接收光信號的方法以及裝置製造方法
2023-04-22 20:25:06
接收光信號的方法以及裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種接收光信號的方法以及裝置。所述方法包含接收包含信號分量以及幹擾分量的輸入信號的步驟，其中所述幹擾分量為副載波間混合幹擾（SSII）。將所述輸入信號轉換為頻域信號。基於數學模型根據至少一動態線性調頻脈衝分量以及靜態線性調頻脈衝分量來估計所述輸入信號的所述幹擾分量。從所述輸入信號消除所述估計的幹擾分量以獲得輸出信號。
【專利說明】接收光信號的方法以及裝置
【技術領域】
[0001]本發明關於一種接收光信號的方法以及使用所述方法的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著光通信產業已朝向下一代無源光纖網絡標準的更高級版本(例如，NGP0N2)發展，其需要達到40吉比特每秒(40gigabits per second)的傳輸速率以及100公裡的光纖信號傳輸距離，因此，一般光傳輸系統(例如，利用強度調製直接檢測(Intensity-Modulation Direct Detection ;IMDD)技術的系統)的性能可能落後於所需標準，即使基於MDD系統的裝置價格較低且設計簡單。此外，由於一般通斷鍵控(On-OFFkeying ；00K)調製技術頻寬使用效率低，因此與OOK調製技術相比頻寬使用效率較高的正交分頻多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing ；0FDM)調製技術可增強系統。
[0003]一般基於IMDD的系統會受射頻(radio frequency ;RF)功率衰落(RF powerfading)限制。更具體地說，當信號(例如，電磁(electromagnetic ；EM)信號)經振幅或強度的調製時，通常會在頻域中形成雙邊帶(double sideband)。經調製過(振幅或強度的調製)的EM信號穿過光纖時，此經調製過的EM信號會從光纖經歷色散效應(dispersiveeffect)，其色散效應使雙邊帶的兩側發生相對反方向的相位旋轉。在EM信號由光接收器接收之後，因為雙邊帶兩側邊帶的相位旋轉造成破壞性/非建設性幹擾的影響，使得所接收的EM信號發生RF功率衰落。隨著EM信號沿著光纖傳播，RF功率衰落的惡化效應變得越來越明顯。因此，目前有與光單邊帶調製技術相關的技術方案。
[0004]如果EM信號僅含有單邊帶，那麼將不會發生RF衰落的問題。然而，實現單邊帶調製的方式會需要馬赫-曾德爾調製器(Mach-Zehnder modulator ;MZM),其可能比直接調製雷射(direct modulation laser ;DML)貴。而且，MZM調製器的調製方法為振幅調製。在經調製過的EM波由光接收器接收之後，會在EM信號的較低頻譜中出現與單邊帶信號具有相同頻寬的信號間拍頻幹擾(signal to signal beat interference ;SSBI)。因此，為了適應這種類型的系統，通常需要保護帶(guard band)，而這可能導致傳輸頻寬加倍。基於這個原因，實現下一代被動光纖網絡(next generation passive optical network ;NGP0N)高速傳輸所需的MDD技術可能仍需要改進。
【發明內容】
[0005]本發明涉及一種在光通信裝置中使用的接收光信號的方法，且所述方法包含以下步驟:接收包括信號分量以及幹擾分量的輸入信號，其中所述幹擾分量為副載波間混合幹擾(subcarrier to subcarrier intermixing interference ;SSII)。將所述輸入信號轉換為頻域輸入信號。根據至少一動態線性調頻脈衝分量以及靜態線性調頻脈衝分量來估計所述幹擾分量。從所述頻域輸入信號消除所述估計的幹擾分量以獲得第二信號。
[0006]本發明涉及一種光通信裝置，其包含接收器以及耦合到所述接收器的處理器單元等元件。所述接收器接收包括信號分量以及幹擾分量的輸入信號。所述處理單元經配置以執行以下功能:將所述輸入信號轉換為頻域輸入信號。估計所述幹擾分量，其中所述幹擾分量由至少一動態線性調頻脈衝分量以及靜態線性調頻脈衝分量表徵。從所述頻域輸入信號消除所述估計的幹擾分量以獲得第二信號。
