專利名稱：多信道光纖通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供波分復用(WDM)的高容量光纖通信。
摻鉺光纖放大器(EDFA)的引進和商品化對光纖通信已產(chǎn)生意義深遠的影響，它正在單信道系統(tǒng)中起作用，以其顯著的光纖跨距長度取代了光/電轉(zhuǎn)發(fā)器，它以中心波長約為1550nm工作，與以二氧化硅為基礎(chǔ)的光纖所希望的低損耗區(qū)波長相一致。終端及其它輔助設(shè)備均是設(shè)計成適合在這個波長上使用。
EDFA使WDM付諸實現(xiàn)。系統(tǒng)提供多信道工作，諸多信道具有足夠的間隔適合目前技術(shù)工藝水平的頻率穩(wěn)定度，又具有在EDFA的通帶之內(nèi)的總帶寬。這種同時放大所有信道的能力使人們增加了對WDM的興趣。
1993年5月28日申請的美國專利申請S.N.08/069952描述和要求保護已解決先前關(guān)注的問題的系統(tǒng)。大多數(shù)高級單信道系統(tǒng)利用了色散偏移光纖(DSF)。這種類型光纖的設(shè)計取決于將單模二氧化硅光纖中的色散零點從其通常的1310nm位置“偏移”到所要求的1550nm載波波長位置上。這種色散消除使系統(tǒng)能以2.5Gb/s的比特率在幾百公里的跨距長度上工作。可是，對于提供WDM工作的系統(tǒng)或者規(guī)劃升級到WDM工作的系統(tǒng)，它們的設(shè)置由于在設(shè)想的條件下實現(xiàn)受到四波混合(4WM)中非線性放應的限制，使得多信道工作遇到阻礙。對于通常預期的距離和比特率，四信道系統(tǒng)被排除了。所引用的未決的專利申請的實質(zhì)是避免工作在太低的色散上。精確規(guī)定的小色散措施足以使系統(tǒng)工作在采用DSF的4WM所禁止每信道的比特率上。在這種應用中其它系統(tǒng)設(shè)計利用串接色散和色散補償系統(tǒng)，以保證相位失配時減少蘊含的4WM。
另一個未決的美國專利申請S.N.08/069962描述和要求保護特定的有限色散光纖。在優(yōu)選的大約1550nm為中心的工作波長上用于多信道(波分復用光纖或“WDMF”)中。該要求保護的光纖的設(shè)計仍然允許使用DSF的當前單信道系統(tǒng)和近期考慮的單信道系統(tǒng)中的比特率。對于很長跨距和/或功率電平明顯在當前的1mW以上場合，就現(xiàn)行色散對高比特率工作有干擾的可能性來說，WDMF可借助于通常建議的補償光纖進行色散補償。要補償?shù)纳⒈容^小時，允許使用低摻雜程度的補償光纖，或使用較短的跨距，因而可減小附加的插入損耗。
本文中使用以下技術(shù)術(shù)語WDM-波分復用，在一條光纖內(nèi)提供多信道工作。這種方法很重要，因為它使用摻雜稀土元素的單光纖放大器能同時對一組信道進行放大。摻鉺光纖放大器的可用帶寬Δλ在10-20nm范圍內(nèi)。一般來說，所考慮的WDM系統(tǒng)對于一組信道來說具有總帶寬是在此范圍內(nèi)的。
跨距-這是一段無轉(zhuǎn)發(fā)器的光纖長度，可包含或不包含光放大器。在跨距的任一端配備有在電信號和光信號形式之間進行轉(zhuǎn)換的裝置。轉(zhuǎn)換可由發(fā)射機或接機或轉(zhuǎn)發(fā)器來完成。
DSF-色散偏移光纖，其中，總色散從某一參考波長值偏移到載波波長上。
WDMF-波分復用光纖，如1993年5月28日申請的美國專利申請S.N.08/069962中所敘述和權(quán)利要求保護的那樣。WDMF在波長1550nm時具有1.5-4ps/nm-km的色散絕對量值。
4WM-四波混合，如上所述，它是對通?？紤]的WDM系統(tǒng)中主要的非線性容量的限制。
EDFA-摻鉺光纖放大器。
