一種基于強度噪聲方差以及低通濾波器的光纖自適應非線性補償方案的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及高速光傳輸領域，尤其是一種基于強度噪聲方差以及低通濾波器的光 纖自適應非線性補償方案。
【背景技術】
[0002] 通信技術的發(fā)展自古以來從未間斷過。在近代的發(fā)展中，人們更加關注信息傳送 的距離、速率、有效性以及經(jīng)濟性，因此光纖作為傳輸媒介的提出，很快引起了通信技術的 一場革命，使光纖通信在隨后幾十年的時間里得到了迅猛發(fā)展，并且逐漸成為了現(xiàn)代通信 的基石。
[0003] 光纖通信發(fā)展另一重大里程碑是1986年南安普頓大學發(fā)明的摻鉺光纖放大器 (EDFA)。它的問世使光纖通信不再需要光電光轉換的情況下，直接在光域對信號進行放大， 并且可以同時放大C波段內(nèi)的多個波長信號，最終引領了另一次的革命浪潮一一波分復用 技術的發(fā)展。
[0004] 無論技術如何發(fā)展，增大傳輸容量以及增加傳輸距離都是通信系統(tǒng)始終最求的兩 大發(fā)展目標，因此通信系統(tǒng)的性能通常用比特率-距離積（BL)來衡量。每次技術的發(fā)展 和關鍵問題的解決都會使中繼距離和傳輸容量在一定程度上得到突破性進展，最近研宄顯 示，BL積的增長速率大約是每4年增加10倍。但是隨之而來的新問題也不斷產(chǎn)生，如EDFA 的發(fā)明帶來了自發(fā)輻射噪聲的積累；長距離單模光纖的應用造成了非線性和色散的損傷 等。
[0005] 隨著速率的提高和傳輸距離的增長，面臨的問題也在逐漸變化。速率的提高導致 接收機帶寬增加，檢測到的噪聲功率也隨之增加。為了維持一定的信噪比，則需增加信號功 率。然而信號功率的增加必然會引起更強的光纖非線性損傷，而且對于高速窄脈沖信號來 說，非線性的影響會進一步加劇。而當今光纖通信傳輸系統(tǒng)，色散已經(jīng)不是問題，多種方法 都可以將色散引起的損傷完全消除。因此，光纖非線性成為了限制傳輸距離的主要因素，其 補償方法也是研宄的熱點與難點。
[0006] 具體來說，目前已經(jīng)有很多方法可以較好的補償非線性。早期在單信道傳輸系統(tǒng) 中，Killey以及Goeger等課題組利用光均衡器和電均衡器可以有效的減小自相位調(diào)制效 應（SPM)的影響。特別是在PSK系統(tǒng)中，由于SPM導致的非線性相移與信號強度有關，可以 根據(jù)信號強度對接收到的信號施加相應的相移，部分抵消SPM的影響；隨著WDM的普及與 應用，交叉相位調(diào)制（XPM)以及四波混頻（FWM)成為了信號的約束條件。因此色散管理的 提出，通過相位適配技術，有效抑制了XPM和FWM效應。然而隨著傳輸距離和傳輸速率的進 一步增加，以上方案的補償效果都不盡人意。李桂芳小組首次提出利用后向傳輸（DBP)的 方案，通過離線DSP模擬反向光纖傳輸過程，實現(xiàn)了較好的非線性補償。但是復雜的計算無 法應用于實時信號處理中；2007年Kumar小組利用傳輸中點相位共軛信號方案同樣實現(xiàn)了 非線性補償，但是傳輸過程中的功率無法嚴格意義上匹配；2013年貝爾實驗室劉翔領導的 小組提出了發(fā)送端共軛信號傳輸方案，此方案極為簡單，補償效果穩(wěn)定，但是使頻譜效率減 半。以上方案各有優(yōu)點，其中DBP方案可以補償光纖中所有非線性的影響而受到廣泛的關 注和研宄。但是現(xiàn)有技術方案大多數(shù)是建立在已知所有鏈路參數(shù)（如光纖色散值、非線性 值、光纖輸出功率等）的條件下。而在可重構的傳輸網(wǎng)絡中，或者某一系統(tǒng)的不同時間里， 鏈路參數(shù)隨外界條件而改變，或者隨時間而波動，因此并不能精確獲得當前參數(shù)值。此時， 自適應非線性補償方案的研宄具有重大意義與應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于現(xiàn)有技術的以上缺點，本發(fā)明的目的是提供一種基于強度噪聲方差以及低通 濾波器的光纖自適應非線性補償方案，該方案無需知道精確的鏈路參數(shù)，并降低了傳統(tǒng)DBP 算法的復雜度。本方案通過探測強度噪聲方差，并結合低通濾波器算法，利用改進DBP算法 實現(xiàn)了低復雜度的自適應非線性補償。
