对色散引起的波形变化的检测和补偿

摘要

由光纤的色散引起的波形衰退受到检测和补偿。一种波形检测器根据多个频率成分的功率之间的比率或根据峰值或根据负载率的检测检测出波形的变化,并且均衡放大器的频带宽度或光纤的色散根据检测的结果而受到控制。

说明书

本发明涉及一种用于检测光传输系统中光纤的色散引起的波形衰退的方法和装置，也涉及用于补偿这种波形衰退的方法和装置。

在光传输系统中，随着传输速度的增加由于光纤的色散而引起的波形衰退已变成人们关心的实际问题，并且用于补偿这种波形衰退的技术也变得很有必要。在现有的技术中，已知的补偿技术就是插入一根具有色散值与传输线路的色散值符号相反的色散补偿光纤。

这一现有技术存在有下面的问题：

^*光纤的色散效应随温度、传输距离、所安装的光纤的特性等等而变化，但是，由于实际的系统都没有用于检测系统工作期间色散引起的波形衰退程度的装置，故很难在系统实际使用时根据系统的特性借助现有技术单独作出最佳调整。

^*色散补偿光纤具有诸如高成本、大尺寸以及高插入损耗这样一些缺点。

再者，为了补偿波形衰退，控制光接收机中均衡放大器电路的频带宽度会造成下列问题：

^*在10Gb/s左右的超高速区域，电子线路必须以集成电路的形式实现，但是，能在一个宽范围内变化的电阻和电容却很难在IC上实现。

^*因为带宽受到带宽控制电路本身的限制，故很难增加工作带宽。

因此，本发明的第一个目的是提供一种用于检测光纤色散引起的波形变化的方法和装置。

本发明的第二个目的是提供一种用于补偿所检测出的波形变化的方法和装置。

根据本发明，提供一种检测光传输线路的色散引起的信号波形变化的方法，包括的步骤是：将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号；在包含有一个对光传输线路的色散效应显著着敏感的频率和一个对光传输线路的色散效应显著不敏感的频率在内的多个频率检测出电信号的信号功率；以及根据多个频率的信号功率之间的比率检测出光传输线路的色散效应引起的信号波形变化。

根据本发明，还提供一种检测光传输线路的色散引起的信号波形变化的方法，包括的步骤是：将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号；检出电信号的一个平均值、一个高电平峰值和一个低电平峰值；以及通过将平均值与从高电平峰值和低电平峰值之间得到的平均值相比较而检测出信号波形变化。

根据本发明，还提供一种检测光传输线路的色散引起的信号波形变化的方法，包括的步骤是：将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号；以及通过检测出电信号的信号负载率而检出信号波形变化。

根据本发明，还提供一种补偿光传输线路的色散引起的信号波形变化的方法，包括的步骤是：将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号；检测出光传输线路的色散引起的电信号中信号波形变化；以及借助将通过均衡放大器电路(其频率特性按照所检得的波形变化进行控制)的电信号进行均衡和放大来补偿信号波形变化。

根据本发明，还提供一种补偿光传输线路的色散引起的信号波形变化的方法，包括的步骤是：将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号；在包含有一个对光传输线路的色散效应显著敏感的频率和一个对光传输线路的色散效应显著不敏感的频率在内的多个频率检测出电信号的信号功率；根据多个频率的信号功率之间的比率检测出光传输线路的色散引起的信号波形变化；以及通过根据检测出的波形变化控制光传输线路的色散来补偿波形变化。

根据本发明，还提供一种补偿光传输线路的色散引起的信号波形变化的方法，包括的步骤是：将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号；检测出电信号的一个平均值，一个高电平峰值和一个低电平峰值；通过将平均值与从高电平峰值和低电平峰值之间得出的平均值相比较而检出信号波形变化；以及通过根据检测出的波形变化控制光传输线路的色散来补偿信号波形变化。

根据本发明，还提供一种补偿光传输线路的色散引起的信号波形变化的方法，包括的步骤是：将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号；通过检测电信号的信号负载率而检出信号波形变化；以及通过根据所检测出的波形变化控制光传输线路的色散来补偿信号波形变化。

根据本发明，还提供一种用于检测光传输线路的色散引起的信号波形变化的装置，包括：一个用于将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号的光接收器；在包含有一个对光传输线路的色散效应显著敏感的频率和一个对光传输线路的色散效应显著不敏感的频率在内的多个频率检测出电信号的信号功率的装置；以及一个用于根据多个频率的信号功率之间的比率检测出光传输线路的色散引起的信号波形变化的波形变化检测电路。

