光传输容量的优化的制作方法

本公开涉及相干光数据接收及解码。

背景技术：

光网络的演化已朝最大时间灵活性发展，从而使得收发器能够通过适应网络的实际情况以及当前流量需求的数据速率来最大化频谱效率(SE)。为简化收发器实现方式，信道频谱分配Δf以及符号率Rs可被保持为常数。使用具有固定每符号比特数(bit-per-symbol)(BpS)的标准调制格式导致SE的固定增量，这是由于SE＝BpS·Δf/Rs。

相干光传输系统的范围还可被由光信道本身以及不同光波长的其他信道二者产生的光纤路径中的非线性所限制。在偏振多路复用传输中，非线性还可归因于正交偏振中的强度波动。

附图说明

图1是根据本文提出的技术配置的系统的示例实施例的框图。

图2是根据本文提出的技术的具有用于偏振交织的交织器的发送器的电前端的示例实施例的框图。

图3是根据本文提出的技术的具有用于恢复偏振交织信号的解交织器的相干接收器的示例实施例的框图。

图4是示出了跨两个偏振模来交织两个不同调制格式的示例实施例的图示。

图5A是根据本文提出的示例实施例示出使用预失真的传输的增强性能的曲线图。

图5B是根据本文提出的示例实施例示出偏振交织的增强性能的曲线图。

图6是根据示例示出不同量的预失真对传输系统的最大范围的影响的曲线图。

图7是根据本文提出的技术的用于生成预失真信号的示例方法的流程图。

具体实施方式

概览

一种用于发送相干光数据信号的方法包括：从接口接收数据信号，并根据多个调制格式用前向误差校正(FEC)编码器来编码数据信号。FEC编码器生成FEC编码信号，其用于根据多个调制格式来生成多个符号。多个符号被频谱地整形(shaped)以生成整形信号。通过添加预定量的色散来预失真整形信号以生成平滑信号，并根据多个调制格式来发送平滑信号。

示例实施例

参考图1，示出了使得客户端110能够向客户端115发送数据的相干光传输系统100。客户端110通过客户端接口121向相干发送器120发送数据流。相干发送器120还包括前向误差校正(FEC)编码器122、符号生成器123、脉冲整形滤波器125、预失真滤波器126、处理器127、以及存储器128。在处理数据流并将其编码之后，发送器120经由光路径130(例如，光纤电缆)向接收器140发送数据。接收器140包括色散滤波器141、频率偏移恢复模块142、自适应偏振滤波器143、载波相位估计器145、数据裁剪器(slicer)/FEC模块146、处理器147、以及存储器148。为了简化起见，仅示出了两个客户端设备，但任意数目的客户端设备可连接到发送器120和/或接收器140。此外，发送器120和接收器140各自可包括具有来自发送器120和接收器140者的组件的收发器，以使能相同或不同光路径上的双向通信。

在一个示例中，发送器120中的至少一些模块(例如，客户端接口121、FEC编码器122、符号生成器123、脉冲整形滤波器125、或预失真滤波器126)的功能可由执行存储在存储器128中的计算机可读指令的处理器127执行。存储器128可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质设备、光存储介质设备、闪速存储器设备、电存储器存储设备、光存储器存储设备、或其他物理/有形(例如，非暂态)存储器存储设备。例如，处理器127可以是执行用于实现本文描述的处理的指令的微处理器或微控制器。因此，通常存储器128可包括一个或多个用软件(包括计算机可执行指令)编码的有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当软件(通过处理器127)被执行时，可操作来执行本文描述的操作。替代地，至少一些模块可被体现在被设计为执行本文描述的至少一个模块的功能的专用集成电路(ASIC)中。在一个示例中，单个ASIC可执行不止一个模块的功能，例如，脉冲整形滤波器125和预失真滤波器126可构成单个ASIC。

