用于补偿双偏振相干通道中的噪声的系统及方法
【专利摘要】本公开提供用于补偿光纤通信系统和诸如此类的装置中的信号失真的系统以及方法。更具体地，本公开提供用于补偿高数据速率（PM）多级别正交振幅调制（M-QAM）通道中由相邻通道导致的非线性交叉偏振（即，非线性交叉偏振调制）（XPolM）引起的噪声和非线性交叉相位调制（XPM）引起的噪声的正交偏振探测和宽带导频（OPDBP）技术。该方法允许同步地补偿XPolM和XPM，提供数dB的光范围扩展。该方法使用通过导频音的宽带（例如，几GHz宽度）滤波的基于导频音的正交偏振探测方案。
【专利说明】用于补偿双偏振相干通道中的噪声的系统及方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及用于补偿光纤通信系统(和诸如此类的装置)中的信号失真的系统以及方法。更具体地，本公开涉及一种正交偏振探测和宽带导频(OPDBP)技术，该技术用于补偿高数据速率偏振复用(PM)多级别正交振幅调制(M-QAM)通道中由相邻通道导致的非线性交叉偏振(即非线性交叉偏振调制)(XPolM)引起的噪声和非线性交叉相位调制(XPM)引起的噪声。
【背景技术】
[0002]鉴于现行的渐进式光纤传输系统升级方法，高数据速率PM(例如，100Gb/s,200Gb/s等)通道必须与设计为用于这种开关键控(OOK)信号的链路中的传统OOK相邻通道共存。然而，多数的现场试验和实验室试验揭示了相干100Gb/S通道中的显著的非线性串扰障碍，例如，由通过lOGb/s的00K相邻通道引起的XPolM或者非线性偏振串扰和XPM导致的障碍。例如，这种非线性串扰障碍使得在包括非色散位移光纤(NDSF)和非零色散位移光纤(NZDSF)的色散补偿链路上的高数据速率PM信号的未再生范围降低若干分贝(dB)。这发生在最常见的陆地和海底链路上。
[0003]用于处理非线性XPolM弓丨起的噪声和非线性XPM弓丨起的噪声的现有方法可以被分为四大类:(I)根据高速模数变换器/数字信号处理(ADC/DSP)追踪由XPolM导致的信号偏振变化和由XPM导致的信号的相位变化的相干偏分复用(PDM)系统；(2)使用导频音来补偿通道间非线性障碍；(3)使用前馈DSP和训练比特序列以补偿XPolM ;以及(4)使用基于DSP的非线性反向传播以补偿通道内(即，单通道内部)的非线性系统性失真。这些方法的缺点阐述如下。
[0004]由于数据处理速度和数据获取方案，根据高速ADC/DSP的传统的相干PDM系统中追踪偏振和相位的速度通常被限制成小于1MHz。因此，由与lOGb/s的通道相邻，发生在?IGHz的速率下的由XPolM导致的信号偏振变化和由XPM导致的信号相位变化远远超出了传统的相干PDM系统中追踪偏振和相位的能力。
[0005]在已提出的用于PDM系统中正交偏振探测的基于导频的方法中，滤波导频的低通滤波器(LPFs )的带宽已被限制为不高于IOOMHz,从而使放大的自发福射(ASE)噪声影响最小化。如之后的分析所示，由非线性XPM和XPolM导致的大量的非线性噪声位于IGHz至3GHz的光谱范围内。通过这种推理，所提出的在低于IOOMHz的带宽内进行导频滤波的正交偏振方法仅仅具有约0.5dB的质量(Q)系数改善能力。所提出的基于导频的非线性补偿方法使得在单偏振波分复用(WDM)传播中具有2.4dB的Q系数改善。然而，该方法仅仅具有补偿XPM和自相位调制(SPM)的能力，并且其无法补偿PDM系统中由XPolM导致的非线性交叉偏振噪声。所提出的另一种导频辅助方法已经被证明为由部分XPM补偿导致在相干PDM中产生相当有限的(例如，低于0.6dB)Q系数改善。用于XPM补偿的多个替代的导频辅助方法也产生IdB以内的、有限的Q系数改善。需要注意，这些方法无法用于XPolM补偿。所提出的另一种导频辅助方法仅仅允许容限发射功率中0.5dB的适度提升。同样地，所提出的基于导频音的方法允许在非线性容限中上至0.5dB的改善。另一种导频辅助方法允许IdB的发射功率提升，从而在最大系统范围中产生9%的适度提升。
