用於光纖非線性減輕的方法和裝置的製作方法
2023-12-11 16:13:42 1
專利名稱：用於光纖非線性減輕的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及光通信，尤其涉及對非線性光傳輸具有改進容限這一效果的光學信號的產生和檢測。
背景技術：
在超過每波長lTb/s的光纖光傳輸中已經展示了相干光正交頻分復用(Coherentoptical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, C0-0FDM)。光纖非線性對於實際實施C0-0FDM是一個突出的障礙。常規的想法是OFDM具有高的峰值平均功率比(peak-to-average powerratio, P APR),並且因為使信號失真的光纖內的非線性效應與光功率成比例，C0-0FDM必將遭受更大的信號失真
發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種經由非線性光學信道來傳輸數字信息的方法，該方法包括以下步驟接收包括該數字信息的至少一部分的數據；從該數據產生多個頻域標記；將每個標記分配給預定的多個頻率子帶中的一個；生成包括多個子帶的光學信號；以及經由上述的非線性光學信道來傳輸該光學信號，其中預先確定多個頻率子帶以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在非線性光學信道內的非線性光學畸變。該方法可以包括進一步的步驟處理頻域標記以降低所傳輸的光學信號的峰值平均功率比(peak-to-average power ratio, PAPR)。PAPR減小算法可以分離地應用於每個頻率子帶。在各個實施例中，該算法從包括以下算法的組中選擇離散傅立葉變換擴展(discrete Fourier transformspreading, DFT-s)算法、選擇映射算法和動態星座圖擴展算法。預先確定多個子帶可以包括例如通過理論原理計算或計算機模擬來計算子帶的數量。替換地，預先確定多個該子帶可以包括經由非線性光學信道來傳輸多個訓練信號，每個訓練信號包括預定的數據值並且具有不同數量的子帶；在經由非線性光學信道傳輸後檢測每個訓練信號；處理每個所檢測的信號以恢復所接收的數據；通過將所接收的數據值與訓練信號的預定數據值進行比較來確定每個所檢測的訓練信號的比特誤碼率；以及使用所確定的比特誤碼率來確定預定的多個子帶。在實施例中，每個子帶具有單個載波。各個子帶的該單個載波可以光譜上限制在各自子帶內。在實施例中，光學信號可以是光學正交頻分復用(optical orthogonal frequencydivision multiplexed, 0-0FDM)信號。根據本發明的又一方面，提供一種接收經由非線性光學信道在光學信號中傳輸的數字信息的方法，該光學信號包括預定的多個子帶，每個子帶分配有從包括數字信息的至少一部分的數據所產生的多個頻域標記，該方法包括以下步驟檢測光學信號；處理所檢測的光學信號以恢復分配給上述預定的多個頻率子帶中的每個的頻域標記；以及處理該頻域標記以恢復所接收的數據，其中預先確定多個頻率子帶以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在非線性光學信道內的非線性光學畸變。在一些實施例中，在使用適配成降低所傳輸的光學信號的峰值平均功率比(PAPR)的算法經由非線性光學信道進行傳輸前已處理頻域標記，且處理該頻域標記以恢復所接收的數據的步驟包括施加適於使如下算法的效果逆轉的逆算法，該算法適配成降低所傳輸的光學信號的PAPR。該逆算法可以從包括以下算法的組中選擇逆離散傅立葉變換擴展(IDFT-S)算法、逆選擇映射算法以及逆動態星座圖擴展算法。在實施例中，每個子帶具有單個載波。