光传输系统中的动态信号均衡的制作方法

专利名称：光传输系统中的动态信号均衡的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光纤传输系统，并且更具体地涉及波分多路复用系统中的动态信 号均衡。
背景技术：
光纤远程通信已经是用于核心分组数据网络中的高速数据传送的沿用已久的、可 靠的技术。最近，光纤已经被部署在接入网中，接入网络包括一路到客户端的链路。随着对 在分组数据网络上传送的多媒体服务(数据、语音、视频)的需求持续增长，对于更高的网 络吞吐量的要求对应地持续增长。一种用于增加光纤网络的吞吐量的技术是波分多路复用 (WDM)。在该技术中，在单个光纤上传送多个光数据信道。各数据信道在定义明确的光波长 上被运载。在光纤链路的发射机侧，存在光源阵列，其中每个源以不同的特征波长来发射光 束。每个单独的光束被传输进入到波分多路复用器(MUX)的独立的输入端口中，该波分多 路复用器在空间上将光束阵列合并为单个多波长光束。接着，合并的多波长光束从MUX的 输出端口被发射到光纤中。在光纤链路的接收机侧，合并的多波长光束被传输进入到波分 多路分解器(DEMUX)的输入端口，该波分多路分解器在空间上将单独的光束根据它们的特 征波长分开。每个单独的光束被传输到独立的输出端口，单独的光检测器被连接到该独立 的输出端口。光纤链路的数据吞吐量随被多路复用的波长的数量而增加。为了使信号串扰和噪声传播最小化，光滤波器被应用于MUX或者DEMUX处的每个 波长信道。由于设计参数上的物理限制，这些滤波器具有不一致的传递函数，从而导致信号 降级。所需要的是用于改进通过波分多路复用系统传输的光信号的信号质量的方法和设 备。

发明内容
通过以至少部分地基于数据比特流的任意波形来调制光束而经光网络来传输数 据。该任意波形是用户定义的任意波形，不一定由远程通信标准定义。任意波形的信号特 性可以被改变以补偿由光束经过光学元件诸如在波分多路复用系统中所使用的波长多路 复用器/多路分解器而引起的信号降级。由光学元件生成的动态反馈控制信号可以被用于 定义任意波形。通过参考下面的详细说明和附图，本发明的这些以及其他优点对于本领域的普通 技术人员将是显而易见的。


图1示出波分多路复用光传输系统的高层示意图；图2 (a)示出具有直接调制激光器(direct modulated laser)的光源的高层示意 图2(b)示出具有外部强度调制器的光源的高层示意图；图3(a)示出多路复用器/多路分解器的作为波长的函数的所测得的透射率 (transmittance)的曲线；图3(b)示出任意波形的作为频率的函数的强度的仿真轮廓(simulated profile)的曲线；图4示出光传输网络的高层示意图；图5(a)示出通过光传输网络传输的光信号的仿真眼图；图5(b)示出通过包括任意波形发生器的光传输网络传输的光信号的仿真眼图；图6示出包括任意波形发生器的光传输网络的高层示意图；图7示出用于反馈控制的步骤的流程图；以及图8示出可以作为用于任意波形发生器的编程单元而使用的计算机的高层示意 图。
具体实施例方式在波分多路复用(WDM)光传输系统中，在单个光纤上同时传输具有不同波长的多 个光载波。通过调制光载波在该光载波上传输数据。各种调制方案可以被使用；例如，幅度 调制、频率调制和相位调制。光载波，在本文中也被称作光信道，由它们的信道中心波长、信 道宽度和信道间间隔(inter-charmel spacing)来表征。光参数也可以利用对应于波长的 频率来规定。一些当前这代的密集波分多路复用(DWDM)系统可以同时传输128个光信道， 每个光信道具有50GHz的信道宽度。可以在每个光信道上传输40千兆比特/秒的数据速 率。下一代DWDM系统正被开发用于容纳具有每信道更高的数据速率的更多的信道。图1示出具有四个波长的WDM光传输系统的例子的高层示意图。光源102-108 发射独立的光束171-177，每个光束分别具有不同的波长λΓλ4。参考图2(a)和图2(b) 在下文中论述光源的例子。光源102-108分别经光连接142-148耦合到波分多路复用 器(MUX) 118的输入端口 122-128。光连接142-148可以是，例如，光纤。MUX 118将光 束171-177多路复用为合并的光束187，合并的光束187从MUX 118的输出端口 130通过 (across)光纤158传输到波分多路分解器(DEMUX) 120的输入端口 140。DEMUX 120将合并 的光束187多路分解为分别具有波长λΓλ4的独立的光束179-185。