专利名称：高速wdm光通信系统及该系统中抑制非线性效应的方法
技术领域：
本发明涉及光通信系统，特别是涉及高速WDM光通信系统及该系统中抑制非线性 效应的方法。
背景技术：
本发明中所用到的技术术语含义如下WDM， Wavelength Division Multiplexing,波分复用； iF丽，Intra-cha騰l Four Wave Mixing,信道内四波混频；PolSK， Polarization Shift Keying,偏振移位键控； iXPM， Intra-cha騰l Cross-Phase Modulation,信道内交叉相位调制； SPM， Self-Phase Modulation,交叉相位调制； CSRZ， Carrier Suppression Return Zero,载波抑制归零码； AMI, Alternative Mark Inversion,传号交替反转码。 为了适应愈来愈大的网络带宽需求，WDM光纤通信系统被广泛采用。现有的WDM光 纤通信系统以10Gbps的信道速率为主，然而，随着技术的不断发展，40Gbps的光纤通信系 统已逐渐商用，更高速率的100Gbps光纤通信系统也已经开始研究。在光纤通信中，损耗、 色散和非线性效应是限制其传输能力提升的主要障碍。 在单信道传输速率低于10Gb/s时，自相位调制(Self-phase Modulation, SPM)、 交叉相位调制(Cross-phase Modulation, XPM)和四波混频(FouriaveMixing， F丽)是 最主要的非线性效应，因此，信道间的非线性效应是系统设计的重要考虑因素。而当单 信道传输速率高于10Gb/s，特别是高于40Gb/s后，带内交叉相位调制(Intrachannel Cross-phase Modulation, iXPM)禾口带内四波混频(Intrachannel Four-wave Mixing, iF丽)取代XPM和F丽，成为限制高速光纤传输系统的最主要因素，这是因为在高速光通信 系统中，IXPM效应容易使相邻脉冲相互交叠，引起相邻脉冲间的时间抖动，而iF丽则容易 引起"1"脉冲的幅度抖动，并且会在"0"脉冲处产生"影子"脉冲(即所谓的'ghost'pulse)， 它们都会引起眼图的恶化，增加误码率，从而限制系统的传输能力。但研究表明，iXPM的影 响大小与脉冲宽度t (FWHM)和脉冲周期T的比值有关当t /T < 0. 3时，iXPM很小；在 t/T = 1时，iXPM最大；当t/T >> 1时，iXPM也很小。我们知道，在光纤传输中，由于色 散的作用，t是在变化的。在目前通常的色散管理光传输系统中，在光纤链路的绝大部分 长度内，t/T>> l，即脉冲交叠非常严重，亦即iXPM很小，因此，从总体来看，iXPM在色散 管理光传输系统中的影响较小。这样，iF丽成为高速WDM光通信系统中主要需考虑的非线 性效应。 F丽效应的形成要求满足相位匹配条件。对于信道间F丽，只要光纤不是零色散， 信道间隔在50GHz或更大，相位匹配条件一般难以满足，所以可以忽略其影响。对于信道 内F丽(即iF丽)，光载频的各次谐波较容易满足相位匹配条件，容易形成混频。具体来讲， iF丽导致"l"码的幅度抖动，并引起"O"码位置出现影子脉冲(Ghost Pulse)。图1以脉
3冲串"1101"为例，示意性地给出了 iF丽的形成。 为了抑制iF丽，通常的方法是破坏其相位匹配条件，即采用特殊的码型，使相位匹 配条件难以满足，或使产生的iF丽互相抵消。由于高速率系统一般采用RZ码，所以目前有 不少通过改进RZ码来抑制iF丽的方法。比如CSRZ使相邻两个码元反相，RZ-AMI使相邻 两个"l"码反相，还有一种设计是使以相邻两个"l"码为单位的码组反相(见图2)。
但是，上述抑制iF丽的方法，需要满足严格的相位条件，对激光器的线宽和调制 器性能要求很高，实际系统的性能达不到理论描述的效果。 综上所述，对于高速率的光通信系统，iF丽是限制系统性能的最主要的非线性效 应。现有抑制iF丽的方法在实际应用中的效果受实际条件的限制，不能令人满意，需要更 优的抑制iFWM的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决在高速WDM光通信系统中，由于iF丽效应限制 其传输能力的问题。 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种高速WDM光通信系 统中抑制非线性效应的方法，包括以下步骤 A10、在所述光通信系统的发送端，将激光器发出的不同波长的线偏振光分别生成 两路偏振态正交的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光； A20、采用偏振态交错码型的方式对数字信号进行编码调制，即将同一组数字信号 中相邻的"l"码分别编码调制到第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光上；
A30、将不同波长的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光合为传输光波，并 经发送端波分复用器复用后输出至光纤链路； A40、在所述光通信系统的接收端，传输光波经接收端分解复用器分波后分别输出 至光强度探测光接收机。 上述方法中，在步骤A20与步骤A30之间增加步骤A205，在步骤A205中，使同一偏 振方向的偏振光中加载的数字信号中的相邻"l"码相位相差n ，即第一偏振方向的偏振光 中加载的数字信号的相邻"l"码的相位相差n ，第二偏振方向的偏振光中加载的数字信号 的相邻"l"码的相位也相差^ 。 本发明还提供了一种高速WDM光通信系统，包括发送端、接收端，发送端和接收端
