CN105471507A - 一种非线性补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非线性补偿方法及装置，用以解决现有计算偏振复用-波分复用***非线性损伤补偿的算法计算量大的问题。本发明包括：根据步长值将每个所述信道的距离分成等长度的S段，其中，步长值大于传输信号的色散长度值且小于传输信号的非线性长度值，S为大于1的整数；获取每个信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子以及每个信道中相邻传输信号间的关联系数；根据色散补偿因子，对每个信道S段中的每一段分别进行色散补偿；根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个信道S段中的每一段分别进行非线性补偿。本发明在计算非线性损伤补偿时同时考虑到了色散和走离效应的影响，步长可远超过色散长度，有效减少计算步数和总计算量。

Description

一种非线性补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及相干光通信技术领域，特别是指一种非线性补偿方法及装置。

背景技术

相干光通信***因其高灵敏性被普遍认为是一种更有效的通信***。近年来，数字信号处理DSP技术被应用到相干光通信***中。利用DSP，可以在电域实现方便廉价的偏振和相位管理。更重要的是，可以在电域对信号损伤进行补偿。目前的非线性损伤补偿算法中，数字后向传播DBP方法被证明是最有前景的，但是DBP方法需要的计算量很大，难以承受。目前实现非线性补偿的关键是设计可以有效降低计算量但不过分影响补偿效果的新型算法。

DBP方法基于解沿后向传播的非线性薛定谔方程NLSE。NLSE是非线性偏微分方程，通常需要数值方法求解。目前，分步傅立叶方法(SSFM)是求解NLSE最有效的方法。SSFM通过假定在传输过程中，光场每通过一小段距离(一步)，色散和非线性效应可以依次分别作用，从而得到一个近似结果。这样，DBP计算所需的计算量与步长成反比。为了减小计算量，应尽量选择更大的步长。但为了保证计算精度，实际计算中选择的步长一般应小于四个特征物理长度——色散长度、非线性长度、走离长度和四波混频FWM长度——的最小值。

目前非线性损伤补偿算法包括三种补偿算法，第一种算法计算步长受走离长度的限制，计算量巨大，难以承受；第二种算法采用显式计算走离的方式计入了走离效应的影响，但计算步长仍然受到色散长度的限制；第三种算法利用前后信道间的关联计入了色散效应的对信道内非线性作用的影响，但此算法不能补偿信道间的非线性作用，不能用于WDM***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非线性补偿方法及装置，用以解决现有计算偏振复用-波分复用***非线性损伤补偿的算法计算量大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种非线性补偿方法，应用于偏振复用-波分复用***，所述偏振复用-波分复用***包括多个用于传输信号的信道，包括：

根据步长值将每个所述信道的距离分成等长度的S段，其中，所述步长值大于所述传输信号的色散长度值且小于所述传输信号的非线性长度值，S为大于1的整数；

获取每个所述信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子以及每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数；

根据所述色散补偿因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行色散补偿；

根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿。

其中，上述的非线性补偿方法，通过公式：

H_m(ω,h)＝exp[iβ₂h(ωmΔω-ω²/2)]

获取每个所述信道的色散补偿因子；其中，m表示第m个信道，Δω是信道间距，h是步长值，i表示虚数，ω是角频率，β₂是色散系数。

其中，上述的非线性补偿方法，通过公式：

$W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)=\frac{e^{\mathrm{ah}-{\mathrm{id}}_{{\mathrm{mq}}^{\mathrm{\ωz}}}}-1}{\mathrm{\α}-{\mathrm{id}}_{\mathrm{mq}}\mathrm{\ω}}$

获取不同信道间的走离因子；其中，α是损耗系数，h是步长值，d_mq表示走离参量，d_mq＝β₂(ω_m-ω_q)，z表示传输距离，ω是角频率，m和q表示信道序号。

其中，通过微扰方法或者拟合方法，获取每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数。

其中，所述根据所述色散补偿因子，对每个所述信道S段中的每一段进行色散补偿的步骤具体为：

通过公式：

${\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z+h)=F^{-1}\left\{F\right[{\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z)\left]H_m(\mathrm{\ω},h)\right\}$