[0006]使用前馈DSP和训练比特序列来补偿XPolM的方法也产生有限的(例如，ldB)Q系数改善。这样的原因是双重的。第一，用于切断超过IOMHz的偏振变化的训练序列被限制成约0.1微秒。第二，在该方法中由XPM导致的非线性信号相位变化保持无补偿。
[0007]最后，被应用在单通道带宽内的数字反向传播因为无法用于通道间的XPM和XPolM补偿，所以在WDM环境下仅仅产生非常有限的益处(例如，低于ldB)。多通道带宽数字反向传播能够提供更高的增益，但是无法实施在任何现实的长期DSP技术中。
【发明内容】
[0008]在多个示例性实施方式中，本公开提供用于补偿光纤通信系统和诸如此类的装置中的信号失真的系统以及方法。更具体地，本公开提供用于补偿高数据速率PM M-QAM通道中由相邻通道导致的非线性XPolM引起的噪声和非线性XPM引起的噪声的OPDBP技术。该方法允许同步地补偿XPolM和XPM，提供数dB的光范围扩展。该方法使用通过导频音的宽带(例如，几GHz宽度)滤波的基于导频音的正交偏振探测方案。
[0009]所提供的OPDBP操作的多个示例在具有IOGbps非归零码(NRZ)相邻通道的112Gbps的PDM-正交频分复用(OFDM)-正交移相键控(QPSK)测试通道上执行，但是其还适用于广泛范围的测试通道和相邻通道的调制格式。在缺乏具有90%的内联光学色散补偿的IOxlOOkm的NDSF系统中的副载波内偏振模色散(PMD)补偿的情况下，所示的OPDBP操作用于提供大于4dB的Q系数改善。通过副载波内PMD补偿，提供大于5dB的Q系数改善。
[0010]这些OPDBP系统以及方法的中心功能包括:(I)在正交偏振上使用导频音，在电数据信号的偏振解复用之前该导频音的频率完全可分；(2)使用导频音以提供直接偏振解复用数据信号的能力，从而对线性激光相关和非线性串扰相关的共模相位噪声方面进行自动补偿；以及(3)用于滤波从低于GHz到几GHz范围内的导频音的带宽的动态选择的、优化的抉择。
[0011]目前现有的高数据速率、PM通道通过在比特时间尺度上具有高功率偏移的共同传播通道而基本上具有不利的损失。例如，IOOGbps的PDM-QPSK通道通过在光学色散补偿链路上的共同传播非归零码(NRZ)通道损失数dB。本公开的OPDBP方法相比于目前的技术具有多个显著的优点:(I)提供显著改善(以尽量多的dB)如XPolM和XPMdB的通道间(B卩，从邻近的相邻通道)非线性串扰容限的方法；(2)提供根据性能限制机制的不论是线性ASE噪声还是非线性串扰动态的通道性能优化方法；(3)提供显著提升激光相位噪声容限的便捷方法；(4)提供简化接收电路中的偏振解复用的便捷方法；以及(5)相比于现有的在陆地和海底的色散补偿链路，通过相干通道使得优良的未再生范围实现高容量升级。
[0012]在一个示例性实施方式中，本公开提供用于同步补偿高数据速率偏振复用通道中由相邻通道导致的非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的系统，包括:接收器，用于接收相同偏振状态中的光谱可分离的导频音作为偏振通道，将相关的导频音矢量降频转换到基带，以足够的带宽分离导频音矢量，将副载波信号矢量降频转换到基带，并且取多个矢量的标量积，即conj (第一偏振导频矢量)X (信号矢量)的第一标量积和conj (第二偏振导频矢量)X (信号矢量)的第二标量积，其中第一标量积还原进入到第一偏振上的链路中的原始第一偏振通道，第二标量积还原进入到第二偏振上的链路中的原始第二偏振通道；其中围绕第一偏振导频音和第二偏振导频音的足够的带宽足以同步地采集非线性交叉相位调制引起的偏振变化和非线性交叉相位调制引起的相位变化。