[0008] 本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實現(xiàn)的：
[0009] 一種基于強度噪聲方差以及低通濾波器的光纖自適應非線性補償方案。主要由沿 光路順序連接的以下器件構成：一路或多路相位調(diào)制光信號（IOl1Wl〇lN)、一個光波分復 用器（102)、一個光放大器（103)、一段長距離光纖（104)、一個波分解復用器（105)、N個本 振光源（1〇6廣106N)、N個光混頻器（107廣107N)、光電轉換器（108)、采樣模塊（109)以 及數(shù)字信號處理單元（110) ;N路波長不同的光相位調(diào)制信號由波分復用器（102)合為一路 波分復用信號；合并后的光信號由一個放大器（103)放大后進入一段長距離光纖（104)中 傳輸；在接收端，復用信號首先通過一個波分解復用器（105)分離為N路獨立的信號，接著 與各自的本振光源（IOeiW106N)耦合進入光混頻器（K^1- 107N)中；再分別經(jīng)過光電轉 換器（108)、采樣模塊（109)以及數(shù)字信號處理單元（110)，最后通過檢測強度噪聲方差，并 結合低通濾波算法，實現(xiàn)信號的自適應非線性補償。
[0010] 這樣，N路波長不同的光相位調(diào)制信號經(jīng)過放大器后進入一段長距離光纖（104) 中進行傳輸。在傳輸過程中，光信號受到光纖固有的色散和非線性的影響而產(chǎn)生失真。傳 輸后的信號通過本振光源、光混頻器、光電轉換器等器件轉換成電信號，并由數(shù)字信號處理 單元存儲并進行處理。最后利用所提出的算法對信號失真和損傷進行自適應補償。
[0011] 采用本發(fā)明的方法，包括以下幾個特征：1)不需要知道精確的鏈路參數(shù)（包括光 纖輸出功率、光纖非線性）既可對光纖非線性進行精確的補償；2)在自適應非線性補償過 程中使用強度噪聲方差，避免了載波相位恢復和偏振解復用的重復運算；并結合低通濾波 算法，極大的提高了補償效率；3)接收端使用傳統(tǒng)的相干檢測裝置，很好地實現(xiàn)了對現(xiàn)有 網(wǎng)絡的兼容性。一般來講，在可重構的傳輸網(wǎng)絡中，或者某一系統(tǒng)的不同時間里，鏈路參數(shù) 隨外界條件而改變，或者隨時間而波動，因此并不能精確、及時的獲得當前參數(shù)值，因此本 發(fā)明適用于解決下一代軟件定義網(wǎng)絡中的動態(tài)可變問題。所述方案既可與其他復用技術結 合，如正交頻分復用（OFDM)，波分復用（WDM)，也可以與更高階的調(diào)制格式相結合，如相位 調(diào)制（PSK)，正交振幅鍵控調(diào)制（QAM)等，以實現(xiàn)超尚速的動態(tài)自適應網(wǎng)絡建設。
[0012] 基于強度噪聲方差以及低通濾波器的光纖自適應非線性補償方案，在接收機端采 取離線數(shù)字信號處理的方式進行解調(diào)和補償。其中自適應非線性補償主要分為三個步驟： 首先將相干接收后的信號通過色散估計和補償算法去除色散的影響。接著任意設定一個光 纖非線性的初始值Y(O)，并通過一個低通濾波器，濾波后的信號用作非線性補償因子施加 到色散補償后的信號。最后計算所得信號的強度噪聲方差Var(Si2)，并判斷這個值是否最 小。如果不是，則更新非線性系數(shù)重復以上過程；若是，則認為此時的補償條件為最優(yōu)，信號 接著進行偏振解復用、頻偏補償、載波相位恢復以及信號恢復。
[0013] 本發(fā)明是針對下一代軟件定義網(wǎng)絡和超高速遠距離傳輸提出的，同時可與波分復 用、正交頻分復用兼容，也可結合相位調(diào)制、正交振幅鍵控調(diào)制等先進的調(diào)制格