对每个所述信道S段中的每一段进行色散补偿；其中，x和y表示偏振态，z表示传输距离，表示时间t和传输距离z+h处的振幅，表示时间t和传输距离z处的振幅，H_m表示色散补偿因子，F表示傅里叶变换，F^-1表示傅里叶逆变换。

其中，所述根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿的步骤包括：

根据所述关联系数，计算所述信道中相邻传输信号强度的加权平均值，得到所述信道的有效光强；

根据所述关联系数、走离因子以及所述有效光强，获取所述信道的非线性因子；

根据所述有效光强和所述非线性因子，对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿。

其中，所述根据所述关联系数、走离因子以及所述有效光强，获取所述信道的非线性因子的步骤具体为：

通过公式：

${\mathrm{\φ}}_{(x,y)m}(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}[(P_{\mathrm{xm}}(t,z)+P_{\mathrm{ym}}(t,z))h_{\mathrm{eff}}+F^{-1}\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{R}_{(x,y)q}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：自相位调制SPM和交叉相位调制XPM相移因子；

通过公式：

${\mathrm{\φ}}_m(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}\left[F^{-1}\right\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{{\hat{E}}^{*}}_{\mathrm{yq}}(\mathrm{\ω},z){\hat{E}}_{\mathrm{xq}}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：相干XPM因子；

其中，γ是非线性系数，W_mq表示走离因子，m和q表示信道序号；

h_eff表示有效步长值，且h_eff＝[exp(αh)-1]α，α是损耗系数，h是步长值；

P_xm表示第m个信道x方向的有效光强，P_ym表示第m个信道y方向的有效光强；

E_yq(ω,z)表示第q个信道y方向信号振幅的傅立叶变换；E_xq(ω,z)表示第q个信道x方向信号振幅的傅立叶变换；

R(ω,z)是R_(x,y)m＝2P_(x,y)m+P_(y,x)m的傅立叶变换；

F^-1表示傅里叶逆变换。

其中，所述根据所述有效光强和所述非线性因子，对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿的步骤包括：

通过公式：

$E_{\mathrm{xm}}(t,z+h)=E_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{xm}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{ym}}}{Q}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

$E_{\mathrm{ym}}(t,z+h)=E_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ym}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{xm}}}{Q^{*}}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿；

其中，E_xm(t,z+h)表示时间t和距离z+h处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z+h)表示时间t和距离z+h处y偏振态的振幅；

E_xm(t,z)表示时间t和距离z处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z)表示时间t和距离z处y偏振态的振幅；

φ_m表示第m个信道的SPM和XPM相移因子；

Q_m表示第m个信道的相干XPM因子。

本发明的实施例还提供了一种非线性补偿装置，包括：

划分模块，用于根据步长值将每个所述信道的距离分成等长度的S段，其中，所述步长值大于所述传输信号的色散长度值且小于所述传输信号的非线性长度值，S为大于1的整数；

获取模块，用于获取每个所述信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子以及每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数；

色散补偿模块，用于根据所述色散补偿因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行色散补偿；

非线性补偿模块，用于根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿。

其中，上述的非线性补偿装置，所述获取模块包括：

第一获取模块，用于通过公式H_m(ω,h)＝exp[iβ₂h(ωmΔω-ω²/2)]获取每个所述信道的色散补偿因子；其中，m表示第m个信道，Δω是信道间距，h是步长值，i表示虚数，ω是角频率，β₂是色散系数；

第二获取模块，用于通过公式：

$W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)=\frac{e^{\mathrm{ah}-{\mathrm{id}}_{{\mathrm{mq}}^{\mathrm{\ωz}}}}-1}{\mathrm{\α}-{\mathrm{id}}_{\mathrm{mq}}\mathrm{\ω}}$

获取不同信道间的走离因子；其中，α是损耗系数，h是步长值，d_mq表示走离参量，d_mq＝β₂(ω_m-ω_q)，z表示传输距离，ω是角频率，m和q表示信道序号；

