[发明专利]一种基于光学相位共轭的光梳相干传输系统主从相位补偿方法

说明书

本发明公开一种基于光学相位共轭(OPC)的光梳相干传输系统主从相位补偿方法。在以光梳为光源和本振的相干光WDM系统中，发送端利用光梳信号的不同波长梳齿作为载波进行信号调制；传输链路的中间位置设置一个OPC模块，将WDM信号转换成另一波长的共轭信号；在接收端利用本地光频梳进行N路信号同时相干接收，接收信号经过数字信号预处理后采用主从相位恢复算法进行相位估计与补偿。本发明通过OPC装置补偿信号的色散损伤，从而调整N路复用信号之间的相对传输时延，有效缓解色散走离引起的接收信号相位去相干问题，从而能够在光梳相干传输系统中实现主从相位补偿。

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及光梳相干传输系统中一种基于光学相位共轭的主从相位补偿方法。

背景技术

随着大数据和物联网等新兴业务的不断发展，全球数据流量持续增长。这促使网络运营商不断寻求在现有网络的基础上实现更大的传输容量。在过去的几十年中，由于掺铒光纤放大器(EDFA)和WDM等技术的发展，光纤通信系统的传输容量已大大提高。为了进一步增加光纤的传输容量，需要实现更多波长的复用。然而，在现有网络中，WDM光通信系统中使用的载波来自独立激光器。WDM信道的增加意味着需要更多激光器，这增加了系统的整体成本与能耗。

光频梳代替激光阵列作为WDM系统的光源时，光梳WDM系统的示意图如图2所示。该系统可以有效解决上述问题，其优势主要可以概括为三点：第一，光频梳通常由一个种子激光器产生，可以提供多个用于信号调制的载波，故在WDM系统中使用光频梳可以减少独立激光器的使用数量，降低系统成本。第二，独立激光器的频率漂移是相互独立的，多个独立激光器之间的频率间隔并是不固定，而光频梳梳齿之间的频率间隔非常稳定，所以使用光频梳作为信号光源可以减小信道保护间隔，提高信道利用率。第三，正常的WDM系统中，每路信号都需要经过如图3所示的DSP流程，包括正交化、色散补偿、时钟恢复、均衡、频偏补偿和相位补偿等步骤；在光梳WDM系统中，由于光频梳具有相位相干性，各个梳齿之间的相位噪声基本一致，当发送端的光源与接收端的本振都是光频梳时，每个信道的接收信号受到的由于载波与本振线宽引起的相位噪声是相同的，其DSP过程中的相位补偿步骤可以联合处理，如图4所示。每个信道的接收信号经过正交化、色散补偿、时钟恢复、均衡和频偏补偿等DSP步骤之后，利用主从结构的相位补偿算法对所有信道进行相位噪声估计与补偿，大大降低了相位估计的计算复杂度，能够降低对DSP芯片的算力要求，同时减小接收机的能耗。图5是主从相位恢复(MS-CPR)算法的结构，关于主从相位恢复算法的详细说明参见文献“Lars L,Magnus K,Abel L R,et al.Frequency Comb-Based WDM Transmission SystemsEnabling Joint Signal Processing[J].Applied Sciences,2018,8(5):718.”。

MS-CPR算法在短距离传输系统中能够取得较好的效果，但是在基于光频梳的长距离传输系统中，由于光纤色散的存在，不同波长的信号的群速度并不一样，其通过同样长度的光纤信道所需的时间，即传输时延并不一致，这导致了接收信号的相干性减弱。若主信道CH 1与从信道CH i的中心频率间隔为Δf_i，对应的中心波长差为Δλ_i，忽略色散斜率的影响，经过了长度为L的光纤传输之后，在接收端这两个信号的传输时延差为ΔT_i＝DLΔλ_i。由于用于产生光频梳的激光器的相位噪声是随时间变化的，所以在接收端各信道的相位噪声并不一致，各信道之间的相位相干性减弱了。实际上，激光器的相位噪声变化可以视为一个维纳过程，由于传输时延差ΔT_i造成的主从信道之间的相位噪声差值服从高斯分布，其均值为0，方差为其中Δν为种子激光器的线宽。因此在长距离光梳系统中，接收信号经过数字信号预处理和主从相位估计与补偿之后，从信道存在残余相位噪声，该残余相位噪声就是接收时主从信道之间的相位噪声差。残余相位噪声差的大小与种子激光器的线宽、主从信道的传输时延差正相关。当残余相位噪声差的较大时，将会影响从信道最终恢复出来的信号质量，使得从信道的BER升高。