根据本发明，还提供一种用于检测光传输线路的色散引起的信号波形变化的装置，包括：一个用于将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号的光接收器；一个用于检测出电信号的一个平均值、一个高电平峰值和一个低电平峰值的检测装置；以及一个用于通过将平均值与从高电平峰值和低电平峰值之间得到的平均值相比较而检测出信号波形变化的比较电路。

根据本发明，还提供一种用于检测光传输线路的色散引起的信号波形变化的装置，包括：一个用于将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号的光接收器；以及用于通过检测电信号的信号负载率检测出信号波形变化的负载率检测电路。

根据本发明，还提供一种用于补偿光传输线路的色散引起的信号波形变化的装置，包括：一个用于将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号的光接收器；用于检测出光传输线路的色散引起的电信号中的信号波形变化的波形变化检测装置；以及用于通过将电信号均衡和放大而补偿信号波形变化的均衡放大器电路(其频率特性根据所检出的波形变化进行控制)。

根据本发明，还提供一种用于补偿光传输线路的色散引起的信号波形变化的装置，包括：一个用于将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号的光接收器；用于在包括一个对光输线的色散效应显著敏感的频率和一个对光传输线的色散效应显著不敏感的频率在内的多个频率检测电信号的信号功率的功率检测装置；一个用于根据多个频率的信号功率之间的比率检测出光传输线路的色散引起的信号波形变化的波形变化检测电路；以及用于通过根据所检得的波形变化控制光传输线路的色散来补偿信号波形变化的色散控制装置。

根据本发明，还提供一种用于检测光传输线路的色散引起的信号波形变化的装置，包括：一个用于将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号的光接收器；一个用于检测出电信号的一个平均值、一个高电平峰值和一个低电平峰值的检测电路；一个用于通过将平均值与从高电平峰值和低电平峰值之间得到的平均值相比较而检测出信号波形变化的比较电路；以及用于通过根据所检得的波形变化控制光传输线路的色散来补偿信号波形变化的色散控制装置。

根据本发明，还提供一种用于补偿光传输线路的色散引起的信号波形变化的装置，包括：一个用于将经由光传输线路接收到的光信号转换为电信号的光接收器；一个用于通过检测电信号的信号负载率而检出信号波形变化的负载率检测电路；以及用于通过根据所检得的波形变化控制光传输线的色散来补偿信号波形变化的色散控制装置。

图1是一个原理图，示出本发明的基本结构；

图2是一个示意图，用于说明光纤色散引起的波形变化与频率成份比率之间的关系；

图3是一个原理图，示出用于根据本发明的第一实施例，以频率成份比率为基础检测出波形变化的装置的第一个例子；

图4是一个原理图，示出以频率成份比率为基础进行检测的第二个例子；

图5是一个示意图，用于说明波形变化和峰值之间的关系；

图6是一个原理图，示出用于根据本发明的第二实施例以峰值为基础检测波形变化的一种装置；

图7是一个电路图，以例子的方式示出图6中的峰值检测器34的详图；

图8是一个原理图，示出用于根据本发明的第三实施例、以负载率检测为基础检出波形变化的一种装置；

图9是一个电路图，以例子的方式示出负载率检测器50的详图；

图10是一个原理图，示出根据本发明第四实施例的均衡放大器电路；

图11是一个电路图，以例子的方式示出图10中的宽带放大器电路56的详图；

图12是一个电路图，以例子的方式示出图10中的窄带放大器电路56的详图；

图13是一个电路图，以例子的方式示出图10中的加法器电路60的详图；

图14是一个原理图，示出一个将根据本发明的波形变化检测器18与可变色散补偿器80结合起来的系统；以及

图15是一个原理图，示出一个将根据本发明的波形变化检测器18与使用一个可变波长光源82的色散控制结合起来的系统。

图1示出一种根据本发明的装置的基本结构，用于检测色散引起的波形变化，并用于补偿以此法检测出的波形变化。在图1中，经由光纤12接收到的来自光发射器10的光信号被光接收器14转换成一个电信号，并且由均衡放大器电路16进行均衡和放大。

波形变化检测器18，正如下面所详细叙述的，检测出色散引起的波形变化，并通过根据检测的结果或者控制均衡放大器16的频率特性或者控制光纤12的色散量来补偿波形变化。

如图2所示，变化因光纤的色散而出现在接收到的波形中，其特征是当波形因脉冲压缩而变成一个锐化的尖顶波形时，高频成份增加(部分(a))，并且当波形由于展宽而变成钝圆顶时，则高频成份下降。通过检测高频成份的功率，波形的变化就可检测出来。同时，至少两个频率成份，即对色散效应不敏感的低频成份和对该效应敏感的高频成份的功率应当检测出来，并且应当计算出它们之间的比率使得能够把波形变化同输入光功率本身的变化区分开来。