第三获取模块，用于通过微扰方法或者拟合方法，获取每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数。

其中，所述色散补偿模块具体通过公式：

${\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z+h)=F^{-1}\left\{F\right[{\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z)\left]H_m(\mathrm{\ω},h)\right\}$

对每个所述信道S段中的每一段进行色散补偿，其中，x和y表示偏振态，z表示传输距离，表示时间t和距离z+h处的振幅，表示时间t和距离z处的振幅，H_m表示色散补偿因子，F表示傅里叶变换，F^-1表示傅里叶逆变换。

其中，所述非线性补偿模块包括：

计算单元，用于根据所述关联系数，计算所述信道中相邻传输信号强度的加权平均值，得到所述信道的有效光强；

获取单元，用于根据所述关联系数、走离因子以及所述有效光强，获取所述信道的非线性因子；

补偿单元，用于根据所述有效光强和所述非线性因子，对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿。

其中，所述获取单元通过公式：

${\mathrm{\φ}}_{(x,y)m}(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}[(P_{\mathrm{xm}}(t,z)+P_{\mathrm{ym}}(t,z))h_{\mathrm{eff}}+F^{-1}\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{R}_{(x,y)q}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：自相位调制SPM和交叉相位调制XPM相移因子；

所述获取单元通过公式：

${\mathrm{\φ}}_m(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}\left[F^{-1}\right\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{{\hat{E}}^{*}}_{\mathrm{yq}}(\mathrm{\ω},z){\hat{E}}_{\mathrm{xq}}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：相干XPM因子；

其中，γ是非线性系数，W_mq表示走离因子，m和q表示信道序号；

h_eff表示有效步长值，且h_eff＝[exp(αh)-1]α，α是损耗系数，h是步长值；

P_xm表示第m个信道x方向的有效光强，P_ym表示第m个信道y方向的有效光强；

E_yq(ω,z)表示第q个信道y方向信号振幅的傅立叶变换；E_xq(ω,z)表示第q个信道x方向信号振幅的傅立叶变换；

R(ω,z)是R_(x,y)m＝2P_(x,y)m+P_(y,x)m的傅立叶变换；

F^-1表示傅里叶逆变换。

其中，所述补偿单元通过公式：

$E_{\mathrm{xm}}(t,z+h)=E_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{xm}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{ym}}}{Q}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

$E_{\mathrm{ym}}(t,z+h)=E_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ym}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{xm}}}{Q^{*}}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿；

其中，E_xm(t,z+h)表示时间t和距离z+h处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z+h)表示时间t和距离z+h处y偏振态的振幅；

E_xm(t,z)表示时间t和距离z处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z)表示时间t和距离z处y偏振态的振幅；

φ_m表示第m个信道的SPM和XPM相移因子；

Q_m表示第m个信道的相干XPM因子。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例的非线性补偿方法，采用显式考虑走离效应的影响并利用相邻信号的关联计入色散效应的影响，使得步长值可以远超过色散长度，有效地减少了计算步数和计算总量。

附图说明

图1表示本发明实施例的工作流程图；

图2表示本发明实施例的实现原理图；

图3表示本发明实施例与现有技术方案的对比仿真效果图；

图4表示本发明实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及附图进行详细描述。

本发明实施例提供了一种非线性补偿方法及装置，解决了现有计算偏振复用-波分复用***非线性损伤补偿的算法计算量大的问题。

本发明实施例的非线性补偿方法，应用于偏振复用-波分复用***，所述偏振复用-波分复用***包括多个用于传输信号的信道，如图1所示，包括：

步骤S10：根据步长值将每个信道的距离分成等长度的S段，其中，所述步长值大于传输信号的色散长度值且小于传输信号的非线性长度值，S为大于1的整数。

步骤S20：获取每个信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子以及每个信道中相邻传输信号间的关联系数。

在本发明的具体实施例中，通过公式：

H_m(ω,h)＝exp[iβ₂h(ωmΔω-ω²/2)]