分别通过发送端波分复用器和接收端波分解复用器连接在光纤链路上，发送端设有用于产
生不同波长线偏振光的激光器，接收端设有光强度探测器，发送端还设有偏振光生成装置，
第一、第二光调制器和偏振合束器或二合一耦合器，偏振光生成装置用于将激光器发出的
不同波长的线偏振光分别生成两路偏振态正交的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏
振光；第一、第二光调制器采用偏振态交错码型的方式对数字信号进行编码调制，即将同一
数字信号中相邻的"l"码分别编码调制到第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光上；
偏振合束器或二合一耦合器用于将不同波长的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振
光合为传输光波，并经发送端波分复用器复用后输出至光纤链路；接收端波分解复用器将
经光纤链路传输的传输光波分波后分别输送至光强度探测接收机。 为了更好地抑制iF丽效应，经第一、第二光调制器调制后的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光，再经过第一、第二相位调制器进行调制，分别使同一偏振方向的偏 振光中加载的数字信号中的相邻"l"码相位相差n 。 进一步地，所述偏振光生成装置为偏振分束器、分路器、光开关或偏振旋转器。
本发明，利用了光波的偏振特性来破坏iF丽的形成条件，与已有方法相比，对激 光器的线宽、调制器性能的要求降低，使得抑制iF丽的实际效果更佳。
图liF丽产生示意图； 图2目前使用的各种码型示意图； 图3本发明提供的偏振态交错码型示意图； 图4本发明提供的相位控制偏振态交错码型示意图； 图5本发明提供的一种抑制iF丽的光通信系统实施例示意图。
具体实施例方式
光通信系统的性能会受到非线性效应的限制，特别是对于高速W匿光通信系统， 其中影响最大的非线性效应是iF丽效应，需要采取有效措施进行抑制。本发明提供了一种 高速WDM光通信系统中抑制非线性效应的方法，可以有效抑制光纤链路的iF丽效应，提高 其传输能力。 高速WDM光通信系统中抑制非线性效应的方法包括以下步骤 A10、在所述光通信系统的发送端，将激光器发出的不同波长的线偏振光分别生成
两路偏振态正交的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光； A20、采用偏振态交错码型的方式对数字信号进行编码调制，即将同一组数字信号 中相邻的"l"码分别编码调制到第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光上；
A30、将不同波长的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光合为传输光波，并 经发送端波分复用器复用后输出至光纤链路； A40、在所述光通信系统的接收端，传输光波经接收端波分解复用器分波后分别输 出至光强度探测光接收机。 在此基础上，可以进一步引入相位控制方法，构成相位控制的偏振态交错码型，具 体实现方法是使同一偏振方向的偏振光中加载的数字信号中的相邻"l"码相位相差n ，即 第一偏振方向的偏振光中加载的数字信号的相邻"l"码的相位相差n ，第二偏振方向的偏 振光中加载的数字信号的相邻"l"码的相位也相差n 。 偏振态交错码型的示意图如图3所示，该码型的特征是相邻"1"码的偏振态正 交，B卩如果第一个"1"码是第一偏振方向(如水平方向)，则第二个"l"码是与第一偏振方 向垂直的第二偏振方向(如垂直方向)，第三个"l"码又是第一偏振方向，相邻"l"码的偏 振态照此始终保持正交。其抑制iF丽的原理在于，由于光波具有偏振特性，只有同一偏振 方向的光之间才可能发生iF丽效应。因此，采用上述偏振态交错码型可以有效抑制iF丽 效应。研究表明，信道内的非线性作用与码元距离有关，一般认为在相隔6 7个码元后， 其相互作用可忽略。可见，对于非长连"l"的数据序列，偏振态交错码型基本可以抑制绝大 部分的iFWM。
相位控制的偏振态交错码型是在图3所示偏振态交错码型的基础上引入相位控 制，其示意图如图4所示，该码型的特征是第一偏振方向的相邻"1"码的相位相差，第二 偏振方向的相邻"l"码的相位也相差n ，这种码型对于连续长连"l"数据序列的iF丽有很 好的抑制作用，其能够进一步抑制iF丽的原理如下
用薛定谔方程描述光在光纤中的传输为
5z 2 改 2
式中，A(z，t)是光场包络，a (z)是光纤损耗，P2(z)是是色度色散，Y是非线性 当讨论信道内的非线性效应时，总光场是信道内M个脉冲光场的和，即为 ^v3Am i。，、^Am a(z) A 、 ^ A A *A