各個子帶的該單個載波可以光譜上限制在各自子帶內。在實施例中，該光學信號是光學正交頻分復用(O-OFDM)信號。 根據本發明的又一方面，提供一種經由非線性光學信道來傳輸數字信息的裝置，該裝置被設置為與包括數字信息的至少一部分的輸入數據一起使用，該裝置包括頻域標記生成器，被配置為從輸入的數據產生多個頻域標記，以及將每個標記分配給預定的多個頻率子帶中的一個；時域信號發生器，該時域信號發生器操作地耦合到頻域標記生成器，且被配置為產生包括多個子帶的隨時間而變化的信號；以及光源，該光源具有操作地耦合到該時域信號發生器的至少一個調製輸入，且被配置為以隨時間而變化的信號調製光學載波以產生包括多個子帶的相應的光學信號，其中預先確定多個頻率子帶以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在非線性光學信道內的非線性光學畸變。該裝置還可以包括峰值平均功率比(PAPR)降低單元，該峰值平均功率比降低單元操作地耦合到該頻域標記生成器，且被配置為處理該頻域標記以降低所傳輸的光學信號的峰值平均功率比(PAPR)。該逆算法可以從包括以下算法的組中選擇逆離散傅立葉變換擴展(IDFT-S)算法、逆選擇映射算法和逆動態星座圖擴展算法。根據本發明的又一方面，提供一種接收經由非線性光學信道在光學信號中傳輸的數字信息的裝置，該光學信號包括預定的多個子帶，每個子帶分配有從包括數字信息的至少一部分的數據所產生的多個頻域標記，該裝置包括檢測器，被配置為檢測該光學信號；處理器，被配置為處理所檢測的光學信號以恢復分配給上述的預定的多個頻率子帶中的每個的頻域標記，並且處理該頻域標記以恢復所接收的數據，其中預先確定多個頻率子帶以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在非線性光學信道內的非線性光學畸變。可以在使用適配成降低所傳輸的光學信號的峰值平均功率比(PAPR)的算法經由非線性光學信道進行傳輸前處理頻域標記，該處理器還被配置為通過施加適於逆轉如下算法的作用的逆算法來處理該頻域標記以恢復所接收的數據，該算法適配成降低所傳輸的光學信號的PAPR。該逆算法可以從包括以下算法的組中選擇逆離散傅立葉變換擴展(IDFT-S)算法、逆選擇映射算法和逆動態星座圖擴展算法。從以下對本發明的實施例的描述中，對於光通信領域的技術人員而言，本發明的進一步的特徵、好處和優點將是明顯的，應理解本發明的實施例是僅作為示例來提供的，其不應被視為限制以上任何陳述或者所附權利要求中所限定的本發明的範圍。
參考附圖描述實施例，其中圖I是根據本發明實施例的光傳輸器的框圖；圖2是包括圖I的傳輸器的傳輸系統的實施例的示意圖；圖3是根據本發明實施例的光接收器的框圖；圖4是示出了傳輸光纖的一個跨距導致的四波混頻效率係數Il1的·
圖5是示出了相位陣列作用導致的Π 2的圖；圖6示出了實施本發明的多頻帶DFT擴展OFDM的概念圖；圖7是實施本發明的相干光多頻帶DFT-S-OFDM系統的框圖；圖8示出了根據本發明實施例的發射功率在4和6dBm的作為頻帶數量的函數的Q係數；圖9和圖10示出了本發明的實施例和現有技術系統之間的分別作為單信道和8信道WDM傳輸的光纖發射功率的函數的Q係數比較；圖11示出了作為在10_3的BER處針對8信道WDM傳輸的光纖發射功率的函數的、光纖非線性導致的本發明的實施例和現有技術系統之間的Q代價比較；圖12和圖13各自示出了實施本發明的各個方法的流程圖。