與所述文獻敘述的在系統(tǒng)中使用均勻間隔的WDM信道工作相對照，本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計得工作在不等間隔的信道對信道運行方式上。優(yōu)選的實施例中滿足一種算法，該算法能防止任何4WM產(chǎn)物與一個指定的標稱信道載波相重合。還有一種可取的算法設(shè)計標準，它能提供這樣一個最小間隔，可在一個所希望的通帶內(nèi)例如一個EDFA的通帶內(nèi)得到最小的總帶寬。
不等間隔信道最初考慮是對有限色散的另一種措施。所述的WDM系統(tǒng)很可能應用來與DSF配合工作，作為使用WDMF的一種替代方案。這樣在應用時，可使已安裝的使用DSF的系統(tǒng)升級到每信道比特率充分滿足多信道應用。在下面的詳細說明部分中提出對于最優(yōu)間隔的信道而言容量增高4x(與等間隔信道系統(tǒng)相比較)。
在長遠意義上，按照所提出算法得出的信道間隔，可使“賦能(enabled)系統(tǒng)中同樣地提高4x，例如對于在整個4WM受限的工作范圍內(nèi)以WDMF運行的系統(tǒng)就是如此。在使用補償光纖或串接光纖的其它賦能系統(tǒng)中，也能獲得同樣的優(yōu)點。這類系統(tǒng)中的分配光纖可采用現(xiàn)在由不等信道間隔所允許的較小色散程度的(具有所需的蘊含，包括與摻雜程度有關(guān)的損耗減小)。
通過實驗確立了這樣一種可行性，即在保持處于EDFA通帶內(nèi)的同時，能以8個或更多個WDM信道進行工作。已有用以確保所需的信道穩(wěn)定性的裝置可供應用，其穩(wěn)定性或許能比等信道間隔(恒定的最小間隔)大一個數(shù)量級。


圖1示出使用不等間隔信道的WDM系統(tǒng)的總體電路方框圖。
圖2示出實驗的WDM系統(tǒng)的電路方框圖，它用于開發(fā)本文的某些數(shù)據(jù)。
圖3示出常規(guī)的等信道間隔下四波混合產(chǎn)物數(shù)與WDM信道頻率的關(guān)系曲線。
圖4示出在優(yōu)選的不等間隔系統(tǒng)中有關(guān)特性，圖中的坐標與圖3的坐標相似。
圖5示出等間隔和不等間隔的多信道WDM系統(tǒng)的總?cè)萘颗c色散量值間的關(guān)系曲線。
圖6-9示出等間隔信道和按算法確定間隔的信道的頻譜比較圖，其中圖6示出等間隔信道的輸入頻譜。
圖7示出不等間隔信道的輸入頻譜。
圖8示出等間隔信道的輸出頻譜。
圖9示出不等間隔信道的輸出頻譜。
圖10和圖11分別是圖8和圖9情況下等信道間隔和不等信道間隔的眼圖，坐標中功率單位是mw，時間位置是ns。
圖12示出等信道間隔和不等信道間隔的坐標值關(guān)系比較圖，圖中的坐標為差錯概率和發(fā)射功率。
圖13示出本發(fā)明的系統(tǒng)中維持同樣的“信道對信道”最小間隔下所需的帶寬擴展因子。
本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)工作是很有用的，其中4WM是信道容量的主要限制，這對于采用DSF的遠距離多信道系統(tǒng)是確實的?！斑h距離多信道系統(tǒng)”定義為跨距長度為360km。具有三個等間隔EDFA、并有總帶寬滿足通帶要求的四個信道。舉例說，EDFA的通帶最大的為30nm。在本發(fā)明的實踐中，系統(tǒng)設(shè)計成為總帶寬從10nm到20nm。系統(tǒng)的其它要求有頻帶以波長1550nm為中心，比特差錯率≤10-6/秒。
在此前提下，工作在DSF下的360km跨距長度、4信道、1mw/信道等間隔WDM系統(tǒng)具有總?cè)萘考s為2Gb/s。這種場合下，此DSF系統(tǒng)稱為“不賦能(disabled)”的。本發(fā)明即可應用于這種“不賦能”系統(tǒng)。采用按算法確定的不等信道間隔，其容量如在其它實驗工作中確定的，容量增加至少4x那樣的倍數(shù)(或?qū)ν瑯拥目値拋碚f增加到約12Gb/s)。
