自適應均衡器抽頭係數校正方法和光接收器的製造方法

2023-06-10 12:32:11

自適應均衡器抽頭係數校正方法和光接收器的製造方法
【專利摘要】自適應均衡器抽頭係數校正方法和光接收器。一種抽頭係數校正方法包括以下步驟：獲得第一偏振與第二偏振之間的同步符號差，所述第二偏振與所述第一偏振正交；獲得所述第一偏振和所述第二偏振中的每一個在自適應均衡器中的延遲量；在水平軸表示抽頭編號，垂直軸表示抽頭係數，並且繪圖面積對半處的抽頭編號或最近的抽頭編號被設置為抽頭係數的重心的情況下，基於所述同步符號差和所述延遲量來計算所述自適應均衡器中設置的所述抽頭係數的校正基準重心；以及執行使全部抽頭係數以符號為單位移位的校正，以使得所述校正基準重心最接近抽頭中心。
【專利說明】自適應均衡器抽頭係數校正方法和光接收器
【技術領域】
[0001]本文討論的實施方式涉及自適應均衡器抽頭係數校正方法和光接收器。
【背景技術】
[0002]近年來，對基於數字相干系統的光通信的研究已取得進展，以應對通信業務的增力口。由數字相干接收器中的數位訊號處理電路進行波形失真校正、自適應均衡等，即使在高比特率發送中也可獲得高特性。在採用雙偏振-四相相移鍵控(DP-QPSK)調製系統的情況下，可針對兩個正交偏振中的每一個將兩比特數據分配給四個經調製的光相位(0°、90°、180°和270° )，符號速度可降低至原始速度的四分之一。
[0003]所接收到的光信號經受光電轉換和模擬/數字轉換，通過數位訊號處理電路中的自適應均衡器來自適應地均衡波形失真成分等。
[0004]圖1所示的自適應均衡器由蝶形有限脈衝響應(FIR)濾波器組成，並且適於執行偏振正交多信號的分離、偏振模式色散補償等。例如，恆模算法(CMA)系統用於各個濾波器的抽頭係數的自適應控制。即使當以一個符號為單位(以與一個符號對應的抽頭數為單位)的H側的所有抽頭係數(或V側的所有抽頭係數)通過FIR濾波器移位時，收斂狀態也不改變。這是因為當所有抽頭係數同時移位時，僅絕對時間改變，而關係仍維持。在處理雙重過採樣數據的情況下，通過對全部抽頭係數進行移位來調節以兩個抽頭(一個符號)為單位的抽頭係數的重心位置，使得可重新開始信號通信，而無需二次拉入(pull-1n)。
[0005]在抽頭係數的權重向抽頭的端部偏離的情況下，例如，在13抽頭FIR濾波器中抽頭編號I或抽頭編號13的係數值較高的情況下，生成自適應均衡器的均衡殘餘，導致信號劣化。因此，期望抽頭係數的權重儘可能朝著抽頭中心移位。
[0006]提出了使抽頭係數的重心儘可能朝著抽頭中心移位的特定校正方法(例如，參見日本特開2012-119923號公報)。計算抽頭係數的重心值，以一個符號為單位使抽頭係數移位，使得係數的重心處於抽頭的中心(在13抽頭濾波器的情況下，在介於抽頭編號6與抽頭編號8之間的範圍內)。即，在水平軸表示抽頭編號，垂直軸表示抽頭係數的情況下，繪圖面積對半處的抽頭編號或最近抽頭編號稱作「抽頭係數的重心」。針對H偏振和V偏振中的每一個計算抽頭係數的重心，還針對H側和V側中的每一個進行使抽頭係數的重心朝著抽頭中心移位的校正。
[0007]根據現有技術的方法，為了進行使抽頭係數的重心朝著抽頭中心移位的校正，使用表示那時的抽頭係數重心的瞬時值。根據此方法，沒有根據偏振的狀態進行最佳校正，沒有最大程度地實現校正效果。結果，差分群延遲(DOT)電阻減小，比特錯誤可能增加。

【發明內容】

[0008]鑑於上述原因，提供了一種改進自適應均衡器的抽頭係數校正效果並且可以按照滿意的準確度進行自適應均衡的方法和配置。
