在任何情况中，不论图趋势斜率是多于 还是少于这个量，还是图趋势斜率为正还是负，预补偿的初始推测可以完全不应用任何预 补偿(动作701A)。在那种情况中，色散管理光纤被规划为使得图趋势斜率在预想传输距离 的适当中点(或至少在中心区域中)穿过零色散(动作701A)。一般而言，传输距离越长， 以及每个补偿周期中的色散特性剖面幅度越小，则图趋势斜率应越小。传统的色散管理光 纤被设计为使得趋势斜率是水平的。在动作701A中，例如通过改变正色散光纤和负色散光 纤的平衡可以实现非水平的图趋势斜率。不论预补偿的水平如何，预补偿机构的目标是使 积累的色散在接收机处回归零或接近零。可调谐预补偿机构(以及可调谐后补偿机构)之后被调节使得误比特率最小。例 如，预补偿被针对所有的可行值进行扫描(sweep)，从而针对所有相对应的值来控制后补偿 (动作702A)。在预补偿和后补偿被扫描时(动作702A)，误比特率被测量(动作703A)。预补偿和后补偿之后被设置来使得误比特率最小(动作704A)。该调节可以使用测量接收终 端处的误比特率并且进一步调节可调谐预补偿机构直到实现可接受的误比特率为止的闭 合控制环路来执行。图7B图示出用于配置使用非色散管理光纤的终端间光纤链路的方法700B的流程 图。对于每个光信道，预补偿被调节使得相对应的色散图的图趋势线穿过光纤链路的中心 区域处的零积累色散点。例如，对于6600千米的光纤链路，针对任何给定光纤信道的预补 偿被使得足以使色散图平均穿过大约在3300千米处的零色散点。此外，后补偿被调节来确保接收到的光信号中存在的残留积累色散被消除或至少 明显减少(动作702B)。可调谐预补偿机构(和可调谐后补偿机构)之后被调节使得误比特 率最小。例如，预补偿可以针对所有可行值被扫描，从而针对所有相对应的值来控制后补偿 (动作703B)。在预补偿和后补偿被扫描之后(动作703B)，误比特率被测量(动作704B)。 预补偿和后补偿之后被设置来使得误比特率最小(动作705B)。图8图示出用于迭代地(或连续地)调节可调谐预补偿机构的方法800的流程图。 如果方法800在色散管理系统上被执行，则方法800可以针对所有信道被一起执行。否则， 方法800可以针对所有信道被独立执行。
预补偿初始被调节至初始水平，其中，所发送的光信号在色散管理光纤链路的长 度的中心距离内达到最小积累色散(动作801)。此外，后补偿被调节来减小或消除接收终 端处的残留积累色散(动作802)。之后，相对应的误比特率被测量(动作803)，并且发送 终端经由闭合控制环路来通知。如果误比特率是可以接受的(决策块804中为“是”)，则 调节处理可以结束(动作805)。在不那么敏感的环境中，初始水平可能就足以获得所设计 的误比特率水平，并且因此，可以不存在对预补偿的进一步调节。在某些情况中，预补偿的 初始推测有可能对应用总是充分的。在某些情况中，预补偿机构完全不需要是自适应的。总之，如果误比特率是不可接受的(在决策块804中为“否”)，则测量到的误比特 率被用来计算预补偿量的下一次适当的迭代(动作806)。预补偿之后被调节为下一预补偿 值(动作807)。这可能涉及对该信道的后补偿进行相对应的更改。该方法之后回到动作 803，其中针对新的预补偿量测量误比特率。因此，这里所提供的基本原理提供用来传输高比特率、低误比特率和长距离的波 分复用光信号的有效机制。本发明可以在不偏离其精神或实质特征的情况下以其它具体形 式来实施。所描述的实施例在所有方面应被认为仅仅是说明性的而非限制性的。因此，本 发明的范围由权利要求而不是由以上描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围以内 进行的所有更改都被包括在权利要求的范围以内。
权利要求
一种用于发送光信号的光终端，包括多个光源，每个光源用于以至少20Gbit/s的比特率在多个WDM波长光信道中相对应的一个WDM波长光信道上进行通信；至少2PSK调制机构，所述至少2PSK调制机构操作用来将来自数据信道的数据调制到所述多个WDM波长光信道中各个WDM波长光信道的光信号上；以及光复用机构，所述光复用机构用于将所述多个WDM波长光信道的全部WDM波长光信道组合到单个光信号中，准备用于发送到终端间光纤链路上，其中，针对所述多个WDM波长光信道中至少一个WDM波长光信道中的每个WDM波长光信道，所述光终端还包括多个构成数据信道；以及电复用机构，用于将所述构成数据信道组合到所述数据信道上，所述数据信道的数据被调制到所述WDM波长信道上。
2.根据权利要求1所述的光终端，还包括预补偿机构，所述预补偿机构操作用来对所述多个WDM波长信道中至少大多数WDM波 长信道进行色散预补偿。