该系统还包括:发射器，用于将相同偏振状态中的光谱可分离的导频设置为偏振通道。可选地，第一偏振为水平偏振，第二偏振为垂直偏振。可选地，偏振复用通道为多级别正交振幅调制偏振复用通道。该系统还包括:低通滤波器，用于对从低于GHz到几GHz范围中的导频音宽带滤波。通过非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的补偿与随着足够的带宽增加的由放大的自发辐射噪声导致的退化之间的优化，确定足够的带宽。该系统还包括:用于执行副载波内偏振模色散补偿和光色散补偿的装置。系统还包括:偏振波分复用混合。
[0013]在另一个示例性实施方式中，本公开提供用于同步补偿高数据速率偏振复用通道的由相邻通道导致的非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的方法，包括:通过接收器接收相同偏振状态中光谱可分离的导频音作为偏振通道，将相关的导频音矢量降频转换到基带，以足够的带宽分离导频音矢量，将副载波信号矢量降频转换到基带，并且取多个矢量的标量积，即conj (第一偏振导频矢量)X (信号矢量)的第一标量积和conj (第二偏振导频矢量)X (信号矢量)的第二标量积，其中第一标量积还原进入到第一偏振上的链路中的原始第一偏振通道，第二标量积还原进入到第二偏振上的链路中的原始第二偏振通道；其中围绕第一偏振导频音和第二偏振导频音的足够的带宽足以同步地采集非线性交叉相位调制引起的偏振变化和非线性交叉相位调制引起的相位变化。该方法还包括:通过发射器将相同偏振状态中的光谱可分离的导频设置为偏振通道。可选地，第一偏振为水平偏振，第二偏振为垂直偏振。可选地，偏振复用通道为多级别正交振幅调制偏振复用通道。该方法进一步包括:通过低通滤波器对从低于GHz到几GHz范围中的导频音宽带滤波。通过非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的补偿与随着足够的带宽增加的由放大的自发辐射噪声导致的退化之间的优化，确定足够的带宽。该方法还包括:执行副载波内偏振模色散补偿和光色散补偿。该方法还包括:将解复用的偏振复用通道传送至偏振波分复用混合。
[0014]在另一实施方式中，本公开提供用于同步补偿高数据速率偏振复用通道中由相邻通道导致的线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的系统，包括:发射器和接收器，其中发射器用于将光谱可分离的导频音置于与偏振复用通道相关的正交水平和垂直偏振上以复用具有相邻通道的偏振复用通道；接收器用于将位于正交水平和垂直偏振的导频音降频转换到基带并分离导频音以从相邻通道解复用偏振复用通道，其中足够的带宽被设置为围绕水平偏振导频音和垂直偏振导频音从而使得接收器能够同步地采集非线性交叉相位调制弓I起的偏振变化和非线性交叉相位调制弓I起的相位变化。接收器用于取两个矢量的两个标量积，即conj (水平偏振导频矢量)X (信号矢量)的第一标量积和conj (垂直偏振导频矢量)X (信号矢量)的第二标量积，其中第一标量积还原原始的水平偏振通道，第二标量积还原原始的垂直偏振通道。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]在本文中，通过参照多个附图示出并描述本公开，其中在适当情况下相同的附图标记表示相同的系统元件/方法步骤，在附图中:
[0016]图1为根据本公开的OPDBP系统以及方法的频谱图，示出各个偏振中携带有7x4Gbaud QPSK 副载波(SCs)的 112Gb/s 的 PDM OFDM 信号；