本發(fā)明系統(tǒng)的方案可應用于“賦能”系統(tǒng)，即等間隔系統(tǒng)，對于構(gòu)成該跨距的光纖主要部分提供最小色散絕對值至少為1.5ps/nm-km(與上述系統(tǒng)不同，360km、4信道系統(tǒng)的容量約為120Gb/s)。對于這樣的系統(tǒng)，可以得到同樣的改善(大為超過4x)(達到約900Gb/s)。同樣倍數(shù)要求的色散值大大超過了這個最小極限值。至少就近期的應用看，對于均勻間隔信道來說，超過約4ps/nm-km的光纖色散能保證足夠的容量。據(jù)此，在賦能系統(tǒng)中用于不等信道間隔的優(yōu)選實施例，都考慮到此1.5-4ps/nm-km范圍的光纖色散。
圖3和圖4涉及一種10個信道的系統(tǒng)，圖2和下文提到的例1、例2描述了一種實驗的8個信道的系統(tǒng)，可以看出，對于最佳的光纖帶寬Bopt(式3)，這些系統(tǒng)以及更復雜的系統(tǒng)都能被制做得適合在EDFA通帶內(nèi)。對于以較少信道數(shù)工作的系統(tǒng)，如果占用同樣的帶寬，則信道間隔可以更寬些。增大帶寬的得益是減小了頻率穩(wěn)定度要求和降低了4WM。
這意味著，本發(fā)明的教導針對的是使那種容量受4WM限制的系統(tǒng)增大容量。換句話說，只要有等間隔的信道，它們的系統(tǒng)，其容量都受4WM限制。不論工作在DSF、WDMF、串接光纖還是在補償光纖，對于同樣的總帶寬在容量上的改善會是大致相同的。改善的倍數(shù)基于這樣的假設(shè)的前提下，即所形成的不等間隔系統(tǒng)將仍然受4WM的限制；否則，容量改善會減小。只要容量改善是實質(zhì)性的，本發(fā)明的教導均是有益地可應用的，而不管容量最終是受4WM的限制，還是受色散或其它非線性效應的限制。
由于使用色散大于約4ps/nm-km的光纖的等間隔信道WDM系統(tǒng)通常是不受4WM的限制，所以一個優(yōu)選的實施例中使用色散絕對值范圍在0-4ps/nm-km內(nèi)的光纖。未來的比特率需求值完全有可能使本發(fā)明可應用于有較大色散的光纖，不等信道間隔對于未來的系統(tǒng)升級會是合理的。
具體對波長約為1550nm的系統(tǒng)進行描述。主要因EDFA已得到廣泛的采用，故本發(fā)明最初的沖擊可能是這個波長上的系統(tǒng)。本發(fā)明更廣泛地得到應用，它也可工作于能在光纖上傳輸?shù)钠渌鈱W頻率上。例如，工作在1310nm的系統(tǒng)相對地較少引起人們的注意。在該波長上高效光放大器的出現(xiàn)可能克服這種偏見，即它甚至可能導致在兩個波長上同時工作(或許是與色散平坦的光纖一起使用)。為此，對具體波長所作的討論只應視為是一種示例。例如，對“不賦能”和“賦能”系統(tǒng)的討論可認為是在選擇定的系統(tǒng)波長下具有相應色散值的那類系統(tǒng)的代表。
色散值是對系統(tǒng)波長而言的。一般來說，該波長由發(fā)射機來確立。比如，在系統(tǒng)升級中，替換或增加一個不同的系統(tǒng)波長時會改變色散值(參見圖5)。
同樣，通常討論的是均勻光纖的跨距，本發(fā)明的系統(tǒng)在由不同光纖長度組成的跨距中應用很可能意義重大。在串接系統(tǒng)的討論中暗含著這一點，串接系統(tǒng)中應用的跨距內(nèi)包括有長度相對地短的補償光纖，或許是≥95％長度的均勻光纖，其余長度為補償光纖。
最佳的信道間隔信道的分配采用一種建立在“Golomb Ruler”基礎(chǔ)上的整數(shù)線性程序(ILP)，請看J.P.Robinson的“Optimum GolombRulers”，IEEE Transactions on Computers.Vol.c-28，No.12，1979年12月，943、944頁，其進步性在于示明了采用不等信道間隔以第增加容量的可行性。從更具體的意義上講，對純數(shù)學的Golomb Ruler作出變動可有效地用于不熟悉的問題上。4WM問題涉及傳統(tǒng)上采用的、在信道間大的間隔下對于4WM的等效測量。
4WM是一個非線性過程。在該過程中，頻率fi、fj和fk(k≠i、j)的三種波通過光纖的三階電極化率交互作用而產(chǎn)生出頻率為fijk的波，即