3.根据权利要求1或2所述的光终端，其中，所述构成数据信道的每一个是与地面光纤 光信道相对应的地面数据信道，并且所述光终端是用于通过海底光纤系统来发送所述光信 号的光终端。
4.根据上述任一权利要求所述的光终端，其中，所述构成数据信道的每一个是约 10Gbit/s的光信道。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光终端，其中，所述至少2PSK调制机构是 DPSK (或2PSK)调制机构。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光终端，其中，所述至少2PSK调制机构是 QPSK (或4PSK)调制机构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光终端，其中，所述多个光源中的每个光源用于 以20Gbit/s的比特率在所述多个WDM波长信道中相对应的一个WDM波长信道上进行通信。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的光终端，其中，所述多个光源中的每个光源用于 以至少40Gbit/s的比特率在所述多个WDM波长信道中相对应的一个WDM波长信道上进行通{曰。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的光终端，其中，所述多个光源中的每个光源用于 以80Gbit/s的比特率在所述多个WDM波长信道中相对应的一个WDM波长信道上进行通信。
10.根据上述任一权利要求所述的光终端，其中，所述多个WDM波长信道中的每个WDM 波长信道在C波段中。
11.根据上述任一权利要求所述的光终端，其中，所述多个WDM波长信道的信道间隔约 为 50GHz。
12.根据上述任一权利要求所述的光终端，其中，所述预补偿机构是自适应的。
13.根据上述任一权利要求所述的光终端，其中，所述自适应的预补偿机构的初始状态 对所述多个WDM波长信道中的至少大多数WDM波长信道执行预补偿，使得最小积累色散点 出现在希望的传输距离长度的40%与60%之间。
14.根据上述任一权利要求所述的光终端，其中，希望的传输距离是至少3000千米。
15.一种用于从光终端发送光信号的方法，所述方法包括对于多个WDM波长光信道中至少一个WDM波长光信道中的每个WDM波长光信道，用于 将多个构成数据信道复用到WDM波长光信道各自的数据信道中的动作；用于以至少20Gbit/s的比特率为多个WDM波长光信道中每个WDM波长光信道生成经 至少2PSK调制的光信号的动作，所述多个WDM波长光信道中的每个WDM波长光信道使用各 自的数据信道来调制；以及用于将所述多个WDM波长光信道的经调制的光信号进行光复用的动作。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述构成数据信道的每个是与地面光纤光信 道相对应的地面数据信道，并且所述光终端是用于通过海底光纤系统来发送所述光信号的 光终端。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述构成数据信道的每个是约lOGbit/s 的光信道。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括用于对所述多个经调制的光信号进行预补偿的动作。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述预补偿的动作被执行到如下程度使得相 对应的WDM波长信道的最小绝对积累色散点出现在希望的预想传输距离的总长度的40% 至60%以内。
20.一种用于建立光系统的方法，所述光系统至少在一个方向上包括发送终端、接收 终端和耦合在所述发送终端与所述接收终端之间的色散管理光纤链路，所述色散管理光纤 链路允许发送光信号被所述发送终端发送、通过所述色散管理光纤链路并达到所述接收终 端，所述方法包括用于规划所述色散管理光纤链路的动作，其中积累色散的图趋势斜率不是水平的，并 且使得所述图趋势斜率在所述发送端与所述接收端之间的希望的传输距离的中心区域处 与零色散相交；以及用于调节所述发送终端处的可调谐预补偿机构来降低误比特率的动作。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括在用于调节所述发送终端处的可调谐预补偿机构的动作期间，用于调节所述接收终端 处的可调谐后补偿机构来减少在所述接收终端处接收到的光信号的积累色散的动作。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述用于调节的动作是使用闭合控制环路来 执行的，所述闭合控制环路测量所述接收终端处的误比特率，并且进一步调节所述可调谐 预补偿机构和所述后补偿机构直到实现可接受的误比特率为止。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中，所述用于调节所述预补偿的动 作还包括用于将所述预补偿至少最初设置为零的动作。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中所述中心区域是从所述色散管理 光纤链路的长度的30%至70%。
