信號中繼的方法和裝置的製作方法
2023-05-14 07:08:01
專利名稱：信號中繼的方法和裝置的製作方法
技術領域：
在當今的電信領域裡有光網、電網及它們的組合。純光網具有極大的點到點的傳輸容量，但擁有更複雜網絡結構的電網在某些方面更具優越性。原因是複雜網絡需要中繼操作，如光分配、濾波、交換等，以及會導致損耗和因此產生噪聲的放大過程的一般操作。
一個全光網是模擬網，這使得它很難應付中繼操作，如光分配、濾波、交換等等，以及會導致損耗和因此產生噪聲的放大過程的一般操作。
相關技術因為全光網在實現更複雜的網絡結構方面有諸多限制，所以存在有不同類型的電光網結構，其中通信通過光纖連接，但在某些地方和為特定目的，光信號被轉換成電信號並當作電信號處理，隨後它們被再轉換成光信號。其中一個目的例如是沿連接長度對信號進行中繼。
決定網絡傳輸容量的一個因素是誤比特概率。有許多不同的因素影響誤比特概率，其中有，例如，噪聲和色散。色散是指不同波長的信號在光纖裡以不同的速度傳播，在光纖裡傳播的脈衝因此擴散開來，導致碼間串擾。碼間串擾是指相鄰脈衝互相迭加，從而給正確地檢測脈衝帶來更大的風險。
通信網的性能可以部分地用所謂的眼孔圖(Eye OpeningDiagram)來說明。當一個信號被連接到示波器的垂直輸入端，而觸發時間跟碼元同步時，就得到了這樣一個圖。每一碼元掃越較前碼元，它們一起形成眼圖。作為網絡性能的度量，可以根據以下公式定義一個所謂的眼孔損耗(Eye Opening Penalty)，下文中稱為EOP。
EOP＝10log10(B/A) [dB]
其中B表示只有網絡的衰減影響信號的理想情況下眼孔的高，即從零電平到1電平之間的距離。而A表示信號還受到色散等影響時這一高度。如果眼孔縮小，那麼噪聲容限就縮小，誤判決容限也減小。因此EOP越小，網絡性能就越好。
對於例如比特率，通信網還需要是高度透明的。這就是說通信應該適應於大量不同的比特率，即網絡結構不應該對比特率有太苛刻的要求。在另一種情形例如涉及信號協議時，即例如使用何種編碼，同樣要求透明性。因此也需要網絡結構不限制使用的信號協議類型。
發明概述源於光纖色散的噪聲累加以及碼間串擾增大了誤比特概率，從而限制了網絡的傳輸容量。這或多或少給光網的規模帶來了難題，即網絡不能建得足夠大、足夠複雜，還給例如關於比特率的透明性帶來了問題。在非線性電路裡，噪聲可以包括脈衝前沿的計時起伏(信號抖動)和信號電平噪聲(幅度噪聲)。
本發明的一個目的是提供一種方法和一種裝置用於可靠的信號處理，特別是中繼，和通信網中維持低誤比特概率的信息傳輸。
解決上述關於通信網的規模、比特率透明性、噪聲和碼間串擾等的問題也是本發明的一個目的。
解決比特率達到和超過10Gb/s時上述關於規模、透明性、噪聲和色散的問題，仍然是本發明的一個目的。
上述目的是用具有獨立權利要求所陳述的特徵的一種方法和裝置來達到的。本發明其它的特徵和發展在其它的權利要求中給出。
本發明通過使用它包括一個倒相器的簡單的對比特率透明的模擬OEO(光-電-光)電路作為中繼器以及通過在電路中有意引入非線性，來達到上述目的。
根據本發明，採用了一種方法，它包括將被中繼的信號倒相和/或給予非線性和採用了包括倒相器和/或非線性單元的一種裝置。
