光通信系统以及方法与流程

常规地，光数据信号的失真和/或光数据通道之间的串扰借助于数字电子信号处理来补偿。例如，数字信号处理方法用于补偿通过使用不同的空间模式的光纤(即，在模分复用系统中)提供的光通道之间的串扰。例如，s.randel等人在2012年美国加利福尼亚州洛杉矶市的光纤通信会议(opticalfibercommunicationconference)上发表的“mode-multiplexed6x20-gbdqpsktransmissionover1200-kmdgd-compensatedfew-modefiber”公开了这样的电子补偿方法。

然而，电子补偿需要复杂的算法并因此需要相当大的处理能力，这限制了以高数据速率进行实时补偿。此外，在波分复用系统中，必须对所涉及的所有波长执行电子补偿，这需要更复杂且因此昂贵的电子补偿系统。

本发明的目的是提供，特别是在高数据速率下对失真和/或串扰补偿进行简化的通信系统和方法。

根据本发明，提供了一种光通信系统，包括：

至少两个光通道，其用于传送光数据信号；

至少一个滤光器装置，其用于补偿经由光通道传送的光数据信号的失真和/或光通道之间的串扰，

其中，滤光器装置包括分配给其中一个光通道的至少一个滤光器以及分配给另一个光通道的至少一个滤光器，

其中，每一个滤光器都能够被配置为使得输入的光信号的不同波长分量被单独修改。

因此，根据本发明，在光域而不是在电子域中执行信号处理(即失真和/或串扰补偿)。例如，这使得能够在不具有高电子处理能力的高数据速率传输期间进行补偿。而且，光学补偿可以针对多个波长同时执行，即是，可以在涉及以高数据速率进行波分复用的复用方案中容易地实现补偿方案。

根据本发明的实施方式，通过以下提供至少两个光通道：a)通过空间上分离的光路提供(实现空分复用方案)，b)通过使用具有不同偏振的至少两个光载波提供(实现偏振分割复用方案)，和/或c)通过使用具有不同轨道角动量状态(oam状态)的至少两个光载波提供(实现oam分割复用方案)。

反过来，空间上分离的光路可以通过使用下述来实现：至少两个光学自由空间波、至少两个空间上分离的光学波导、至少两个芯的多芯光纤和/或至少两种模式的光纤(例如，少模光纤)。当然，上述复用方案可以彼此组合和/或与其他复用方案(例如，波分复用或时分复用)组合。此外，应注意的是，至少两个数据通道可以用于传送相同的光数据信号(例如，用于使用例如自由空间光学器件的相干组合方案)。

此外，滤光器装置可以被配置为使得输入的光信号的不同波长分量的相位和/或幅度被单独修改。例如，滤光器是可编程滤光器，其传输特性(包括幅度和/或相位)可以被配置。可编程滤光器可以由被配置成执行输入的光的空间傅里叶变换的装置提供。应注意的是，“输入的光”可以是经由其中一个光通道传送的数据信号或者数据信号的一部分。

例如，可编程滤光器是波形成形器装置的一部分(例如，菲尼萨的波形成形器(finisarwaveshaper)4000s或16000s)。这种波形成形器装置包括光栅，其中，耦合到装置中的光在光栅处被反射并且成角度地分散，其中，光的波长分量被引导到开关元件(例如，液晶硅元件)的不同部分。通过使用(例如，视频处理)算法，开关元件修改波长分量的幅度和/或相位。经修改的波长分量从开关元件被引导到波形成形器装置的输出端口。因此，滤光器装置的波长(或频率)分辨率由波形成形装置(例如，其光栅)的光谱分辨率限定。例如，分辨率约为1ghz。

此外，根据本发明的光通信系统可以包括用于复用至少两个输入信号的复用器(例如，空间复用器)，其中，滤光器装置用于预补偿，其中，滤光器装置的输出信号被用作提供给复用器的输入信号。也就是说，滤光器装置可以是光通信系统的发射器单元的一部分。

光通信系统还可以包括解复用器，其中，滤光器装置用于补偿经解复用的信号(例如，mimo通道对信号的减损)，其中，解复用器的输出信号被提供给滤光器装置。例如，滤光器装置是光通信系统的接收器单元的一部分。当然，光通信系统可以包括两个滤光器装置，其中，第一滤光器装置是通信系统的发射器单元的一部分，并且第二滤光器装置是通信系统的接收器单元的一部分。

