[发明专利]光通信系统中PMD减轻的方法和设备

说明书

交叉参考相关申请

本申请根据并要求美国专利申请No.11/073,061和No.11/307,918的优先权，前一专利申请于2005年3月4日提交，后一专利申请于2006年2月28日提交，这里全文引用该两专利申请，供参考。

技术领域

本发明涉及高速光通信领域，尤其是涉及减轻光通信系统中偏振模色散(PMD)的方法和设备。

背景技术

光纤偏离名义上的圆对称，导致双折射，使正交的偏振模产生不同的群速度。光信号的两个偏振分量因而经历一些微分群延迟(DGD)，该微分群延迟还可能随波长改变。因为光学接收器通常检测总的光功率，不计及偏振，而DGD的作用在于使脉冲扩展，称为偏振模色散(PMD)。对光信号比特周期中约10％的DGD(精确数字依赖于调制格式和接收器性质)，脉冲开始显著扩展，伸延进邻近的比特间隙(bit slot)，并导致误码。加于光纤上的随时间变化的应力(例如机械的变化、温度的变化)随机地改变DGD。典型的变化率范围从数毫秒(例如因声的振动)到数月(例如对埋设的光纤)。

PMD引起的信号失真随时间变化，并可导致中断通信的突发差错。由于PMD的本性，信号失真的量值可以极其地大，但出现的概率非常低。因此，即使分配高的链路预算余量以对抗PMD，系统仍可能不时失效。已知PMD的这种随机的性质，典型的减轻PMD效应的途径，是分配一定的余量，以容纳PMD引起的信号失真的大部分情况，但使系统易受那些PMD超过该余量的随机情况的攻击。于是，系统对PMD的牢靠性，用运行中断的概率量化，定义为：PMD引起的突发差错不被分配的余量容纳的概率。

使用传统的模型，能够用指定的一对发送器接收器确定性的PMD容限，计算运行中断的概率，然后对DGD调用Maxwell统计量。在该模型中，Maxwell统计量应用在波分复用(WDM)系统的时间和各信道上，并能用于计算指定系统的运行中断概率。近来对部署光纤的工厂的PMD特征研究，建议一种用不同统计量的不同模型(例如见，R.Caponi等人的“WDM Design Issues With Highly CorrelatedPMD Spectra of Buried Optical Cables”，OFC 2002，pp.453-455)。

如图1中示意画出的，按照所谓的“节点模型(hinge model)”，典型的传输链路100包含数个(例如5到10个)相对稳定的长光纤段110，它们在很长的时间周期上(如数月)很好地屏蔽环境。段110被称为准静态波导段或稳定光纤段。在上述的时间尺度上，这些段的PMD特征不受温度变化或机械振动的显著不良影响。

稳定光纤段110通过环境上不受保护的单段光纤120连接，诸如在中继器场地上的色散补偿模块、在交换局内的光纤连接软线、或接近机械振动源的光纤长度。这样的单段光纤被称为非静态耦合段或“节点”。节点的偏振特征随时间快速变化。

节点模型试图表征这种光纤链路的PMD统计量。长和稳定段的DGD在波长尺度中仍然有Maxwell概率密度分布函数(PDF)，且实质上不随时间变化。但是，链路DGD的整个PDF不是Maxwell的。尤其是，任何给定波长上的DGD有上限，而每一波长频带(包括一个或多个信道)有不同的运行中断概率。一些波长频带将遵从规定的运行中断指标，而其他波长频带则否。换句话说，无论对WDM系统指定什么运行中断概率，但WDM信道的小部分总突破该运行中断指标(即小部分信道将有比指定的更高的运行中断概率)。该小部分用“不顺从能力比”(NCR)量化(见H.Kogelnik等人的“First-OrderPMD Outage for the Hinge Model”，IEEE Photonics TechnologyLetter，Vol.17，No.6，June 2005)。