[0017]图2为根据本公开的OPDBP系统以及方法的示意图，示出用于由8xlOGb/s的OOK通道围绕的112Gb/s的PDM7x4Gbaud OFDM QPSK通道传播的系统；
[0018]图3为根据本公开的OPDBP系统以及方法的图表，示出Q系数与用于多个LPF带宽的通道功率的对比(其中10Gb/s位于ldBm/ch，差分群时延(D⑶)=11.24ps，不具有相邻通道的112Gb/s通道的曲线为参考)；
[0019]图4为根据本公开的OPDBP系统以及方法的另一个图表，示出Q系数与用于多个LPF带宽的通道功率的对比(但是，D⑶=0ps，10Gb/s仍位于ldBm/ch，其他所有系统参数与图3相同)；
[0020]图5为另一图表，示出最优通道功率的Q系数改善与导频LPF带宽的对比(左插图只涉及菱形曲线，右插图为水平偏振眼图；相对于7.8125MHz的LPF在图3中5dBm上的最大Q=14.34dB，叉形曲线为单112Gb/s通道的消极的Q改善)；以及
[0021]图6为另一图表，示出用于单112Gb/s的PDM7x4Gbaud OFDM QPSK通道的Q系数与用于多个LPF带宽的通道功率的对比，并且D⑶=0ps，其中单112Gb/s的PDM7x4Gbaud OFDMQPSK通道在具有每跨度90%色散补偿的IOxlOOkm的NDSF光纤上不具有10Gb/s的相邻通道(其他所有系统参数与图3-5中使用的参数相同)。
【具体实施方式】
[0022]在一个示例性实施方式中，图1中示出本公开的OPDBP概念，其中示出各个偏振中携带7x4Gbaud QPSK副载波的112Gb/s的PDM OFDM信号的频谱图。进入到在相同偏振中具有1-分量信号的相位中的每个偏振的两个导频音围绕着中心对称地设置，并具有vpH1，2=±20GHz的水平偏振(H-pol)导频10和v pV12=± 16GHz的垂直偏振(V_pol)导频12。假设PMD、偏振相关损耗(PDL)和ASE可以忽略不计。然后，在线性传播机制中，水平偏振中的导频领域矢量将始终与水平偏振信号领域矢量保持共同偏振，并且正交于垂直偏振信号领域矢量A 因此，在光纤输出中，从副载波滤波的水平偏振导频^^与第m个副载波(m=l + 7)信号4 (分别降频转换到基带)的标量积为:
【权利要求】
1.一种用于同步补偿在高数据速率偏振复用通道中由相邻通道导致的的非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的系统，包括: 接收器，用于接收相同偏振状态中的、光谱可分离的导频音作为偏振通道，将相关的导频音矢量降频转换到基带，以足够的带宽分离所述导频音矢量，将副载波信号矢量降频转换到所述基带，并且取所述导频音矢量和所述副载波信号矢量的标量积，即第一标量积和第二标量积，其中所述第一标量积还原进入到第一偏振上的链路中的原始第一偏振通道，所述第二标量积还原进入到第二偏振上的链路中的原始第二偏振通道； 其中围绕第一偏振导频音和第二偏振导频音的所述足够的带宽足以同步地采集非线性交叉相位调制引起的偏振变化和非线性交叉相位调制引起的相位变化。
2.如权利要求1所述的系统，其中， 所述第一标量积包括conj (第一偏振导频矢量)X (信号矢量)的标量积，所述第二标量积包括conj (第二偏振导频矢量)X (信号矢量)的标量积。
3.如权利要求1所述的系统，还包括: 发射器，用于将所述相同偏振状态中的所述光谱可分离的导频设置为所述偏振通道。
4.如权利要求1所述的系统，其中， 所述第一偏振包括水平偏振，所述第二偏振包括垂直偏振。
5.如权利要求1所述的系统，其中， 所述偏振复用通道包括多级别正交振幅调制偏振复用通道。
6.如权利要求1所述的系统，还包括:` 低通滤波器，用于对从低于GHz到几GHz范围中的所述导频音宽带滤波。