在一个示例中，接收器140中的至少一些模块(例如，CD滤波器141、频率偏移恢复模块142、自适应偏振滤波器143、载波相位估计器145、和/或裁剪器FEC解码器146、)的功能可由执行存储在存储器148中的计算机可读指令的处理器147执行。存储器148可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质设备、光存储介质设备、闪速存储器设备、电存储器存储设备、光存储器存储设备、或其他物理/有形(例如，非暂态)存储器存储设备。例如，处理器147可以是执行用于实现本文描述的处理的指令的微处理器或微控制器。因此，通常存储器148可包括一个或多个用软件(包括计算机可执行指令)编码的有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当软件(通过处理器147)被执行时，可操作来执行本文描述的操作。

发送器120中的每个模块可包括在单独的数据流上执行模块的功能的多个模块。在一个示例中，来自客户端110的数据流被分成第一数据流和第二数据流，第一数据流和第二数据流由FEC编码器122、符号生成器123、脉冲整形滤波器125、以及预失真滤波器126并行处理。第一数据流和第二数据流然后可在传输穿过光路径130之前跨两个正交偏振模被多路复用。类似地，接收器140的模块可包括在单独的数据流(例如，由x-偏振接收的流和由y-偏振接收的流)上执行模块的功能的多个模块，如在下文进一步描述的。

现在参考图2，示出了发送器120的简化框图。在该示例中，客户端接口121将来自客户端的数据流分到两个单独的数据路径中。FEC编码器122包括根据调制格式A用FEC对一个数据流进行编码的编码器222A，以及根据调制格式B用FEC对第二数据流进行编码的编码器222B。符号生成器123包括根据格式A来生成符号的符号生成器223A，以及根据格式B来生成符号的符号生成器223B。符号交织器224接收两种格式的符号并交织符号，使得每个输出数据流包括格式A的一些符号和格式B的一些符号。在该示例中，信号整形滤波器125包括用x-偏振生成信号的x-偏振滤波器225X，以及用y-偏振生成信号的y-偏振滤波器225Y。脉冲整形滤波器125的模块还可对信号进行滤波以更接近地匹配奈奎斯特频谱形状。预失真滤波器126可添加预定量的色彩失真以通过模块226X和226Y预失真偏振信号中的一者或二者。此预失真使得减少了光纤中的非线性失真。具有x-偏振和y-偏振的这两个信号通过光路径130被分别发送到接收器140。可将这些x-偏振和y-偏振信号中的每个作为同相和正交信号的组合来发送。

在一个示例中，调制格式A和B可以是相移键控(例如，二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK))或正交调幅(QAM)格式(例如，8-QAM、16-QAM等)。这些格式中的每个格式都具有给定的BpS，并且结合不同的格式允许发送器120实现在每个格式的给定BpS之间的任意位置的BpS。例如，通过将QPSK(BpS为每符号2比特)调制数据的一个符号与16-QAM(BpS为每符号4比特)的一个符号混合，发送器针对混合调制格式可实现每符号3比特的BpS。发送器120可包括来自每个格式的符号的不等比率以实现分数BpS。此外，针对其他模块中的较简单操作，发送器120可交织每个格式的多个连续符号。例如，数据处理的一些部分可用十六个连续符号块更有效地继续，并且发送器120可将QPSK的十六个连续符号与16-QAM的十六个连续符号交织。

现在参考图3，示出了接收器140的简化框图。在该示例中，CD滤波器141用CD滤波器341X处理x-偏振信号，并用CD滤波器341Y处理y-偏振信号。在频率偏移模块142已恢复信号的载波频率之后，自适应偏振滤波器143解多路复用两个偏振模、补偿来自信号的偏振模色散(PMD)、适应偏振多路复用和PMD中的改变、并补偿由滤波和/或信道脉冲整形引起的剩余码间干扰。自适应偏振滤波器143在蝴蝶配置中包括模块343A、343B、343C、以及343D。在自适应偏振滤波器143已处理信号之后，符号解交织器344对调制格式A和调制格式B的符号进行分类，并存储数据信号以使得一个数据信号完全是调制格式A，并且另一数据信号完全是调制格式B。

