一種色散補償方法、系統、裝置及存儲介質
2024-04-13 01:22:05 1
1.本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種色散補償方法、系統、裝置及存儲介質。
背景技術：
2.在光通信領域中，光纖是傳輸信號的主要介質，光纖中的色散是影響光通信質量的主要因素之一，會導致光信號中不同頻率的光的傳播速度不同，使得它到達接收端的時間不同，從而使得接收的信號發生展寬效應，影響系統的傳輸性能。色散補償的方法主要分為光域補償和電域補償。
3.傳統的光域色散補償採用色散補償光纖、光柵等，但是這些方法都需要添加額外的光器件，而且有較大的功率損耗，降低傳輸的信噪比。近年來，隨著數位訊號處理的快速發展，電域補償已經成為了主流，並已經廣泛應用在400g、800g光纖傳輸系統。但是隨著速率的上升，電域補償的高功耗問題逐漸引起了重視。
4.波長選擇開關(wss)是光纖鏈路中用於光交換、光路由的必備器件，已經廣泛應用在光纖主幹網。可編程wss首先在光路將輸入信號分解為大量具有極窄譜寬的光路信號，每條光路對應可編程矽基液晶技術(lcos)中的每個像素(pixel)，通過編程控制lcos中每個像素的折射率可以控制通過此像素的光路信號的衰減和延時。此器件可以對波分復用系統分波、合波從而實現全光交換和路由。因為wss是光纖鏈路中的必備器件，一種光域色散補償的思路是利用現有的wss實現光域色散補償而避免增加額外的色散補償光纖、光柵等專用器件。但是，由於器件工藝的限制，每個像素的解析度有限。即使是當前的wss，每個像素所對應的光信號帶寬也約有幾個ghz，而不同像素的中心頻率之間的間隔約為1ghz。在此解析度下，wss的色散補償能力非常受限，尤其對高波特率信號，這種限制非常明顯。提升色散補償能力的一種方式是從器件上改進，提升解析度，例如降低每個像素所對應的窄頻譜信號的帶寬，但這受到製造工藝的限制。
技術實現要素：
5.為至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一，本發明的目的在於提供一種色散補償方法、系統、裝置及存儲介質。
6.本發明所採用的技術方案是：
7.一種色散補償方法，包括以下步驟：
8.根據輸入光信號獲得多路信號，其中所述多路信號中的任一路信號的頻譜窄於輸入光信號的頻譜，且多路信號兩兩之間有頻譜混疊；
9.對所述多路信號進行處理，以使所述多路信號中的至少一路信號發生延遲；
10.對處理後的多路信號進行合成，獲得輸出信號；
11.其中，色散補償方法包括以下兩種特徵的其中一種或兩種的組合：
12.在根據輸入光信號獲得多路信號的步驟中，多路信號中至少有一路信號的獲取包
括以下步驟：根據輸入光信號獲得若干個第一窄頻譜光信號，對所述若干個第一窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，根據調控後的第一窄頻譜光信號獲得所述多路信號中的至少一路信號；
13.在對處理後的多路信號進行合成，獲得輸出信號的步驟中，對處理後的多路信號中的至少一路信號的操作包括以下步驟：根據所述處理後的多路信號中的至少一路信號獲得若干個第二窄頻譜的光信號，對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，根據調控後的第二窄頻譜光信號獲得輸出信號。
14.當前波長選擇開關(wss)、可編程光濾波器(waveshaper)以及基於相似原理的光學器件被廣泛用於光路由以及波分復用系統中不同波長的分波、合波。這些器件的原理是首先將光信號分解為大量具有窄頻譜的信號(即所述具有窄頻譜的光信號)，對於當前先進的wss器件，分解後的每個窄頻譜光信號的3db譜寬約為幾個ghz，相鄰光路信號的頻率間隔為1ghz。每個窄頻譜光信號入射到可編程lcos的一個像素上，wss等器件通過軟體控制lcos像素的折射率控制每條光路的幅度和相位，從而實現濾波、分波、合波。同理，通過給每條光路設置合適的相位也可以擬合出擬補償色散的響應的反函數，因此wss等器件也有一定的色散補償能力。但是，受到器件解析度的限制(例如每條窄頻譜光路有幾個ghz的帶寬等)，直接採用wss等光學器件所能獲得的色散補償能力非常有限，尤其對當前的高波特率信號尤其明顯。
15.本發明的主要思路是首先將光信號分解為多路頻寬中等的信號(即所述多路信號)，例如將一個150gbaud的信號分解為15個約10ghz的信號，對多路信號處理後再將處理後的多路信號合成恢復出補償後的輸入光信號，即輸出信號。本發明對輸入光信號不做限制，可以是單載波信號、多載波信號、偏振復用信號等，分解後多路信號中的每路信號的頻譜都是輸入光信號頻譜的一部分。尤其的，區別于波分復用系統中的解復用，本發明中分解的多路信號兩兩之間有頻譜混疊。此外，多路信號中的每路信號僅包含了輸入光信號的一部分，所以還需要合成的步驟得到補償後的輸入光信號。在不考慮色散補償的情況下，將輸入光信號分解為多路信號以及將多路信號重新合成為輸出信號的整個過程需要保證信號無損，即輸出信號等於輸入光信號。
