光发射机，光网络以及用于补偿偏振模色散的方法.pdf

一种用于光通信网络的光发射机装置(102)包括串联连接在光发射机单元(106)的输出和传输光纤(108)之间的偏振抖动单元(104)。

1、  一种用于光通信网络的光发射机装置(102)，包括串联连接在光发射机单元(106)的输出和传输光纤(108)的输出之间的偏振抖动单元(104)。

2、  如权利要求1所述的光发射机装置(102)，其中对于沿着所述传输光纤(108)传输多于一条信道的通信网络，所述发射机装置(102)包括每条信道一个抖动单元。

3、  如权利要求1所述的光发射机装置(102)，其中对于沿着所述传输光纤(108)传输多于一条信道的通信网络，所述发射机装置(102)包括与所述光发射机单元(106)连接的多路复用器并且所述抖动单元(104)与所述多路复用器的输出连接。

4、  一种光通信网络(100)，包括至少发射机装置(102)和接收装置(112)，其中所述发射机装置(102)包括串联连接在光发射机单元(106)的输出和传输光纤(108)之间的偏振抖动单元(104)，所述网络(100)进一步包括连接在所述传输光纤(108)的末端和所述接收装置(112)的输入之间的偏振模色散补偿器(110)。

5、  如权利要求4所述的网络(100)，其中所述偏振模色散补偿器(110)包括偏振控制器(202)，延迟单元(204)以及适于为所述偏振控制器(202)提供在所述接收装置(112)的输入上获得的反馈信号的反馈信号线(206)。

6、  如权利要求5所述的网络(100)，其中所述反馈信号为眼图张开度信号或预前向纠错误比特比率。

7、  如权利要求5-6中任一项所述的网络(100)，其中所述抖动单元(104)适于调制所述输入信号的偏振状态，使得所述偏振调制状态在比在其上提取所述偏振模色散补偿器(100)反馈信号的时间量程短的时间量程上改变。

8、  如权利要求5-7中任一项所述的网络(100)，其中所述延迟单元(204)适于向所述光信号添加固定的延迟。

9、  如权利要求4-8中任一项所述的网络(100)，其中如果所述网络(100)沿着所述传输光纤(108)传输多于一条信道，那么所述发射机装置(102)包括每条信道一个抖动单元。

10、  如权利要求4-8中任一项所述的网络(100)，其中如果所述网络(100)沿着所述传输光纤(108)传输多于一条信道，那么所述发射机装置(102)包括与所述光发射机单元(106)连接的多路复用器并且所述抖动单元(104)与所述多路复用器的输出连接。

11、  如权利要求4-10中任一项所述的网络(100)，其中所述网络为波分复用或密集波分复用，或粗波分复用。

12、  一种在光通信网络(100)中传输光信号的方法，包括偏振抖动(504)从光发射机单元(106)的输出传输(502)的所述光信号并且发送(506)所述经抖动的信号至传输光纤(108)。

13、  如权利要求12所述的方法，其中对于沿着所述传输光纤(108)传输多于一条信道的通信网络，所述偏振抖动(504)的步骤在单独的信道上执行。

14、  如权利要求12所述的方法，其中对于沿着所述传输光纤(108)传输多于一条信道的通信网络，所述方法包括多路复用所述信道之后为偏振抖动(504)所述多路复用信号的步骤。

光发射机，光网络以及用于补偿偏振模色散的方法
技术领域
本发明涉及通常光通信网络，并且特别涉及偏振模色散的补偿。
背景技术
传输光纤的偏振模色散(PMD)可能是用于部署每信道40Gbit/s及以上高速光纤通信系统的最大限制效应。PMD由光纤和网络装置中的随机双折射引起，其引发了两个偏振主态(PSP)之间的微分群延迟(DGD)，并且表现为随机脉冲失真和光纤传输系统中的性能降级。PMD是一种随机现象，其DGD值随着时间，温度，波长和部署条件而改变。
在理想情况下，具有不同偏振的光在波导(光纤)中以相同的速度行进。由于引起光脉冲的随机延展的随机不完整性和不对称性，其在实际生活的光纤中存在，两个不同偏振的光以不同的速度行进穿过波导并且这一现象称为偏振模色散。
为了减轻PMD的效应，光系统必须包括一些PMD补偿形式。在波分复用(WDM)系统中，通常必须为每条信道使用一个这样的补偿器以达到满意的性能。为有效地减轻PMD效应，PMD的时间漂移特性迫使任何积极的补偿技术动态地适应，同时系统在操作以及光纤PMD演变。提出许多光和电子PMD补偿器。在它们中电领域的解决方案通常更快且更灵活，但是它们本质上局限于低PMD。因此，更复杂、作为PMD更具有潜力(至少在理论上)的光PMD补偿器可以在光领域中完全地补偿。
典型的PMD补偿器的基本模块是许多高双折射元件(例如偏振保持光纤，PMF，元件)，反馈信号和动态驱动PMDC的最优化算法。
本领域已知的解决方案的缺点是PMD补偿器(PMDC)的有效性经常通过静态的或准静态过程来估计：因为恶化取决于输入信号偏振状态(SOP)和光纤PMD，可以使用PMD仿真器并且设定输入信号SOP来测量PMCD的有效性。然后SOP或PMD被改变并且PMDC再次优化(在理论水平这相应于损耗概率方法)。在两种情况下，一种可以忽略从一种操作条件到另一种的瞬变期间会发生什么。在原理上，任何偏振输入状态(SOP)和/或光纤PMD的改变相应于PMDC变量参数的依赖时间的轨迹。因此仅当这些轨迹不中断时这个准静态方法才可能正确。这已被证明是不正确的。
大部分偏振模色散补偿器可使用两种不同补偿策略之外的一个补偿策略。因为系统损伤仅取决于其中和分别是信号SOP和大体是一阶PMD的斯托克斯向量。因此如果与平行或如果仅仅最小时PMDC有效工作。如果PMDC以”平行”模式启动，在一段时间后，PMDC不得不瞬间切换到”最小化”模式。
因为在这个时间窗期间存在用于切换PMDC并且然后反复地寻找新的最佳操作点所需要的非零时间，所以PMDC可产生眼图闭合度(eye closure)和差错突发，这是系统和网络架构不能容忍的。
根据PMDC，因此强制性的是它曾经不能使用“平行”策略。然而这不能简单地避免的：信号特性不允许分离这两种操作模式。因此，通常的反馈信号提供在两种模式下基本相同的结果并且它不能够实施任何不同类型的反馈来区别这两种模式。因此，今天光PMDC忍受锁定于不稳定条件，接着稍后产生无效的补偿，具有低信号质量以及甚至不能接受的差错突发。
本领域已知称为偏振扰频的技术，其当前用于长距离光传输系统，但其不适于偏振模色散补偿的应用。
因此，用于偏振模色散补偿的改进装置和方法将是有益的并且其特别容易适用于PMD的宽范围(包括高偏振模色散)补偿以及具有偏振可变状态的情况。
发明内容
因此，本发明寻求更适宜地减轻，减缓或消除一个或更多上述单独或合并的缺陷。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于光通信网络的光发射机装置，包括串联连接在光发射机单元的输出和传输光纤的输出之间的偏振抖动(dithering)单元。
根据本发明的第二方面，提供了一种光通信网络，包括至少发射机装置和接收装置，其中所述发射机装置包括串联连接在光发射机单元的输出和传输光纤之间的偏振抖动单元，所述网络进一步包括连接在所述传输光纤的末端和所述接收装置的输入之间的偏振模色散补偿器。
优选地，所述偏振模色散补偿器包括偏振控制器，延迟单元以及适于为所述偏振控制器提供在所述接收机装置的输入上获得的反馈信号的反馈信号线。
所述光发射机装置的抖动单元适于调制所述输入信号的偏振状态，其中所述偏振以下述方式实施，即所述偏振调制状态在比在其上提取所述偏振模色散补偿器反馈信号的时间量程短的时间量程上改变。
根据本发明的第三方面，提供了一种在光通信网络中传输光信号的方法，包括偏振抖动从光发射机单元的输出传输的所述光信号并且发送所述抖动信号至传输光纤。