载波相位估计器145用模块345A来估计调制格式A的数据信号的载波相位，并用模块345B来估计调制格式B的数据信号的载波相位。裁剪器/FEC解码器146包括模块346A和模块346B，并将数据信号的符号解码到被引导至客户端设备115(图3中未示出)的比特流中。模块346A可专用于仅解码调制格式A信号，并且模块346B可专用于仅解码调试格式B信号。替代地，模块345A、346A、345B、以及346B可被配置为解码任意调制格式。

现在参考图4，示出了偏振交织(PI)的示例。该图示出了调制格式A片段410A、420A、430A以及440A的功率等级，以及格式B片段410B、420B、430B以及440B的功率等级。功率等级被表示为表示每个相应片段的框的高度。每个片段可包括指定调制格式的指定数目的符号，并且取决于混合格式的期望BpS，针对每个调制格式每个片段中的符号数目可以是不同的。例如，片段410A、420A、430A、以及440A可包括QPSK调制数据的十六个符号，而片段410B、420B、430B、以及440B可包括16-QAM调制数据的八个符号。在符号数目在不同格式之间变化的示例中，表示片段410A、420A、430A、以及440A的框的长度可比表示片段410B、420B、430B、以及440B的框的长度更短或更长。由于QPSK调制数据比16-QAM调制数据要求更少的功率，表示片段410A、420A、430A、以及440A的框的高度比表示片段410B、420B、430B、以及440B的框的高度更小。

除了沿时间维度交织外(这允许BpS被定制)，还跨x-偏振和y-偏振维度来交织片段。在该实例中，片段410A以调制格式A用y-偏振来发送，片段410B以调制格式B用x-偏振来发送。在发送片段410A和410B之后，片段420A以格式A用x-偏振来发送，并且片段420B以调制格式B用y-偏振来发送。跨时间和偏振来交织数据信号将功率等级维持在更恒定的等级，而仍维持优化传输的BpS和SE的能力。

在另一示例中，可通过将额外色散组件引入信号内以创建预失真信号来平滑传输的能量。由于来自光路径130的色散用接收器中的CD滤波器141被很好地移除，因此没有必要改变接收器来可接受地移除预失真。预失真具有将调制格式A和调制格式B的符号彼此交叉涂抹(smearing)以在整个传输上维持更统一的功率等级的作用。在一个示例中，通过基于快速傅里叶变换(FFT)的有限脉冲生成器来添加预失真。基于FFT的有限脉冲生成器可通过以下操作来进行作用：进行时域输入信号的样本数目(N)的FFT，将FFT乘以下述复矢量旋转：

并进行逆FFT来恢复时域信号。在一个示例中，后续样本集可与之前的样本集重叠以克服循环属性。如果后续集与之前的集重叠了n-1个样本，则那些n-1个样本在逆FFT之后被丢弃。在一个示例中，有限脉冲响应被限制于围绕光传输的频率的带宽。