25.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中所述中心区域是从所述色散管理 光纤链路的长度的40%至60%。
26.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中所述中心区域是从所述色散管理光纤链路的长度的45%至55%。
27.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中所述中心区域是从所述色散管理 光纤链路的长度的48%至52%。
28.根据权利要求20至27中任一项所述的方法，其中所述中心区域在任一方向上围绕 所述色散管理光纤链路的中心点1000千米。
29.根据权利要求20至27中任一项所述的方法，其中所述中心区域在任一方向上围绕 所述色散管理光纤链路的中心点500千米。
30.根据权利要求20至27中任一项所述的方法，其中所述中心区域在任一方向上围绕 所述色散管理光纤链路的中心点200千米。
31.根据权利要求20至30中任一项所述的方法，其中，所述趋势斜率是正的。
32.根据权利要求20至30中任一项所述的方法，其中，所述趋势斜率是负的。
33.根据权利要求20至32中任一项所述的方法，其中，所述发送光信号的所述多个波 分复用信道中的每个波分复用信道具有至少20Gbit/s的比特率，并且使用至少2PSK数据 调制被调制。
34.一种配置光系统的方法，所述光系统在一个方向上至少包括发送终端、接收终端和 耦合在所述发送终端与所述接收终端之间的光纤链路，所述光纤链路允许发送光信号被所 述发送终端发送、通过所述光纤链路并达到所述接收终端，所述方法包括用于调节所述发送终端处的可调谐预补偿机构，使得所述发送光信号的多个波分复用 信道中的至少大多数波分复用信道至少最初在所述光纤链路的长度的中心距离内达到最 小积累色散的动作。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述中心区域从所述色散管理光纤链路的长度 的 30%至 70%。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述中心区域从所述色散管理光纤链路的长度 的 40%至 60%。
37.根据权利要求34所述的方法，其中所述中心区域从所述色散管理光纤链路的长度 的 45%至 55%。
38.根据权利要求38所述的方法，其中所述中心区域从所述色散管理光纤链路的长度 的 48%至 52%。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的方法，其中所述中心区域在任一方向上围绕 所述色散管理光纤链路的中心点1000千米。
40.根据权利要求34至38中任一项所述的方法，其中所述中心区域在任一方向上围绕 所述色散管理光纤链路的中心点500千米。
41.根据权利要求34至38中任一项所述的方法，其中所述中心区域在任一方向上围绕 所述色散管理光纤链路的中心点200千米。
42.根据权利要求34至41中任一项所述的方法，其中所述用于调节的工作是使用闭合 控制环路来执行的，所述闭合控制环路测量所述接收终端处的误比特率，并且进一步调节 所述可调谐预补偿机构直到实现可接受的误比特率。
全文摘要
允许在WDM(例如DWDM)波长复用信道传送环境中以20吉比特每秒每信道或甚至更高的比特率执行DPSK或甚至更高阶PSK的光纤传输技术。该技术采用色散的预补偿使得大多数信道(如果不是所有信道的话)具有在光信道的长度以内的某处(可能在中点处)出现的最小绝对积累色散部分。之后，后补偿在接收机处被采用来减少或甚至消除色散。该技术使得对于以高比特率通过甚至很长距离(穿过海洋的海底的或长距离陆地的)光纤链路并且对于所有信道，能实现降低的误比特率。
文档编号H04B10/2525GK101828350SQ200880112098
公开日2010年9月8日 申请日期2008年10月16日 优先权日2007年10月16日
发明者乔格·埃里彻·施瓦兹, 王伟穆, 苏木都·吉斯卡·艾迪里斯格 申请人:埃克斯特拉通信有限公司