滤光器装置还可以被配置成用于接收l个输入信号并且用于生成m个输出信号，其中，滤光器装置包括l×m个滤光器。

此外，滤光器装置可以包括l个分光器，其中，每个分光器将输入信号分成m个光学部分信号，每个光学部分信号被提供给其中一个滤光器。

滤光器装置还可以包括m个光组合器，其中，每个光组合器对多个(例如，l个)滤光器的输出进行组合。

应注意的是，当然还可以想到的是，除了由滤光器装置提供的光学补偿之外，光通信系统还包括用于执行数字电子补偿的硬件。

本发明还涉及一种通信方法，特别是使用光通信系统的通信方法，方法包括下述步骤：

经由至少两个光通道传送光数据信号；

使用至少一个滤光器装置补偿经由光通道传送的数据信号的失真和/或光通道之间的串扰，

其中，滤光器装置包括分配给其中一个光通道的至少一个滤光器以及分配给另一个光通道的至少一个滤光器，并且其中，每一个滤光器能够被配置为使得输入的光信号的不同波长分量被单独修改。

可以使用针对至少两个光通道的校准测量的结果来设置滤光器的光学特性(例如，其传输和/或相移表现)。可以使用针对至少两个光通道的通道估计方案来执行校准测量。

例如，通道估计方案包括：经由两个光通道发送通道估计序列。根据本发明的变型的实施方式，经由其中一个光通道发送第一通道估计序列，并且经由另一个光通道发送第二通道估计序列，其中，第一通道估计序列能够与第二通道估计序列区分开。例如，可以在第一光通道和第二光通道上发送用于通道估计的正交序列，或者可以在第一光通道和第二光通道上以正交时间间隔发送序列。

校准测量的另一示例是：在一个发射器处使用调制频率扫描激光源，并且在一个接收器处和/或在所有接收器处同时使用测量信号的幅度和/或相位的检测器。对所有成对的发射器和接收器执行校准测量。

还可以(在通信系统的操作期间)使用至少一个滤光器的输出信号来自适应地设置滤光器的光学特性。附加地或作为替选，例如，可以在通信系统的操作期间执行如上的校准测量。

除了对至少两个光通道的校准测量之外或者作为替选，可以存在用于滤光器本身的校准测量和校准程序。

参照附图更详细地说明本发明的实施方式，附图示出了：

图1是示出根据本发明的实施方式的光通信系统的接收器部分的图；

图2是根据本发明的光通信系统的示意图；以及

图3是进一步示出图2中描绘的光通信系统的图。

图1描绘了根据本发明的光通信系统的接收器部分1。光通信系统包括少模光纤2，其中，光数据信号经由不同模式的少模光纤2传送。少模光纤2因此提供多个空间上分离的光路，这些光路形成由光通信系统提供的不同光通信通道的一部分。当然，替代或除了少模光纤2，可以使用其他装置来提供光数据通道，所述其他装置例如具有至少两个空间上分离的芯的至少一个多芯光纤。还可以采用自由空间传输而不是使用少模光纤2或偏振分割复用，其中，可以设置偏振分束器以生成不同偏振的载波。上面已经论述了用于提供光通信系统的光通信通道的可能装置。此外，波分复用信号可以经由空间上分离的光路传送，从而对空分复用和波分复用进行组合。

使用空间解复用器3对经由少模光纤(fmf)2传送的光数据信号进行解复用，其中，经解复用的信号被输出到三个单模光纤(smf)41至43。当然，多于三个的光通道可以进行传送并且因此可以传送多于三个的不同光数据信号，使得可以采用多于三个的单模光纤41至43。

注意，不一定需要将单模光纤分别用作光均衡器与复用器和接收器之间的互连。相反，如上所述的自由空间、波导或多模耦合布置可能也适合。

解复用器3的输出信号经由单模光纤41至43被提供至形式为光学mimo均衡器5的滤光器装置。光学mimo均衡器5包括三个分光器51至53，其中，分光器51至53中的每一个接收单模光纤41至43中的一个的输出，并且将接收的光分成部分信号。部分信号中的每一个又被提供至光学mimo均衡器5的多个滤光器ofij中的一个。滤光器ofij的输出信号被馈送到组合器61至63中，其中，组合器61至63的输出端口连接到另外的单模光纤71至73。单模光纤71至73将组合器61至63的输出信号提供给接收器rx1至rx3。在经由少模光纤2传送波分复用信号的情况下，接收器rx1至rx3可以是波分复用接收器。