具體實施例方式圖I是根據本發明的示例性實施例的配置為傳輸光學頻分復用信號的光發射器10的框圖。如圖2所示，該發射器可以形成為系統24的一部分。該系統24包括處於一個位置的發射器10，以及處於遠離發射器10的位置的相應的光接收器30。發射器10和接收器30通過光纖鏈路26連接。光發射器10在光纖鏈路26內產生相對於來自常規發射器的光學信號具有對非線性光學畸變的改進容限的光學信號12。通常，光纖鏈路26由多個跨距的光纖組成，並且包括補償傳輸損耗的光放大器。該光纖鏈路也可以包括諸如與一個或更多的傳輸跨距有關的若干長度的色散補償光纖(dispersion compensating fiber,DCF)的色散補償元件。示例性發射器10具有配置為以數字比特的形式接收數據16的數據接收器14以便於通過光鏈路26傳輸。發射器10包括與數據接收器14通信的頻域標記生成器17，其被配置為從數據16產生多個頻域標記(frequency domain symbol)。每個標記通過頻域信號發生器17被分配給多個頻率子帶中的一個。該發射器還包括與頻域標記生成器17通信的光學信號發生器18，其被配置為從多個子帶產生用於傳輸的光學信號。光學信號發生器18處理頻域標記，使得光學信號12的峰值平均功率比降低。因為非線性失真與PAPR成比例，所以降低PAPR就降低了鏈路26內的光學信號的非線性失真。在替換的布置中，該頻域標記的處理可以發生在該頻域生成器或者附加的單元中。在一個實施例中，通過位於光學信號發生器內的DFT擴展單元20分離地將DFT擴展算法施加到每個頻率子帶來降低PAPR。在替換的實施例中，可以使用選擇映射算法、動態星座圖擴展算法或者數字通信領域公知的任何其它合適的算法來實現PAPR的降低。所實現的非線性光學畸變的降低大體上取決於子帶的數量。在發射器10中，例如當配置具有諸如色散和非線性的未知光學性質的新的物理光學鏈路時，與頻域標記生成器17通信的子帶確定器22確定子帶的最優數量。子帶確定器22將對生成器17產生多少子帶進行控制的子帶量信息發送給頻域標記生成器。在與新的鏈路連接時，子帶確定器使頻域標記生成器17和/或光學信號發生器18暫時以訓練模式操作、以確定數據傳輸期間要使用的子帶的數量。在這個模式中，光學訓練信號被傳輸，攜帶著在接收器處已知的預定數據。每個訓練信號具有不同數量的子帶。在光學鏈路的接收端，檢測每個訓練信號，並且確定每個所檢測的光學測試信號的比特誤碼率。然後各個訓練信號的比特誤碼率信息例如經由分離的信道被傳輸回發射器10，並且被傳送到子帶確定器22。子帶確定器22選擇屬於具有最低比特誤碼率的信號的子帶的數量，並且 將頻域標記生成器17配置為使用所選擇的量的子帶。例如，如果檢測到所接收的比特誤碼率降低，或者如果鏈路屬性或配置發生改變，在系統24操作期間可以重複訓練。圖3示出了配置為接收光學信號12的光接收器30的框圖。光接收器30可以用作圖2示出的系統24中的接收器。接收器30包括檢測器32和與檢測器32通信的處理器34，處理器34被配置為處理所檢測的信號並恢復所傳輸的數據。所恢復的數據被轉換成在一個或更多的電輸出埠 38輸出的一系列數字位36。處理器34包括將逆算法應用於所檢測的信號、從而使在發射器10中執行的算法失效的逆PAPR降低單元40。在本實施例中，逆算法是逆離散傅立葉變換擴展(IDFT-S)算法。然而，在替換的實施例中，它可以是逆選擇映射算法或者逆動態星座圖擴展算法等。一般地，該逆算法與發射器中使用的算法相對應。在當前所公開的實施例中,所傳輸的信號12是光學正交頻分復用(O-OFDM)信號，該信號提供了以下特性(i)使用OFDM幀填充每個子帶內的如單載波的頻譜；(ii)OFDM有助於保持相鄰頻帶之間的正交性以及隨後避免頻帶間串擾。對於諸如100Gb/s和超過100Gb/s的超高速系統，光纖色散起著關鍵的作用，引起副載波之間的快速離散(walk-off)。由於光纖鏈路色散，這種信號的PAPR在傳輸期間是瞬態的，從而致使發射器處的PAPR降低是無效的。相反，本發明人已經發現，如果在子帶基礎上執行PAPR減輕方法，每個子帶具有窄得多的帶寬，並且每個子帶內的信號能夠在比較長的距離上相對地不失真。這引起了更少的頻帶間和頻帶內的非線性。