获取每个信道的色散补偿因子，其中，m表示第m个信道，Δω是信道间距，h是步长值，i表示虚数，ω是角频率，β₂是色散系数；

在本发明的具体实施例中，通过公式：

$W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)=\frac{e^{\mathrm{ah}-{\mathrm{id}}_{{\mathrm{mq}}^{\mathrm{\ωz}}}}-1}{\mathrm{\α}-{\mathrm{id}}_{\mathrm{mq}}\mathrm{\ω}}$

获取不同信道间的走离因子，其中，α是损耗系数，h是步长值，d_mq表示走离参量，d_mq＝β₂(ω_m-ω_q)，z表示传输距离，ω是角频率，m和q表示信道序号；

在本发明的具体实施例中，通过微扰方法或者拟合方法，获取每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数。

步骤S30：根据色散补偿因子，对每个信道S段中的每一段分别进行色散补偿。

在本发明的具体实施例中，具体的，通过公式：

${\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z+h)=F^{-1}\left\{F\right[{\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z)\left]H_m(\mathrm{\ω},h)\right\}$

对每个信道S段中的每一段进行色散补偿；其中，x和y表示偏振态，z表示传输距离，表示时间t和传输距离z+h处的振幅，表示时间t和传输距离z处的振幅，H_m表示色散补偿因子，F表示傅里叶变换，F^-1表示傅里叶逆变换。

步骤S40：根据关联系数以及走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿。

在本发明的具体实施例中，根据关联系数，计算信道中相邻传输信号强度的加权平均值，得到信道的有效光强；

根据关联系数、走离因子以及有效光强，获取信道的非线性因子，其中，非线性因子包括：自相位调制SPM和交叉相位调制XPM相移因子以及相干XPM因子，具体的，通过公式：

${\mathrm{\φ}}_{(x,y)m}(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}[(P_{\mathrm{xm}}(t,z)+P_{\mathrm{ym}}(t,z))h_{\mathrm{eff}}+F^{-1}\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{R}_{(x,y)q}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取自相位调制SPM和交叉相位调制XPM相移因子；

通过公式：

${\mathrm{\φ}}_m(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}\left[F^{-1}\right\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{{\hat{E}}^{*}}_{\mathrm{yq}}(\mathrm{\ω},z){\hat{E}}_{\mathrm{xq}}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取相干XPM因子；

其中，γ是非线性系数，W_mq表示走离因子，m和q表示信道序号；

h_eff表示有效步长值，且h_eff＝[exp(αh)-1]α，α是损耗系数，h是步长值；

P_xm表示第m个信道x方向的有效光强，P_ym表示第m个信道y方向的有效光强；

E_yq(ω,z)表示第q个信道y方向信号振幅的傅立叶变换；E_xq(ω,z)表示第q个信道x方向信号振幅的傅立叶变换；

R(ω,z)是R_(x,y)m＝2P_(x,y)m+P_(y,x)m的傅立叶变换；

F^-1表示傅里叶逆变换。

在本发明的具体实施例中，根据有效光强和所述非线性因子，对每个信道S段中的每一段进行非线性补偿，具体的，通过公式：

$E_{\mathrm{xm}}(t,z+h)=E_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{xm}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{ym}}}{Q}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

$E_{\mathrm{ym}}(t,z+h)=E_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ym}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{xm}}}{Q^{*}}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

对每个信道S段中的每一段进行非线性补偿；

其中，E_xm(t,z+h)表示时间t和距离z+h处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z+h)表示时间t和距离z+h处y偏振态的振幅；

E_xm(t,z)表示时间t和距离z处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z)表示时间t和距离z处y偏振态的振幅；

φ_m表示第m个信道的SPM和XPM相移因子；

Q_m表示第m个信道的相干XPM因子。

本发明实施例的非线性补偿方法，通过信道的有效光强进一步得到关联效应的非线性相位；通过非线性因子进一步得到走离效应的非线性相位，然后根据关联效应的非线性相位以及走离效应的非线性相位利用上述公式对信道S段中的每一段进行非线性补偿。

本发明实施例的非线性补偿方法，采用显式考虑走离效应的影响，同时利用相邻信号间的关联关系计入色散效应的影响，使得步长值远超过色散长度，有效减少计算步数和总的计算量。