fijk＝fi+fj-fk(式1)這樣，三種同時傳播的波通過4WM產(chǎn)生出九種新的光波。
在WDM系統(tǒng)中，這會發(fā)生在三個信道波的每一種可能選擇中。隨著信道數(shù)的增加，這個問題更加嚴重。在8個信道的系統(tǒng)中，由4WM可產(chǎn)生出數(shù)百種新的光波。在通常的WDM系統(tǒng)中，信道通常是按在頻率上均勻間隔的。這種等間隔劃分明顯地使4WM效應加重，因為所有處在系統(tǒng)帶寬內(nèi)的WDM產(chǎn)物的各項(term)正好落在信道頻率上，從而降低了信噪比。此外，由檢測器增益參量造成在“1”比特上的失真會進一步降低信噪比。
如果WDM系統(tǒng)中任意兩個信道的頻率間隔與其它任意一對信道的頻率間隔都不相同，則不會在標稱的信道頻率上產(chǎn)生4WM波。提供一種設(shè)計方法來滿足上述要求，該方法與減少無線電系統(tǒng)中三階互調(diào)干擾效應所提出的方法相關(guān)。請參見W.C.Babcock，“Intermodulation interference in radio systems”，Bell Syst.Tech.J.，Vol.31，PP.63-73，Jan.1953；以及M.D.Atkinson，N.Sontoro，和J.Urrutia”，“Integer sets with distinct sums anddifferences and carrier frequency assi-gnments for nonlinearrepeaters”，IEEE Trans.Commun.，Vol.COM-34，PP.614-617，June 1986。模擬和實驗結(jié)果確認，所建議的信道分配方法可明顯地減少由4WM帶來的性能惡化。
信道分配的設(shè)計可歸結(jié)為一個整數(shù)線性編程(ILP)問題，將可用的光波帶寬劃分成為相等間隔的帶寬Δf，Δf比4WM波占用的帶寬大些(4WM波帶寬總是比一個信道的帶寬大，例如是0.15nm相對于0.1nm)。在給定一個(任意的)參考光波頻率fo時，第i個間隔以光波頻率fi＝fo+niΔf為中心，其中ni是一個整數(shù)，可稱為第i個頻率間隔的間隔號。根據(jù)間隔號，式(1)變成nijk＝ni+nj-nk(k≠i，j)(式1a)對于任意選定的i、j、k，如果nijk與任一個信道間隔號均不相符，則在任一個信道間隔上都不會產(chǎn)生出由那些信號形成的4WM波。如果N是待發(fā)送的信道數(shù)，則它足以這樣地選擇N個間隔(具有遞增的間隔號為n1、n2、…、nN)，即 式(2)相當于對任意兩個不同的信道間隔對的要求，每一對中信道之間的頻率間隔是不相同的。
4WM問題于是歸結(jié)為尋找N-1個正整數(shù)(m1、m2、…mN-1)個矢量的ILP問題，使得下式中相鄰元素的N(N-1)/2部分和值 或按頻率表示為 相互不同。普通的系統(tǒng)中，對信道的排緊性上有某種實際限制，同時又要求總帶寬最小。可將這表達成要求下面的總和最小S=Σi=1Mmi]]>以使由WDM系統(tǒng)占用的總光學帶寬最小(Bopt＝SΔf)。
在接收端，在檢測前使用光學濾波器來分離開信道。必須在各信道間隔之間提供一個最小頻率間隔(Δfc＝nΔf)，以對不需要的信道有足夠的拒斥量。這將在ILP問題上引入附加限制mi≥n，其中nΔf是相鄰信道間的最小頻率間隔。
該ILP問題能表示為“NP-Complete”，所以，還不知道有通用、有效的方法未求解它，只有利用計算機進行窮舉搜索才能找到最佳解法。
正是從多個mi必須互相不同(并且比n大)這一條件出發(fā)，可以找出總光學帶寬要求的Bopt下界，它由下式?jīng)Q定 式中，Bc＝(N-1)Δfc，為信道以Δfc等間隔的、常規(guī)WDM系統(tǒng)的總光學帶寬。
圖13示出最小間隔參數(shù)n為各種數(shù)值時的帶寬擴展因子，它定義為Bopt/Bc與WDM系統(tǒng)中信道數(shù)N的比值。圖中實線是根據(jù)計算機窮舉搜索得到的值畫出的，虛線代表由式(4)得到的下界值。對于n≥5，直到10個信道，其下界值是可以達到的。