光束179-185从输 出端口 132-138分别经光连接150-156被发射到光接收机110-116。为了简化起见，在图1 中，MUX 118和DEMUX 120通过光纤158直接连接。一般而言，MUX 118和DEMUX 120可以 通过光传输网络连接，在光传输网络中可以通过额外的光学部件和光电部件传输光束187。 在本文中，发起光源和目标光接收机之间的传输路径内的任何部件都被称作光学元件。光 学元件包括例如mux/demux的器件、分光器、光环行器、光纤放大器和光纤。在本文中，光学 元件也指传输路径内的光电设备，诸如光电收发机。图2(a)和图2(b)示出用于传输已调制光束的系统的例子的高层示意图。调制光 源202和调制光源210是图1中的光源102-108的例子。为了简化起见，物理连接没有在 图2(a)和图2(b)中示出，并且空心箭头表示电信号或者光信号。在图2(a)中，调制光源 202是直接调制激光器204。电驱动信号221驱动直接调制激光器204，该直接调制激光器 204发射单波长激光束223。电驱动信号221的调制控制激光束223的调制，该激光束223被输入MUX 206中。对应的输出激光束225接着被传输到光学元件208。在图2(b)中，调制光源210包含连续波(CW)激光器12和外部光调制器214。光 调制器214的例子是铌酸锂光强度调制器。CW激光器212发射单波长激光束227，其被维 持在恒定的强度。接着通过光调制器214传输激光束227。对于幅度调制，电驱动信号229 调制光调制器214的透射率。光调制器214的输出为已调制激光束231，其接着被输入到 MUX 216中。对应的输出激光束233接着被传输到光学元件218。为了使通过光载波的噪声生成最小化以及为了使光信道之间的串扰最小化，每个 光载波在其通过MUX/DEMUX传输时被滤波。举例来说，ITU标准(ITU-T G. 694. 1)定义了 具有12. 5GHz到100GHz的信道间间隔的DWDM系统。图3 (a)示出作为波长的函数的阵列 波导MUX的所测得的透射率的曲线。对于具有中心波长302-310的五个信道，示出了叠加 的测量结果。信道的透射率在信道的中心波长附近最高并且在信道的边界处(最低和最高 波长处)减弱。对于改进的信号特性，所希望的是透射率在信道宽度上恒定。如图3(a)所 示的那样，透射率关于波长的函数相关性对于已调制信号中的高(信号)频率成分产生较 高的损耗，从而导致降低的信号上升和下降时间。在下文中将参考图5(a)和图5(b)进一 步论述信号质量。图4示出标准光网络的一部分的更详细的视图。一般而言，存在光源阵列，每个光 源以不同的波长发射，如上文参考图1所论述的那样。为了简化起见，只有以单波长发射的 单个光源被示出。物理连接没有在图中示出，并且空心箭头表示电信号或者光信号。数据 源404经由电信号433将数据比特流传输到驱动器406。数据源404的例子为个人计算机、 工作站、服务器、交换机以及路由器。驱动器406将电信号433转换为已调制RF信号435， 接着通过RF信号调节器408传输该调制RF信号435，举例来说RF信号调节器408是一组 无源RF部件。RF信号调节器408执行信号调节，举例来说诸如滤波和预均衡。RF信号调 节器408的输出为RF信号437，该RF信号437为到光源410的输入RF驱动信号。RF驱动 信号437对应于例如图2(a)中的电驱动信号221和图2(b)中的电驱动信号229。接着将 光信号439从光源410传输到MUX 412。光信号441被从MUX 441输出到数据网络414。图5(a)示出当光信号439通过MUX 412时信号质量的降级。图5 (a)所示的值为 仿真值。曲线502示出在图4中的光信号439上运载的标准数据输入信号(例如开/关键 调制)的眼图(作为时间的函数的光强度)。对于诸如SONET 0C-768的标准光传输系统， RF信号437的波形已经依据信号上升时间、过冲和其他动态信号特性定义了信号特性。波 形为升余弦，以非归零(NRZ)格式被调制。如在曲线502中所看到的那样，对应的光信号439 具有干净的、睁大的眼张开度508。曲线504示出用于阵列波导MUX 412的传递函数(作为 波长的函数的透射率)。如早先参考图3(a)所论述的那样，透射率在光信道的中心处较高 并且在信道的边界处滚降。这种非理想的传递函数导致信号降级。曲线506示出MUX 412 的输出处的光信号441的眼图。眼张开度510与眼张开度508相比有更多噪声并且没有张 得那么开。注意到在光信号通过DEMUX时会出现相似的信号降级，从而引起进一步的降级。