16.應當說明的是，本發明並不限制輸入光信號僅獲得所述的頻譜兩兩混疊的多路信號，也可能包括其他信號，例如從輸入光信號中引出一路和輸入光信號相同的信號用於鏈路監控。可選的，對于波分復用信號，每個波長的信號都可以分解為多路信號，在這種情況下，所述多路信號應理解為對其中任一個波長信號分解後的頻譜兩兩混疊的多路信號。
17.在有色散的情況下，通過本發明的分解-處理-合成架構，可以將對輸入光信號的色散效應的補償分解為對多路信號中每個信號內的色散效應的補償以及對多路信號之間的色散效應的補償。其中各路信號之間的色散效應在所述對所述多路信號進行處理的步驟中補償，經理論證明，此類色散效應的補償可以通過光路延遲的方式實現；對多路信號中每個信號內的色散效應可以在將輸入光信號分解為多路信號時補償，也可以在將處理後的多路信號合成為輸出信號時補償，也可以在分解時補償一部分，在對多路信號處理時補償一部分，在合成時補償一部分等等不同方式。本發明限定了在根據輸入光信號獲得多路信號的過程中多路信號中至少一路信號的獲取，和/或在將處理後的多路信號合成為輸出信號的過程中對處理後的多路信號中至少一路信號的操作，採用類似wss器件的工作原理。因為
色散的影響與信號的帶寬相關，採用相同的wss器件對頻寬較窄(例如10ghz)的信號的色散補償能力相比對寬帶(例如150ghz)輸入光信號的補償能力大大提升。因此，通過本發明的分解-處理-合成架構，在使用相同器件的情況下，多路信號中各路信號內的色散補償能力大大提升，而多路信號之間的色散效應則可通過延遲的方式補償，從而提高了對輸入光信號的整體色散補償能力。
18.進一步地，在根據輸入光信號獲得多路信號的步驟中，多路信號中的任一路信號的獲取均包括以下步驟：根據輸入光信號獲得若干個第一窄頻譜光信號，對所述若干個第一窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，再根據調控後的第一窄頻譜光信號獲得所述多路信號中的任一路信號；
19.在對處理後的多路信號進行合成，獲得輸出信號的步驟中，對處理後的多路信號中的任一路信號的操作均包括以下步驟：根據所述處理後的多路信號中的任一路信號獲得若干個第二窄頻譜光信號，對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，再根據調控後的第二窄頻譜光信號獲得輸出信號。
20.進一步限定了在將輸入光信號分解為多路信號的過程中任一路信號的獲取，和/或在將處理後的多路信號合成為輸出信號的過程中對任一路信號的操作，採用類似wss器件的工作原理。需要說明的是，對所述多路信號的任一路信號內部的色散效應的補償可以在將輸入光信號分解為多路信號的過程中實現，也可以在對多路信號進行處理的過程中實現，也可以在將處理後的多路信號合成為輸出信號的過程中實現，也可以在上述任意兩個過程或者三個過程中各自實現一部分。
21.以根據輸入光信號獲取n路信號為例說明，所述n路信號中的任一路信號的獲取可通過以下一種實施例實現：首先利用功率分配器將輸入光信號分為n份，將第一份光信號分解為若干個具有窄頻譜的光信號，每個窄頻譜信號入射到lcos光處理器中的一個像素，通過控制每個像素的折射率調控通過此像素的窄頻譜光信號的幅度和/或相位，再將調控後的各窄頻譜信號組合獲得n路信號中的第一路信號。同理，對第二份光信號也分解為若干具有窄頻譜的光信號，每個窄頻譜信號入射到光處理器中的一個像素，通過控制每個像素的折射率調控通過此像素的窄頻譜光信號的幅度和/或相位，再將調控後的各窄頻譜信號組合獲得n路信號中的第二路信號。需要說明的是，第二路信號提取過程中對每個像素點的幅度和/或相位的調控值與提取第一路信號中的調控值不同。以此類推，可獲得第3路到第n路信號。
22.在上述例子中，對每個像素點的幅度和/或相位的調控值的設計有如下幾種不同的考慮：1)根據輸入光信號獲取n路信號的步驟僅僅執行將輸入光信號分解為多路頻寬中等的信號，而並不補償多路信號中各信號內部的色散效應；或者2)根據輸入光信號獲取n路信號的步驟不僅執行將輸入光信號分解為多路頻寬中等的信號，而且部分補償多路信號中各信號內部的色散效應；或者3)根據輸入光信號獲取n路信號的步驟不僅執行將輸入光信號分解為多路頻寬中等的信號，而且完全補償多路信號中各信號內部的色散效應。在前兩種情況，對多路信號中各信號內部的(剩餘)色散補償可以在對多路信號進行處理的步驟中補償，或者在根據處理後的多路信號獲得輸出信號的步驟中補償，或者兩者兼有。
23.需要說明的是，本發明並不限制僅僅將輸入光信號分解成多路信號，例如在上述例子中，還可以獲得第n+1路信號，此信號是輸入光信號的一部分功率分流，與輸入光信號
有相同的頻譜特徵，用於鏈路信息的監控。此第n+1路信號不歸屬到本發明定義的多路信號之中。
24.進一步地，在所述多路信號中至少一路信號的獲取的步驟中，所述根據輸入光信號獲得的第一窄頻譜光信號的數量為兩個以上；
25.和/或；
26.在所述對處理後的多路信號中的至少一路信號的操作的步驟中，所述根據所述處理後的多路信號中的至少一路信號獲得的第二窄頻譜光信號的數量為兩個以上。