對于大多數(shù)的系統(tǒng)設(shè)計，不管是否使用帶寬擴展因子，考慮n≥5均是很重要的。該n值，即最小信道間隔和任一4WM產(chǎn)物在任意信道上的最小距離比，給出了因自相位調(diào)制帶來的信道擴展。在保證基本的間隔時也減少了由WDM產(chǎn)物與信道載波間產(chǎn)生的差拍產(chǎn)物。該比值為5是可做到的，而且是合宜的。對于信道數(shù)少的場合，例如4個信道，對通帶的要求可以放寬，以允許更大的比值(高到10或更大)。在其它場合下，比值小到2便足夠了。
圖3和圖4示出使混合產(chǎn)物處在信道頻率間隔之外所建議的不等信道間隔的有效性，其中，畫出了在10個信道的系統(tǒng)和n＝5、Δfc＝1nm情況下落在每一頻率間隔Δf內(nèi)的混合產(chǎn)物數(shù)目。圖3中，大多數(shù)4WM混合產(chǎn)物與信道載波一致。據(jù)此，總帶寬達到9nm。請注意，該系統(tǒng)帶寬內(nèi)的所有混合產(chǎn)物均位于信道所占用的頻率間隔內(nèi)，因而產(chǎn)生最大的干擾，并且在有些信道中有50多個4WM波。圖4示出了使用不等間隔時的后果。從圖13中得知，帶寬擴展因子為1.8，所以帶寬增大到16nm，但現(xiàn)在在諸多信道占用的間隔內(nèi)并沒有混合產(chǎn)物了?；旌袭a(chǎn)物均勻地分布在信道間的間隔內(nèi)，它們的影響可在接收機中濾除掉。
接收機中所用的選擇期望信道的一個光學濾波器靠近該信道間隔的諸多間隔內(nèi)產(chǎn)生的4WM波給以某種衰減地通過。由該信道與那些4WM波之間差拍產(chǎn)生的波也必須予以濾除。這可以用一個電濾波器來完成。據(jù)此，考慮到信道頻率的不穩(wěn)定性，Δf必須大的足以避免信道波和4WM波的明顯重疊。由于一個4WM波的rms頻率抖動是一個信道載波相應值的三倍，所以當信道頻率穩(wěn)定度為Δf/10量級時，如果Δf大于2R，其中R是比特率，則頻譜的相疊是可忽略不計的。為了在期望的信道沒有失真而提供足夠的抑制量，應給出一個最小信道間隔Δfc≥10R，據(jù)此，n＝Δfc/Δf≈5是合適的。
選取應用本發(fā)明的教導歸根到底是費用問題。保守地說，算法確定的信道間隔的實際應用要求信道穩(wěn)定度為±0.5(±5GHz)。相比之下，等間隔信道(其間隔等于不等間隔系統(tǒng)中的最小間隔值)，避免信道重疊的要求是簡單的，即穩(wěn)定度為±0.5nm，其要求小一個數(shù)量級。所需的穩(wěn)定度水平是可以達到的，例如，可將信道鎖定在自由頻譜范圍等于Δf的Fabry-Perot濾波器的選定模式上。
圖3和圖4示明了由該算法確定的不等信道間隔使混合產(chǎn)物處在信道頻率間隔之外的有效性。圖3示出10個等間隔(間隔為125GHz)信道的曲線。信道中心頻率約為標稱載波波長1550m。計算機解答是純數(shù)字的，圖中示出信道為1、6、11、16、21、26、31、36、41、46時的混合產(chǎn)物?？v坐標為混合產(chǎn)物數(shù)目。信道與信道間的間隔為1nm，這里考慮了光濾波器信道選擇中所需的最小間隔，為此，產(chǎn)生的總帶寬為9nm。所有位于該帶寬內(nèi)的混合產(chǎn)物均處在諸信道間隔上。
圖4中示出與一個類似的系統(tǒng)作出比較，但具有算法指定的信道為1、6、16、22、30、39、50、57、69、82，圖中示出在這些信道時的混合產(chǎn)物。為保持允許的最小信道間隔，所得的帶寬擴展因子〔見(式4)〕為1.8，亦即總帶寬為16nm?，F(xiàn)在，所有混合產(chǎn)物均位于諸信道間段之間的間隔內(nèi)，因而它們的影響可予以濾除。
舉例在下文將要提到的兩個例子例1和例2中報導的大量實驗數(shù)據(jù)是在圖2所示的電路上得到的。這兩個例子將其它方面相同的兩個系統(tǒng)的對等信道間隔和不等信道間隔作出比較。比較結(jié)果示于圖6、7、8、9和10的曲線中。