[0007]本發明涉及一種光通信裝置，其包括接收器、傅立葉變換單元、SSII計算單元以及消除單元。所述接收器接收包括信號分量以及幹擾分量的輸入信號，其中所述幹擾分量為副載波間混合幹擾(SSII)。所述傅立葉變換單元其耦合到所述接收器且將所述輸入信號轉換為頻域輸入信號。所述副載波間混合幹擾計算單元耦合到所述傅立葉變換單元且根據至少一動態線性調頻脈衝分量以及靜態線性調頻脈衝分量估計所述幹擾分量。所述消除單元耦合到所述副載波間混合幹擾計算單元以及所述傅立葉變換單元，且從所述頻域輸入信號消除所述估計的幹擾分量以獲得第二信號。
[0008]為了使本發明的上述特徵可理解，下文詳細描述伴隨有附圖的實施例。應理解，以上一般描述以及以下詳細描述都是示範性的，且希望提供對所主張的本發明的進一步解釋。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]將附圖包含在內是為了提供對本發明的進一步理解，並且這些附圖被併入本說明書中而構成了本說明書的一部分。附圖繪示了本發明的各個實施例，並且連同描述一起闡釋本發明的原理。
[0010]圖1說明使用靜態調製器線性調頻脈衝為0.53的調製器在作為傳播距離的函數的RF功率衰落下使用雙邊帶信號而出現的典型頻率響應。
[0011]圖2說明在雙帶正交分頻多工(OFDM)信號傳播100公裡之後的接收功率損耗以及信躁比(signal to noise ratio ;SNR)損失。
[0012]圖3說明根據本發明的示範性實施例的光通信裝置。
[0013]圖4說明根據本發明的示範性實施例的處理單元。
[0014]圖5說明根據本發明的示範性實施例的SSII計算單元。
[0015]圖6說明根據本發明的示範性實施例的理論SSII計算流程圖。
[0016]圖7說明根據本發明的示範性實施例的相關係數值(R)、動態線性調頻脈衝值α I與所測量錯誤率之間的關係。
[0017]圖8說明使用不同實施例的實際實驗的SNR數據。
[0018]其中，附圖標記:
[0019]210:相對接收功率
[0020]220:相對 SNR 損失
[0021]230:額外 SNR 損失
[0022]240:理論RF功率衰落
[0023]270:適用頻寬
[0024]300:光通信裝置
[0025]310:所接收信號
[0026]320:光電檢測器[0027]330:模擬數字轉換器
[0028]340:處理單元
[0029]350:記憶體單元
[0030]360:所檢測數據
[0031]410:所接收信號
[0032]420:FFT 模塊
[0033]425:減法單元
[0034]430:等化器
[0035]440:決策單元
[0036]450:SSII 計算單元
[0037]460:所檢測信號
[0038]510:TX信號重建構模塊
[0039]520:理論SSII計算模塊
[0040]530:RX SSII 重建構模塊
[0041]S512:步驟
[0042]S514:步驟
[0043]S516:步驟
[0044]S522:步驟
[0045]S524:步驟
[0046]S526:步驟
[0047]S528:步驟
[0048]S532:步驟
[0049]S534:步驟
[0050]S610:步驟
[0051]S62O:步驟
[0052]S630:步驟
[0053]S640:步驟
[0054]S650:步驟
[0055]S660:步驟
[0056]S670:步驟
[0057]S680:步驟
[0058]710:平均比特錯誤率
[0059]720:相關係數R值
[0060]810:無任何補償的信號
[0061]820:利用α O補償的信號
[0062]830:利用α O和α I補償的信號
【具體實施方式】
[0063]由於RF衰落現象，基於強度調製直接檢測(MDD)的光通信系統的適用光譜會根據信號傳輸的頻率以及距離而受限制。然而，使用正交分頻多工(OFDM)調製技術，可透過在較高頻帶中傳輸資訊來擴展適用頻寬。儘管較高頻帶可能會因為副載波間混合幹擾(SSII)而遭受信躁比的損失，但根據本發明，仍可計算SSII，並將其從所接收的信號消除。值得一提的是，SSII與信號間拍頻幹擾(SSBI)不相關，這是因為兩者由兩個不同的機制的結果而產生。可通過考慮調製器(modulator)的靜態線性調頻脈衝值(static chirp value)、作為信號強度的函數的動態線性調頻脈衝值(dynamic chirp value)、OFDM輸入信號以及由信號色散引起的相位旋轉而根據一個信號經光纖傳輸後的理論數學模型計算SSII。動態線性調頻脈衝值可根據初始SSII估計與實際測量功率信號的相關性估計來調整或微調，進一步提高所估計SSII信號的準確度。基於本發明以及實際實驗數據，所提出的系統能夠使MDD通信系統的適用頻寬在100公裡的光纖上增大幾GHz (十億赫茲)。
