處理多個光信號樣本的方法、電路、光模塊和光通信系統與流程
2023-10-06 14:56:14 2
本申請涉及用於減輕光通信系統中的幹擾的系統和方法。
背景技術：
在直接檢測的光通信系統中，多路幹擾(mpi)源於光接口(連接器，接收器/發射器接口)處的發射波形的反射的組合。圖1中繪出了一個實例，該實例示出了通過光纜序列連接到接收器102的發射器100，所述光纜在光接口104，106，108處連接。在發射器100發射信號s(t)之後，由於接口104，106，108處的反射，在接收器102處接收的信號u(t)是已發射信號的一組延遲複製品的和。通常在110處指示的是圖1的系統的邏輯等效版本，圖1示出了四個延遲組分的求和與各自的衰減a1，a2，a3，a4。
另一個幹擾的源是由於在電域中發生的反射，例如在接收器中的光電二極體之後或在發射器中的雷射調製器之前。這些電反射可以通過估計每個組分的延遲和幅度直接消除。這種電反射通常發生在非常短的距離(幾十毫米或更小的數量級)，因此它們保持在來自主信號的少量波特內。
技術實現要素：
根據本申請的一個方面，提供了一種處理多個光信號樣本的方法，光信號具有脈衝幅度調製電場，方法包括：對於每個樣本，估計各自的脈衝幅度調製電平；對於每個樣本，從各自的脈衝幅度調製電平中減去樣本以生成相應的誤差樣本；對誤差樣本進行低通濾波以產生多路幹擾的估計；對於每個樣本，將多路幹擾的估計中的一個與樣本組合以產生幹擾減輕的樣本。
根據本申請的另一個方面，提供了一種處理多個光信號樣本的電路，光信號具有脈衝幅度調製電場，電路包括：限幅器，對於每個樣本，估計樣本各自的脈衝幅度調製電平；減法器，對於每個樣本，從各自的脈衝幅度調製電平中減去樣本以生成相應的誤差樣本；低通濾波器，對誤差樣本進行濾波以產生多路幹擾的估計；組合器，對於每個樣本，將多路幹擾的估計中的一個與樣本組合以產生幹擾減輕的樣本。
根據本申請的另一個方面，提供了一種光模塊，包括：光輸入/輸出和電輸入/輸出；光電二極體，用於對在光輸入/輸出處接收的輸入光信號執行直接檢測，以產生直接檢測輸出；跨阻放大器，放大直接檢測輸出；脈衝幅度調製asic，被配置為對跨阻放大器的輸出執行脈衝幅度調製解調以在電輸入/輸出處產生信號，脈衝幅度調製asic包括根據本申請的一個方面的電路，脈衝幅度調製asic進一步被配置為基於電輸入/輸出處的輸入電信號執行脈衝幅度調製調製；雷射器，基於脈衝幅度調製調製的輸出在具有脈衝幅度調製調製的電場的光輸入/輸出處輸出光信號。
根據本申請的另一個方面，提供了一種光通信系統，包括：通過包括光纖和光接口的光路互連的多個網絡元件；網絡元件中的至少一個包括具有減輕根據本申請的一個方面的多路幹擾的電路的光模塊。
附圖說明
現在將參照附圖描述本公開的實施例，其中：
圖1描繪了具有多路幹擾的光系統和相應的信號；
圖2是具有帶有不同回波損耗的連接器的光系統的另一個示例；
圖3是用於圖2的光系統的多路信道模型；
圖4是波特率系統模型的方框圖；
圖5a是具有mpi減輕電路的光接收器的方框圖；
圖5b是圖5a的接收器的波特率模型；
圖6是圖5a的rx1組分的實例實施的方框圖；