下面举例说明本发明实施例的具体实现过程。

如图2所示，先由划分模块根据步长值将每个所述信道的距离分成等长度的S段，其中，步长值的具体数值根据补偿效果以及总计算量进行权衡；由获取模块通过上述公式分别获取每个信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子，同时通过微扰方法或者拟合方法每个信道中相邻传输信号间的关联系数；色散补偿模块对每个信道S段中的一段进行色散补偿；计算单元根据关联系数，计算信道中相邻传输信号强度的加权平均值，得到每个信道的有效光强；获取单元根据关联系数、走离因子以及有效光强，获取非线性因子；补偿单元根据有效光强以及非线性因子，对每个S段中的一段进行非线性补偿；判断每个信道S段中的每一段是否均完成上述色散补偿和非线性补偿，若判断结果为是，则结束补偿计算，若判断结果为否，则继续对每个信道S段中未进行补偿的部分进行色散补偿和非线性补偿，直至每个信道S段中的每一段均进行完色散补偿和非线性补偿。

本发明实施例的非线性补偿方法，如图3所示，为PDM-WDM***在非线性补偿下的仿真效果，其中，使用的6信道PDM-16QAM传输仿真数据由VPI软件得到，仿真关键参数为：符号率30GBd，色散系数为17ps/nm，非线性系数VPI默认，频率偏移0.5GHz，激光器线宽100kHz，入纤功率+1dBm，跨距80km，传输距离800km。图中步数指的是每个跨距的步数。由此看出，本发明实施例所需的步数最小，效果值(Q)最佳。

本发明实施例的非线性补偿方法，对每个信道S段中的每一段分别进行色散补偿和非线性补偿，由于本发明同时考虑到了色散和走离效应的影响，使得步长值远超过色散长度，有效减少了计算步数和总计算量。

本发明实施例还提供了一种非线性补偿装置，如图4所示，包括：

划分模块，用于根据步长值将每个所述信道的距离分成等长度的S段，其中，所述步长值介于所述传输信号的色散长度和非线性长度之间，S为大于1的整数；

获取模块，用于获取每个所述信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子以及每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数；

色散补偿模块，用于根据所述色散补偿因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行色散补偿；

非线性补偿模块，用于根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿。

本发明实施例的非线性补偿装置，所述获取模块包括：

第一获取模块，用于通过公式H_m(ω,h)＝exp[iβ₂h(ωmΔω-ω²/2)]获取每个所述信道的色散补偿因子；其中，m表示第m个信道，Δω是信道间距，h是步长值，i表示虚数，ω是角频率，β₂是色散系数；

第二获取模块，用于通过公式：

$W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)=\frac{e^{\mathrm{ah}-{\mathrm{id}}_{{\mathrm{mq}}^{\mathrm{\ωz}}}}-1}{\mathrm{\α}-{\mathrm{id}}_{\mathrm{mq}}\mathrm{\ω}}$

获取不同信道间的走离因子；其中，α是损耗系数，h是步长值，d_mq表示走离参量，d_mq＝β₂(ω_m-ω_q)，z表示传输距离，ω是角频率，m和q表示信道序号；

第三获取模块，用于通过微扰方法或者拟合方法，获取每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数。

本发明实施例的非线性补偿装置中，所述色散补偿模块具体通过公式：

${\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z+h)=F^{-1}\left\{F\right[{\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z)\left]H_m(\mathrm{\ω},h)\right\}$

对每个所述信道S段中的每一段进行色散补偿，其中，x和y表示偏振态，z表示传输距离，表示时间t和距离z+h处的振幅，表示时间t和距离z处的振幅，H_m表示色散补偿因子F表示傅里叶变换，F^-1表示傅里叶逆变换。