[0064]圖1說明在IMDD系統下使用靜態調製器線性調頻脈衝(static modulatorchirp)為0.53的調製器在作為傳播距離的函數的RF功率衰落下使用雙邊帶信號而出現的典型頻率響應。水平軸為以GHz為單位的光纖上的信號頻率，且垂直軸為以分貝為單位的RF功率衰落(RF power degradation)。對於20公裡(標號10)的傳播長度，明顯的是，隨著信號頻率增大，RF功率衰落惡化。然而，對於60公裡(標號20)的傳播長度，因RF功率衰落引起的衰落更為顯著。在信號傳播60公裡(標號20)之後，信號將因為功率衰落而在6GHz與7GHz之間的某一點處經歷完全破壞性幹涉。在信號傳播100公裡(標號30)之後，完全破壞性幹涉在約5GHz處發生，且其頻寬(標號40)將僅為約3GHz。然而，對於超出
6.5GHz的信號頻率而言，其在100公裡(標號30)的傳播距離存在有第二或較高頻帶，此第二或較高頻帶超出完全破壞性幹涉的頻率。透過使用OFDM技術而通過較高頻帶在光纖上傳輸信號，光通信系統的適用頻寬可增大兩倍。
[0065]然而，除RF功率衰落之外，經由較高頻帶傳輸信號更具有其他的挑戰。圖2說明OFDM16 正交振幅調製(quadrature amplitude modulation ；QAM)信號在通過 100 公裡的單模光纖(single mode fiber ;SMF)之後的實際實驗數據與「理論功率衰落」。相對接收功率210含有從O Hz到超過4 GHz的較低頻帶以及從小於6 GHz到約10 GHz的較高頻帶。然而，從實驗數據發現，較高頻帶實際上擁有大量副載波間混合幹擾(SSII)，其為與理論的RF功率衰落240或相對接收功率210無關的幹擾。此SSII導致所接收信號的額外信躁比(SNR)損失230，這可從相對接收功率210與相對SNR損失220之間的差距觀察到。換句話說，所接收信號的SNR可能因為SSII而顯著地降低。為了增大較高頻帶的適用頻寬270，可計算並消除SSII。
[0066]為了計算SSII，首先可建立SSII的理論/數學模型。為了獲得SSII的準確估計，將考慮調製器線性調頻脈衝。對於每一基於IMDD的調製器，存在影響RF衰落的速度以及如何產生SSII的線性調頻脈衝因數。而且，調製器線性調頻脈衝根據經調製過的信號強度而變化。因此，也可考慮調製器線性調頻脈衝的動態屬性。
[0067]在電光轉換之後，處於時域(time domain)中的信號可按數學方式呈現為如下方程式(I):
【權利要求】
1.一種接收光信號的方法，適用於光通信裝置，其特徵在於，所述方法包括: 接收包括信號分量以及幹擾分量的輸入信號，其中所述幹擾分量為副載波間混合幹擾； 將所述輸入信號轉換為頻域輸入信號； 根據至少一動態線性調頻脈衝分量以及靜態線性調頻脈衝分量估計所述幹擾分量；以及 從所述頻域輸入信號消除所述估計的幹擾分量以獲得第二信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括: 針對所述第二信號執行等化以產生等化第二信號；以及 針對所述等化第二信號執行決策以產生輸出信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述根據至少一所述動態線性調頻脈衝分量以及所述靜態線性調頻脈衝分量來估計所述幹擾分量的步驟還包括: 根據所述等化第二信號以及所述輸出信號計算所述幹擾分量。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述根據至少一所述動態線性調頻脈衝分量以及所述靜態線性調頻脈衝分量`來估計所述幹擾分量的步驟包括: 重建調製器的第一信號； 根據數學模型基於所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量計算理論副載波間混合幹擾；以及 對所述理論副載波間混合幹擾執行振幅以及相位調整以重建所述幹擾分量。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述根據所述數學模型基於所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量來計算所述理論副載波間混合幹擾的步驟還包括: 測量所述頻域輸入信號的誤差功率； 計算所述誤差功率與所述理論副載波間混合幹擾之間的相關係數；以及 如果所述相關係數大於第一閾值，輸出所述理論副載波間混合幹擾。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括: 如果所述相關係數不大於所述第一閾值，判斷所述相關係數相對於先前相關係數的改變是否小於第二閾值；以及 如果所述相關係數相對於所述先前相關係數的所述改變小於所述第二閾值，輸出所述理論副載波間混合幹擾。