圖2示出一個8信道電路，在137km的DSF上對8個10Gb/s信道提供無轉(zhuǎn)發(fā)器的傳輸。其發(fā)射波長為λ1到λ8所代表的8個外腔式激光器通過4×1無源耦合器30和31與2×1無源耦合器32進行多路復用。兩個EDFA放大器33和34用于補償耦合器的損耗。由三氧化鋰鈮(LiNbO3)調(diào)制器35產(chǎn)生10Gb/s的偽隨機比特流。一盤20km的、在1550nm上具有16ps/nm-km色散的低偏挀模式色散(PMD)無偏移光纖引入了離散延時，在10Gb/s比特率上造成每信道3比特的偏移。(這樣，同一10Gb/s比特流同時加到所有信道上，用以模擬各自調(diào)制的信道。)低PMD給出了4WM的最壞情況(對于等信道間隔和不等信道間隔均如此)。經(jīng)EDFA37放大后，信號通過可變功率衰減器38以調(diào)整發(fā)射功率。單元38與137km的DSF卷盤一起提供適當?shù)牟迦霌p耗和4WM。色散偏移光纖具有0.24dB/km的插入損耗。為提供出最壞情況，對于等信道間隔和不等信道間隔，信道頻率均選擇為處在零色散波長λ0上，該λ0值是在均勻間隔的信道2和信道3(它們的載波波長為λ2和λ3)之間。輸入和輸出頻譜在光譜分析儀40上觀察，其信號從接點41或接點42上取得。然后，信號先經(jīng)過EDFA43，隨后通過可變光濾波器44、45、光放大器EDFA46及可變光濾波器47。(需要三個現(xiàn)行的濾波器進行預定的鑒別，該濾波器組對不選擇的信道提供23dB以上的抑制。)單元48和49提供光/電轉(zhuǎn)換及電濾波。通常在商用轉(zhuǎn)發(fā)器中包括有的電濾波器，已足以濾除由信道載波和緊密間隔的4WM產(chǎn)物之間的差拍引起的寄生信號。使用比特差錯測試儀50和示波器51可觀察實驗結(jié)果。單元50還用作偽隨機比特流(PRBS)發(fā)生器，在本實驗中它包含231-1個比特。將設(shè)備52上產(chǎn)生的比特流和設(shè)備53上的輸入比特流進行比較。
例1圖2的系統(tǒng)用于1.6nm等間隔的信道，所以總帶寬為11.2nm。輸入和輸出頻譜如圖6和圖8所示，輸出眼圖如圖10所示。發(fā)射功率為3dBm(2mw)。
例2
同樣的系統(tǒng)也用于不等間隔信道中，發(fā)射功率為5dBm。在本例中，在維持相同的總帶寬11.2nm的情況下，最小間隔設(shè)定為1nm的最小信道間隔。輸入和輸出頻譜如圖7和圖9所示，輸出眼圖如圖11所示。在本例和例1中，眼圖均是對第三信道(最壞的信道)而言的。
對于不等間隔信道。因為發(fā)射功率要高些(對比圖8和圖9)所以混合產(chǎn)物電平高些。盡管發(fā)射功率較高，但不等間隔信道的眼開度相對地大些(比較圖11和圖10)，這成為本發(fā)明的推動力。比較圖8(等間隔)和圖9(不等間隔)的輸出頻譜可以看出，對于不等間隔信道，其4WM產(chǎn)物發(fā)生在信道帶寬之外。
該系統(tǒng)的Brillouin門限值求得為10dBm，該值高于最大發(fā)射功率9dBm。這一點及其它考慮確認，對本系統(tǒng)改進時其容量仍然受4WM的限制。
圖12為例1和例2的系統(tǒng)運行曲線，縱坐標為用對數(shù)表示的差錯概率，橫坐標為發(fā)射功率。不等間隔信道的數(shù)據(jù)點用圓圈表示，等間隔信道的數(shù)據(jù)點用方塊表示。在低于-2dBm的低發(fā)射功率下，等間隔和不等間隔系統(tǒng)的4WM性能相同。隨著功率的增加，等間隔系統(tǒng)性能急劇下降，導致比特差錯率高于10-6。然而，對不等間隔系統(tǒng)來說，在發(fā)射功率達到約+7dBm之前，其性能繼續(xù)有改善(比特差錯率的最初改善是由于放大器噪聲相對地降低所作的貢獻。)
圖12中所示的不等間隔系統(tǒng)當發(fā)射功率電平在2dBm到7dBm范圍內(nèi)時，基本上是無差錯的(比特差錯率≤10-11)。