圖7是具有mpi減輕電路和幹擾組分估計器的光接收器的方框圖；
圖8是具有mpi減輕電路的光模塊的方框圖；
圖9是包括具有mpi減輕電路的網絡元件的光網絡的方框圖；以及
圖10是執行mpi減輕的方法的流程圖。
具體實施方式
如在背景技術部分中提到的，由於在電域中發生的反射引起的幹擾可通過估計每個組分的延遲和幅度直接消除，因為電反射通常發生在非常短的距離上，因此它們保持在來自主信號的少量波特內。幹擾消除的傳統方法明確地消除單獨反射的項(例如使用決策反饋均衡器)。這種方法對於應用於mpi是有挑戰性的，因為反射可能被延遲許多1000s波特，並且抽頭(taps)的大小和位置可根據時間變化，例如由於機械振動和雷射器相位變化。使適配環路足夠快是非常具有挑戰性的，並且需要大量的存儲來儲存過去的決策。
另外，mpi的影響對於直接檢測接收器(即，檢測光波形的功率的接收器)是電平依賴的。更具體而言，在諸如脈衝幅度調製(pam)的多電平調製方案中，對於較大的pam電平，mpi的效果比對於較小的pam電平更大。
根據本發明的一個方面，提供了一種處理多個光信號樣本的方法，光信號具有脈衝幅度調製(pam)電場，所述方法包括：對於每個樣本，估計各自的pam水平；對於每個樣本，從各自的pam電平減去所述樣本以生成相應的誤差樣本；對所述誤差樣本進行低通濾波以產生多路幹擾(mpi)的估計；對於每個樣本，將mpi的估計中的一個與所述樣本組合以產生幹擾減輕的樣本。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於處理多個光信號樣本的電路，光信號具有脈衝幅度調製(pam)電場，所述電路包括：限幅器，對於每個樣本，估計樣本的各自的pam電平；減法器，對於每個樣本，從各自的pam電平中減去所述樣本以生成相應的誤差樣本；低通濾波器，對所述誤差樣本進行濾波以產生多路幹擾(mpi)的估計；組合器，對於每個樣本，將mpi的估計中的一個與所述樣本組合以產生幹擾減輕的樣本。
圖2中描繪了光通信系統的實例。該實例包括具有發射光組件(tosa)連接器230的第一收發器201和具有接收光組件(rosa)連接器232的第二收發器204。兩個收發器201，204通過光路徑連接，該路徑具有五段電纜200，202，206，208，210和連接器212，214，216，218，220，222，224，226。在典型的光通信系統中，將存在具有不同質量的連接器。在圖2中，連接器214，216，222，224與其它連接器相比具有優異的回波損耗。該系統可使用諸如圖3所示的多路信道模型來建模，其中具有良好回波損耗的連接器已經被抽出，因為它們對mpi沒有顯著幫助。對於這個具體實例，電纜的五個物理長度具有長度li。該模型包括位於四個相對較差的回波損耗連接器處的接口，加上tosa連接器和rosa連接器處的接口。應當理解，該方法概括為任意數量的連接器和電纜。
每個連接器具有關聯的回波損耗。每個電纜長度具有相關的相移θi，該相移涉及鏈路引起的幹擾方相位隨機化(相對於主信號，本文中也稱為幹擾受害方，或簡稱為受害方).