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，還包括: 如果所述相關係數相對於所述先前相關係數的所述改變不小於所述第二閾值，調整所述動態線性調頻脈衝分量為選定的動態線性調頻脈衝且重複根據所述數學模型基於所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量來計算所述理論副載波間混合幹擾。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述根據至少一所述動態線性調頻脈衝分量以及所述靜態線性調頻脈衝分量來估計所述幹擾分量的步驟之前，所述方法還包括: 從O與I之間的隨機選定的一組數值初始化所述動態線性調頻脈衝分量。
9.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述測量所述頻域輸入信號的所述誤差功率的步驟包括: 根據所述輸出信號與所述等化第二信號之間的差值獲得所述頻域輸入信號的所述誤差功率。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述接收包括所述信號分量以及所述幹擾分量的所述輸入信號的步驟包括: 從光接收器接收通過光纖的光信號；以及 對所述光信號執行直接檢測以獲得所述輸入信號。
11.一種光通信裝置，其特徵在於，包括: 接收器，其接收包括信號分量以及幹擾分量的輸入信號，其中所述幹擾分量為副載波間混合幹擾；以及 處理單元，其耦合到所述接收器且經配置以執行以下功能:將所述輸入信號轉換為頻域輸入信號；根據至少一動態線性調頻脈衝分量以及靜態線性調頻脈衝分量估計所述幹擾分量；以及從所述頻域輸入信號消除所述估計的幹擾分量以獲得第二信號。
12.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元經進一步配置以執行以下功能:針對所述第二信號執行等化以產生等化第二信號；以及針對所述等化第二信號執行決策以產生輸出信號。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元經進一步配置以執行以下功能: 根據所述等化第二信號以及所述輸出信號計算所述幹擾分量。
14.如權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元經配置以執行所述根據至少一所述動態線性調頻脈衝`分量以及所述靜態線性調頻脈衝分量估計所述幹擾分量的功能，所述功能包括: 重建調製器的第一信號；根據數學模型根據所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量計算理論副載波間混合幹擾；以及對所述理論副載波間混合幹擾執行振幅以及相位調整以重建所述幹擾分量。
15.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元經配置以執行所述根據所述數學模型根據所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量計算所述理論副載波間混合幹擾的功能，所述功能還包括: 測量所述頻域輸入信號的誤差功率；計算所述誤差功率與所述理論副載波間混合幹擾之間的相關係數；以及如果所述相關係數大於第一閾值，輸出所述理論副載波間混合幹擾。
16.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元經進一步配置以執行以下功能: 如果所述相關係數不大於所述第一閾值，判斷所述相關係數相對於先前相關係數的改變是否小於第二閾值；以及 如果所述相關係數相對於所述先前相關係數的所述改變小於所述第二閾值，輸出所述理論副載波間混合幹擾。
17.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元經進一步配置以執行以下功能: 如果所述相關係數相對於所述先前相關係數的所述改變不小於所述第二閾值，調整所述動態線性調頻脈衝分量為選定的動態線性調頻脈衝且重複根據所述數學模型根據所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量計算所述理論副載波間混合幹擾。
18.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，在所述處理單元經配置以執行所述根據至少一所述動態線性調頻脈衝分量以及所述靜態線性調頻脈衝分量估計所述幹擾分量的功能之前；所述處理單元經進一步配置以用於: 從O與I之間的隨機選定的一組數值初始化所述動態線性調頻脈衝分量。
