相干光接收器的相位偏移補償的製作方法

2023-05-03 08:24:51 2

專利名稱：相干光接收器的相位偏移補償的製作方法
技術領域：
本發明涉及光通信領域，特別涉及用於光通信網絡的相干光接收器。更具體地，本發明涉及補償光通信網絡的相干光接收器中同相和正交分量之間的相位偏移。
背景技術：
在已知的光通信網絡中，數字數據典型地以調製光信號的形式傳輸。特別地，待發送的數字數據被用於數字地調製光載波，即，光載波的一個或多個參數(幅度和/或相位)根據數字數據而變化，從而產生調製的光信號。調製的光信號可由下列等式表示s(t)=A cos (2 η ft- Θ ) = [A cos Θ ] cos (2 π ft) + [A sin Θ ] sin (2 π ft), [I]其中,A 是調製的光信號的幅度，f是調製的光信號的頻率，以及Θ是調製的光信號的相位。已知不同類型的數字調製，比如例如相位調製(PSK，DPSK，QPSK等)，其中Θ根據要發送的數字數據而變
更具體地，要發送的數字數據典型地包括符號序列，每個符號包括預定義的比特數M。這樣，可以發送2M個可能的符號SiQ = 1，...2m)。例如，如果使用QPSK調製，M =2，且因此可能的符號 Si 是22 = 4，即 S1 = 00, S2 = 01, S3 = 10，S4 = 11。根據數字相位調製，每個可能的符號Si與相位Θ的相應值01相關聯。因此，相位Θ的可能的值01的數目是2'例如，根據上述QPSK調製，相位Θ的可能的值01是4，例如 π/4, 3/4 π，5/4 π 和 7/4π。調製的光信號還可以由下列等式表示s (t) =I cos (2 τι ft) +Q sin (2 π ft), [2]其中I=A cos Θ典型地被稱為同相分量，而Q = A sin Θ典型地被稱為正交分量。同相分量I和正交分量Q是理想地正交的，即，它們的積I · Q在周期Ι/f上的積分是O0因此，根據數字相位調製，每個可能的符號Si是一對一地與同相分量I的值Ii =A cos Θ i和正交分量Q的值Qi = A sin Θ i相關聯。可能的符號Si可以在笛卡爾平面(此後稱為I-Q平面)表示為笛卡爾坐標為Ii = A cos Θ i和Qi = A sin Θ ^的點(Ii, Qi)。可能的符號Si則位於I-Q平面的圓周中。例如，根據上述QPSK調製，如果A= I且相位Θ的可能的值91是Ji/4，3/4 Ji，5/4 Ji和7/4 Ji，可能的符號SpS2、S3和S4可以分別表示為點(V2/2, V2/2), (-V2 /2，4 12), (- S/2,-S /2) Ρ( 4 /2,- 4 /2) ο在接收側，調製的光信號s (t)典型地被解調用於恢復原始數字數據。適合解調調製的光信號的已知接收器是所謂的「相干光接收器」。相干光接收器典型地包括本地振蕩器，其產生具有大致等於調製的光信號s (t)的頻率f的頻率的本地光載波COS (2 ft)。然後，本地光載波cos (2 ft)被分裂成兩部分以及其中一部分相移η/2，從而提供第一解調光載波cos (2 Jift)和第二解調光載波sin (2 τι ft)。相干光接收器然後典型地將接收的調製光信號s(t)與第一解調光載波cos (2 π ft)以及與第二解調光載波sin (2 JIft)組合，以及通常執行所獲得光信號的光電轉換，從而得到形式為電信號的接收的調製光信號的同相分量I,和正交分量Q,。同相分量Γ和正交分量Q'基本對應於調製的光信號s(t)的同相分量I和正交分量Q，除了沿著光鏈路傳播調製的光信號s (t)和/或通過在接收器的模擬部分處理接收的調製的光信號而引入的失真和/或噪聲。然後，相干光接收器典型地執行同相分量Γ和正交分量Q'的模數轉換，並且隨後數字地處理它們用於恢復原始發送的數字數據。具體地，數字地處理典型地包括採樣同相分量I,和正交分量Q,，從而分別提供分量I,和Q,的成對的採樣I, k和Q, k。採樣率典型地比符號率高(例如，符號率的兩倍)。如果採樣率等於符號率，每一對與相應接收的符號S' k相關聯。每個接收的符號S' k可表示為I-Q平面中其笛卡爾坐標為Γ k和Q' k的點(Γ k，Q' k)。每個點(Γ k，Q' k)典型地和與可能的符號Si相關聯的所有點(Ii, Qi)相比較用於確定最接近的一個(即，在I-Q平面中具有最小距離的點)。對應於點(Ii, