專利名稱：用于減輕由光濾波所產生的符號間干擾的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及光傳輸，并且特別涉及用于減輕由于符號間干擾(ISI)所產生的損失(penalty)的方法和設備。
背景技術：
光分插復用器(OADM)是在波分復用(WDM)傳輸系統中用于靈活的波長管理的關鍵使能因素。然而，包括多個串聯OADM或其它提供窄帶光濾波的設備的高數據速率傳輸系統(例如40-Gb/s)可能由于所述窄帶光濾波而遭受顯著的ISI。ISI是每個比特時隙的信號到其它比特時隙的擴展。所述擴展使數字傳輸系統中的眼圖張開發生閉合，以及導致劣化的系統性能。
一種減輕由窄帶光濾波所產生的ISI的現有技術解決方案是使用具有較窄光帶寬的傳輸格式。然而，使用窄帶傳輸格式并不總是可行的或理想的，因為，所述傳輸格式可能對非線性及噪聲更加敏感。另外，這種解決方案不可以應用于使用傳統(非窄帶)調制格式的系統。
另一種現有技術解決方案是使用電均衡器。然而，由于傳統的平方律檢測時的光相位信息的損耗，電均衡的有效性也基本被限制。另外，40Gb/s及更高的電均衡通常需要具有大于80GHz帶寬的電子器件，以及在許多應用中是不切實際的。
另一種現有技術解決方案是使用均衡器設備，以在光濾波之后提供失真信號的光均衡。這種設備在C.R.Doerr等的“SimpleMultichannel Optical Equalizer Mitigating Intersymbol Interferencefor 40-Gb/s Nonreturn-To-Zero Signals”中被討論。所提出的光均衡器被用作額外的光部件來補償之前所引起的ISI損失，以及使用Mach-Zehnder干涉儀。然而，這種解決方案可能不適合于所有的商業應用。
發明內容
本發明提供用于減輕由窄帶光濾波所產生的ISI損失的方法及設備。在一個優選實施例中，提供一種用于傳輸多信道光信號的設備。所述設備包括用于窄帶光濾波的光濾波設備。所述光濾波設備在濾波通帶的傳送率分布(transmittance profile)中顯示出理想的損耗波動(ripple)，以便減輕由所述窄帶光濾波所產生的ISI，以及對于所述多信道光信號中的一條或多條信道改善傳輸性能。
在根據本發明的方法的優選實施例中，使用光濾波設備對多信道光信號進行窄帶濾波。所述光濾波設備在濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的損耗波動，以便減輕由所述窄帶光濾波所產生的ISI，以及對于所述多信道光信號中的一條或多條信道改善傳輸性能。
當與附圖一起進行閱讀時，可以更好地理解前面的發明內容以及下面本發明的優選實施例的詳細描述。出于說明本發明的目的，在附圖中示出了目前優選的實施例。然而，應當知道，本發明不限于所示的準確安排及手段。
在附圖中圖1A-D是用于傳輸歸零開關鍵控(RZ-OOK)光信號的仿真眼圖；圖2A-B是示出了在OOK和DPSK系統中以φ0的總眼圖閉合損失系數的關系曲線的圖；圖3是在φO＝π/2(或3π/2)處損耗波動(LR)所引起的光信噪比(OSNR)損失關于波動周期和幅度的關系曲線的曲線圖；圖4是在通過有LR及沒有LR的兩個交織器(interleaver)之后42.7-Gb/s NRZ-DPSK信號的測量光頻譜；
圖5A-B是分別通過LR和未通過LR的所窄帶濾波的42.7-Gb/sNRZ-DPSK信號的測量眼圖；圖6A-B是在分別沒有LR和有LR的6個級聯交織器(IL)之后的42.7-Gb/s NRZ-DPSK信號的仿真眼圖；圖7是根據本發明的一個實施例的光濾波器的框圖；以及圖8是說明了本發明的諸方面的圖。
具體實施例方式
與LR有關的頻率相關的幅度調制通常可以被表示為正弦函數的傅立葉和，其中每個為lLR(f)=-lpp2sin(2πf/fp+φ0),···(1)]]>其中lpp和fp分別是LR分量的以dB為單位的峰峰幅度(為了符合傳統的損耗波動規范)和周期，而φo是LR的相位，所述相位與信號頻率及其最近的傳送率峰值之間的偏移有關。(這里所使用的LR是指濾波器通帶響應的峰峰變化)對于信號的中心頻率，f＝0被選擇；因此，根據等式(1)，當傳送率峰值與信號的頻譜中心相一致時，φO＝π/2。我們可以將單個脈沖(一個“1”)的LR失真的時域分布寫為b(t)=∫-∞∞A(f)ej2πft·eln(10)lLR(f)/10df,···(2)]]>其中，A(f)是a(t)的傅立葉變換，a(t)是原始脈沖的時域分布。
使用貝塞爾函數的生成函數，exp(z(t-1/t)/2)=Σn=-∞∞Jn(z)tn,···(3)]]>其中，Jn(z)是第一類貝塞爾函數，我們有elLR(f)=exp{ln(10)lpp40j[ej(2πf/fp+φ0)-e-j(2πf/fp+φ0)]}=Σn=-∞∞Jn(ln(10)lpp20j)ejn(2πf/fp+φ0),···(4)]]>對于小的/適中的LR所引起的失真保留一階項，我們獲得(通過使用J0(z)＝landJ±1(z)＝±z/2)
b(t)≈a(t)+ln(10)lpp40·{a(t+1/fp)exp[j(φ0-π2)]+a(t-1/fp)exp[-j(φ0-π2)]}···(5)]]>等式(5)表明，對于第一階，所述失真的脈沖包括原始脈沖和兩個離散的脈沖，所述兩個離散的脈沖具有共同的相對幅度ln(10)lpp/40，以及分別具有±φO-π/2和±1/fp的相位和延遲。應當注意，盡管就時間上距離原始脈沖±1/fp的離散輔助(satellite)脈沖而言，LR以類似的方式作用于群延遲波動(GDR)，但是，LR所引起的輔助脈沖的幅度和相位與由GDR所引起的相比是表現不同的。更具體來說，LR所引起的輔助脈沖的幅度是與波動周期無關的，因此，只要信號比特速率(BR)是LR周期的倍數，或者fp＝BR/n，其中n＝1，2，3...，就總有強的ISI。當fp小于BR時，這使得在關于fp的損失相關性中產生“振蕩行為”，這不同于GDR的情況，在GDR的情況中，僅在BR接近GDR周期時發生最壞的損失。另一方面，當波動周期增加超過BR時，原始脈沖和離散的脈沖之間的時間偏移變得小于比特周期T(T＝1/BR)，以及LR所引起的ISI快速減少。另外，LR所引起的輔助脈沖的相位引起注意地進行表現。對于φO＝π/2(或者其中信號頻率符合發送峰值)，兩個輔助脈沖都是和原始脈沖同相的。(窄帶光濾波可以被看作φO＝π/2的特殊情況。)對于φO＝3π/2(或者信號頻率符合發送谷值)，兩個輔助脈沖都是和原始脈沖異相的。這可以有利地被用于減輕有窄帶光濾波所產生的損失。
圖1A-D示出了具有由LR所引起的失真的RZ-OOK傳輸的仿真眼圖，所述LR具有lpp＝5dB以及fp＝1×BR。所述脈沖的占空度假設是33％。在φO＝0或π處，在“1”和其輔助之間的相位差是π/2，以及“0”比“1”降低許多。在φO＝π/2(3π/2)處，相位差是0(π)，以及“1”比“0”降低許多。差分移相鍵控(DPSK)傳輸也被發現類似地受LR的影響(如OOK)。
具有光前置放大接收器的系統中的LR所引起的OSNR損失也被估定。損失因素可以被定義如下P(dB)=20log[1-ln(10)lpp40·cEC·a(rem(1/fp,T))/a(0)],···(6)]]>
假設噪聲失真在光場域中是高斯類型(Gaussian-like)的，則其與光信噪比(OSNR)損失有關。項rem(1/fp，T)是1/fp除以T的余數，表示輔助脈沖中的每個與其最近的比特中心之間的時域距離。為了簡單起見，假設線性的傳輸以及理想的接收器。應當注意，與GDR的情況不同，由于上面所提及的“振蕩行為”，因此，不可以假設由LR所引起的損失是短范圍(short-ranged)的。這里，cEC是所述場域中的最壞眼圖閉合系數。對于OOK系統(沒有相位調制)，在某些簡化之后有cEC_OOK＝max
+max[1，2|sin(φ0|]， (7)其中，在“100”和“101”模式下，第一項max
對應于“1”上的ISI的等級，而第二項max[1，2sin(φO)]對應于“0”上的最壞ISI的等級。當計算OSNR損失和眼圖閉合系數時，假設信號功率在經歷LR之后被重新標準化。
對于DPSK系統，有兩種類型的“眼圖閉合”，一種是信號幅度中的，而另一種是兩個鄰近比特之間的差分相位中的。在某些推導之后，對于DPSK，我們有LR所引起的總眼圖閉合系數cEC_DPSK＝max(2|sin(φ0)|，4|cos(φ0)|/π)， (8)其中，|2sin(φO)|對應于幅度眼圖閉合的最壞程度，而4|cos(φO)|/π對應于差分相位眼圖閉合的最壞程度。圖2A-B示出了OOK和DPSK系統中關于φO的總眼圖閉合損失系數(對于LR和GDR)的關系曲線。實際上，與GDR相比，LR表現不同。
圖3示出了在φO＝π/2(或3π/2)處LR所引起的OSNR損失(以dB)關于GDR周期和幅度的關系曲線的曲線圖。因此，可以觀察之前所提及的“振蕩行為”。所述發送器假設是理想的。本領域的技術人員應當知道，如果發送器具有有限消光比，則離散的脈沖和“0”上的信號場之間的干擾可以是重要的，以及需要被考慮。
如之前所討論的那樣，具有φO＝3π/2的LR有與具有φO＝π/2的LR相反的影響，以及在通帶中心的傳送率下降(dip)(具有φO＝3π/2的LR)可以實質上消除由窄帶濾波所引起的ISI中的一些。
執行測試以驗證本發明的諸方面。42.7Gb/s NRZ-DPSK信號通過兩個交織器(IL)，所述交織器具有40GHz 3-dB帶寬的平頂(～3階超高斯)信道通帶。
圖4示出了通過有LR和沒有LR的兩個IL之后的測量信號頻譜，LR具有lpp＝5dB，fp＝50GHz，以及φO＝3π/2。LR由具有兩個級聯的20-ps延遲線干涉儀的光均衡器所產生，每個干涉儀具有可變的分光比以及差分相位控制。盡管LR通常伴隨有GDR，但是，用在實驗測試中的LR產生器的設計實際上允許無GDR的操作。所測量的峰峰GDR僅是～1ps，其引起可忽略的額外損失。
圖5A-B示出了分別通過LR和未通過LR的所窄帶濾波的42.7-Gb/s NRZ-DPSK信號的測量眼圖。通過LR所獲得的眼圖比未通過LR所獲得的眼圖更加張開并且更加對稱。獲得～0.9dB的OSNR余量改善(以BER＝6E-5)(通過單獨的判決門限優化)。LR產生器生成周期性的LR，其可以被用于同時為所有WDM信道減輕濾波損失。
還執行測試來測試本發明的諸方面的系統級性能。圖6A-B示出了在通過6個級聯的具有50GHz 3-dB通帶(3階超高斯類型)的IL之后42.7-GHz NRZ-IPSK信號的仿真眼圖。當TD＝0.5dB的傳送率下降被用于每個IL時，所述OSNR余量提高～1.5dB。
因此，根據本發明的諸方面，在濾波器通帶中產生傳送率下降的特定類型的損耗波動可以被用于減輕與窄帶光濾波有關的損失。