7.如权利要求1所述的系统，其中， 通过非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的补偿与随着所述足够的带宽的增加由放大的自发辐射噪声导致的退化之间的优化，确定所述足够的带宽。
8.如权利要求1所述的系统，还包括: 用于执行副载波内偏振模色散补偿和光色散补偿的装置。
9.如权利要求1所述的系统，还包括: 偏振波分复用混合。
10.一种用于同步补偿高数据速率偏振复用通道中的由相邻通道导致的非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的方法，包括: 通过接收器接收相同偏振状态中的光谱可分离的导频音作为偏振通道，将相关的导频音矢量降频转换到基带，以足够的带宽分离所述导频音矢量，将副载波信号矢量降频转换到所述基带，并且取所述导频音矢量和所述副载波信号矢量的标量积，即第一标量积和第二标量积，其中所述第一标量积还原进入到第一偏振上的链路中的原始第一偏振通道，所述第二标量积还原进入到第二偏振上的所述链路中的原始第二偏振通道； 其中围绕第一偏振导频音和第二偏振导频音的所述足够的带宽足以同步地采集非线性交叉相位调制引起的偏振变化和非线性交叉相位调制引起的相位变化。
11.如权利要求10所述的方法，其中， 所述第一标量积包括conj (第一偏振导频矢量)X (信号矢量)的标量积，所述第二标量积包括conj (第二偏振导频矢量)X (信号矢量)的标量积。
12.如权利要求10所述的方法，还包括: 通过发射器将所述相同偏振状态中的所述光谱可分离的导频设置为所述偏振通道。
13.如权利要求10所述的方法，其中， 所述第一偏振包括水平偏振，所述第二偏振包括垂直偏振。
14.如权利要求10所述的方法，其中， 所述偏振复用通道包括多级别正交振幅调制偏振复用通道。
15.如权利要求10所述的方法，还包括: 通过低通滤波器对从低于GHz到几GHz范围中的所述导频音宽带滤波。
16.如权利要求10所述的方法，其中， 通过非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的补偿与随着所述足够的带宽增加的由 放大的自发辐射噪声导致的退化之间的优化，确定所述足够的带宽。
17.如权利要求10所述的方法，还包括: 执行副载波内偏振模色散补偿和光色散补偿。
18.如权利要求10所述的方法，还包括: 将解复用的偏振复用通道传送至偏振波分复用混合。
19.一种用于同步补偿高数据速率偏振复用通道中的由相邻通道导致的非线性交叉偏振调制引起的噪声和非线性交叉相位调制引起的噪声的系统，包括: 发射器，用于将光谱可分离的导频音置于与所述偏振复用通道相关的正交水平和垂直偏振上以复用具有所述相邻通道的所述偏振复用通道；以及 接收器，用于将位于所述正交水平和垂直偏振的所述导频音降频转换到基带，并分离所述导频音以从所述相邻通道解复用所述偏振复用通道， 其中足够的带宽被设置为围绕水平偏振导频音和垂直偏振导频音，从而使得所述接收器能够同步地采集非线性交叉相位调制引起的偏振变化和非线性交叉相位调制引起的相位变化。
20.如权利要求19所述的系统，其中， 所述接收器用于取两个矢量的两个标量积，即conj (水平偏振导频矢量)X (信号矢量)的第一标量积和conj (垂直偏振导频矢量)X (信号矢量)的第二标量积，其中所述第一标量积还原原始的水平偏振通道，所述第二标量积还原原始的垂直偏振通道。
【文档编号】H04B10/2569GK103634049SQ201310355938
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2012年8月20日
【发明者】弗拉迪米尔·S·格里格尔彦, 迈克尔·Y·弗兰克尔 申请人:希尔纳公司