[0009]根據本發明的一方面，一種抽頭係數校正方法包括以下步驟:獲得第一偏振與第二偏振之間的同步符號差，所述第二偏振與所述第一偏振正交；獲得所述第一偏振和所述第二偏振中的每一個在自適應均衡器中的延遲量；在水平軸表不抽頭編號，垂直軸表不抽頭係數，並且繪圖面積對半處的抽頭編號或最近抽頭編號被設置為抽頭係數的重心的情況下，基於所述同步符號差和所述延遲量來計算所述自適應均衡器中設置的抽頭係數的校正基準重心；以及執行使全部抽頭係數以符號為單位移位的校正，以使得所述校正基準重心最接近抽頭中心。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是由蝶形FIR濾波器組成的自適應均衡器的示意性配置圖；
[0011]圖2是H偏振和V偏振的抽頭係數重心位置的波動的圖示；
[0012]圖3A和圖3B是描述現有技術的抽頭係數校正方法的問題的說明圖；
[0013]圖4A和圖4B是描述根據實施方式的抽頭係數校正方法的原理的說明圖；
[0014]圖5是應用了根據實施方式的方法的光通信系統的示意圖；
[0015]圖6是根據實施方式的數位訊號處理單元的示意圖；
[0016]圖7不出獲得符號同步時間的狀態；
[0017]圖8示出讀出抽頭係數的狀態；
[0018]圖9是描述獲得相應偏振的係數重心的波動中心的方法的說明圖；
[0019]圖10示出確定抽頭係數校正量的狀態；
[0020]圖11示出執行抽頭係數校正的狀態；
[0021]圖12示出寫入校正後的抽頭係數的狀態；
[0022]圖13是根據實施方式的抽頭係數校正方法的流程圖；
[0023]圖14A和圖14B是描述根據實施方式的校正方法的效果的說明圖；以及
[0024]圖15A和圖15B是描述修改示例的效果的說明圖。
【具體實施方式】
[0025]將參照圖2描述本申請的 申請人:所發現的現有技術的抽頭係數校正方法的問題。自適應均衡器中設置的抽頭係數的重心通過偏振旋轉而改變，使得H側和V側的抽頭係數的重心位置彼此對稱。如果假設偏振旋轉是均勻的，則抽頭係數的重心位置的波動看起來像類似正弦波的周期性波動。實際的偏振旋轉是不均勻的，並且以複雜的方式改變。
[0026]基於差分群延遲(D⑶)量來確定H側的抽頭係數重心GH的波動的最大幅度和V側的抽頭係數重心GV的波動的最大幅度。當H偏振的抽頭係數重心GH的波動中心被設置為pGH, V偏振的抽頭係數重心GV的波動中心被設置為pGV時，pGH和pGV之間的差相當於同步符號差。當數字採樣率被設置為每符號兩個樣本時，在圖2的情況下，導致兩個抽頭(即，一個符號)的同步符號差。
[0027]如果執行簡單地使任何給定時間的抽頭係數重心朝著抽頭中心部分(例如，在13抽頭濾波器中，在介於抽頭編號6和抽頭編號8之間的範圍內)移位的校正，貝1J在一些情況下情形可能意外地劣化。將參照圖3A和圖3B描述該問題。
[0028]在圖3A中，在時間tl，H偏振的抽頭係數重心(黑色圓圈)位於抽頭編號5與抽頭編號6之間，V偏振的抽頭係數重心(白色圓圈)位於抽頭編號9與抽頭編號10之間。儘管V偏振的抽頭係數重心GV的波動中心pGV在抽頭中心部分處，但是H偏振的抽頭係數重心GH的波動改變pGH在朝著較高抽頭編號的方向上偏離。在正常情況下，將進行將H偏振的抽頭係數重心朝著中心部分(在朝著較低抽頭編號的方向上)拉入的校正。
[0029]然而，如果僅注意時間tl處的抽頭係數重心值並進行使係數重心朝著抽頭中心移位的校正，則如圖3B所示，執行將波動底部的係數重心(黑色圓圈)朝著抽頭中心提升的校正。結果，H偏振的抽頭係數重心GH在進一步遠離抽頭中心的區域中波動。
[0030]另一方面，tl處的V偏振的抽頭係數重心GV在抽頭中心部分之外，但是由于波動中心PGV在抽頭中心附近，所以可以想到可不進行校正。然而，根據現有技術的校正方法，執行將波動的波峰處的係數重心(白色圓圈)朝著抽頭中心下拉的校正。結果，在抽頭中心部分中波動的V偏振的抽頭係數重心GV意外地從抽頭中心移開。
