一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统及补偿方法技术方案

本发明专利技术提出一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统及补偿方法，通过接收第一光模块发送功率、链路中光放大器的接收和发送功率、以及第二光模块接收功率，进而查找数据表中对应的传输距离及传输损伤补偿算法控制因子，实现快速调整DSP色散和非线性算法补偿程度的功能，使得同一规格相干光模块/板卡尽可能匹配实际链路对DSP算法补偿能力的需求，释放了DSP算力资源、降低了运行功耗。同时相较于传统自适应补偿算法，本发明专利技术使用查表的方式通过预先设定的DSP色散和非线性算法补偿量进行配置，不需要使用复杂的自适应算法，大幅降低了计算复杂度和收敛时间。了计算复杂度和收敛时间。了计算复杂度和收敛时间。

【技术实现步骤摘要】
一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统及补偿方法


[0001]本专利技术提出一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统及补偿方法，涉及光纤通信技术色散与非线性补偿研究领域。

技术介绍

[0002]在光纤通信系统中，由光纤色散效应、非线性效应引起的光信号传输损伤是限制光信号大容量长距离传输的最重要因素，现有补偿光信号传输损伤的方案主要采用光域补偿技术和电域补偿技术两大类。
[0003]光域补偿技术是在光域直接对光信号进行色散和非线性损伤补偿，处理的是模拟信号，如采用色散补偿光纤、光栅等进行色散补偿，采用半导体光放大器(SOA)、高非线性光纤(HNLF)构造光信号处理方案进行非线性补偿。光域补偿技术有助于全光组网，并且无需进行光电转换，处理时延低，但是存在补偿能力有限、较为固定、升级不够灵活的缺点，该技术处于前沿探索阶段，仍需理论和技术突破。
[0004]而基于DSP的电域补偿技术由于实现灵活、规模应用成本低等优点近年来已广泛商用于相干光通信系统当中，随着相干光通信研究的日趋深入以及DSP算法和制程工艺的逐步提高，基于DSP的光信号传输损伤补偿能力不断提升，成为大容量长距离光传输系统的核心关键技术，支撑了光网络由100G向400G的代际演进，并进一步推动T比特级别的系统研发。
[0005]相干光通信系统的基于DSP数字域补偿系统示意图，如图1所示。在发射端，二进制信号通过正交调制、数模转换生成mQAM电信号，生成的电信号再由调制器调制为光信号并发送至光纤链路进行传输。在接收端，光信号经相干接收机转换为I、Q两路电信号，经模数转换后在DSP中进行IQ不平衡均衡、色散及非线性补偿、时钟恢复、自适应均衡、载波相位恢复、判决等数字域处理，得到算法补偿后的电信号。
[0006]为了应对色散和非线性补偿中先验信息发生波动的情况，现有的解决方案根据相干光通信系统的长距离传输需求设计DSP算法的最大补偿能力，以此减小信号的传输损伤，保证系统的最大传输性能能够满足场景需求。但是对于实际部署中面临的各种系统传输距离，采用最大算法能力或几档可配置算法能力来补偿链路的传输损伤，通常相比于实际传输距离的性能要求具有一定或较大的DSP算法能力冗余，会造成DSP算力资源的浪费和功耗的增加。采用自适应算法动态估计波动的先验信息，可以提高不同传输距离适用场景的补偿灵活度，但也带来了计算复杂度高、收敛时间长的问题。如图2所示。同时算法复杂度的提升对DSP硬件性能的要求也越来越高，面向400G以上场景光通信系统的速率如需进一步提高，DSP的制程工艺将由7nm向5nm，甚至向3nm演进，提升难度日趋增大。

