[发明专利]采用高级编码和高阶调制的光通信系统、设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及由杨奇等人同时提交的、共同待审且共同转让的、标题为“System and Method for Subcarrier Recovery at Local Oscillator Frequency in Optical OFDM System”的美国专利申请序列号No.__，其公开内容通过引用而被整体合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及光通信系统，更具体地涉及在长距离(long-haul distance)上每单个信道上以高速传输操作的发送器和接收器。

背景技术

对光传输的研究通常已经集中在以下四个方面：增加数据速率、增加传输可及范围、增加频谱效率，以及提高接收器灵敏度。随着光网络的快速增长，上述四个方面的必要性和重要性变得更明显。

近期研究组已经展示了使用波分复用(WDM)技术、经由1000km(一千公里)的标准单模光纤(SSMF)进行的超过1-Tb/s的信号传输。例如，S.L.Jansen在2008年展示了在1000km SSMF上进行的10×121.9-Gb/s传输。A.Sano展示了在1300km的SSMF上进行的30×100-Gb/s的全光OFDM传输。尽管WDM技术可以有效地增加光通信的线速率，但基本的提高是增加每单个信道的数据速率。在过去十年中，已经广泛研究了每单个信道具有100-Gb/s的信号。为了跟上来自互联网业务的不断增加的带宽需求，普遍认为400-Gb/s或者1-Tb/s的传输将在下一个十年内出现。若干实验演示已经展示了超过1-Tb/s的每单个波长的线速率。Roman Dischler等人演示了在400km的SSMF上进行的每单个信道1.2-Tb/s的相干光OFDM传输。Yiran Ma等人展示了在600km的SSMF上进行的每单个信道1-Tb/s的相干光OFDM传输，这是迄今为止使用SSMF链路的最长的可及范围。主要限制之一是由于Tb/s信号的连续超宽谱导致的增强的非线性，其导致与当前的100-Gb/s传输相比可及范围减小。尽管在同一年，Xiang Liu和S.Chandrasekhar演示了在7200km上进行的1.2Tb/s的传输，这种工作很大程度上由Raman放大和超大面积光纤支持。然而，现有的光纤设备(fiber plant)主要通过SSMF来构造。并且现有光纤链路中的主要放大节点正在使用掺铒光纤放大器(EDFA)。对于新兴的Tb/s传输，希望与现有的光纤设备兼容。因此，提高接收装置的灵敏度使得可以在存在线性光放大器噪声和光纤非线性时恢复光信号是很重要的。

提高系统灵敏度的一个关键方法是使用高性能纠错码(ECC)。例如，可以使用Reed-Solomon(RS)码或者BCH码来校正具有处于～1×10^-3级别上的比特错误率(BER)的噪声信号。然而，使用这种类型的码的通常方式引入了一些开销。增加的开销(较低的速率)码进一步提高了系统性能，但是也需要更大的带宽，这对于频谱效率和系统成本具有不利影响。由此，优选地是使用强FEC码来提高系统性能而不扩展信号带宽。被命名为Trellis编码调制(TCM)的另一编码方案使用开销以将信号映射到高阶调制上(即，对信号执行高阶调制)。通过这样做，扩大了信号星座的距离。杨奇展示了1-Tb/s的TCM编码的相干光OFDM传输。该工作将原来的利用正交相移键控(M-PSK，M＝4)星座的传输扩展到8-PSK(M-PSK，M＝8)。光信噪比(OSNR)实现了背靠背(0km传输)的2.6dB的提高。然而，这种类型的码具有其局限性在于它对星座上的相位问题非常敏感，这意味着这种提高在长距离传输期间可能降低。Xiang Liu展示了在990km的SSMF上进行的44Gb/s Trellis编码的32-QAM CO-OFDM传输，其具有1.2dB的提高。与在OECC’2010公开的杨奇2010年进行的工作相比，背靠背的相同传输可以具有3.4dB的提高。尽管这种方案可以用于提高系统性能，但由于其对相位噪声的超敏感，所以其对于长距离传输来说不是个好选择。为了实现好的提高，TCM的计算复杂度变得非常重。由此，优选的ECC码应具有针对各种传输情形的强编码能力、以及实用的计算复杂度，这对于1-Tb/s信号抵达达到1000km的距离是必须的。