本发明实施例的非线性补偿装置中，所述非线性补偿模块包括：

计算单元，用于根据所述关联系数，计算所述信道中相邻传输信号强度的加权平均值，得到所述信道的有效光强；

获取单元，用于根据所述关联系数、走离因子以及所述有效光强，获取所述信道的非线性因子；

补偿单元，用于根据所述有效光强和所述非线性因子，对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿。

本发明实施例的非线性补偿装置中，所述获取单元通过公式：

${\mathrm{\φ}}_{(x,y)m}(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}[(P_{\mathrm{xm}}(t,z)+P_{\mathrm{ym}}(t,z))h_{\mathrm{eff}}+F^{-1}\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{R}_{(x,y)q}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：自相位调制SPM和交叉相位调制XPM相移因子；

所述获取单元通过公式：

${\mathrm{\φ}}_m(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}\left[F^{-1}\right\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{{\hat{E}}^{*}}_{\mathrm{yq}}(\mathrm{\ω},z){\hat{E}}_{\mathrm{xq}}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：相干XPM因子；

其中，γ是非线性系数，W_mq表示走离因子，m和q表示信道序号；

h_eff表示有效步长值，且h_eff＝[exp(αh)-1]α，α是损耗系数，h是步长值；

P_xm表示第m个信道x方向的有效光强，P_ym表示第m个信道y方向的有效光强；

E_yq(ω,z)表示第q个信道y方向信号振幅的傅立叶变换；E_xq(ω,z)表示第q个信道x方向信号振幅的傅立叶变换；

R(ω,z)是R_(x,y)m＝2P_(x,y)m+P_(y,x)m的傅立叶变换；

F^-1表示傅里叶逆变换。

本发明实施例的非线性补偿装置中，所述补偿单元通过公式：

$E_{\mathrm{xm}}(t,z+h)=E_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{xm}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{ym}}}{Q}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

$E_{\mathrm{ym}}(t,z+h)=E_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ym}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{xm}}}{Q^{*}}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿；

其中，E_xm(t,z+h)表示时间t和距离z+h处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z+h)表示时间t和距离z+h处y偏振态的振幅；

E_xm(t,z)表示时间t和距离z处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z)表示时间t和距离z处y偏振态的振幅；

φ_m表示第m个信道的SPM和XPM相移因子；

Q_m表示第m个信道的相干XPM因子。

需要说明的是，该装置是与上述方法实施例对应的装置，上述方法实施例中所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。

本发明实施例的非线性补偿方法及装置，在进行非线性补偿时同时考虑到了色散和走离效应的影响，步长值可以远超过色散长度，有效减少计算步数和总计算量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种非线性补偿方法，应用于偏振复用-波分复用***，所述偏振复用-波分复用***包括多个用于传输信号的信道，其特征在于，包括：

根据步长值将每个所述信道的距离分成等长度的S段，其中，所述步长值大于所述传输信号的色散长度值且小于所述传输信号的非线性长度值，S为大于1的整数；

获取每个所述信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子以及每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数；

根据所述色散补偿因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行色散补偿；

根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿。

2.根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，通过公式：

H_m(ω,h)＝exp[iβ₂h(ωmΔω-ω²/2)]

获取每个所述信道的色散补偿因子；其中，m表示第m个信道，Δω是信道间距，h是步长值，i表示虚数，ω是角频率，β₂是色散系数。

3.根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，通过公式：

$W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)=\frac{e^{\mathrm{ah}-{\mathrm{id}}_{{\mathrm{mq}}^{\mathrm{\ωz}}}}-1}{\mathrm{\α}-{\mathrm{id}}_{\mathrm{mq}}\mathrm{\ω}}$

获取不同信道间的走离因子；其中，α是损耗系数，h是步长值，d_mq表示走离参量，d_mq＝β₂(ω_m-ω_q)，z表示传输距离，ω是角频率，m和q表示信道序号。

4.根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，通过微扰方法或者拟合方法，获取每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数。

5.根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，所述根据所述色散补偿因子，对每个所述信道S段中的每一段进行色散补偿的步骤具体为：

通过公式：

${\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z+h)=F^{-1}\left\{F\right[{\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z)\left]H_m(\mathrm{\ω},h)\right\}$