代替标准的数据输入波形，输入波形可以被修改以补偿由MUX/DEMUX引起的信号 降级。在优选的实施例中，任意波形发生器(AWG)被用于补偿大范围的波形降级。任意波 形发生器生成任意波形。在本文中，任意波形指由用户定义的波形，而不一定是由标准定义 的波形。一般而言，任意波形可以被用于补偿由沿着传输路径上的光学元件引起的信号降级，而不仅是由MUX/DEMUX弓丨起的信号降级。在下面的例子中，由MUX/DEMUX弓丨起的信号降 级被用于阐述本发明的实施例。本领域的技术人员可以将实施例开发用于补偿其他来源的 信号降级。本领域的技术人员也可以将实施例开发用于补偿使用除了光纤以外的传输介质 的通信系统中的信号降级，传输介质为诸如双绞线、同轴线、无线RF、微波以及自由空间光 学部件(free-spaceoptics)。图6示出根据本发明的实施例的光传输网络的高层示意图。一般而言，存在光源 阵列，每个光源以不同波长发射，如上文参考图1所论述的那样。为了简化起见，只有以单 波长发射的单个光源被示出。物理连接没有在图中示出，并且空心箭头表示电信号或者光 信号。数据源602经由电信号641将数据比特流传输到数据处理器604，该数据处理器604 将电信号641转换成电信号643，该电信号643与到编程单元608的输入接口兼容。编程单 元608通过经由电信号645将AWG控制指令传输到AWG 606来控制AWG 606的操作。AWG 606的输出是RF信号647，该RF信号647被传输到驱动器610的输入。将RF信号649从 驱动器610的输出传输到RF调节器612的输入。RF调节器612的输出是RF信号651，该 RF信号651为到光源616的输入RF驱动信号。在本文中，RF驱动器模块624包含驱动器 610和RF调节器612。将光信号653从光源614输出。在MUX 616的输出处的光信号655可以通过光分析器(未在图6中示出)来测量， 并且可以在编程单元608的控制下通过AWG 606来修改RF信号647以改进相对于图4中 的光信号441的信号特性的信号特性。图3 (b)示出由AWG 606 (经由驱动器610和RF调 节器612)生成的光信号653的谱形(spectral shape)。在这个曲线中，频率=0是对应 于信道的中心波长的相对频率。注意中心频率处减小的强度是补偿信道的中心处MUX的提 高的透射率，如图3(a)所示的那样。所得到的眼图在图5(b)中示出。曲线512示出在图 6的光信号653上运载的数据输入信号。注意眼张开度518不如标准数据输入信号的眼张 开度508那么干净以及张得那么开。曲线514(与曲线504 —致)示出用于阵列波导MUX 616的传递函数。曲线516示出在MUX 616的输出处的光信号655的眼图。注意眼张开度 520与眼张开度510相比更干净并且张得更开。在一些应用中，一旦光信号655的所希望的信号特性已经达到，则编程单元608的 设置为准静态是能满足需要的。举例来说，光信号655的信号特性可以用光分析器以周期 性的维护间隔来测量。因为光学元件的信号特性可能随时间改变，如果需要维持所希望的 信号特性，则RF信号647上的输出波形随后可以被重新整形。在其他应用中，动态反馈控制信号可以从传输路径中的各个节点选取(tap)。在图 6所示的例子中，光信号655被输入到分光器630。光信号657继续到数据网络622。光信 号659被输入到DEMUX 618。DEMUX 618的输出是光信号661，光信号661作为光反馈控制 信号被提供给网络分析器620，该网络分析器620包括用于电信号和光信号的信号分析器。 作为另一例子，光信号663是从边缘节点632选取的动态光反馈控制信号。作为又一例子， 电信号665是从中间节点634选取的动态电反馈控制信号。举例来说，电信号665可以在 光电接收机的电输出接口处被生成。在本文中，动态反馈控制信号指光反馈控制信号或者 电反馈控制信号。一般而言，网络分析器620可以具有多个光和电输入端口。网络分析器620分析动态反馈控制信号(光信号661、光信号663和电信号665)， 并且经由电信号667将信号分析数据输出到编程单元608。信号分析数据报告动态反馈控制信号的信号特性。编程单元608使用来自网络分析器620的输入来修改由AWG 606生成 的RF信号647。可以通过硬件和软件的各种组合来实现网络分析器620、编程单元608和 AffG 606。举例来说，它们可以被集成到单个单元中。其他实施例可以使用不同的传输介质 以用于连接。举例来说，网络分析器620和编程单元608之间的连接可以是光纤链路。