用于400g信号的生成和相干检测的系统和方法
【专利说明】用于400G信号的生成和相干检测的系统和方法发明领域
[0001]本发明的领域是通信系统，并且更具体地，涉及用于400G信号的生成和相干检测的系统和方法。
[0002]引言
[0003]随着基于PM-QPSK的100G相干传输技术以迅猛的速度被商业化，人们认为每个信道400G的传输很可能是用于下一阶段的容量扩大的潜在后继技术之一 \在工业研宄团体当中正集中研宄用于400G传输的技术选择，这些技术选择可以通过增加码元速率、增加联结信道数、增加调制水平数或它们的组合来实现2_4。使用以每波长56G波特的单载波PM-16QAM的方法主要受到诸如电多路复用器、光调制器、以及模数转换器的一系列端到端的装置的带宽不足的限制5。虽然具有减小的或低的带宽需求的方法，如以28G波特的双载波PM-16QAM或以9G波特的5载波PM-32QAM，已经给出了高达8b/s/Hz的频谱效率(SE)，但不幸的是，在不使用特定的超大面积光纤(ULAF)和拉曼放大来处理降低的非线性容忍度和较高的OSNR需求的情况下，可能很难实现所展示的范围从800km到1200km的最大传输距离。另一方面，以奈奎斯特波分复用(N-WDM)的方式将一些已建立的PM-QPSK信道分组被认为是超过100G的实用性解决方案。N-WDM技术依赖于通过光谱滤波的脉冲成形以优化SE和由信道间干扰(ICI)和码元间干扰(ISI)引起的损耗之间的折中，并且所建议的信道间隔和码元速率的比大约为1.1o [xxx]进一步降低所述比以实现较高的SE将要求关于在接收机处的DSP算法的改进以抑制不理想的噪声和线性串扰的线性均衡过程6。
[0004]在本公开中，展示了基于以512Gb/s总信道线性速率的四载波PM-QPSK的400G的生成和传输解决方案。首先，信道/载波间隔与码元速率的比下降到只有0.78，产生4b/s/Hz的净SE。两者之间没有防护频带的两个400G信号在再循环回路上进行传送以模拟由于级联内嵌ROADM引起的带宽变窄效应，该再循环回路包括SMF-28光纤跨距、EDFA和10GHz宽的波长选择开关(WSS)。结果显示，甚至对于处于WSS的通带边缘的信道，也能实现超过2400km的有效距离，且BER低于2xl0_2的软判定预FEC的界限。
发明概要
[0005]本发明的各个方面包括用于在通信系统中生成和检测信号的系统和方法，在一个方面，包括用于400G信号的生成和相干检测的系统和方法。
[0006]在另一个具体方面，以仿真结果和实验结果两者展示了用于基于多模盲均衡(MMBE)的正交双二进制(QDB)频谱成形的偏振复用正交相移键控(PM-QPSK)的一种新颖的数字信号处理(DSP)方案。这种新颖的数字信号处理方案的关键算法包括用于盲偏振解复用的级联多模算法(CMMA)、多模QPSK分割频率偏移估计(FOE)和使用最大似然相位估计的两阶段载波相位恢复(CPR)。最终信号通过最大似然序列检测(MLSD)进行检测，获得数据的BER测量结果。所提出的数字信号处理方案的可行性通过使用用于奈奎斯特WDM信道的25GH带宽的波形成形器的112Gb/s QDB频谱成形的PM-QPSK信号的实验来展示。
【附图说明】
[0007]图1示出了具有4b/s/Hz的净SE的基于四载波PM-QPSK的400G传输的实验设置。
[0008]图2是通过数字T-DAF的9QAM的信号生成的说明。
[0009]图3是背靠背BER曲线的说明。
[0010]图4示出了作为波长偏移的函数的所测量的Q2因子和OSNR衰减。
[0011 ] 图5示出了 BER性能相对于传输距离。
[0012]图6不出了 400G发射机和接收机的设置。
[0013]图7示出了图6中示出的400G发射机和接收机的设置的元件101。
[0014]实验设置和结果
[0015]图1示出了基于以4b/s/Hz的四载波PM-QPSK的400G传输的实验设置，其在再循环回路中包含10GHz的内嵌WSS以研宄最大传输距离和可能潜在地实现或通过的ROADM的最大数目。8个外腔激光器(ECL)被用作CW光源阵列并且将它们分组到间隔为2.5GHz的奇数和偶数信道中。每个信道的线宽小于10kHz并且总的输出功率为14.5dBm。使用50:50的偏振保持光耦合器(OCpm)来合并奇/偶光源。信道调制包括同相/正交相位调制器(IQ调制器)和偏振多路复用器(P-MUX)。每个IQ调制器由两组为32Gb/s的字长为2n-l的去相关伪随机比特序列(PRBS)驱动。此后，通过使用P-MUX将每个QPSK信道的线速率翻倍。在24%的SD-FEC和4%的协议开销的假设下，所有的为128Gb/s的PM-QPSK信道在频谱域中积极地成形并且同时经由25GHz的波长选择开关(WSS)进行合并。所汇总的信道由掺铒光纤放大器(EDFA)进行放大，该EDFA给每个信道提供-1dBm的发射功率。最后，在25GHz的系统网络上生成8xl28Gb/s的信道。这将被视为两条独立的400G(512Gb/s的四载波PM-QPSK)信道，如图1中的插图所示，这两条400G信道之间没有防护频带，并且每条信道占用10GHz的谱宽。