在涉及波形变化检测器18中的波形变化检测的第一实施例中，检测出了上面提到的至少两个频率成份的功率并计算出它们之间的比率。对色散不敏感的低频成份指的是例如说低于1GHz的诸频率，当比特率等于40GHz时，对它敏感的高频成份指的是例如说30GHz到40GHz之间的频率。图3示出根据本发明第一实施例的波形变化检测装置的一个例子。均衡放大器电路16的输出并联供应到多个通带中心频率分别为f₁、f₂、…f_n的带通滤波器20的输入端；然后，用相应的功率检测器22检测出它们的功率，并用功率比率计算器24计算它们之间的比率。

图4示出根据本发明第一实施例的波形变化检测装置的第二个例子。均衡放大器电路16的输出作为一个输入供应到通带中心频率可变的带通滤波器26，并用一个功率检测器28检测其输出功率。通带滤波器26的中心频率用一个频率扫描器30进行扫描，并根据表示在多个频率点检测出功率的功率检测器28的输出，功率比率计算器32计算出多个频率成份之间的功率比率。

如图5所示，当由于光纤色散而出现脉冲压缩时，波形具有呈现凸出的上尖峰的特征。因此，当检测出波形的高电平峰值和低电平峰值时，将它们的平均值与波形的DC平均值相比较，波形的变化就可根据这两个值之间的比较结果来确定。

图6示出基于这一想法的一种根据本发明第二实施例的波形变化检测装置。在图6中，均衡放大器16的输出作为输入供应到峰值检测器34和平均值检测器36。根据峰值检测器34检出的高电平峰值V_hi和低电平峰值V_lo，用平均值计算器38算出它们的平均值(V_hi+V_lo)/2，并通过一个比较器40与平均值检测器36的输出相比较。

图7以例子的方式示出峰值检测器34的详图。在图7中，电容器42经过二极管44充电到输入信号的高电平峰值电压V_hi，并且电容器46则经过一个方向与二极管44相反的二极管充电到输入信号的低电平峰值电压。图6中的平均值检测器36用一个低通滤波器来实现。

正如从图5所能看到的，当由于色散而出现脉冲压缩时，波形的负载率下降，而当出现脉冲展宽时，则负载率增加。因此，色散引起的波形变化可以通过检测波形的负载率来确定。

图8示出基于这一想法的一种根据本发明第三实施例的波形变化检测装置。一个负载率检测器50通过检测均衡放大器16的信号输出的负载率检测出光纤色散引起的波形变化。

图9以例子的方式示出负载率检测器50的详图。一个比较器52将输入信号与一个基准信号相比较，并且如果输入信号大于基准信号则输出一个高电平信号，如果前者小于后者则输出一个低电平信号。低通滤波器54从比较器52的输出中检出的DC分量表示高电平周期的持续时间，也就是说，输入信号的负载率。

正如前面参照图2所说明的，波形具有的特征是当由于光纤色散而出现脉冲压缩时，波形的高频成份增加，并且当出现脉冲展宽时，高频成份下降。因此，在前一情形可通过降低均衡放大器电路16的带宽获得波形补偿，在后一种情形则通过增加均衡放大器电路16的带宽来补偿波形。

在各种控制均衡放大器电路的频带宽度的方法中，前面叙述的直接控制电路带宽的方法很难使用IC来实现。一种IC实现方法借助图10所示的结构成为可能；也就是说，配置一个宽带高锐化电路56和一个窄带电路58，并用一个加法器电路60将这两个电路的输出信号加到一起。通过使相加的比率可变，就可能控制整个带宽。

图11以例子的方式示出宽带放大器电路56的详细结构。晶体管62、64，恒流源66，以及电阻68、70一起构成一个差分放大器电路。这个放大器电路的时间常数主要决定于晶体管62和64的基极-集电极寄生电容以及电阻68和70的电阻值。相形之下，在图12所示的窄带放大器电路58中，电容器72和74分别并联加到电阻68和70上，从而增加了时间常数。

图13以例子的方式示出加法器电路60的详细结构。施加到输入端A和B的电压被加到一起作为输出，其相加的比率根据施加到输入端CONT的电压决定。

此前所叙述的各种检测和补偿方法都可使用电子电路来实现，并且，通过综合这些方法，就变得有可能以相对较低的成本自动检测和补偿光纤色散引起的波形衰退。另外，自动补偿也可以通过将本发明的波形变化检测器18的检测与现有已知可变色散补偿器80的色散补偿或者与涉及使用可变波长光源82控制信号光的波长的色散控制结合起来实现，如图14和15所示。