m=1C7Z Z C7l Z m,n,p=l 上式右边的各项中，m = n = p的项是SPM，m # n = p的项是iXPM，其余项为iF丽。 显然，当信号m、 n、 p满足相位条件时，如果在时间位置tm+p—n处的信号是"l"码，iF丽将引 起脉冲幅度的变化；如果在时间位置tm+p—n处的信号是"0"码，iF丽将在该处产生影子脉冲 (Ghost Pulse)。引入相位控制后，相邻"l"码的相位相差n，附近各码元在时间位置tm+p—n 处的iF丽效应互相抵消，从而有效抑制该种情况下的iF丽效应。 本发明还提供了一种高速WDM光通信系统，其结构如图5所示，该光通信系统包括 发送端和接收端，发送端和接收端分别通过发送端波分复用器和接收端波分解复用器连接 在光纤链路上，发送端设有用于产生不同波长线偏振光的激光器，接收端设有光强度探测 器，在发送端还设有偏振光生成装置，第一、第二光调制器和偏振合束器或二合一耦合器， 偏振光生成装置可以是偏振分束器PBS、分路器、光开关或偏振旋转器，在发送端，连续波激 光器的输出是线偏光，通过一个与该线偏光成45度角的偏振分束器PBS，得到两路偏振态 正交的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光；第一、第二光调制器采用偏振态交错 码型的方式对数字信号进行编码调制，即将同一数字信号分别编码调制到第一偏振方向偏 振光和第二偏振方向偏振光上；偏振合束器PBC或二合一耦合器将不同波长的第一偏振方 向偏振光和第二偏振方向偏振光合为传输光波，并经发送端波分复用器复用后输出至光纤 链路；在接收端，接收端波分解复用器将经光纤链路传输的传输光波分波后分别输送至光 强度探测接收机。 为了更好地抑制iF丽效应，经第一、第二光调制器调制后的第一偏振方向偏振光 和第二偏振方向偏振光，再经过第一、第二相位调制器进行调制，分别使同一偏振方向的偏 振光中加载的数字信号中的相邻"l"码相位相差n ，即第一偏振方向的偏振光中加载的数 字信号的相邻"l"码的相位相差n ，第二偏振方向的偏振光中加载的数字信号的相邻"l" 码的相位也相差Ji 。 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结 构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
高速WDM光通信系统中抑制非线性效应的方法，其特征在于包括以下步骤A10、在所述光通信系统的发送端，将激光器发出的不同波长的线偏振光分别生成两路偏振态正交的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光；A20、采用偏振态交错码型的方式对数字信号进行编码调制，即将同一组数字信号中相邻的“1”码分别编码调制到第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光上；A30、将不同波长的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光合为传输光波，并经发送端波分复用器复用后输出至光纤链路；A40、在所述光通信系统的接收端，传输光波经接收端波分解复用器分波后分别输出至光强度探测光接收机。
2. 如权利要求1所述的高速WDM光通信系统中抑制非线性效应的方法，其特征在于，在 步骤A20与步骤A30之间增加步骤A205，在步骤A205中，使同一偏振方向的偏振光中加载 的数字信号中的相邻"l"码相位相差n ，即第一偏振方向的偏振光中加载的数字信号的相 邻"l"码的相位相差n ，第二偏振方向的偏振光中加载的数字信号的相邻"l"码的相位也 相差Ji 。
3. 高速W匿光通信系统，包括发送端、接收端，发送端和接收端分别通过发送端波分复 用器和接收端波分解复用器连接在光纤链路上，发送端设有用于产生不同波长线偏振光的 激光器，接收端设有光强度探测器，其特征在于发送端还设有偏振光生成装置，该装置用于将激光器发出的不同波长的线偏振光分别生成两路偏振 态正交的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光；第一、第二光调制器，用于采用偏振态交错码型的方式对数字信号进行编码调制，即将 同一数字信号中相邻的"l"码分别编码调制到第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光 上；偏振合束器或二合一耦合器，用于将不同波长的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向 偏振光合为传输光波，并经发送端波分复用器复用后输出至光纤链路；接收端波分解复用器将经光纤链路传输的传输光波分波后分别输送至光强度探测接 收机。
4. 如权利要求3所述的高速W匿光通信系统，其特征在于还包括第一、第二相位调制 器，分别用于使同一偏振方向的偏振光中加载的数字信号中的相邻"l"码相位相差n 。
5. 如权利要求3或4所述的高速WDM光通信系统，其特征在于所述偏振光生成装置为 偏振分束器、分路器、光开关或偏振旋转器。
全文摘要
本发明公开了一种高速WDM光通信系统及该系统中抑制非线性效应的方法，该方法包括以下步骤，A10、将线偏振光分别生成两路偏振态正交的第一、第二偏振方向偏振光；A20、采用偏振态交错码型对数字信号进行编码调制，即将同一组数字信号中的“1”码分别调制到第一、第二偏振方向偏振光上；A30、将第一、第二偏振方向偏振光合为传输光波，并经发送端波分复用器复用后输出至光纤链路；A40、传输光波经接收端波分解复用器分波后分别输出至光强度探测光接收机。本发明，利用了光波的偏振特性来破坏iFWM的形成条件，与已有方法相比，对激光器的线宽、调制器性能的要求降低，使得抑制iFWM的实际效果更佳。
文档编号H04J14/02GK101795159SQ201010132558
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者张新全, 杨超, 杨铸, 谢德权 申请人:武汉邮电科学研究院