对每个所述信道S段中的每一段进行色散补偿；其中，x和y表示偏振态，z表示传输距离，表示时间t和传输距离z+h处的振幅，表示时间t和传输距离z处的振幅，H_m表示色散补偿因子，F表示傅里叶变换，F^-1表示傅里叶逆变换。

6.根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，所述根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿的步骤包括：

根据所述关联系数，计算所述信道中相邻传输信号强度的加权平均值，得到所述信道的有效光强；

根据所述关联系数、走离因子以及所述有效光强，获取所述信道的非线性因子；

根据所述有效光强和所述非线性因子，对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿。

7.根据权利要求6所述的非线性补偿方法，其特征在于，所述根据所述关联系数、走离因子以及所述有效光强，获取所述信道的非线性因子的步骤具体为：

通过公式：

${\mathrm{\φ}}_{(x,y)m}(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}[(P_{\mathrm{xm}}(t,z)+P_{\mathrm{ym}}(t,z))h_{\mathrm{eff}}+F^{-1}\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{R}_{(x,y)q}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：自相位调制SPM和交叉相位调制XPM相移因子；

通过公式：

${\mathrm{\φ}}_m(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}\left[F^{-1}\right\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{{\hat{E}}^{*}}_{\mathrm{yq}}(\mathrm{\ω},z){\hat{E}}_{\mathrm{xq}}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：相干XPM因子；

其中，γ是非线性系数，W_mq表示走离因子，m和q表示信道序号；

h_eff表示有效步长值，且h_eff＝[exp(αh)-1]α，α是损耗系数，h是步长值；

P_xm表示第m个信道x方向的有效光强，P_ym表示第m个信道y方向的有效光强；

E_yq(ω,z)表示第q个信道y方向信号振幅的傅立叶变换；E_xq(ω,z)表示第q个信道x方向信号振幅的傅立叶变换；

R(ω,z)是R_(x,y)m＝2P_(x,y)m+P_(y,x)m的傅立叶变换；

F^-1表示傅里叶逆变换。

8.根据权利要求7所述的非线性补偿方法，其特征在于，所述根据所述有效光强和所述非线性因子，对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿的步骤包括：

通过公式：

$E_{\mathrm{xm}}(t,z+h)=E_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{xm}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{ym}}}{Q}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

$E_{\mathrm{ym}}(t,z+h)=E_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ym}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{xm}}}{Q^{*}}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿；

其中，E_xm(t,z+h)表示时间t和距离z+h处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z+h)表示时间t和距离z+h处y偏振态的振幅；

E_xm(t,z)表示时间t和距离z处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z)表示时间t和距离z处y偏振态的振幅；

φ_m表示第m个信道的SPM和XPM相移因子；

Q_m表示第m个信道的相干XPM因子。

9.一种非线性补偿装置，应用于偏振复用-波分复用***，所述偏振复用-波分复用***包括多个用于传输信号的信道，其特征在于，包括：

划分模块，用于根据步长值将每个所述信道的距离分成等长度的S段，其中，所述步长值大于所述传输信号的色散长度值且小于所述信号的非线性长度值，S为大于1的整数；

获取模块，用于获取每个所述信道的色散补偿因子、不同信道间的走离因子以及每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数；

色散补偿模块，用于根据所述色散补偿因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行色散补偿；

非线性补偿模块，用于根据所述关联系数以及所述走离因子，对每个所述信道S段中的每一段分别进行非线性补偿。

10.根据权利要求9所述的非线性补偿装置，其特征在于，所述获取模块包括：

第一获取模块，用于通过公式H_m(ω,h)＝exp[iβ₂h(ωmΔω-ω²/2)]获取每个所述信道的色散补偿因子；其中，m表示第m个信道，Δω是信道间距，h是步长值，i表示虚数，ω是角频率，β₂是色散系数；

第二获取模块，用于通过公式：

$W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)=\frac{e^{\mathrm{ah}-{\mathrm{id}}_{{\mathrm{mq}}^{\mathrm{\ωz}}}}-1}{\mathrm{\α}-{\mathrm{id}}_{\mathrm{mq}}\mathrm{\ω}}$