现在参考图5A，图500示出光学长度(为若干跨度)为传输功率的函数，示出了利用可由图1和2中示出的发送器120的预失真滤波器126强加的额外色散的改善。图500示出了两个不同模拟混合传输(每个在有预失真和没有预失真的情况下来模拟)的性能，以及使得传输的最大范围(即，曲线的最大值)被非线性失真限制的理论界限510的非线性模型。在非线性理论模型中，针对未补偿的链路，非线性失真可被近似为附加高斯噪声。当被添加由光放大器添加的光学噪声时，来自非线性的额外噪声限制了跨光链路的最大范围，如绘图510中的最大值所示出的。绘图520示出了一个QPSK调制数据的符号与一个16-QAM调制数据的符号交织的混合传输的性能。绘图525示出了一个QPSK数据的符号与一个16-QAM的符号交织的预失真混合传输的性能，预失真包括50000ps/nm的额外色散。绘图530示出了256个QPSK数据的符号与256个16-QAM数据的符号交织的混合传输的性能。绘图535示出了256个QPSK数据的符号与256个16-QAM数据的符号交织的预失真混合传输的性能，预失真包括50000ps/nm的额外色散。在图5A示出的示例中，在任意传输中不存在偏振交织。如通过比较绘图/曲线520和525的最大值所看出的，当预失真被添加到交织一个QPSK数据的符号与一个16-QAM的符号的基础混合格式时，最大范围几乎提升至理论界限。如通过比较曲线530和535的最大值所看出的，这种提升随着交织的符号的数目增加而更显著。

现在参考图5B，图550示出光学长度为传输功率的函数，示出了利用偏振交织的改善。图550示出了通过两个不同光纤(二者在有偏振交织(PI)和没有PI的情况下)的模拟混合传输的性能，以及供参考的理论界限。绘图560示出了通过标准单模光纤(SSMF)的混合传输的理论界限的性能。绘图562和564示出了通过SSMF的两个QPSK调制数据的符号与两个16QAM调制数据的符号交织的模拟混合传输的性能。绘图564示出了无PI的基准性能，且绘图562示出了有PI的改善性能。绘图570示出了通过非零色散位移光纤(NZDSF)的混合传输的理论界限的性能。绘图572和574示出了通过NZDSF的两个QPSK调制数据的符号与两个16-QAM调制数据的符号交织的模拟混合传输的性能。绘图574示出了无PI的基准性能，且绘图572示出了有PI的改善性能。

现在参考图6，图600示出了传输的最大范围如何根据添加到通过两个不同类型的光纤的传输的预失真的量而变化。绘图610示出了针对通过SSMF的传输的最大范围的理论界限。绘图615示出了当预失真的量提高时，通过SSMF的两个QPSK调制数据的符号与两个16-QAM调制数据的符号交织的模拟混合传输的性能。绘图620示出了针对通过NZDSF的传输的最大范围的理论界限。绘图625示出了当预失真的量提高时，通过NZDSF的两个QPSK调制数据的符号与两个16-QAM调制数据的符号交织的模拟混合传输的性能。

现在参考图7，示出了用于将预失真添加到光传输的示例处理700的流程图。在步骤710中，发送器120接收数据信号。发送器120根据步骤720中的多个调制格式用前向误差校正(FEC)来编码数据信号。在步骤730中，发送器120通过根据多个调制格式生成符号来调制数据。在步骤740中，发送器120频谱地整形调制数据以生成整形信号。在发送整形信号之前，发送器120在步骤750处将预定量的色散添加到调制数据。额外色散传播脉冲以使得每个比特的能量在若干比特时隙(slot)上传播，并动作以随着时间更统一地传播混合传输的功率。在一个示例中，通过有限脉冲响应(FIR)滤波器来添加额外色散。在步骤760中，发送器120发送具有较平滑功率分布的预失真信号。

在一个示例中，本文提出的技术提供了一种方法，该方法包括从接口接收数据信号，并根据多个调制格式用前向误差校正(FEC)编码器对数据信号进行编码以生成FEC编码信号。根据多个调制格式从FEC编码信号生成多个符号，且多个符号被频谱地整形以生成整形信号。通过添加预定量的色散来预失真整形信号以生成平滑信号。根据多个调制格式来发送平滑信号。

在另一示例中，本文提出的技术提供了一种具有接口的装置，该接口被置为接收数据信号。装置还包括至少一个FEC编码器，其被配置为根据多个调试格式对数据信号进行编码以生成至少一个FEC编码信号。符号生成器被配置为根据多个调制格式从至少一个FEC编码信号生成多个符号，并且被配置为将多个符号频谱地整形到整形信号中的脉冲整形滤波器被提供。预失真滤波器被配置为向整形信号添加预定量的色散并生成平滑信号。装置还包括光发送器，其被配置为根据多个调制格式来发送平滑信号。