圖7根據本發明的一個實施例說明了用于對WDM光信號進行濾波的光濾波設備700。光濾波器710在用于第i個信道的濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的傳送率下降(如圖7的插圖中所說明的那樣)。光濾波設備700的傳送率下降優選地被選擇以便減輕由窄帶光濾波所產生的ISI。采用這種光濾波設備的光通信系統為系統中所傳輸的多信道光信號中的一條或多條信道提高了光傳輸性能。
本領域的技術人員應當理解，盡管在圖7的插圖中描述了單個頻率，但是，可以為WDM傳輸系統中的多條信道產生傳送率下降，以便為多條信道減輕由窄帶光濾波所產生的ISI。
圖8被提供以說明根據本發明的一個實施例的傳送率，其就100GHz的周期而顯示出周期性的傳送率下降(TD)。周期性的傳送率下降可以通過正弦損耗波動來產生(如圖8所說明的那樣)。損耗波動優選地被選擇，以使得對于多條信道，傳送率下降發生在濾波器的通帶的中心。
在根據本發明的一個實施例中，提供了一種用于傳輸多信道光信號的設備。所述設備包括用于窄帶光濾波的光濾波設備。所述光濾波設備在所述光濾波設備的濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的損耗波動，以減輕由窄帶光濾波所產生的ISI。通過減輕ISI，對多信道光信號中的一條或多條信道改進了傳輸性能。損耗波動優選地在光濾波設備的濾波通帶的中心產生傳送率下降。損耗波動的周期、幅度及相位優選地被選擇，以使得設備的傳輸性能被提供。損耗波動的周期優選地約等于多信道光信號的信道間隔的整數分之一。傳送率下降優選地是約0.4dB用于減輕一階ISI。本領域的技術人員應當理解，損耗波動可以包括具有各種頻率、幅度及相位的多個載波用于減輕多階ISI。
例如，窄帶光濾波設備可以是光分插復用器、復用器、解復用器、光交織器等。窄帶光濾波設備優選地對光信號進行濾波，以使得TD(dB)≈1.3(BRmax/Δf3-dB)4，其中，TD是從傳輸下降中的最小傳輸點到最大傳輸所測量的傳送率下降，BRmax是最大比特速率，以及Δf3-dB是3-dB帶寬。
在根據本發明的另一個實施例中，提供了用于傳輸多信道光信號的光傳輸系統。所述系統優選地包括多個用于窄帶光濾波的光濾波設備。所述光濾波設備優選地分布在所述傳輸系統中。所述光濾波設備中的每個優選地在所述光濾波設備的濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的損耗波動，以減輕由窄帶光濾波所產生的ISI，從而使得對于多信道光信號中的一條或多條信道，傳輸性能被改善。
由光濾波設備中的每個所顯示出的損耗波動優選地在通帶的中心產生傳送率下降。用于每個光濾波設備的損耗波動的周期優選地約等于多信道光信號的信道間隔的整數分之一。用于每個光濾波設備的損耗波動的周期、幅度和相位優選地被選擇以使得傳輸性能被改善。
用于每個光濾波設備的損耗波動可以包括具有各種頻率、幅度及相位的多個波動用于減輕多階ISI。
窄帶光濾波設備例如可以是光分插復用器、復用器、解復用器、光交織器等。窄帶光濾波器優選地對光信號進行濾波，以使得TD(dB)≈1.3(BRmax/Δf3-dB)4，其中，TD是從傳輸下降中的最小傳輸點到最大傳輸所測量的傳送率下降，BRmax是最大比特速率，以及Δf3-dB是3-dB帶寬。
在根據本發明的另一個實施例中，提供了一種用于光傳輸的方法。所述方法優選地包括使用光濾波設備對多信道光信號進行窄帶濾波的步驟。所述光濾波設備優選地在所述光濾波設備的濾波通帶的傳送率分布里顯示出理想的損耗波動，以減輕由窄帶濾波所產生的ISI，從而使得對于多信道光信號中的一條或多條信道，傳輸性能被改善。