27.本發明限定了在採用wss原理根據輸入光信號獲取多路信號中的至少一路信號時，或/和在採用wss原理對處理後的多路信號的至少一路信號進行操作從而獲得輸出信號時都需要使用lcos光處理器的兩個以上像素表徵。換句話而言，將光信號分解為多路頻寬中等的信號(即所述多路信號)時，所述頻寬中等的信號的譜寬大於lcos光處理器中的一個像素(pixel)所對應的窄頻譜光信號的譜寬。
28.進一步地，所述對所述若干個第一窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，包括：
29.採用軟體控制的方式對所述若干個第一窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控；
30.和/或；
31.所述對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，包括：
32.採用軟體控制的方式對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控。
33.本發明限定了調控窄頻譜信號的幅度和/或相位的操作採用編程/軟體控制的方式，這是wss、waveshaper等器件常用的控制方式。需要說明的是，本發明並不限定通過級聯現有器件(例如wss、waveshaper)的方式實現所提方法，也包括集成了可編程矽基液晶技術(lcos)的光學元件以及用於像素調控的軟體控制功能的新器件。此外，更一般的，對於像素的調控也可採用空間光調製器的其他技術以及相應的軟體控制功能，lcos技術是空間光調製器的最常用技術，也是wss、waveshaper等器件使用的技術，但是本發明並不限制僅能使用lcos技術實現對各窄頻譜光信號的幅度和/或相位的調控。
34.進一步地，所述對所述若干個第一窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，包括：
35.採用lcos光處理器的方式對所述若干個第一窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控；
36.和/或；
37.所述對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，包括：
38.採用lcos光處理器的方式對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控。
39.進一步限定了在所述色散補償方法中使用了常用於可編程光濾波器、波長選擇開光等器件的矽基液晶(lcos)光處理器方法。但應當理解，本發明還可以採用其他空間光調製器(slm)的方式，例如數字光處理(dlp)、鐵電液晶(flcos)等。本發明還應包括空間光調製器的其他各類分類方式，例如電尋址空間光調製器(easlm)和光尋址空間光調製器
(oaslm)。
40.進一步地，所述對所述多路信號進行處理，以使所述多路信號中至少一路信號發生延遲的步驟中，包括：
41.採用光波導延遲、光纖延遲、空間光延遲、光柵、透鏡、反射鏡、稜鏡的任意一種或多種的組合，來對所述多路信號的至少一路信號進行延遲處理。
42.本發明給出了對多路信號中的至少一路信號實現延遲的具體方式或採用的器件，可以採用分離的光學元件，也可以將這些元件與根據輸入光信號獲得多路信號步驟中，和/或根據處理後的多路信號獲得輸出信號步驟中的元件集成，形成實現本發明方法的新裝置。
43.進一步地，所述全光色散補償方法還包括：
44.對除色散外的其他器件和/或傳輸物理損傷進行補償。
45.輸入的光信號除了色散損傷外可能還存在其他損傷，例如帶寬受限導致的高頻衰減等。在根據輸入光信號獲得多路信號的步驟中除了實現分解和/或信號內的色散補償外，還可以包括對這類損傷的補償，例如針對高頻衰減將多路信號中對應高頻的信號的幅度設置高一些，而將對應低頻的信號的幅度設置低一些。類似的，針對其他損傷的均衡也可以添加在對多路信號進行處理的步驟中，或者根據處理後的多路信號獲得輸出信號的步驟中，或者任兩個或三個步驟中。
46.進一步地，所述對所述多路信號進行處理的步驟包括了使得各路信號均發生延遲。
47.進一步地，在對所述多路信號進行處理的步驟中，對所述多路信號中的至少一路信號的延遲具有自適應調節能力。
48.所述對多路信號的延遲操作具有自適應調節能力，可以通過軟體控制的方式調整信號的延遲，從而靈活改變擬補償的色散值。
49.本發明所採用的另一技術方案是：
50.一種色散補償系統，包括：
51.信號分解模塊，用於根據輸入光信號獲得多路信號，其中所述多路信號中的任一路信號的頻譜窄於輸入光信號的頻譜，且多路信號兩兩之間有頻譜混疊；
52.信號處理模塊，用於對所述多路信號進行處理，以使所述多路信號中的至少一路信號發生延遲；
53.信號合成模塊，用於對處理後的多路信號進行合成，獲得輸出信號；
54.其中，色散補償系統包括以下兩種特徵的其中一種或兩種的組合：