即，在子帶基礎上的PAPR降低比在整個OFDM頻譜基礎上的PAPR降低更有效。該發明人還指明存在其中應該執行PAPR減輕的最優子帶帶寬。一方面，如果子帶帶寬太寬，由於光纖色散，PAPR降低不會有效。另一方面，如果子帶太窄，相鄰頻帶就像窄間距OFDM副載波那樣相互作用，從而由於窄的子帶間距而產生大的頻帶間串擾以及引起巨大的代價。頻帶間串擾的一個來源是四波混頻(four-wave mixing,FWM)。由於三階光纖非線性，在頻率A、fj和fk處的副載波的相互作用在頻率fg = fi+fj-fk處產生混頻乘積。針對Ns跨距的光纖鏈路的四波混頻乘積的幅度由下式給出P,P/ke^n
其中，Dx是對非簡併 FWM (non-degenerate FWM)等於 6 且對簡併 FWM(degenerateFWM)等於3的退化係數(degeneration factor)。Pi,k是在頻率fi,k處的輸入功率、α和L分別是每跨距的損耗係數和光纖長度、Y是光纖的三階非線性係數、Leff是有效光纖長度，其由下式給出
權利要求
1.一種經由非線性光學信道傳輸數字信息的方法，包括以下步驟 接收包括所述數字信息的至少一部分的數據； 從所述數據產生多個頻域標記； 將每個標記分配給預先確定的多個頻率子帶中的一個； 產生包括所述多個子帶的光學信號；以及 經由所述非線性光學信道來傳輸所述光學信號， 其中，預先確定所述多個頻率子帶，以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在所述非線性光學信道內的非線性光學畸變。
2.如權利要求I所述的方法，還包括步驟處理所述頻域標記，以降低所傳輸的所述光學信號的峰值平均功率比(PAPR)。
3.如權利要求2所述的方法，其中，處理所述頻域信號包括將PAPR降低算法分離地應用於每個頻率子帶。
4.如權利要求3所述的方法，其中，從包括以下算法的組選擇所述算法離散傅立葉變換擴展(DFT-s)算法、選擇映射算法以及動態星座圖擴展算法。
5.如權利要求I所述的方法，其中，預先確定所述多個子帶包括計算子帶的數量。
6.如權利要求I所述的方法，其中，預先確定所述多個子帶包括 經由所述非線性光學信道傳輸多個訓練信號，每個訓練信號包括預定數據值並且具有不同數量的子帶； 在經由所述非線性光學信道傳輸後檢測每個訓練信號； 處理每個所檢測的信號以恢復所接收的數據； 通過將所接收的數據值與所述訓練信號的所述預定數據值進行比較來確定每個所檢測的訓練信號的比特誤碼率；以及 使用所確定的所述比特誤碼率來確定預先確定的所述多個子帶。
7.如權利要求I所述的方法，其中，所述光學信號是光學正交頻分復用(O-OFDM)信號。
8.一種接收經由非線性光學信道在光學信號中傳輸的數字信息的方法，所述光學信號包括預先確定的多個子帶，每個子帶分配有從包括所述數字信息的至少一部分的數據所產生的多個頻域標記，所述方法包括以下步驟 檢測所述光學信號； 處理所檢測的所述光學信號，以恢復分配給預先確定的所述多個頻率子帶的每個的頻域標記；以及 處理所述頻域標記，以恢復所接收的數據， 其中，預先確定所述多個頻率子帶，以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在所述非線性光學信道內的非線性光學畸變。
9.如權利要求8所述的方法，其中，在經由所述非線性光學信道進行傳輸之前已經使用適配成降低傳輸的所述光學信號的峰值平均功率比(PAPR)的算法處理了所述頻域標記，以及其中處理所述頻域標記以恢復所接收的數據的步驟包括施加如下逆算法，該逆算法適配成使適於降低傳輸的所述光學信號的峰值平均功率比的算法的效果逆轉。
10.如權利要求9所述的方法，其中，從包括以下算法的組選擇所述逆算法逆離散傅立葉變換擴展(IDFT-s)算法、逆選擇映射算法和逆動態星座圖擴展算法。
11.如權利要求8所述的方法，其中，所述光學信號是光學正交頻分復用(O-OFDM)信號。