技术实现思路

[0007]为解决面对网络部署中同一规格相干光模块或板卡实际应用的传输距离相差较大的场景问题，本专利技术提出了一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统及补偿方法。
通过接收第一光模块发送功率、链路中光放大器的接收和发送功率、以及第二光模块接收功率，进而查找数据表中对应的传输距离及传输损伤补偿算法控制因子，实现快速调整DSP色散和非线性算法补偿程度的功能，使得同一规格相干光模块/板卡尽可能匹配实际链路对DSP算法补偿能力的需求，释放了DSP算力资源、降低了运行功耗。
[0008]本专利技术提出一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统架构的示意图，如图3所示，具体为：
[0009]该系统由第一设备(含第一光模块)、N个光放大器(可选)、第二设备(含第二光模块、控制单元和数字信号处理单元)组成。需要指出的是，此部分仅说明了该系统不同组成部分间的逻辑关系，数字信号处理单元在实际物理实现时，可集成在第二光模块中，也可在光模块外的板卡上。其中，
[0010]第一设备：第一设备的第一光模块包括光发送单元和第一光功率监测单元，第一光功率监测单元用于对发送的光信号进行光功率监测，并将监测到的发送光功率值发送给光发送单元；第一设备的第一光模块中的光发送单元用于发送光信号，并将第一光功率监测单元发送来的发送光功率值加载到光信号上，随光信号一起发送给第二设备。光发送单元可采用带内或带外方式将第一光功率监测单元发送来的发送光功率值加载到光信号上。
[0011]光放大器：对于单跨传输场景，根据传输距离和设备能力，可不配置光放大器，采用光模块直连方式，也可配置光放大器。对于多跨传输场景，需要配置多个光放大器补偿光纤插损。对于每个光放大器，需将接收光功率值和发送光功率值向光信号传输方向传递，直至接收端的第二设备。
[0012]第二设备：第二设备接收到由第一光模块发送的光信号，并提取出第一光模块的发送光功率值，将第一光模块的发送光功率值发送给控制单元；如光纤链路中存在线路光放大器，第二设备接收由每个光放大器发送的该放大器接收光功率值和发送光功率值，并发送给控制单元。其中，
[0013]第二设备中的第二光模块包括第二光功率监测单元和光电探测单元，第二光功率监测单元用于对接收到的光信号进行光功率检测，并将接收光功率值发送给控制单元；光电探测单元用于将接收到的光信号通过光电探测器转换成电信号，并传输给数字信号处理单元；
[0014]第二设备中的控制单元至少包括计算单元、存储单元和管控单元。其中，计算单元用于计算第一光模块的发送光功率值P1与第二光模块的接收光功率值P2的差值ΔP＝P1
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P2(无光放大器场景)或计算第一光模块的发送光功率值与第一个光放大器的接收光功率值的差值、第N
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1个光放大器的发送光功率值与第N个光放大器的接收光功率值的差值、第N个光放大器的发送光功率值与第二光模块的接收光功率值的差值(有光放大器场景)，并将该差值发送给管控单元；存储单元用于存储光功率差值对应的传输距离数据及其对应的DSP色散补偿和/或非线性补偿算法的补偿强度因子；管控单元基于计算单元得到的光功率差值，在存储单元中查找光功率差值表对应的传输距离及DSP色散补偿和/或非线性补偿算法的补偿强度因子，并将该补偿强度因子转换为控制信息，发送给数字信号处理单元。补偿强度因子作为色散补偿算法和/或非线性补偿算法的控制变量，可包括算法补偿的传输距离、算法补偿的步长设置、色散/非线性补偿算法中的其他与传输距离相关参数等的调节权重，取值范围为：[0,1]。
[0015]第二设备中的数字信号处理单元包括：色散补偿单元与非线性补偿单元；根据接收到的由控制单元发送的控制信息，配置色散和/或非线性补偿算法的能力和强度；色散补偿单元与非线性补偿单元既可以同时运行，也可以仅运行色散补偿单元、关闭非线性补偿单元。
[0016]本专利技术优点及有益效果在于：