不等間隔系統(tǒng)中比特差錯率數(shù)據(jù)的上升，無疑部分地歸于純粹的發(fā)射功率損耗，因為傳送給4WM產(chǎn)物的功率落在信道頻帶之外。
關(guān)于其它的圖表圖1為一個WDM系統(tǒng)，它由4個發(fā)射機10、11、12、13與一個4∶1無源耦合器14組成。組合的信號送至光纖傳輸線15，其中帶有兩個光放大器16和17。在接收端，四個信道的信號由去復用器18分離開，分離開的信號隨后送至四個再生器19、20、21和22。
圖5示出等間隔系統(tǒng)(曲線60)和不等間隔系統(tǒng)(曲線61)的比特容量相對于色散的一個函數(shù)。縱坐標數(shù)字值是對360km跨距的四信道系統(tǒng)而言的。在零色散光纖上，等間隔系統(tǒng)的容量約為2Gb/s；在仍然使用零色散光纖的不等間隔系統(tǒng)中，容量增高到約12Gb/s。比較兩條曲線可以看出，在整個色散值范圍內(nèi)可實現(xiàn)大致相同的改善，所以，對于工作在1550nm系統(tǒng)波長且應用WDMF(在該波長上具有2.0ps/nm-km色散的光纖)的“賦能”系統(tǒng)，大約120Gb/s的容量增高到大約900Gb/s。
同樣的曲線和相同的相對容量對更復雜的系統(tǒng)亦適用。例1和例2是一個8信道系統(tǒng)的示例。
在討論容量增高時作了一個假設(shè)，四倍的改善(6dB)是建立在總帶寬的不變的假設(shè)上的。這個假設(shè)是合適的，理由在于，總帶寬通常受所考慮的通帶限制，亦即受EDFA通帶的限制。由于4WM效應隨著間隔的減小而增大，所以該假設(shè)對本發(fā)明的方法是不利的，因而四倍的相乘因子是個保守的值。另一方面，如果只保持住最小的信道間的間隔，使得總帶寬展寬，則除了單一對信道外所有信道的混合效應均減小了。對于這種展寬了的帶寬，其改善約為9dB(乘上一個約8倍的因子)。
圖5是本發(fā)明系統(tǒng)的代表，它可包括四個以上的信道，現(xiàn)正在設(shè)想之中。更長的系統(tǒng)可能包含更長的跨距，或包含多個跨距，使得四個發(fā)射機可用作再生器。對于設(shè)想的等間隔四信道系統(tǒng)，跨距為360km，放大器間距為120km。信道間隔即載波波長之差是200GHz(或約1.5nm)。本發(fā)明對應的系統(tǒng)使用的信道間隔為180、200和220GHz。如所討論的，一條光纖路徑可能包含大量“端到端”的恒定色散光纖，或者由串接光纖或補償光纖組成。
圖13給出的數(shù)據(jù)可用于在恒定帶寬情況下確定最小信道間隔。該信道簡單地按擴展因子的倒數(shù)減少。
權(quán)利要求
1.波分復用光波導系統(tǒng)，包括一個發(fā)射機，用于在光傳輸線中產(chǎn)生、調(diào)制及引入一組復用的信道載波，該組載波具有的諸多“載波波長”分布在“系統(tǒng)波長”的“總帶寬”內(nèi)；一個接收機，用于執(zhí)行包括對諸多信道載波進行去復用在內(nèi)的功能；光放大器；一條光纖傳輸線，內(nèi)含至少在定義為其發(fā)射機一端和在接收機另一端定義的一個光纖跨距，該跨距包括至少一個光放大器；該系統(tǒng)至少提供四個信道，波長為λ1、λ2、λ3、λ4，總帶寬應足夠窄，以使諸多信道載波產(chǎn)生的四波混合(4WM)產(chǎn)物限制了可達到的系統(tǒng)能力；該系統(tǒng)的特征在于“信道與信道”的頻率間隔是不等的，間隔的大小能確保任意4WM產(chǎn)物的波長明顯地不與任一信道載波波長相一致，從而減小4WM對系統(tǒng)容量的限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，“最小信道對信道間隔”與“來自任一信道的任意4WM產(chǎn)物的最小間隔”之比至少等于2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，上述的比值至少為5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成一個跨距的主要部分的光纖的色散具有在系統(tǒng)波長0-4ps/nm-Km上測得的色散值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征在于，上述的色散值為1.5-4ps/nm-km。