55.在對輸入光信號進行分解，獲得多路信號的步驟中，多路信號中至少有一路信號的獲取包括以下步驟：根據輸入光信號獲得若干個第一窄頻譜光信號，對所述若干個第一窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，根據調控後的第一窄頻譜光信號獲得所述多路信號中的至少一路信號；
56.在對處理後的多路信號進行合成，獲得輸出信號的步驟中，對處理後的多路信號中的至少一路信號的操作包括以下步驟：根據所述處理後的多路信號中的至少一路信號獲得若干個第二窄頻譜的光信號，對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，根據調控後的第二窄頻譜光信號獲得輸出信號。
57.本發明所採用的另一技術方案是：
58.一種色散補償裝置，包括：
59.至少一個處理器；
60.至少一個存儲器，用於存儲至少一個程序；
61.當所述至少一個程序被所述至少一個處理器執行，使得所述至少一個處理器實現上所述方法。
62.本發明所採用的另一技術方案是：
63.一種計算機可讀存儲介質，其中存儲有處理器可執行的程序，所述可讀存儲介質中的可執行的程序在由處理器執行時用於執行如上所述方法。
64.本發明的有益效果是：本發明突破了現有光學器件因為解析度受限導致色散補償受限的問題，從系統設計角度提升光通信系統中光域色散補償的性能，不僅可以增加光鏈路中色散補償的範圍，而且可以對色散補償值進行靈活調節。
附圖說明
65.為了更清楚地說明本發明實施例或者現有技術中的技術方案，下面對本發明實施例或者現有技術中的相關技術方案附圖作以下介紹，應當理解的是，下面介紹中的附圖僅僅為了方便清晰表述本發明的技術方案中的部分實施例，對於本領域的技術人員而言，在無需付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲取到其他附圖。
66.圖1是wss的結構示意圖；
67.圖2是傳統的wss色散補償原理示意圖；
68.圖3是本發明實施例中色散補償原理示意圖；
69.圖4是本發明實施例中一種色散補償方法的結構示意圖；
70.圖5是本發明實施例中一種色散補償方法的第一種實施例的示意圖；
71.圖6是本發明實施例中一種色散補償方法的第二種實施例的示意圖；
72.圖7是本發明實施例中一種色散補償方法的第三種實施例的示意圖；
73.圖8是本發明實施例中一種色散補償方法的第四種實施例的示意圖；
74.圖9是本發明實施例中波分復用解復用和本發明的信號分解之間的區別示意圖；
75.圖10是本發明實施例中的另一種色散補償方法的結構示意圖；
76.圖11是採用傳統的基於wss的色散補償方法恢復的星座圖；其中，圖11(a)中累積色散為85ps/nm，圖11(b)中累積色散為170ps/nm；
77.圖12是本發明實施例中一種色散補償方法恢復的星座圖；將輸入光信號分為20路信號，圖12(a)中累積色散為85ps/nm，圖12(b)中累積色散為1955ps/nm。
具體實施方式
78.下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。對於以下實施例中的步驟編號，其僅為了便於闡述說明而設置，對步驟之間的順序不做任何限定，實施例中的各步驟的執行順序均可根據本領域技術人員的理解來進行適應性調整。
79.在本發明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、後、左、右等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
80.在本發明的描述中，若干的含義是一個或者多個，多個的含義是兩個以上，大於、小於、超過等理解為不包括本數，以上、以下、以內等理解為包括本數。如果有描述到第一、第二隻是用於區分技術特徵為目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量或者隱含指明所指示的技術特徵的先後關係。
81.本發明的描述中，除非另有明確的限定，設置、安裝、連接等詞語應做廣義理解，所屬技術領域技術人員可以結合技術方案的具體內容合理確定上述詞語在本發明中的具體含義。
82.對本發明提供的一種基於wss的色散補償方法進行具體介紹，實施方式僅用於說明，而不能理解為對本發明的限制。
83.為了清楚闡述本方法的原理，首先分析傳統採用wss補償色散的受限原因，然後給出本發明的原理，通過分解-處理-合成架構，將對色散效應的補償分解為對多路信號之間的色散效應的補償以及對各路信號內的色散效應的補償，從而提升補償能力。
84.可編程wss的結構如圖1所示。其基本原理是首先將輸入信號(input)通過一系列光學元件(例如鏡子(mirror)和光柵(grating))分解為若干具有窄頻譜的光信號，每個光信號都對應了lcos光處理器(lcos optical processor)上的一個像素(pixel)，通過調節每個pixel的折射率可以改變對應此像素的光路的幅度和相位，調控後的各光路再經過一系列光學元件組合在一起獲得輸出(output)。數學上，對應每個pixel的窄頻譜光信號都可以等效成用一個極窄的光濾波器qk(ω)對輸入光信號濾波，而每個pixel可以單獨調節其所對應的光路的相位以及幅度。調控後的第k個光路的頻譜可以表示為：