[0031]抽頭係數的重心指示整個信號位置，並表示信號的延遲量。根據現有技術的方法，在一些情況下H偏振和V偏振的抽頭係數的重心可向抽頭的兩端偏離，可能無法正確地執行自適應均衡。根據實施方式，將解決該問題，並且使自適應均衡的效果最大化。
[0032]圖4A和圖4B是描述根據實施方式的抽頭係數校正方法的原理的說明圖。根據實施方式，沒有將瞬時係數重心值照原樣設置為重心校正的基準，而是將抽頭係數的重心的波動中心用作重心校正的基準。在進行使重心的波動中心朝著抽頭中心移位的校正時，更準確地進行抽頭係數的重心校正。
[0033]在圖4A中，時間t2處的V偏振的抽頭係數重心GV在波動的底部。根據現有技術的方法，此時執行使抽頭係數重心GV朝著較高抽頭編號方向移位4個抽頭(2個符號)的校正。根據實施方式，注意抽頭係數重心GV的波動中心pGV。由於時間t2處的波動中心pGV存在於抽頭中心部分(在介於抽頭編號6與抽頭編號8之間的範圍內)中，所以將不進行校正。
[0034]另一方面，時間t2處的H偏振的抽頭係數重心pGH在波動的波峰處。根據現有技術的方法，此時執行使係數重心朝著較低抽頭編號方向移位4個抽頭(2個符號)的校正。然而，當注意抽頭係數重心GH的波動改變pGH時，時間t2處的波動改變pGH略微偏離於抽頭中心部分。鑑於上述原因，使波動改變PGH朝著較低抽頭編號方向移位兩個抽頭(一個符號)。
[0035]如圖4B所示，針對V偏振不進行重心移動，並且使H偏振中的抽頭係數重心的波動改變PGH朝著抽頭中心移位一個符號。結果，H偏振和V偏振的抽頭係數重心的波動中心幾乎彼此一致。偏振之間的同步符號差被消去(將為零)，並且可以最大程度地呈現校正效果。結果，D⑶電阻提高，抑制了比特錯誤的增加。
[0036]根據下面的實施方式，由於使用抽頭係數重心的波動中心pGH和pGV作為校正基準重心，波動中心適當地稱作「校正基準重心pGH」和「校正基準重心pGV」。
[0037]圖5是應用了根據實施方式的抽頭係數校正方法的光通信系統的示意圖。光通信系統I包括經由光傳輸路徑5彼此連接的光發送器2和光接收器3。
[0038]從光發送器2的發送光源4發射的光被弓I導至相位調製器6a和6b，根據解復用器(Demux)的輸出數據信號經受相位調製,並被輸出給光傳輸路徑5。在90°光混合器(光混頻器)10處，由光接收器3接收到的光信號與來自本地光源11的本地振蕩光混合，同相(I)幹擾分量和正交(Q)幹擾分量被輸出給諸如平衡光電二極體12a和12b的光傳感器12。平衡光電二極體12a和12b輸出正相和反相光的差分電流。由跨阻放大器(TIA)(圖中未示出)將電流信號轉換為電壓信號並提供給ADC13和14。例如，ADC13和14以雙重採樣率執行數字採樣。數位化的接收信號被輸入給數位訊號處理單元20。為了方便說明，圖5中在發送側和接收側均省略了偏振分離，僅示出了針對一個偏振的處理，但是針對另一偏振也進行類似處理。
[0039]圖6是圖5所示的數位訊號處理單元20的配置圖。數位訊號處理單元20包括固定均衡器21、採樣相位調節器22、自適應均衡器23、頻率偏移補償單元24、載波相位恢復單元25、訓練信號同步單元26、符號同步監測單元28和抽頭係數控制單元30。
[0040]抽頭係數控制單元30包括抽頭係數獲得單元31、抽頭係數設置單元32和抽頭係數校正單元33。
[0041]通過固定均衡器21抑制數字輸入信號的波形失真。數字輸入信號經受採樣相位調節器22進行的相位調節，並輸入給自適應均衡器23。如圖1所示，輸入給自適應均衡器23的H偏振包括發送時的H偏振分量(HH序列)和V偏振分量(HV序列)。輸入給自適應均衡器23的V偏振包括發送時的V偏振分量(VV序列)和H偏振分量(VH序列)。由於在H軸和V軸分量彼此混合的狀態下接收光信號，所以在自適應均衡器中利用HH、HV、VH和VV的四個序列來恢復發送時的H分量和V分量(偏振分尚)。