本发明的更多特征如从事权利要求中所述。
本发明得益于在PMDC上允许抑制不稳定性而并没有引入大量抖动。这种解决方案通过抑制PMDC固有的不稳定性使PMDC真正有效。另外，通过发射机的简单变形能够成本有效地实施它。
附图说明
通过下面的详细描述结合附图将可更充分地理解和领会本发明，其中：
图1是示出在本发明的一个实施例中的光通信网络的图；
图2是示出在本发明的一个实施例中用于光通信网络的偏振模色散补偿器的图；
图3是示出鲍英卡勒球(Poincare sphere)(点线)上输入传输斯托克斯向量的变化的例子的图；
图4A是示出在现有技术解决方案的情况下以dB为单位的眼图闭合度(eyeclosure)演进的图。
图4B是示出在本发明的一个实施例中以dB为单位的眼图闭合度演进的图。
图5是示出在本发明的一个实施例中传输光信号的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1，提出了一种用于光通信网络100的光发射机装置102。为了使本发明的示意性附图更为清楚，省略了一些对于理解发明不必要的元件和连线。
本申请中所使用的术语“发射机”或“发射机装置”涉及向网络发射光信号的设备并且覆盖例如光发射机，光放大器和光添加/丢弃节点。
发射机装置102包括串联连接在光发射机单元106的输出和传输光纤108之间的偏振抖动单元104。发射机单元106和抖动单元104必须是光连接，但是它们之间的光纤长度与传输光纤108的长度相比可以忽略。注意，在WDM系统中可以每条信道使用一个抖动单元或更优选地所有信道使用位于WDM多路复用器(未示出)后的仅仅一个抖动单元。然而，本发明的意图在于对于沿着传输光纤108发射多于一个信道的通信网路，在发射机装置102中每条信道有一个抖动单元，而不必所有信道都被偏振抖动。这可以，例如应用到不需要显著带宽的控制信道并且不必需对它实现高数据速率。相同的方法可以适用于具有多路复用器的实施例，其中并非所有信道被多路复用且并非导致所有信道被偏振抖动。
抖动单元的位置靠近发射机单元106提供了重要好处。偏振抖动是原始偏振状态(SOP)的调制，因此如果抖动单元在信号发射到光纤之前应用于信号则它适当地操作。如果抖动单元位于RX边，它不工作(补偿器工作在平行模式的概率为50％且其工作在最小化模式的概率为50％)。如果抖动单元位于链路中间，则其有效性被降低。
参照图1，提出一种用于光通信网络100中的光发射机装置102。网络100包括发射机装置102和接收装置112。发射机装置102包括串联连接在光发射机单元106的输出和传输光纤108之间的偏振抖动单元104。抖动单元102的附加帮助减轻链接光发射机102和光接收机112装置的传输光纤的偏振模色散(PMD)的效应，因为网络100进一步包括连接于传输光纤108末端和接收装置112输入的偏振模色散补偿器(PMDC)110。
在优选实施例中，PMDC110包括偏振控制器202，延迟单元204和反馈信号线206。延迟单元204优选地提供两个正交SOP之间的固定延迟Δτ。反馈信号线206将在接收机装置112的输入提取的反馈信号提供给偏振控制器202。PMDC110，并且更明确地偏振控制器202，在接收机侧基于接收到的反馈信号补偿传输光纤的偏振模色散。在优选实施例中，反馈信号是眼图张开度(eyeopening)信号或预前向纠错(pre-FEC)误比特比率或检测信号的部分电光谱的强度。
为了稳定偏振模色散控制器，其在现有技术中遭受锁定到不稳定状态(例如，当PMDC以“平行”模式启动，在一段时间后瞬间切换到“最小化”模式时的情况)，通过在发射机106和传输光纤108之间引入偏振抖动单元104来修改传输系统。当信号偏振状态的斯托克斯向量随时间变化，这可看作图3所示的鲍英卡勒球上的轨迹。鲍英卡勒球提供了呈现偏振光且预测任何给定的延迟器将如何改变偏振形式的便利方式。上极和下极代表左右旋圆偏振光。赤道上的点指示线性偏振。球体上的其他点代表椭圆偏振。赤道上任意选取的点H指定水平偏振，并且完全相反的点V指定垂直偏振。(单位半径)鲍英卡勒球的表面上普通点P根据经度和纬度是特定的。