[0085][0086]
其中δω是相鄰兩個pixel之間的頻率間隔，k是pixel的總個數，α是功率衰減係數，用以調節光路的衰減，是相位，可以通過調節pixel的折射率來調節該相位。
[0087]
圖2給出了傳統wss色散補償原理圖和補償能力受限的原因。wss每個像素所對應的光路qk(ω)具有一定的帶寬，當前的wss器件的最小帶寬約幾個ghz，pixel間的頻率間隔δω約1ghz。理論上，輸入光信號的色散補償函數如下式所示(如圖2上圖的紅虛線表示)：
[0088][0089]
其中ω是頻率軸，表示色散補償的頻率範圍，β2是群速度色散參數，l表示色散補償的距離。為了使用wss實現色散補償功能，我們只需要調節每個像素點的相位項，令：
[0090][0091]
如圖2上圖的籃圈表示。將式(3)代入式(1)即可得到傳統的基於wss的色散補償公式，此外還可以調節功率衰減係數α以補償光鏈路中的帶寬受限等其他損傷。
[0092]
從公式(3)以及圖2可以看到，由於解析度的限制，wss只能在kδω的離散頻率點
上設置相位，在輸入信號的高頻部分，色散導致的相位隨頻率變化很快，超出了wss最小頻率間隔可表徵的極限。此外，每個像素對應的光路信號存在一定的帶寬，wss只能將此光路上的所有頻率都設置為公式(3)中的固定相位，但是理想的色散補償應該在此光路信號的不同頻率上有不同的相位，即公式(2)。此問題在輸入信號的高頻區間更為明顯，因為此處的相位隨頻率變化很快，每個像素對應的光路信號的所有頻率都設置為相同的相位與理想色散補償曲線相差很大。綜上所述，如圖二上圖的藍實線所示，即使將pixel的相位按照公式(3)設置，wss也無法在高頻較好地擬合出色散補償曲線。色散值越大，波特率越大，在高頻的相位隨頻率變化越快，wss的擬合能力越差，因此限制了色散補償能力，並隨著波特率的提升受限越嚴重。
[0093]
針對傳統色散補償方法的限制，本發明提出一種新的基於多路信號分解的色散補償方法，無需從器件工藝上提升解析度(例如減少每個像素所對應光路信號的帶寬或者δω)，通過在系統層面改進提高wss的色散補償範圍。
[0094]
下面闡述本發明提出的色散補償方法的原理。如圖3所示，首先將輸入信號分解為n路頻譜寬度適中的多路信號，例如將150ghz的輸入光信號分成15個12ghz的多路信號，這裡考慮了20％的多路信號間的頻譜混疊。在圖3中，n＝3。假設p(t)為用於分解所述多路信號的原型濾波器的時域表達式，其頻域表達式為p(ω)，那麼將輸入光信號分解為n路信號的n個濾波器的時域表達式可以用下式表示：
[0095][0096]
這裡的ω0是多路信號中相鄰信號的頻率間隔。與pn(t)對應的頻域表達式為pn(ω)，濾波器組(或者多路信號)的頻譜如圖3所示。相應的，對輸入光信號的色散補償可以分解為兩部分，一部分是對分解後的每個信號內部的色散效應的補償，另一部分是多路信號之間的色散效應的補償。為了獲得這兩部分色散效應補償的表達式，我們將色散補償函數進行分解，對於多路信號中的第n路信號，其色散補償公式為：
[0097][0098]
其中式中的第一項為多路信號中的第n路信號內的色散，第二項為第n路信號相對於第0路信號的延遲，第三項為第n路信號內的相位旋轉。我們統稱第一項和第三項為第n路信號內的色散效應，第二項為多路信號之間的色散效應。
[0099]
從式(5)中，我們可以獲得，在根據輸入光信號獲取多路信號的過程中，對任一路信號的獲取理論上可以用公式(6)表示：
[0100][0101]
其中，pn(ω)用於根據輸入光信號分解出第n路信號，而後兩項用於在此同時補償第n路信號內部的色散效應。需要說明的是，對第n路信號內部的色散效應的補償並不必須在根據輸入光信號獲取多路信號的過程中補償，也可以在後續的合成步驟中補償。為表述方便，我們在本實例假設對第n路信號內部的色散效應的補償在分解過程中實現。另一方
面，多路信號間的色散效應可以表徵為多路信號之間的延遲：
[0102][0103]
實際中，公式(7)可以通過延遲線或者延時補償函數補償，其中延遲時間為：
[0104]
tn＝β2lnω0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0105]
下面將上述多路信號分解方法與wss器件相結合，進一步闡述提升色散補償能力的原理。
[0106]
如圖3所示，輸入的光信號是一個頻寬較大的信號，其色散具有快速的相位波動，超過wss最小頻率間隔可表徵的極限。本發明通過將輸入光信號分解為n個頻譜寬度適中的多路信號，相對於分解前的信號，頻寬中等信號內的色散效應導致的相位波動較小，在wss可表徵的範圍內，因此在使用相同的wss器件的條件下，頻寬中等的信號的內部色散效應是可以通過調節對應pixel的窄頻譜光路的功率和相位來實現的，即在每個頻寬中等的子帶信號內的色散效應補償與傳統的基於wss的色散補償方法類似。結合式(1)和式(6)，第n路信號中的第k個pixel的衰減和相位可以設置為：
[0107][0108]