[0042]自適應均衡器23包括與HH、HV、VH和VV序列對應的有限脈衝響應(FIR)濾波器。各個FIR濾波器的抽頭係數由抽頭係數控制單元30來控制。下面將描述特定抽頭係數控制。
[0043]頻率偏移補償單元24對發送光源4與本地光源11之間的光頻率偏離(偏移)進行補償。載波相位恢復單元25對發送光源4與本地光源11之間的相位差進行校正。訓練信號同步單元26檢測用於HH、HV、VH和VV的各個序列的同步的訓練序列，並在這些序列之間建立同步。
[0044]符號同步監測單元28獲得H偏振和V偏振的符號同步時間以檢測偏振之間的同步符號差，並將檢測結果提供給抽頭係數控制單元30的抽頭係數校正單元33。
[0045]根據實施方式從訓練序列檢測同步符號差，但是本公開不限於此示例。例如，在採用多通道分發(MLD)的情況下，可提供通道間同步單元，並且符號同步監測單元28可被配置為從通道間同步單元獲得同步時間。
[0046]圖7是描述由符號同步監測單元28獲得符號同步時間的狀態的說明圖。偏振之間的同步符號差由V偏振的同步時間與H偏振的同步時間之間的差來表示。
[0047]在首先使H偏振同步，隨後使V偏振同步的情況下，這裡為同步符號差賦予加號。在首先使V偏振同步，隨後使H偏振同步的情況下，為同步符號差賦予減號。由於符號差是相對的，所以可通過將加和減反轉來將抽頭係數校正單元的係數移位的定義反轉。
[0048]在圖7的情況下，在第81符號部分中對V偏振進行同步，接下來在第84符號部分中對H偏振進行同步。偏振之間的同步符號差為-3符號。此同步符號差被提供給抽頭係數校正單元33。
[0049]圖8示出讀出抽頭係數的狀態。抽頭係數獲得單元31讀出構成自適應均衡器23的各個濾波器的抽頭係數。實部(R部)和虛部(I部)中的係數設置在HH、VH、HV和VV的各個序列中。在13抽頭濾波器的情況下，如下讀出104個抽頭係數。[0050]4個序列X 2 X 13個抽頭=104
[0051]自適應均衡器23執行現有技術的係數更新算法，以更新係數值。恆模算法(CMA)或判決引導最小均方(DD-LMS)算法可用作係數更新算法。抽頭係數獲得單元31所讀出的抽頭係數由如上所述的現有技術的係數更新算法來確定。由抽頭係數校正單元33針對此係數執行校正並由抽頭係數設置單元32寫回。
[0052]抽頭係數校正單元33利用所讀取的係數值來計算H偏振的抽頭係數重心GH和V偏振的抽頭係數重心GV。從式(I)獲得抽頭係數重心GH和GV。
【權利要求】
1.一種抽頭係數校正方法，該方法包括以下步驟: 獲得第一偏振與第二偏振之間的同步符號差，所述第二偏振與所述第一偏振正交； 獲得所述第一偏振和所述第二偏振中的每一個在自適應均衡器中的延遲量； 在水平軸表示抽頭編號，垂直軸表示抽頭係數，並且繪圖面積對半處的抽頭編號或最近的抽頭編號被設置為抽頭係數的重心的情況下，基於所述同步符號差和所述延遲量來計算所述自適應均衡器中設置的所述抽頭係數的校正基準重心；以及 執行使全部抽頭係數 以符號為單位移位的校正，以使得所述校正基準重心最接近抽頭中心。
2.根據權利要求1所述的方法，其中， 根據針對所述第一偏振在所述自適應均衡器中設置的第一抽頭係數的重心以及針對所述第二偏振在所述自適應均衡器中設置的第二抽頭係數的重心求得所述延遲量，並且其中，基於所述同步符號差和所述延遲量來計算所述第一抽頭係數的重心的波動中心作為第一校正基準重心，並且計算所述第二抽頭係數的重心的波動中心作為第二校正基準重心。
3.根據權利要求2所述的方法，其中， 進行使全部所述第一抽頭係數和全部所述第二抽頭係數以符號為單位移位的校正，以使得所述第一校正基準重心和所述第二校正基準重心最接近所述抽頭中心。
4.根據權利要求1所述的方法，其中， 通過對由針對所述第一偏振在所述自適應均衡器中設置的第一抽頭係數和針對所述第二偏振在所述自適應均衡器中設置的第二抽頭係數表示的行列式進行微分，來求得所述延遲量。