作 为另一个例子，编程单元608和AWG 606之间的连接可以是无线RF链路。参照图6所示的光传输网络，图7示出用于对信号特 性(也称作信号质量)的动 态监视和维护的步骤的流程图。在步骤702中，编程单元608经由电信号641、数据处理器 604和电信号643从数据源602接收输入数据比特流。在步骤704中，响应于输入数据比 特流，编程单元608经由电信号645将控制指令发送到AWG 606。AffG 606接着生成任意波 形，该任意波形在RF信号647上传输。RF信号647接着进一步由驱动器610和RF调节器 612处理以生成RF信号651。在步骤706中，RF信号651驱动光源614来调制光信号653。 在步骤708中，通过光学元件MUX 616传输光信号653。在步骤710中，测量MUX 616的输出处的光信号655的信号特性。光信号659经由 分光器630被从光信号655中分出。接着通过DEMUX 618传输光信号659。DEMUX 618的 输出是光信号661，光信号661被传输到网络分析器620。网络分析器620测量光信号661 的信号特性并且经由电信号667将测量结果报告给编程单元608。在步骤712中，把所测 得的光信号661的信号特性与存储在编程单元608中的用户定义的性能标准比较。如果光 信号661的信号特性符合用户定义的性能标准，则过程返回至步骤710，在该步骤中光信号 655的信号特性再次被测量。步骤710和步骤712被不断重复以维持对信号质量的动态监 视。在步骤712中，如果所测得的光信号661的信号特性不符合用户定义的性能标准，则过 程返回至步骤704，在该步骤中新的任意波形被生成。随后，重复步骤704至步骤712。本 领域的技术人员可以开发用于动态地监视和控制光传输网络中的信号质量的其他实施例。 举例来说，如在上文中参考图6所论述的那样，动态反馈控制信号可以从诸如节点632和节 点634的其他节点选取。动态反馈控制信号可以被组合使用。图6中的编程单元608的一个实施例可以使用计算机来实现。如图8所示，计算 机802可以是任何类型的广为人知的计算机，其包含中央处理单元(CPU)804、存储器808、 数据存储装置806以及用户输入/输出接口 810。数据存储装置806可以包含硬盘驱动器 或者非易失性的存储器。用户输入/输出接口 810可以包含到诸如键盘或者鼠标的用户输 入设备828的连接。如广为人知的那样，计算机在计算机软件的控制下操作，计算机软件 定义了计算机的所有操作和应用。CPU 804通过执行定义所有操作和应用的计算机程序指 令来控制计算机的所有操作和应用。计算机程序指令可以被存储在数据存储装置806中并 且在希望执行程序指令时被装载到存储器808中。计算机802还可以包含视频显示器接口 812，其可以将来自CPU 804的信号转换为可以驱动视频显示器820的信号。计算机802还 可以包含一个或多个网络接口。举例来说，通信网络接口 814可以包含到因特网协议(IP) 通信网络822的连接，该连接可以传送用户或者控制业务。作为又一个例子，通信网络接口 814可以包含到网络或者系统部件或者元件(诸如图6中的数据处理器604)的连接。计 算机802还可以包含AWG接口 816，CPU 804可以通过该AWG接口 816与AWG 824 (对应于 图6中的AWG 606)通信。计算机802还可以包含网络分析器接口 818，CPU 804可以通过 该网络分析器接口 818与网络分析器826(对应于图6中的网络分析器620)通信。计算机在技术上广为人知并且将不在本文中详细论述。 前面的详细说明应被理解为在所有方面都是示意性的和示例性的，而不是限制性 的，并且在本文中所公开的本发明的范围不应从该详细说明中确定，而应从根据专利法所 许可的整个广度来解释的权利要求中确定。应理解的是在本文中所示出和说明的实施例仅 对本发明的原理示意并且本领域的技术人员可以实现各种修改而不背离本发明的范围和 精神。本领域的技术人员可以实现各种其他特征组合而不背离本发明的范围和精神。
权利要求
一种用于通过光网络传输数据的方法，其包含以下步骤至少部分地基于数据比特流来生成任意波形；以及至少部分地基于所述任意波形来调制光束以生成第一光信号。
2.如权利要求1所述的方法，其还包含以下步骤通过至少一个光学元件来传输所述第一光信号以生成至少一个第二光信号； 其中所述生成任意波形的步骤还至少部分地基于所述至少一个第二光信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述至少一个第二光信号包含至少一个动态反馈控 制信号。