通過式(9)，我們可以分解出補償掉信號內色散的第n路信號。理論上，wss的解析度越高、每個pixel對應的物理帶寬越窄，擬合出來的分解濾波器以及信號內色散補償函數越接近理論值。
[0109]
由於lcos光處理器中pixel的折射率調節範圍有限，而多路信號之間的色散效應引起的延遲卻很大，因此lcos光處理器只能補償多路信號中每個信號內部的色散效應，而多路信號之間的色散效應需要額外的延時模塊來補償。經過分解以及補償每路信號內部的色散效應以後，多路信號分別接入到對應的延遲補償模塊中，延遲的時間可由式(8)計算得到。延遲補償模塊包括但不限於採用光波導延遲、光纖延遲、空間光延遲、光柵、透鏡、反射鏡、稜鏡的任意一種或多種的組合。
[0110]
完成多路信號之間色散效應的補償以後，還需要把處理後的多路信號通過光合成模塊合成到一起，從而獲得完整的補償掉色散的信號。
[0111]
在上述說明中，多路信號中每個信號內部的色散效應是在分解過程中補償的，實際中也可以在處理過程中補償，或者在合成過程中補償，或者在任意兩個或三個步驟中各補償一部分。
[0112]
基於上述的原理的解釋，下面結合實施例示意圖詳細說明本發明。
[0113]
圖4為本技術實施例提供的一種色散補償結構示意圖。
[0114]
通過光信號分解模塊把輸入光信號分解成多路頻寬中等的光信號，其中光信號分解模塊可以是1輸入n輸出的wss或可編程光濾波器(waveshaper)，如圖5所示。在此情況下，多路信號中任何一路信號的獲取都採用了wss原理。更一般地，本發明僅限定在根據輸入光信號獲取多路信號的步驟中對至少一路信號的獲取，或在根據處理後的光信號獲得輸出信
號的步驟中對至少一路處理後的信號的操作採用wss原理。圖6給出了一種實施例。在此例中，n＝2，首先採用單輸入兩輸出光濾波器分解信號，這裡光濾波器的形狀需要設計滿足對輸入光信號在分解-合成過程中的無損原則。傳統光濾波器可以是光柵、幹涉儀等器件，並不限定採用wss原理。但是傳統光濾波器(即不採用wss/waveshaper原理的光濾波器)無法補償多路信號中每個信號內部的色散效應，因此之後在至少一路中添加單輸入單輸出wss或者相位調控單元補償信號內的色散效應。可選擇的，如圖7所示，另一個實施例是首先用一個1輸入n輸出的功率分離器將輸入光信號分為n路與輸入光信號相同的信號(僅功率有差異)，然後再採用多個單輸入單輸出wss或可編程光濾波器獲取濾波以後的各路信號，各路信號內部的色散效應也可以在此過程得以補償。圖8給出了另一種實施例，首先採用單輸入多輸出光濾波器分解信號，然後對每個信號進行相位調控補償各信號內色散效應造成的相位偏移。
[0115]
分解後的n路光信號分別接入到對應的n個延遲模塊中，每路延遲模塊相對於第0子帶的延遲根據式(8)設置，補償延遲後得到處理後的n路光信號。
[0116]
最後，將處理後的n路光信號輸入到n輸入1輸出的光信號合成模塊，合成為一個完整的光信號。該光信號合成模塊可以是n
×
1的wss和可編程光濾波器，如圖5所示。可選擇的，該合成模塊也可以是多輸入單輸出的傳統光濾波器，如圖6所示。此種情況下，合成模塊不包含wss類似的功能。可選擇的，合成模塊也可以是n
×
1的耦合器，如圖7所示。可選擇的，如圖8所示，合成模塊中也可以包括類似wss的功能，但本發明僅限制分解步驟和合成步驟有一個步驟包含類似wss的功能即可。多路信號中各路信號內的色散效應可以包含在分解步驟，也可以包括在合成步驟，或兩者兼有。需要說明的是，上述表述中的wss或者可編程光濾波器僅為了描述方便，實施中並不限制採用分離的wss或可編程光濾波器實現上述各實施例，實現本發明所提方法的可以是一個集成光器件，裡面包括了用於實現wss類似功能的光學器件，例如lcos像素等。
[0117]
應理解，光信號分解模塊主要功能是把一路完整的光信號分成頻寬中等的n路光信號，同時也可以包含對多路信號中至少一路信號內的色散效應的補償；延遲模塊的主要功能是將各路頻寬中等的光信號分別做群延遲，以補償多路信號之間的色散效應；光信號合成模塊主要功能是把分解的n路頻寬中等的子帶光信號合成一路完整的光信號，同時也可以具有對多路信號中至少一路信號內部的色散效應的補償。
[0118]
值得注意的是，上面所述頻寬中等的光信號僅為了表述方便，本發明中的多路信號的頻譜可以精細到與每個像素所對應的光路譜寬相同，即多路信號中的一路信號僅需要一個像素表徵。例如圖8中，多路信號的每路信號僅需要一個相位調控單元進行調控即可。但是實際中，我們需要正確選取多路信號的譜寬以避免多路信號的路數太多，增加了複雜度。
[0119]
另外，實際輸入的光信號除了色散損傷外可能還存在其他損傷，例如帶寬受限導致的高頻衰減等。在根據輸入光信號獲得多路窄帶信號的步驟中除了分解為若干中等頻寬的信號、信號內的色散補償，可以包括對這類線性損傷的補償，例如針對高頻衰減將對應高頻的窄帶信號的幅度設置較高，而將對應低頻的窄帶信號的幅度設置較低。
[0120]
若光信號分解模塊(或光信號合成模塊)使用功率互補的原型濾波器，如升餘弦濾波器(rc，raise cosine)，則光信號合成模塊(或光信號分解模塊)可不具有光濾波的功能