5.根據權利要求4所述的方法，其中， 在將通過對所述行列式進行一次微分而求得的主延遲量設為參數的同時，求得所述延遲量。
6.根據權利要求5所述的方法，其中， 在通過輔延遲量去除波長色散的同時，求得所述延遲量，所述輔延遲量是通過對所述行列式進行二次微分而求得的。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的方法，其中， 作為所述第一偏振的符號同步時間與所述第二偏振的符號同步時間之間的差而求得所述同步符號差。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的方法，其中， 在計算所述校正基準重心之前，從所述自適應均衡器讀出所述抽頭係數。
9.一種光接收器，該光接收器包括: 接收器，其被配置為接收光信號並輸出電信號； 轉換器，其被配置為將所述電信號轉換為數位訊號； 自適應均衡器，其被配置為自適應地對所述數位訊號進行均衡； 監測器，其被配置為監測自適應均衡後的所述數位訊號中包含的第一偏振的符號同步時間以及與所述第一偏振正交的第二偏振的符號同步時間；以及 抽頭係數控制器，其連接到所述自適應均衡器和所述監測器，並被配置為控制所述自適應均衡器中設置的抽頭係數， 其中，所述抽頭係數控制器被配置為: 基於所述監測器的輸出 ，來求得所述第一偏振與所述第二偏振之間的同步符號差， 求得所述第一偏振和所述第二偏振在所述自適應均衡器中的延遲量， 在水平軸表示抽頭編號，垂直軸表示抽頭係數，並且繪圖面積對半處的抽頭編號或最近的抽頭編號被設置為抽頭係數的重心的情況下，基於所述同步符號差和所述延遲量來計算所述自適應均衡器中設置的所述抽頭係數的校正基準重心，並且 執行使全部所述抽頭係數以符號為單位移位的校正，以使得所述校正基準重心最接近抽頭中心。
10.根據權利要求9所述的光接收器，其中， 所述自適應均衡器具有用於所述第一偏振的第一抽頭係數和用於所述第二偏振的第二抽頭係數，並且 其中，所述抽頭係數控制器計算所述第一抽頭係數的重心和所述第二抽頭係數的重心，基於所述第一抽頭係數的重心和所述第二抽頭係數的重心以及所述同步符號差來計算所述第一抽頭係數的重心的波動中心作為第一校正基準重心，並計算所述第二抽頭係數的重心的波動中心作為第二校正基準重心。
11.根據權利要求10所述的光接收器，其中， 所述抽頭係數控制器執行使全部所述第一抽頭係數和全部所述第二抽頭係數以符號為單位移位的校正，以使得所述第一校正基準重心和所述第二校正基準重心最接近所述抽頭中心。
12.根據權利要求9所述的光接收器，其中， 所述自適應均衡器包括用於所述第一偏振的第一抽頭係數和用於所述第二偏振的第二抽頭係數，並且 其中，所述抽頭係數控制器通過對由所述第一抽頭係數和所述第二抽頭係數表示的行列式進行微分來求得所述延遲量。
13.根據權利要求12所述的光接收器，其中， 在通過對所述行列式進行一次微分而求得的主延遲量被設為參數的同時，所述抽頭係數控制器求得所述延遲量。
14.根據權利要求13所述的光接收器，其中， 在通過輔延遲量去除波長色散的同時，所述抽頭係數控制器求得所述延遲量，所述輔延遲量是通過對所述行列式進行二次微分而求得的。
15.根據權利要求9至14中的任一項所述的光接收器，其中， 所述抽頭係數控制器基於所述第一偏振的符號同步時間與所述第二偏振的符號同步時間之間的差來求得所述同步符號差。
【文檔編號】H04B10/61GK103973614SQ201310652178
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】齊藤卓, 小泉伸和, 中島久雄, 竹內理, 荒木洋文 申請人:富士通株式會社