利用本發明的方法和裝置，可以得到以下好處如果幅度噪聲是主要的誤比特源，脈衝的非線性形成就會使誤比特率(以下稱BER)的累加慢得多。例如當系統帶寬顯著地高於允許的最大比特率時情況就是這樣，因為帶寬的增加減小了信號起伏。脈衝的非線性形成也使得碼間串擾的累加慢得多。碼間串擾累加的這種變慢，也就是網絡性能的進一步提高，是根據本發明通過對信號進行倒相來加強的。這些效應降低了通信網裡傳輸的誤比特概率。另外，不需要信號時鐘。這意味著更多的好處，因為沒有時鐘這一方案實施起來就更加經濟。此外沒有時鐘，傳輸中更容易實現高比特率，關於比特率的網絡透明性也更高。
更進一步地，利用本發明的方法和裝置，就可以使用RZ(歸零)脈衝和NRZ(不歸零)脈衝。網絡關於調製方法的透明性也因此增加了。
對於全光情形也得到了好處，此時可以提供電檢測信號，它方便了通信檢測和尋錯。
附圖簡述為了使本發明容易理解和實現，將參考附圖用實例來說明，圖中相似部件使用相同的數字標識，其中
圖1表示根據本發明第一個實施方案的一個裝置。
圖2表示根據本發明的非線性單元裡非線性函數的一個例子。
圖3表示當幅度噪聲為主時，作為非線性的函數，表示為BER(誤比特率)的噪聲累加。
圖4表示根據本發明第二個實施方案的一個裝置。
圖5表示跟全光情形相比不同非線性狀況時，作為光纖的連接長度的函數，表示為分貝眼孔損耗(以下稱為EOP)的碼間串擾。
圖6表示根據本發明第三個實施方案的一個裝置。
發明詳述圖1表示根據本發明第一個實施方案的一個裝置1.裝置1包括一個連接到光電轉換器4的輸入端3的光輸入端2。光電轉換器4的輸出端5跟濾波器7的輸入6相連。濾波器7的輸出8跟非線性單元10的輸入9相連。非線性單元10的輸出跟放大器13的輸入12相連。放大器13的輸出14跟電光轉換器16的輸入15。電光轉換器16的輸出17跟裝置1的輸出18相連。
根據這一實施方案，非線性單元10放在濾波器7和放大器13之間，但用技術領域裡眾所周知的方式，將非線性單元10放在裝置1的鏈上其它位置的其它實施方案也是可以想到的。用技術人員所熟知的不同方式組合，各組成部分互相包含的其它實施方案同樣是可以想到的。例如，放大器13和濾波器7可以包括在同一個單元裡。放大也可以分成幾個放大器，放大器13或一些放大器可以包括放大倍數的自動調整。不同的單元也可以用眾所周知的方式按不同順序級聯。
根據這一實施方案，非線性在於電範疇。然而根據本發明，還可以例如將非線性置於光範疇。例如，電光轉換器16可以包括非線性單元10的功能。再一個可能性則是將本發明的所有功能全部移到光範疇。此時光電轉換器4和電光轉換器16都被去掉，其它組成都成了光部件。
裝置1可以在光通信網裡用作中繼器。此時裝置1的輸入2和輸出18都跟光纖相連(沒有畫出)，在這裡光纖上的信號需要中繼，因為連接線路太長。輸入端2收到的光信號被光電轉換器4轉換成電信號。電信號被濾波器7濾波。濾波器7可以是一個純低通濾波器，但也可以使用眾所周知的其它濾波器類型。用眾所周知的方法改變裝置中各組件的相對位置也是可以的。
濾波器7的輸出端8輸出的信號被送給非線性單元10，在那裡對信號被有意加入了非線性。非線性單元10有一個傳輸函數f(x)，它的輸出信號是輸入信號的非線性響應，該響應可以是，但不必是，非二進位的。信號然後被放大器13放大，並被電光轉換器16再轉換回光信號。這樣得到的光信號被重新發射，通過裝置1的輸出18送到光纖連接裡(沒有畫出)。
利用本發明這一實施方案的方法，由於噪聲和碼間串擾被抑制，誤比特概率得到了降低，這一結果是在幅度噪聲佔主導地位時由非線性脈衝形成引起的。