所述窄帶光濾波器優選地對光信號進行濾波，以使得TD(dB)≈1.3(BRmax/Δf3-dB)4，其中，TD是從傳輸下降中的最小傳輸點到最大傳輸所測量的傳送率下降，BRmax是最大比特速率，以及Δf3-dB是3-dB帶寬。
本領域的技術人員應當知道，可以對上述實施例作出修改，而不脫離其廣泛的發明原理。因此，應當理解，本發明不限于所公開的特定實施例，而且，其還意欲覆蓋由所附權利要求所定義的本發明的精神和范圍之內的修改。
權利要求
1.一種用于傳輸多信道光信號的設備，包括用于窄帶光濾波的光濾波設備，其中，所述光濾波設備在所述光濾波設備的濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的損耗波動，以減輕由所述窄帶光濾波所產生的符號間干擾(ISI)，以使得對于所述多信道光信號中的一條或多條信道，傳輸性能被改善。
2.根據權利要求1的設備，其中，所述損耗波動在所述濾波通帶的中心產生傳送率下降。
3.根據權利要求1的設備，其中，所述損耗波動的周期、幅度和相位被選擇，以使得所述傳輸性能被改善。
4.根據權利要求1的設備，其中，所述損耗波動的周期等于所述多信道光信號的信道間隔的整數分之一。
5.根據權利要求1的設備，其中，所述損耗波動包括具有各種頻率、幅度和相位的多個波動用于減輕多階ISI。
6.根據權利要求1的設備，其中，所述光濾波設備是從以下組中所選擇的設備，所述組包括光分插復用器、復用器、解復用器、以及光交織器。
7.根據權利要求1的設備，其中，所述光濾波設備對所述光信號進行濾波，以使得TD(dB)≈1.3(BRmax/Δf3-dB)4，其中，TD是所述傳送率下降的峰峰幅度，BRmax是最大比特速率，以及Δf3-dB是3-dB帶寬。
8.一種用于傳輸多信道光信號的光傳輸系統，包括在所述傳輸系統中所分布的多個用于窄帶光濾波的光濾波設備，其中，所述光濾波設備中的每個在所述光濾波設備的濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的損耗波動，以減輕由所述窄帶光濾波所產生的符號間干擾(ISI)，從而使得對于所述多信道光信號中的一條或多條信道，傳輸性能被改善。
9.一種用于光傳輸的方法，包括使用光濾波設備對多信道光信號進行窄帶濾波，其中，所述光濾波設備在所述光濾波設備的濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的損耗波動，以減輕由所述窄帶濾波所產生的符號間干擾(ISI)，以使得對于所述多信道光信號中的一條或多條信道，傳輸性能被改善。
10.根據權利要求9的方法，其中，所述光濾波設備對所述多信道光信號進行濾波，以使得TD(dB)≈1.3(BRmax/Δf3-dB)4，其中，TD是傳送率下降的峰峰幅度，BRmax是最大比特速率，以及Δf3-dB是3-dB帶寬。
全文摘要
用于減輕由窄帶光濾波所產生的符號間干擾(ISI)的方法及設備，其通過使用光濾波設備對多信道光信號進行濾波來改善傳輸性能，所述光濾波設備在濾波通帶的傳送率分布中顯示出理想的損耗波動。
文檔編號H04B10/18GK1756136SQ200510107189
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月28日 優先權日2004年9月30日
發明者克理斯托弗爾·理查德·多爾, 丹尼爾·A·菲什曼, 劉翔 申請人:朗迅科技公司