基於圖2的系統(但是再次，更一般地，基於具有任何數量的連接器和電纜的系統)的波特率系統模型在圖4中繪出。在該模型中，輸入樣本x[k]通過多路信道傳輸，所述多路信道將輸入樣本x[k]變換為y[k]。在402執行對y[k]的直接檢測以產生w[k]。在404添加噪聲貢獻n[k]以產生接收的樣本r[k]。可以根據下式對輸入樣本x[k]的複雜基帶表示進行建模：
x[k]＝a[k]ejφ[k]
其中，a[k]是輸入樣本x[k]的pam電平，並且是根據pam調製方案的一組pam電平中的一個，並且φ[k]是輸入樣本x[k]的相位。
另外，可根據下式對y[k]、r[k]和mpi幹擾組分進行建模：
r[k]≈|a[k]|2+2|a[k]|∑mγm|a[k-dm]|cos(φ[k]-φ[k-dm]+ψ[m])+n[k]
mpi幹擾：2|a[k]|∑mγm|a[k-dm]|cos(φ[k]-φ[k-dm]+ψ[m])
出於該模型的目的，假設：
發射信號的相位根據隨機遊走而變化，其中
φ[k]-φ[k-1]＝ρ[l]，其中ρ[l]是具有方差σ2＝2πδvltb的零均值高斯隨機變量，其中δv是雷射器的3-db線寬，tb為信號的波特周期；
dm和θm，與幹擾路徑關聯的時間和相位延遲，由於機械/熱效應而變化；
附加噪聲n[k]模擬信道中的其他噪聲源；
由於數據符號a[k]的獨立性，受害方和幹擾方的幅度是聯合獨立的；
γm模擬反射信號的衰減，源自發生反射的連接器的回波損耗；
ψ[m]是一般形式，其中，a,b∈{1,2,3,4,5}
現參照圖5a，示出了光接收器的方框圖，所述光接收器包括由本發明的實施例提供的mpi減輕電路500。方框rx1501表示在mpi減輕電路500之前執行的任何輸入信號處理。以下給出具體實例。方框rx2510表示在mpi減輕電路500之後執行的接收信號處理。以下給出具體實例。mpi減輕電路500在連接到光信號路徑的接收器中實施，諸如在圖1至圖3中示例的。
mpi減輕電路500具有誤差生成器506，誤差生成器506估計從rx1501接收的樣本的pam電平，並生成相應的誤差信號。在低通濾波器508中對誤差信號進行濾波以產生mpi的估計。補償組合器504可選地在延遲502之後將mpi的估計與從rx1501接收的樣本組合，所述延遲502解釋在誤差生成器506和濾波器508中處理樣本所花費的時間。
圖5b是圖5a的mpi減輕電路500的波特率視圖。在限幅器522中對輸入樣本r[k]進行限幅，限幅器522對於每個樣本，估計樣本的各個pam電平。減法器524(圖5a的誤差生成器506的特定實例)從各自估計的pam電平減去樣本以產生相應的誤差樣本。在低通濾波器526中對誤差樣本進行濾波以產生mpi的估計，然後使用減法器528從輸入樣本r[k]中減去mpi的估計。
對於低通濾波器存在許多選擇。在一些實施例中，低通濾波器是固定區塊平均組件，其確定連續樣本的區塊的誤差樣本的平均值。由此確定的平均值被用作與連續樣本的區塊中的每個樣本組合的mpi的估計。在具體實例中，根據下式使用固定的32波特窗口來確定mpi的估計：
該方法要求每32個波特31次加法。
在一些實施例中，低通濾波器是移動窗口平均組件，其對於每個樣本確定由移動窗口限定的各誤差樣本的區塊的誤差樣本的平均值，其中，該平均值用作與樣本組合的mpi的估計。在一些實施例中，存在用於每個樣本的唯一窗口。在其他實施例中，相同的窗口用於小於誤差樣本的區塊的大小的一組連續樣本。在具體實例中，使用滑動32波特窗口來確定mpi的估計，其中mpi減輕在8個連續波特上是共有的，其根據：
該方法要求每32個波特>＝40次加法。
在一些實施例中，連續樣本的區塊的大小(對於固定或移動窗口實施例)被根據發射器相干性配置。
在一些實施例中，補償組合器504是減法器，將多路幹擾的組分的估計與樣本組合，以便通過從樣本減去估計以產生幹擾減輕樣本來產生幹擾減輕樣本。
在一些實施例中，補償組合器504是電平依賴的減法器，其通過將濾波器的mpi輸出的估計乘以與各自的pam水平成比例的值來產生加權估計，所述各自的pam電平調製從樣本估計的電場。然後從樣本中減去該加權估計以產生幹擾減輕的樣本。調製電場的pam電平要與直接檢測器(例如限幅器522)的輸出相區別，因為直接檢測之後的pam電平是功率的函數，電場振幅的平方也是功率的函數。