圖2表示非線性單元10的函數。這裡x表示非線性單元10的輸入端9的輸入信號，f(x)表示輸出端11的信號。圖中具有常數斜率的一條直線表示純線性情形，而純階越函數則表示完全非線性。所以，該圖形是部分非線性的一個例子。可以根據下式由此定義一個非線性係數γ。
γ＝0對應於完全非線性情形，而γ＝1.0則表示完全線性情形。這些方程按照本發明非線性單元10的一個實施方案來定義γ。對技術人員來說，許多其它定義也是可行的，它們都在某種程度上基於以下事實，那就是γ對應於邏輯「0」和邏輯「1」之間過渡區域的那部分空間。
圖3表示有大約10個中繼器的鏈路上幅度噪聲累計引起的BER(誤比特率)，它是通過非線性單元10加在信號上的非線性性的函數。如果幅度噪聲是誤比特的主要來源，那麼由於噪聲抑制，根據本發明加在信號上的非線性就會使誤比特概率降低。在完全非線性即γ＝0時，這一結果最好，但即便是不完全的非線性，結果仍然不錯。在高比特率情況下難以實現完全非線性，因而這一方案意味著極大的優勢。根據本發明可以利用非線性的噪聲抑制效應，而不會直接限制比特率。網絡比特率的透明性也就不會因此而受到限制。
利用本發明的方法和裝置，降低了通信網裡傳輸的誤比特概率，因此信號不再需要同步。這意味著更大的優勢，因為沒有同步信號的方案實施起來更經濟。另外，高比特率傳輸時沒有同步信號方案實施起來也更加簡單，而且網絡關於比特率的透明性也更高。
圖4表示根據本發明第二個實施方案的裝置41。裝置41包括跟本發明第一個實施方案裡裝置1裡相同、用相似方法連接的部件，差別是它還包括一個倒相器21。根據這一實施方案倒相器21連接在濾波器7和非線性單元10之間，但對技術人員來說熟知的其它位置也是可以的，倒相器21的輸入20跟濾波器7的輸出8相連，倒相器21的輸出22則跟非線性單元10的輸入9相連。跟第一個實施方案一樣，這一實施方案也可以有其它的變化。
裝置41的功能跟裝置1的相似。除了上述噪聲抑制給誤比特概率帶來的良好效應以外，通過倒相進一步降低了誤比特概率，也抑制了光纖上的色散效應。這又降低了碼間串擾，因而又進一步地降低了誤比特概率。
圖5表示第二實施方案中本發明的不同非線性性情形下，用分貝眼孔損耗(以下稱為EOP)表示的碼間串擾，它是連接光纖公裡長度的函數。最佳結果出現在完全非線性情形，但如同前面所述在高比特率(高於10Gb/s)時這很難實現。對於光纖長度小於1500km、中繼器間距離為30km的通信連接，該圖則說明如果非線性係數γ≤0.5，那麼EOP≤1.5dB。對於光纖長度小於1500km的通信連接，如果非線性係數γ≤0.3，那麼EOP≤1.0dB。
圖6表示根據本發明第三個實施方案的裝置61。裝置61包括的部件與根據本發明的第二個實施方案的裝置41的一樣，它用同樣的方式組合，差別是去掉了非線性單元10，而且倒相器21的輸出22直接跟放大器13的輸出12相連。跟前面的第一實施方案裡介紹的一樣，對於這一實施方案，一些變化也是可以想像的。
權利要求
1.一種網絡中用於信號中繼的方法，包括- 將要中繼的信號進行倒相和/或加上非線性。
2.權利要求1的方法，其特徵在於非線性的應用是通過利用非線性係數≤0.5(γ≤0.5)的非線性、非二進位的傳輸函數來實現的。
3.權利要求1的方法，其特徵在於非線性的應用是通過利用非線性係數≤0.3(γ≤0.3)的非線性、非二進位的傳輸函數來實現的。
4.以上權利要求中任意一個的方法，其特徵在於要中繼的信號是比特率≥10Gb/s的數據比特流。
5.以上權利要求中任意一個的方法，其特徵在於系統帶寬顯著大於允許的最大比特率。