19.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元經配置以執行所述測量所述頻域輸入信號的所述誤差功率的功能，所述功能包括: 根據所述輸出信號與所述等化第二信號的差而獲得所述頻域輸入信號的所述誤差功率。
20.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括光電檢測器，其接收通過光纖的光信號；以及對所述光信號執行直接檢測以獲得所述輸入信號。
21.一種光通信裝置，其特徵在於，包括: 接收器，其接收包括信號分量以及幹擾分量的輸入信號，其中所述幹擾分量為副載波間混合幹擾； 傅立葉變換單元，其耦合到所述接收器且將所述輸入信號轉換為頻域輸入信號； 副載波間混合幹擾計 算單元，其耦合到所述傅立葉變換單元且根據至少一動態線性調頻脈衝分量以及靜態線性調頻脈衝分量估計所述幹擾分量；以及 消除單元，其耦合到所述副載波間混合幹擾計算單元以及所述傅立葉變換單元，且從所述頻域輸入信號消除所述估計的幹擾分量以獲得第二信號。
22.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於，還包括: 等化器單元，其耦合到所述消除單元以及所述副載波間混合幹擾計算單元，且針對所述第二信號執行等化以產生等化第二信號；以及 決策單元，其耦合到所述等化器單元以及所述副載波間混合幹擾計算單元，且針對所述等化第二信號執行決策以產生輸出信號。
23.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於，所述副載波間混合幹擾計算單元進一步執行以下功能: 根據所述等化第二信號以及所述輸出信號計算所述幹擾分量。
24.如權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述副載波間混合幹擾計算單元包括: TX信號重建構模塊，其重建調製器的第一信號； 理論副載波間混合幹擾計算模塊，其根據數學模型根據所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量計算理論副載波間混合幹擾；以及 RX重建構模塊，其對所述理論副載波間混合幹擾執行振幅以及相位調整以重建所述幹擾分量。
25.如權利要求24所述的裝置，其特徵在於，所述理論副載波間混合幹擾計算模塊還包括以下功能:測量所述頻域輸入信號的誤差功率；計算所述誤差功率與所述理論副載波間混合幹擾之間的相關係數；以及如果所述相關係數大於第一閾值，輸出所述理論副載波間混合幹擾。
26.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於，理論副載波間混合幹擾計算模塊還包括以下功能: 如果所述相關係數不大於所述第一閾值，判斷所述相關係數相對於先前相關係數的改變是否小於第二閾值；以及 如果所述相關係數相對於所述先前相關係數的所述改變小於所述第二閾值，輸出所述理論副載波間混合幹擾。
27.如權利要求26所述的裝置，其特徵在於，理論副載波間混合幹擾計算模塊還包括以下功能: 如果所述相關係數相對於所述先前相關係數的所述改變不小於所述第二閾值，調整所述動態線性調頻脈衝分量為選定的動態線性調頻脈衝且重複根據所述數學模型根據所述第一信號以及所述動態線性調頻脈衝分量計算所述理論副載波間混合幹擾。
28.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於，所述副載波間混合幹擾計算單元還包括以下功能: 從O與I之間的隨機選定的一組數值初始化所述動態線性調頻脈衝分量。
29.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於，理論副載波間混合幹擾計算模塊還包括以下功能:根據所述輸出信號與所述等化第二信號之間的差而獲得所述頻域輸入信號的所述誤差功率。
30.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於，裝置還包括光電檢測器，其接收通過光纖的光信號；以及對所述光信`號執行直接檢測以獲得所述輸入信號。
【文檔編號】H04L27/26GK103795669SQ201310471755
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2012年10月26日
【發明者】魏嘉建, 陳星宇, 徐達儒, 陳智弘 申請人:財團法人工業技術研究院