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)波長約為1550nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，光放大器為摻鉺光纖放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于，帶寬為30nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于，帶寬為10nm-20nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括至少四個信道。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括至少8個信道。
12.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征在于，跨距的主要部分由色散偏移光纖組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，信道與信道間的最小間隔其最大值為0.8nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，每信道的比特率至少為2.5Gb/s。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于，每信道的比特率至少為5.0Gb/s。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，跨距至少為360Km，系統(tǒng)容量至少為10Gb/s。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，跨距內(nèi)包括至少兩個光纖放大器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，“信道與信道”的頻率間隔為miΔf，i＝1、…、N-1，其中，N為信道數(shù)，Δf是任一信道來的任何4WM產(chǎn)物的最小間隔，即任意兩個信道間的間隔諸信道與信道間的頻率間隔滿足SikΔf=ΣikmiΔf(1≤i<k≤N),]]>必須與其它任意一對信道間的間隔不相同，約束條件是mi≥n，這里n為大于1的一個整數(shù)，nΔf是可允許的最小信道間隔。
19.一種用于光纖通信系統(tǒng)的通信方法，能在至少四條通信信道上同時發(fā)送數(shù)字信號，其中，這個至少的四條信道是同時通過一通帶達30nm的單個光纖放大器的，每信道的比特流至少為2.5Gb/s，接收數(shù)字信號的接收機至少距離發(fā)送端360km；該方法的特征在于“信道與信道”的頻率間隔是不等的，間隔的大小能確保任意4WM產(chǎn)物的波長明顯地不與任一信道載波波長相一致，從而減小4WM對系統(tǒng)容量的限制。
全文摘要
光纖通信系統(tǒng)中的波分復用信道，具有信道間的頻率間隔，能防止四波混合產(chǎn)物(4WM)與信道載波明顯地相一致。因此，增大了系統(tǒng)的容量。
文檔編號H04B10/02GK1120274SQ9510196
公開日1996年4月10日 申請日期1995年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月18日
發(fā)明者安德魯·R·克拉普利維, 法布里齊奧·福格希瑞, 羅伯特·威廉·特卡齊 申請人:美國電報電話公司