或使用帶寬合適的矩形濾波器，即此時可以採用光耦合器實現合成功能；若光信號分解模塊使用平方功率互補的原型濾波器，如根升餘弦濾波器(srrc，square root raise cosine)，則相應的在光信號合成模塊也要使用對應的匹配濾波器。
[0121]
在實施例描述中的wss、waveshaper或者相位調控單元，以及多路信號之間的延遲都可以採用軟體控制的方式，從而可以根據實際應用場景靈活控制所需補償的色散，提高系統的自適應性。
[0122]
實施例以商用waveshaper、wss為例說明，這些器件採用矽基液晶lcos技術。對窄頻譜光信號的幅度和/或相位的調控除了常用的lcos技術，還可以採用其他空間光調製器(slm)技術，例如數字光處理(dlp)、鐵電液晶(flcos)等。
[0123]
上述實施例假設輸入光信號不是波分復用信號。對于波分復用信號，不同波長的信號之前頻譜沒有混疊，如圖9所示。如果光信號分解模塊僅僅只是用於分離沒有混疊的不同波長信號，則不涵括在本發明以內。本發明的特徵在於，光信號分解模塊除了將不同波長的信號解復用以外，還針對其中任一個或多個信道進一步分解成頻譜兩兩之間有混疊的多路信號，經過多路信號內的色散補償和多路信號之間的色散補償後再合成。在圖9情況下，本發明所述的多路信號應理解任一個信道分解後的多路信號(即滿足頻譜兩兩之間有混疊)，相應的實施例如圖10所示。
[0124]
更一般的，輸入信號除了獲得所述多路信號，或者如圖9-10所示，對每個波長的信號都獲得其對應的多路信號之外，還可以獲得其他信號，例如從輸入光信號中引出一路和輸入光信號相同的信號用於鏈路監控。
[0125]
為了更清楚地說明本發明所提的全光色散補償方法的效果，下面通過仿真結果說明本發明的性能優越性。
[0126]
圖11至圖12的仿真參數為：100gbaud，0.1滾降，16qam，wss的頻率間隔1ghz，最小帶寬5ghz，色散補償方式為傳統的wss色散補償方法和所提方法(20路)兩種情況。
[0127]
通過對比圖11和圖12的色散補償後的星座圖，可以發現當累積色散為85ps/nm時，使用傳統方法補償後的星座圖有較大的損傷，而本發明所提方法補償色散後的星座圖殘餘色散引起的噪聲很小，說明有較好的補償效果。繼續增大光鏈路中的累積色散，在累積色散為170ps/nm時，傳統方法補償色散後的星座圖噪聲很大，已經分不開16個星座點了，說明傳統方法在此累積色散值下不能工作。而所提方法在採用20路情況下，星座圖損傷情況與圖11(a)相近時，累積色散為1955ps/nm，累積色散容忍能力提升10倍以上，因此證明了所提方法相比於傳統方法的色散補償性能優越性。
[0128]
本實施例還提供一種色散補償系統，包括：
[0129]
信號分解模塊，用於根據輸入光信號獲得多路信號，其中所述多路信號中的任一路信號的頻譜窄於輸入光信號的頻譜，且多路信號兩兩之間有頻譜混疊；
[0130]
信號處理模塊，用於對所述多路信號進行處理，以使所述多路信號中的至少一路信號發生延遲；
[0131]
信號合成模塊，用於對處理後的多路信號進行合成，獲得輸出信號；
[0132]
其中，色散補償系統包括以下兩種特徵的其中一種或兩種的組合：
[0133]
在對輸入光信號進行分解，獲得多路信號的步驟中，多路信號中至少有一路信號的獲取包括以下步驟：根據輸入光信號獲得若干個第一窄頻譜光信號，對所述若干個第一
窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，根據調控後的第一窄頻譜光信號獲得所述多路信號中的至少一路信號；
[0134]
在對處理後的多路信號進行合成，獲得輸出信號的步驟中，對處理後的多路信號中的至少一路信號的操作包括以下步驟：根據所述處理後的多路信號中的至少一路信號獲得若干個第二窄頻譜的光信號，對所述若干個第二窄頻譜光信號的幅度和/或相位進行調控，根據調控後的第二窄頻譜光信號獲得輸出信號。
[0135]
本實施例的一種色散補償系統，可執行本發明方法實施例所提供的一種色散補償方法，可執行方法實施例的任意組合實施步驟，具備該方法相應的功能和有益效果。
[0136]
本實施例還提供一種色散補償裝置，包括：
[0137]
至少一個處理器；
[0138]
至少一個存儲器，用於存儲至少一個程序；
[0139]
當所述至少一個程序被所述至少一個處理器執行，使得所述至少一個處理器實現圖5所示方法。
[0140]
本實施例的一種色散補償系統，可執行本發明方法實施例所提供的一種色散補償方法，可執行方法實施例的任意組合實施步驟，具備該方法相應的功能和有益效果。
[0141]
本技術實施例還公開了一種電腦程式產品或電腦程式，該電腦程式產品或電腦程式包括計算機指令，該計算機指令存儲在計算機可讀存介質中。計算機設備的處理器可以從計算機可讀存儲介質讀取該計算機指令，處理器執行該計算機指令，使得該計算機設備執行圖5所示的方法。
[0142]
本實施例還提供了一種存儲介質，存儲有可執行本發明方法實施例所提供的圖5所示一種色散補償方法的指令或程序，當運行該指令或程序時，可執行方法實施例的任意組合實施步驟，具備該方法相應的功能和有益效果。