[0017]本专利技术提出了一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统及补偿方法，通过增加预先存储的数据表，并根据链路各点的光功率信息通过查找数据表确定传输损伤补偿算法控制因子，实现快速调整DSP色散和非线性算法补偿程度得到功能，使得同一规格相干光模块/板卡尽可能匹配实际链路对DSP算法补偿能力的需求，释放了DSP算力资源、降低了运行功耗。同时相较于传统自适应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统，其特征在于，具体为：该系统由第一设备、N个光放大器、第二设备组成；其中，第一设备：第一设备的第一光模块包括光发送单元和第一光功率监测单元；第一光功率监测单元用于对发送的光信号进行光功率监测，并将监测到的发送光功率值发送给光发送单元；光发送单元用于发送光信号，并将第一光功率监测单元发送来的发送光功率值加载到光信号上，随光信号一起发送给第二设备；光放大器：对于单跨传输场景，不配置光放大器，采用光模块直连方式；对于多跨传输场景，需要配置多个光放大器补偿光纤插损；对于每个光放大器，需将接收光功率值和发送光功率值向光信号传输方向传递，直至接收端的第二设备；第二设备：第二设备中的第二光模块包括第二光功率监测单元和光电探测单元；第二光功率监测单元用于对接收到的光信号进行光功率检测，并将接收光功率值发送给控制单元；光电探测单元用于将接收到的光信号通过光电探测器转换成电信号，并传输给数字信号处理单元。2.根据权利要求1所述的一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统，其特征在于：光发送单元采用带内或带外方式将第一光功率监测单元发送来的发送光功率值加载到光信号上。3.根据权利要求1所述的一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统，其特征在于：第二设备接收到由第一光模块发送的光信号，并提取出第一光模块的发送光功率值，将第一光模块的发送光功率值发送给控制单元；接收由每个光放大器发送的该放大器接收光功率值和发送光功率值，并发送给控制单元。4.根据权利要求1所述的一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统，其特征在于：第二设备中的控制单元至少包括计算单元、存储单元和管控单元；其中，计算单元用于计算第一光模块的发送光功率值P1与第二光模块的接收光功率值P2的差值ΔP＝P1
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P2或计算第一光模块的发送光功率值与第一个光放大器的接收光功率值的差值、第N
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1个光放大器的发送光功率值与第N个光放大器的接收光功率值的差值、第N个光放大器的发送光功率值与第二光模块的接收光功率值的差值，并将该差值发送给管控单元；存储单元用于存储光功率差值对应的传输距离数据及其对应的DSP色散补偿和/或非线性补偿算法的补偿强度因子；管控单元基于计算单元得到的光功率差值，在存储单元中查找光功率差值表对应的传输距离及DSP色散补偿和/或非线性补偿算法的补偿强度因子，并将该补偿强度因子转换为控制信息，发送给数字信号处理单元。5.根据权利要求1所述的一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统，其特征在于：计算单元还用于计算第一光模块的发送光功率值与第一个光放大器的接收光功率值的差值、第N
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1个光放大器的发送光功率值与第N个光放大器的接收光功率值的差值、第N个光放大器的发送光功率值与第二光模块的接收光功率值的差值。6.根据权利要求1所述的一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统，其特征在于：补偿强度因子作为色散补偿算法和/或非线性补偿算法的控制变量，包括算法补偿的传输距离、算法补偿的步长设置、色散/非线性补偿算法中的其它与传输距离相关参数的调节权重。
7.根据权利要求1所述的一种光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统，其特征在于：第二设备中的数字信号处理单元包括：色散补偿单元与非线性补偿单元；根据接收到的由控制单元发送的控制信息，配置色散和/或非线性补偿算法的能力和强度；色散补偿单元与非线性补偿单元或者同时运行，或者仅运行色散补偿单元、关闭非线性补偿单元。8.一种根据权利要求1
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7任一项所述的光信号传输损伤的轻量化数字域补偿系统的补偿方法，其特征在于：应用于有光放大器的光纤链路传输系统时：步骤1：第一光功率监测单元对发送的光信号进行光...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢正洋，刘奕，张开羽，郑铮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：