如上所述，rx1區塊501表示在前饋mpi減輕電路500之前執行的任何輸入信號處理。參照圖6，在具體實例中，這包括至少一個直接檢測接收器，諸如光電二極體(pd)600；跨阻放大器(tia)601，放大直接檢測輸出；模數轉換器(adc)602，對tia的輸出執行模數轉換以生成原始樣本；以及均衡器604，均衡化原始樣本以產生多個樣本。在rx1區塊501中可存在不同的或附加的功能。
如上所述，rx2區塊510表示在前饋mpi減輕電路500之後執行的任何輸入信號處理。在一些實施例中，這包括對每個幹擾減輕的樣本執行pam決策限幅(decisionslicing)的pam決策限幅器(decisionslicer)。在rx2區塊510中可存在附加功能。
現將參照圖7描述由本發明的實施例提供的另一個幹擾減輕的電路，圖7包括許多與圖5a共同的組分。該電路另外包括幹擾組分估計器702和組合器704，組合器704接收mpi估計器500的輸出和幹擾組分估計器702的一個或多個輸出。
幹擾組分估計器702通過估計每個幹擾組分的各自的延遲和各自的幅度來估計至少一個幹擾組分。通常，幹擾組分估計器將估計由於電反射引起的組分。因為電反射通常發生在非常短的距離(幾十毫米或更小的數量級)上，所以它們保持在來自主信號的少量波特內。組合器705將mpi的估計和估計的至少一個電性的幹擾組分702與樣本組合以產生傳遞到rx2區塊510的幹擾減輕的樣本。
參照圖8，本發明的另一個實施例提供了一種光模塊800。光模塊800具有光io(輸入/輸出)802和電io801。關於在光i/o處接收的光信號，存在光電二極體(pd)810，用於執行直接檢測以產生直接檢測輸出。直接檢測輸出在tia812中被放大。存在pamasic806，被配置為對tia812的輸出執行pam解調，以便在電io801處產生信號。pamasic包括mpi減輕電路804，其根據本文描述的實施例之一實施mpi減輕。pamasic可例如包括圖6的電路。
關於在電io801處接收的信號，pamasic進一步被配置為基於輸入電信號執行pam調製。光模塊還具有雷射器加調製器808，該調製器基於pam調製的輸出在具有pam調製電場的光io處輸出光信號。
現參照圖9，圖9示出了由本發明的實施例提供的光通信系統的方框圖。該系統包括多個網絡元件900、902(僅示出兩個，但通常將有更多)。例如，網絡元件900、902可以是交換機、路由器、伺服器。網絡元件900、902通過包括光纖和光接口的光路徑互連。在示出的具體實例中，網絡元件900、902通過包括光纖908、接口914、光纖910、接口916和光纖912的光路互連。光纖和接口的數量是根據實施方式具體規定的。另外，根據本文描述的實施例中的一個，網絡元件中的至少一個包括具有mpi減輕電路的光模塊。在示出的實例中，網絡元件900、902包括各自的光模塊904、924，所述光模塊904、924包括各自的mpi減輕電路906、926。在一些實施例中，光模塊根據圖8的實例。
就輸入信號的波特率而言，具體的操作頻率和低通濾波器的通帶都是根據實施方式具體規定的。在一些實施例中，本文描述的系統和方法應用於具有大於25gbaud波特率的光信號，並且在一些實施例中，mpi減輕電路執行低通濾波以去除頻率低於100mhz的mpi，以及在其他實施例中，去除頻率低於10mhz的mpi。
圖10是處理多個光信號的樣本的方法的流程圖，所述光信號具有脈衝幅度調製(pam)電場。在方框10-1中，對於每個樣本，估計各自的pam電平。在方框10-2中，對於每個樣本，從各自的pam電平中減去樣本以生成相應的誤差樣本。在方框10-3中，對誤差樣本進行低通濾波以產生多路幹擾(mpi)的估計。在方框10-4中，對於每個樣本，將mpi的估計中的一個與樣本組合以產生幹擾減輕的樣本。上面已經描述了可如何執行這些步驟的各種實例。
根據上述教義，本公開的許多修改和變化是可能的。因此，應當理解，在所附權利要求的範圍內，本公開可以以不同於本文具體描述的方式來實施。