获取不同信道间的走离因子；其中，α是损耗系数，h是步长值，d_mq表示走离参量，d_mq＝β₂(ω_m-ω_q)，z表示传输距离，ω是角频率，m和q表示信道序号；

第三获取模块，用于通过微扰方法或者拟合方法，获取每个所述信道中相邻传输信号间的关联系数。

11.根据权利要求9所述的非线性补偿装置，其特征在于，所述色散补偿模块具体通过公式：

${\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z+h)=F^{-1}\left\{F\right[{\hat{E}}_{(x,y)m}(t,z)\left]H_m(\mathrm{\ω},h)\right\}$

对每个所述信道S段中的每一段进行色散补偿，其中，x和y表示偏振态，z表示传输距离，表示时间t和距离z+h处的振幅，表示时间t和距离z处的振幅，H_m表示色散补偿因子，F表示傅里叶变换，F^-1表示傅里叶逆变换。

12.根据权利要求9所述的非线性补偿装置，其特征在于，所述非线性补偿模块包括：

计算单元，用于根据所述关联系数，计算所述信道中相邻传输信号强度的加权平均值，得到所述信道的有效光强；

获取单元，用于根据所述关联系数、走离因子以及所述有效光强，获取所述信道的非线性因子；

补偿单元，用于根据所述有效光强和所述非线性因子，对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿。

13.根据权利要求12所述的非线性补偿方法，其特征在于，所述获取单元通过公式：

${\mathrm{\φ}}_{(x,y)m}(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}[(P_{\mathrm{xm}}(t,z)+P_{\mathrm{ym}}(t,z))h_{\mathrm{eff}}+F^{-1}\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{R}_{(x,y)q}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：自相位调制SPM和交叉相位调制XPM相移因子；

所述获取单元通过公式：

${\mathrm{\φ}}_m(t,z+h)=-\frac{8}{9}\mathrm{\γ}\left[F^{-1}\right\{\underset{\∀q\≠m}{\mathrm{\Σ}}{{\hat{E}}^{*}}_{\mathrm{yq}}(\mathrm{\ω},z){\hat{E}}_{\mathrm{xq}}(\mathrm{\ω},z)W_{\mathrm{mq}}(\mathrm{\ω},h)\left\}\right]$

获取所述信道的非线性因子，所述非线性因子包括：相干XPM因子；

其中，γ是非线性系数，W_mq表示走离因子，m和q表示信道序号；

h_eff表示有效步长值，且h_eff＝[exp(αh)-1]α，α是损耗系数，h是步长值；

P_xm表示第m个信道x方向的有效光强，P_ym表示第m个信道y方向的有效光强；

E_yq(ω,z)表示第q个信道y方向信号振幅的傅立叶变换；E_xq(ω,z)表示第q个信道x方向信号振幅的傅立叶变换；

R(ω,z)是R_(x,y)m＝2P_(x,y)m+P_(y,x)m的傅立叶变换；

F^-1表示傅里叶逆变换。

14.根据权利要求13所述的非线性补偿装置，其特征在于，所述补偿单元通过公式：

$E_{\mathrm{xm}}(t,z+h)=E_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{xm}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{ym}}}{Q}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

$E_{\mathrm{ym}}(t,z+h)=E_{\mathrm{ym}}(t,z)e^{i{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ym}}}\cos \left(\right|Q_m\left|\right)-{\mathrm{iE}}_{\mathrm{xm}}(t,z)e^{{\mathrm{i\φ}}_{\mathrm{xm}}}{Q^{*}}_m\sin c\left(\right|Q_m\left|\right);$

对每个所述信道S段中的每一段进行非线性补偿；

其中，E_xm(t,z+h)表示时间t和距离z+h处x偏振态的振幅；

E_ym(t,z+h)表示时间t和距离z+h处y偏振态的振幅；

E_xm(t,z)表示时间t和距离z处x偏振态的振幅；E_ym(t,z)表示时间t和距离z处y偏振态的振幅；φ_m表示第m个信道的SPM和XPM相移因子；Q_m表示第m个信道的相干XPM因子。