滤光器ofij是可编程滤光器，并且如上所述是波形成形器装置的一部分。更具体地，可以独立地调节每一个的滤光器ofij的传输特性，即是，幅度和/或相位，其中，可以单独修改提供至滤光器ofij的光的波长分量。具体地，根据通信系统下的mimo矩阵系数hij来设置滤光器ofij的特性。mimo矩阵描述了通信系统的传输特性，即是，多个输入(发送)信号与多个输出(接收)信号之间的函数关系。可以使用如上所述的通道估计方案来估计mimo矩阵系数hij。

因此，通过单独调节每一个滤光器ofij的滤光器特性，可以补偿光通道之间的失真和/或串扰。例如，通过调节滤光器ofij(相应地i≠j)来补偿mimo矩阵的串扰成分(即，mimo矩阵系数hij，i≠j)。例如，可以根据mimo矩阵的倒数的系数来设置滤光器ofij的特性。

应注意的是，根据图1的光通信系统包括三个输入信号(由图1中未示出的三个发射器生成)和三个输出信号(由接收器rx1至rx3接收的信号)，其中，设置了三个光通信通道(忽略不被视为通信通道的串扰通道)。因此，光通信系统可以被描述为3×3mimo系统。然而，本发明当然不限于特定数目的输入信号或输出信号。相反，本发明可以在具有任何数目的输入信号和输出信号的任何mimo系统(即，n×mmimo系统)中实现，例如，参见图2。

图2示出了根据本发明的光通信系统10的实施方式。系统10包括接收器部分1，该接收器部分1可以与图1中所示的接收器部分相同地配置(即是，包括mimo均衡器5)。然而，接收器部分1可以包括任何数目的接收器rxj，j＝1，...，m。

光学系统10还包括发射器部分10，发射器部分10具有多个发射器txi，i＝1，...，n。由发射器txi生成的数据信号借助于空间复用器30被复用到少模光纤2中。发射器txi可以进一步被配置成用于发射波分复用信号，这些波分复用信号经由由少模光纤2提供的空间上分离的光路传送。注意，可以使用如上所述的其他光传输介质。

在发射器txi与复用器30之间布置了形式为mimo预均衡器50的另一滤光器装置。mimo预均衡器50与接收部分1的mimo均衡器5类似地(或甚至相同地)配置，即是，预均衡器50包括用于单独过滤光数据信号的多个可编程滤光器。预均衡器50的可编程滤光器也可以由波形成形器单元提供。

预均衡器50的可编程滤光器用于对由发射器txi生成的光学信号单独地进行滤波，其中，可编程滤光器的特性根据与针对图1中描绘的mimo均衡器5如上所述的光学通信系统100相关的mimo矩阵系数hij来设定。例如，可以利用基于mimo矩阵系数hij的奇异值分解的mimo处理来确定可编程滤光器的所需特性。因此，借助于光通信系统100来传送的光数据信号之间的失真和/或串扰不仅在接收器部分1中被补偿，而且还在发射器部分10中也被补偿。

当然，还可以想到的是光通信系统100仅包括单个mimo均衡器(即，发射器部分10的mimo预均衡器50或者接收器部分1的mimo均衡器5)。例如，如果光通道的相干时间大于从接收器rxj向发射器txi发送通道状态信息的反馈时间，则mimo预均衡器50可以避免在接收器部分1处对mimo均衡器5的需要。

如图3所示，mimo预均衡器50可以被配置成用于将由发射器txi生成的n个信号映射到提供给空间复用器30的k个信号上。空间解复用器3可以被配置成生成l个信号，使得空间复用器30与解复用器3之间的光通信链路可以被视为k×lmimo系统。

此外，接收器部分1的mimo均衡器5将输入的l个信号映射到馈送到接收器rxj的m个信号上。因此，mimo均衡器5可以包括l×m个滤光器，而mimo预均衡器50可以包括n×k个滤光器。