12.一種用於經由非線性光學信道來傳輸數字信息的裝置，所述裝置設置為與包括所述數字信息的至少一部分的輸入數據一起使用，所述裝置包括 頻域標記生成器，被配置為從所述輸入數據產生多個頻域標記，並且將每個標記分配給預先確定的多個頻率子帶中的一個； 時域信號發生器，所述時域信號發生器操作地耦合到所述頻域標記生成器，並且被配置為產生包括所述多個子帶的隨時間變化的信號；以及 光源，所述光源具有操作地耦合到所述時域信號發生器的至少一個調製輸入，並且配置為以所述隨時間變化的信號調製光學載波，以產生包括所述多個子帶的對應的光學信號， 其中，預先確定所述多個頻率子帶，以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在所述非線性光學信道內的非線性光學畸變。
13.如權利要求12所述的裝置，還包括峰值平均功率比(PAPR)降低單元，該峰值平均功率比降低單元操作地耦合到所述頻域標記生成器，並且被配置為處理所述頻域標記以降低傳輸的光學信號的峰值平均功率比(PAPR)。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，所述峰值平均功率比降低單元被配置為對每個頻率子帶分離地施加PAPR降低算法。
15.如權利要求14所述的裝置，其中，從包括以下算法的組中選擇所述PAPR降低算法離散傅立葉變換擴展(DFT-s)算法、選擇映射算法和動態星座圖擴展算法。
16.一種接收經由非線性光學信道在光學信號中傳輸的數字信息的裝置，所述光學信號包括預先確定的多個子帶，每個子帶分配有從包括所述數字信息的至少一部分的數據產生的多個頻域標記，所述裝置包括 檢測器，被配置為檢測所述光學信號；以及 處理器，被配置為處理所檢測的光學信號，以恢復分配給所述預先確定的多個頻率子帶的每個的所述頻域標記，並且處理所述頻域標記以恢復所接收的數據， 其中，預先確定所述多個頻率子帶，以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在所述非線性光學信道內的非線性光學畸變。
17.如權利要求16所述的裝置，其中，在經由所述非線性光學信道傳輸之前已經使用適配成降低所述傳輸的光學信號的峰值平均功率比(PAPR)的算法處理了所述頻域標記，且其中所述處理器還被配置為通過施加如下逆算法來處理所述頻域標記以恢復所接收的數據，所述逆算法被適配成逆轉適配成降低所述傳輸的光學信號的峰值平均功率比的算法的效果。
18.如權利要求17所述的裝置，其中，所述逆算法是從包括以下算法的組中選擇的逆離散傅立葉變換擴展(IDFT-s)算法、逆選擇映射算法和逆動態星座圖擴展算法。
全文摘要
一種經由非線性光學信道(722)傳輸數字信息的方法(1200)，包括接收(1202)數據(702)，數據(702)包括所述數字信息的至少一部分。從該數據產生(1204)多個頻域標記，以及將每個標記分配給預先確定的多個頻率子帶中的一個。可以分離地處理(1206)每個子帶以降低傳輸的光學信號的峰值平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)。然後產生(1208)包括所述多個子帶的光學信號(12)，並且經由所述非線性光學信道(722)傳輸所述光學信號(12)。預先確定所述多個頻率子帶以便相對於對應的單頻帶信號降低光學信號在所述非線性光學信道內的非線性光學畸變。也公開了對應的信息接收方法、發射器裝置和接收器裝置。
文檔編號H04L27/26GK102859957SQ201180020057
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月17日 優先權日2010年3月19日
發明者威廉·謝 申請人:奧菲迪烏姆有限公司