4.如权利要求3所述的方法，其还包含以下步骤分析所述至少一个动态反馈控制信号以生成至少一个信号特性； 其中所述生成任意波形的步骤还至少部分地基于所述至少一个信号特性。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述至少一个光学元件包含至少一个波长多路复用器。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述光束包含至少一个单波长激光束。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述至少一个光学元件包含至少一个波长多路分解器。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述光束包含至少一个单波长激光束。
9. 一种用于通过光网络传输数据的设备，其包含用于至少部分地基于数据比特流来生成任意波形的装置；以及 用于至少部分地基于所述任意波形来调制光束以生成第一光信号的装置。
10.如权利要求9所述的设备，其还包含用于通过至少一个光学元件来传输所述第一光信号以生成至少一个第二光信号的装置。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述用于生成任意波形的装置还包含用于至少部 分地基于所述至少一个第二光信号来生成任意波形的装置。
12.如权利要求10所述的设备，其中所述至少一个第二光信号包含至少一个动态反馈 控制信号。
13.如权利要求12所述的设备，其还包含用于分析所述至少一个动态反馈控制信号以生成至少一个信号特性的装置。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述用于生成任意波形的装置还包含用于至少部 分地基于所述至少一个信号特性来生成任意波形的装置。
15.一种用于通过光网络传输数据的设备，其包含 任意波形发生器，其被配置用于接收控制指令，并且至少部分地基于所述控制指令来生成任意波形；以及 编程单元，其被配置用于 接收数据比特流，并且将控制指令传输到所述任意波形发生器，所述控制指令至少部分地基于所述数据比特流。
16.如权利要去15所述的设备，其还包含RF驱动器模块，所述RF驱动器模块被配置用于接收所述任意波形，并且传输RF信号以调制光束，所述RF信号至少部分地基于所述任意波形。
17.如权利要求15所述的设备，其还包含网络分析器，所述网络分析器被配置用于 从所述光网络接收至少一个动态反馈控制信号，并且至少部分地基于所述至少一个动态反馈控制信号来生成信号分析数据。
18.如权利要求17所述的设备，其中通过所述网络分析器将所述信号分析数据传输到 所述编程单元。
19.如权利要求18所述的设备，其中所述控制指令还至少部分地基于所述信号分析数据。
20.一种计算机可读介质，该计算机可读介质存储用于通过光网络传输数据的计算机 程序指令，所述计算机程序指令定义以下步骤接收数据比特流；以及将控制指令传输到任意波形发生器，所述控制指令至少部分地基于所述数据比特流。
21.如权利要求20所述的计算机可读介质，其中所述计算机程序指令还包含定义以下 步骤的计算机程序指令从网络分析器接收信号分析数据，所述信号分析数据表示来自所述光网络的至少一个 动态反馈控制信号的至少一个信号特性。
22.如权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述计算机程序指令还包含定义以下 步骤的计算机程序指令存储用户定义的性能数据。
23.如权利要求22所述的计算机可读介质，其中所述计算机程序指令还包含定义以下 步骤的计算机程序指令计算所述信号分析数据和所述性能数据之间的差，其中从所述编程单元传输到所述任 意波形发生器的所述控制指令至少部分地基于所述差。
全文摘要
在光传输系统中，经由以任意波形被调制的光束来传输数据。通过至少一个光学元件来传输所述光束。通过至少一个光学元件的传输使初始光束的信号质量降低。至少一个光学元件的输出处的至少一个光束的信号特性被用作反馈来整形所述任意波形以改进信号特性。任意波形可以被用于补偿由波分多路复用系统中的多路复用器/多路分解器引起的信号降级。
文档编号H04B10/18GK101809900SQ200880109408
公开日2010年8月18日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年3月25日
发明者L·徐, T·王, Y·-K·黄 申请人:美国日本电气实验室公司