在进一步的示例中，本文提出的技术提供了一种包括色散滤波器的接收器，该色散滤波器被配置为补偿跨光路径从发送器接收的光信号中的任意色散。由接收器看到的全部色散可包括由发送器添加的预定量的色散以及来自光路的非预定量的色散。接收器还包括频率偏移恢复模块和自适应偏振滤波器，其中频率偏移恢复模块被配置为恢复光信号的载波频率的，自适应偏振滤波器被配置为解多路复用光信号、补偿光信号中的任意偏振模色散(PMD)、以及生成均衡信号。接收器包括至少一个载波相位估计器，其被配置为根据多个调试格式来估计均衡信号的载波相位。接收器还包括至少一个FEC解码器，其被配置为根据多个调制格式以估计的载波频率解码均衡信号。

在又一示例中，本文提供的技术提供了一种包括接口的装置，该接口被配置为接收第一数据信号和第二数据信号。装置还包括第一FEC编码器和第二FEC编码器，第一FEC编码器被配置为根据第一调制格式对第一数据信号进行编码并生成第一FEC编码信号，第二FEC编码器被配置为根据第二调制格式对第二数据信号进行编码并生成第二FEC编码信号。装置还包括第一符号生成器和第二符号生成器，第一符号生成器被配置为根据第一调制格式从第一FEC编码信号生成第一多个符号，第二符号生成器被配置为根据第二调制格式从第二FEC编码信号生成第二多个符号。装置包括符号交织器，其被配置为交替第一多个符号中的至少一个符号与第二多个符号中的至少一个符号，并生成第一交织信号和第二交织信号。装置还包括光发送器，其被配置为用第一偏振发送第一交织信号，并用第二偏振发送第二交织信号。

在又一示例中，本文提供的技术提供了一种包括色散滤波器的装置，该色散滤波器被配置为补偿来自光路径的光信号中的任意色散。光信号包括第一偏振处的第一信号，以及第二偏振处的第二信号。装置还包括频率偏移恢复模块，其被配置为恢复光信号的载波频率。装置还包括自适应偏振滤波器，其被配置为解多路复用光信号、补偿第一信号和第二信号中的任意偏振模色散(PMD)、以及生成第一均衡信号和第二均衡信号。第一均衡信号和第二均衡信号各种包括与第二调制格式的多个符号交织的第一调制格式的多个符号。装置包括符号解交织器，其被配置为将第一多个符号从第一均衡信号和第二均衡信号中与第二多个符号分离。符号解交织器被配置为生成包括第一多个符号的第三均衡信号，以及包括第二多个符号的第四均衡信号。装置还包括第一载波相位估计器和第二载波相位估计器，第一载波相位估计器被配置为根据第一调制格式来估计第三均衡信号的载波相位，第二载波相位估计器被配置为根据第二调制格式来估计第四均衡信号的载波相位。装置还包括第一FEC解码器和第二FEC解码器，第一FEC解码器被配置为根据第一调制格式以估计的载波频率解码第三均衡信号，第二FEC解码器被配置为根据第二调制格式以估计的频率解码第四均衡信号。

总之，本文提供的技术提供了在时间和偏振二者上交织不同调制格式的符号，以减少限制相关光传输的最大范围的非线性失真。本文描述的具有交织器/解交织器模块的发送器和接收器提供了简单的架构，因为剩余模块不被要求识别和处理不同的调制格式，并可被设计为处理单一调制格式。此外，混合格式信号的预失真可用于改善非线性公差。

上面的描述仅旨在举例。在不脱离本文所描述概念的范围并在权利要求的等价形式的范围和幅度之内的情况下，可在其中做出各种修改和结构变化。