[0143]
在一些可選擇的實施例中，在方框圖中提到的功能/操作可以不按照操作示圖提到的順序發生。例如，取決於所涉及的功能/操作，連續示出的兩個方框實際上可以被大體上同時地執行或所述方框有時能以相反順序被執行。此外，在本發明的流程圖中所呈現和描述的實施例以示例的方式被提供，目的在於提供對技術更全面的理解。所公開的方法不限於本文所呈現的操作和邏輯流程。可選擇的實施例是可預期的，其中各種操作的順序被改變以及其中被描述為較大操作的一部分的子操作被獨立地執行。
[0144]
此外，雖然在功能性模塊的背景下描述了本發明，但應當理解的是，除非另有相反說明，所述的功能和/或特徵中的一個或多個可以被集成在單個物理裝置和/或軟體模塊中，或者一個或多個功能和/或特徵可以在單獨的物理裝置或軟體模塊中被實現。還可以理解的是，有關每個模塊的實際實現的詳細討論對於理解本發明是不必要的。更確切地說，考慮到在本文中公開的裝置中各種功能模塊的屬性、功能和內部關係的情況下，在工程師的常規技術內將會了解該模塊的實際實現。因此，本領域技術人員運用普通技術就能夠在無需過度試驗的情況下實現在權利要求書中所闡明的本發明。還可以理解的是，所公開的特定概念僅僅是說明性的，並不意在限制本發明的範圍，本發明的範圍由所附權利要求書及其等同方案的全部範圍來決定。
[0145]
所述功能如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說
對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬碟、只讀存儲器(rom，read-only memory)、隨機存取存儲器(ram，random access memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0146]
在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認為是用於實現邏輯功能的可執行指令的定序列表，可以具體實現在任何計算機可讀介質中，以供指令執行系統、裝置或設備(如基於計算機的系統、包括處理器的系統或其他可以從指令執行系統、裝置或設備取指令並執行指令的系統)使用，或結合這些指令執行系統、裝置或設備而使用。就本說明書而言，「計算機可讀介質」可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸程序以供指令執行系統、裝置或設備或結合這些指令執行系統、裝置或設備而使用的裝置。
[0147]
計算機可讀介質的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個或多個布線的電連接部(電子裝置)，可攜式計算機盤盒(磁裝置)，隨機存取存儲器(ram)，只讀存儲器(rom)，可擦除可編輯只讀存儲器(eprom或閃速存儲器)，光纖裝置，以及可攜式光碟只讀存儲器(cdrom)。另外，計算機可讀介質甚至可以是可在其上列印所述程序的紙或其他合適的介質，因為可以例如通過對紙或其他介質進行光學掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然後將其存儲在計算機存儲器中。
[0148]
應當理解，本發明的各部分可以用硬體、軟體、固件或它們的組合來實現。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執行系統執行的軟體或固件來實現。例如，如果用硬體來實現，和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現：具有用於對數據信號實現邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(pga)，現場可編程門陣列(fpga)等。
[0149]
在本說明書的上述描述中，參考術語「一個實施方式/實施例」、「另一實施方式/實施例」或「某些實施方式/實施例」等的描述意指結合實施方式或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施方式或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施方式或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施方式或示例中以合適的方式結合。
[0150]
儘管已經示出和描述了本發明的實施方式，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
[0151]
以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明並不限於上述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本技術權利要求所限定的範圍內。