[0016]再循环回路由5个平均跨距损耗为17.5dB并且色散系数为17ps/km/nm的80km的SMF-28的跨距、回路控制开关和两级C频带的EDFA组成。应该指出的是，没有任何内嵌色散补偿模块。更重要的是，为了研宄512Gb/s的四载波PM-QPSK信号针对沿着传输路径的级联变窄滤波效应的容忍度，另一个WSS被放置在回路中，该WSS被设定为10GHz的插分滤波器。两个512Gb/s的信号被提供到WSS的公共端口，然后两个512Gb/s的信号被过滤，并且分别被路由到端口 I和端口 2。通过使用一臂被延迟用于去相关的50:50的0C，这两个信号被再一次重新合并。
[0017]在相干接收机(C0.Rx)之前，3dB带宽为0.4nm的可调光学带通滤波器(OBPF)被使用以选择感兴趣的PM-QPSK信道。C0.Rx的光学前端由线宽小于10kHz的光纤激光振荡器(LO)、用于偏振和相位分集的90度混合光器件(hybrid)和四平衡光电探测器组成。输出波形可以通过使用以50GSa/s和18GHz的带宽操作的模数转换器(ADC)的实时显示器来获取。对于数字信号处理(DSP)，首先，时钟通过使用“平方和滤波”的方法提取，然后数字化的信号基于所恢复的时钟以两倍的码元速率进行重采样。其次，T/2间隔的时域有限脉冲响应(FIR)滤波器被用于电子色散补偿(EDC)。第三，通过使用经典的恒模算法(CMA)用23抽头、T/2间隔的自适应FIR滤波器来完成偏振恢复和残余色散补偿。最后，执行包括通过快速傅里叶变换方法的频率偏移估计和通过四次幂的维特比-维特比算法的载波相位恢复的载波恢复。
[0018]除了那些用于PM-QPSK解调的典型算法之外，在这个特别的研宄工作中，我们额外在载波相位估计阶段之后将线性T间隔的延时和添加滤波器(T-DAF)并入到DSP流程中以抑制由于在提供积极信道滤波时使用线性均衡器所引起的不期望的噪声和线性串扰增强6。这样的T-DAF还使得短时存储长度仅为I的MLSE的使用成为可能，进一步补偿了传输损耗。从星座图点来看，这个T-DAF数字滤波器的效果使初始恢复的4点QPSK转换成9点的正交双二进制信号。这个转换的演变在图2中示出。由于延时和添加效应的结果，
2-ASK同相和正交分量消失并且独立地变为两个3-ASK码元串联。9-QAM信号生成机制可以被认为是在复平面上重叠两个3-ASK向量，并且星座点的大小代表在T-DAF数字滤波之后所生成的点的相对数量。图3示出了存在和不存在为32G波特的相邻信道的BTBBER曲线。在2x1 O^2BER处，单信道和N-WDM情况所要求的OSNR分别为14.9dB和15.8dB。插图分别示出了在N-WDM情况下所接收的为19.2dB OSNR的原始QPSK和双二进制成形的QPSK的星座图。由于在所提出的N-WDM的传输中，信道间隔与码元速率的比低至0.78，则重要的是了解每个PM-QPSK信道和对应的WSS的通带窗口之间的波长偏移对系统性能的影响。图4示出了在BTB单信道测量中，由波长偏移(负偏移示出对称影响)引起的Q2因子和OSNR衰减。使用小于3GHz的波长偏移，Q2因子平均下降0.5dB/GHz，并且它将恶化到1.ldB/GHz且超过3GHz。插图示出了在有和没有波长偏移的情况下的所测量的为128Gb/s的已滤波PM-QPSK信道的光谱。图5示出了在不同信道的多个距离测量点处所测量的BER。BER低于2xl(T2，Ch#2可以被传送超出2800km，而在Ch#4的情况下，最大距离被缩短了 400km。这是因为Ch#4位于WSS的通带边缘，所以Ch#4本身遭受更多带宽变窄损失。然而，明显的是，使用四载波PM-QPSK方法的400G传输在10GHz的系统网络上可至少达到2400km的传输距离，具有4b/s/Hz的净频谱效率。插图示出在2400km的传输之后传送的OSNR为20.4dB的所接收的光谱。
[0019]400G发射机和接收机的设置在图6中示出，该设置具有被标识为101、102、103、104、105和106的元件。更详细的是，图6中的元件101在图7中进行说明。元件的更详细的考虑如下:
[0020]对于101，如图7中所示，激光器可以是任何激光器，诸如分布式反馈激光二极管、线宽小于1MHz的外腔激光器。I/Q调制器由I和Q电信号驱动。I或Q的比特速率可以是25-34Gb/s的二进制开/关键控数据。偏振合束器被用于合并两个偏振信号。相邻的激光器间隔是25GHz，使得对于400Gb/s的信号，其将占据10GHz的间隔。
[0021]对于102，它可以是铰接的光耦合器、光交织器、阵列波导光栅或其他光耦合器。