发明人执行计算机仿真来确定该方法的有效性。仿真中假设40Gbit/s不归零码(NRZ)无啁啾信号，以平均微分群延迟DGD＝8.0ps(≈T_bit/3)沿光纤传输，其中T_bit为比特时间。另外，为了加速仿真，假设沿光纤使用波片模型传输64比特模式。在发射到传输光纤之前，信号经过抖动模块104。抖动模块104引入在斯托克斯域中由圆弧给出的信号偏振状态(SOP)的变化，如图3所示。利用偏振抖动，初始SOP的变化被限制仅仅为所述圆弧，并且信号没有完全去偏振。可以预期：完全偏振扰频器防止PMDC的动态限制。但是，发明人发现，这也产生相关的抖动，其在实际系统(图5A)中是无法忍受的。但是，低的受控偏振变化足以抑制PMDC的不稳定性，同时不引入显著的抖动。
在一个实施例中，在接收机端，PMDC110是具有由延迟单元204和偏振控制器202提供的固定延迟的一级偏振模色散控制器，即它具有2自由度。接收机模拟为后面有贝塞尔低通滤波器(4阶，28GHz带宽)的快速光电二极管。眼图张开度信号作为反馈信号使用。不添加电或光噪声；因此，眼图张开度是优选的反馈信号。
图4A和4B示出了曲线的两个例子，该曲线是通过不具有(图4A)和具有(图4B)偏振抖动以及具有DGD_f＝15.3ps和DGD_c＝16ps获得，以及偏振的输入状态接近一个主偏振状态。其中DGD_f代表光纤微分群延迟且DGD_c代表PDMC的微分群延迟。PDMC的微分群延迟由延迟单元204引入。
在图4A，在上部图中，示出了在现有技术发射机的条件下以dB为单位的眼图闭合度演变，即不具有偏振抖动的光发射机。这里，在初始锁定后，眼突然遭受大概3.5dB的明显惩罚(penalty)，402。在下部图中示出了相应的的眼图。3.5dB的惩罚导致眼闭合，404，并且指示PMDC的动态限制。当光纤达到更高DGD_f值，由于统计的变化，获得甚至更糟的结果。
当引入偏振抖动(也称弧抖动)，眼图不受惩罚影响-这在图4B上部图以及下部图中的406示出。另一方面，注意到限制的抖动的存在，408。理想地采样瞬间经常发生在数据比特时间的中间，与两个邻近边缘转变点等距。然而抖动改变了关于采样点的边缘位置并且能够影响光电子高速接收机的性能。
可以知道，当信号不是偏振抖动，穿过受PMD影响的光纤所花费的时间延迟取决于光纤DGD_f和其初始SOP。例如，如果信号首先沿着光纤的一种主偏振状态(PSP)然后沿着另一种PSP注入其SOP，其具有两种不同的群延迟值，它们的差别就是DGD_f。输入SOP的改变，伴随PMD，因此能够产生非恒定的数字符号到达时间。
值得强调的是选择偏振抖动的速度决定这种延迟调制，并且这非常关键(critical)。如果抖动很慢，SOP改变也慢(例如kHz)，并且典型的接收机不被微分群延迟明显影响。但是，如果是那样的话，PMDC的好处也会消失：为了有效，偏振抖动应该以比提取反馈信号所执行的电子的速度(MHz或更高)更快的速度改变输入的SOP。因此，在优选实施例中使用快速偏振抖动。然而，在这种情况下，偏振抖动与残留的PMD(没有被PMDC补偿的光纤PMD的部分)结合，并产生抖动。这种抖动通过关闭眼图并且不允许时钟恢复以从数据提取好的时钟信号可显著地影响接收机性能。发明者发现在全部测试情况下在鲍英卡勒球中大约1拉德的弧抖动能够抑制一级PMDC的不稳定性并且同时它产生可忽略的时间抖动的增加，甚至在当光纤的DGD(DGD_f)与PMDC的DGD(DGD_C)很不相同的时候。这示出了本解决方案的优点，其能够处理随时间，温度，波长和部署条件改变的DGD值。
参照图5，提出了一种在光通信网络(100)中传输光信号的方法的实施例。该方法包括偏振抖动504从光发射机单元106输出502的光信号的步骤。在下一步骤中，发送506所述抖动信号至传输光纤。
在一个实施例中，对于沿着所述传输光纤108传输多于一条信道的通信网络，偏振抖动504的步骤在单独的信道执行。在这个实施例中，沿着光纤传输的所有信道被单独地抖动或，可替换地，这些信道中仅有部分被偏振抖动。
在另一实施例中，对于沿着所述传输光纤108传输多于一条信道的通信网络，本方法包括在多路复用所述信道的步骤之后为偏振抖动504所述多路复用信号的步骤。此外，两种可替换的实施都是可能的。在一种实施中，多路复用所有信道并且然后对它们执行偏振抖动或，可替换地，沿着光纤传输的信道的仅有部分被多路复用并被偏振抖动。
本发明更优选地应用于波分复用(WDM)系统，密集波分复用(DWDM)系统或粗波分复用(CWDM)系统，但是它也能够用于提供高速通信的其他光系统，包括单信道系统。