6.以上權利要求中任意一個的方法，其特徵在於被中繼的信號維持眼孔損耗≤1.5dB(EOP≤1.5dB)。
7.以上權利要求中任意一個的方法，其特徵在於被中繼的信號維持眼孔損耗≤1.0dB(EOP≤1.0dB)。
8.一種用於減小信號傳輸中誤比特概率的方法，包括- 利用非線性、非二進位的傳輸函數，給信號加上不完全的非線性。
9.權利要求8的方法，其特徵在於非線性函數有一個非線性係數小於或等於0.5(γ≤0.5)的非線性函數。
10.權利要求8的方法，其特徵在於非線性函數有一個非線性係數小於或等於0.3(γ≤0.3)的非線性函數。
11.用於在光電網裡的信號中繼方法，包括以下步驟- 接收並轉換光信號到電信號；- 將電信號倒相和/或加上非線性；- 將電信號轉換成光信號；和- 再發射該光信號，以上步驟不必按給定順序完成。
12.電光網中信號中繼的方法，包括以下步驟a- 接收光信號並轉換成電信號；b- 濾波電信號；c- 倒相電信號；d- 利用非線性傳輸函數有意給信號加上非線性；e- 將電信號進行放大；f- 將電信號轉換成光信號；和g- 再發射該光信號，其中步驟b～e不必按給定順序完成。
13.電光網絡中信號中繼的方法，包括以下步驟a- 接收光信號並轉換成電信號；b- 濾波電信號；d- 利用非線性傳輸函數有意給信號加上非線性；e- 將電信號進行放大；f- 將電信號轉換成光信號；和g- 再發射該光信號，其中步驟b、d和e不必按給定順序完成。
14.通信系統中的中繼器，包括- 至少一個倒相器(21)和/或至少一個非線性單元(10)。
15.權利要求14的中繼器，其特徵在於非線性單元(10)的非線性函數是非二進位的，而且有一個小於或等於0.5(γ≤0.5)的非線性係數。
16.權利要求14的中繼器，其特徵在於非線性單元(10)的非線性函數是非二進位的，而且有一個小於或等於0.3(γ≤0.3)的非線性係數。
17.權利要求14～16中任意一個的中繼器，其特徵在於被中繼的信號維持眼孔損耗≤1.5dB(EOP≤1.5dB)。
18.權利要求14～16中任意一個的中繼器，其特徵在於被中繼的信號維持眼孔損耗≤1.0dB(EOP≤1.0dB)。
19.光電通信網中的中繼器，包括- 光電轉換器(4)；- 濾波器(7)；- 倒相器(21)；- 具有非線性傳輸函數的非線性單元(10)；- 放大器(13)；和- 電光轉換器(16)；不需要按給定順序。
20.光電通信網中的中繼器，包括- 光電轉換器(4)；- 濾波器(7)；- 具有非線性傳輸函數的非線性單元(10)；- 放大器(13)；和- 電光轉換器(16)；不需要按給定順序。
21.信號傳輸中用於減小誤比特概率的裝置，其特徵在於具有不等於1.0(γ≠1.0)的非線性係數的傳輸函數。
22.權利要求21的裝置，其特徵在於非線性係數小於或等於0.5(γ≤0.5)。
23.權利要求21的裝置，其特徵在於非線性係數小於或等於0.3(γ≤0.3)。
全文摘要
本發明提供一種方法和裝置,用於光電網中低誤比特概率的信號中繼。該方法包括以下步驟:接收光信號並轉換到電信號;對信號進行倒相和/或將非線性加在電信號上;將電信號轉換成光信號;進一步發射光信號。
文檔編號H04B10/29GK1244981SQ9718135
公開日2000年2月16日 申請日期1997年11月7日 優先權日1996年11月18日
發明者L·泰倫, E·貝裡林德, P·厄倫 申請人:艾利森電話股份有限公司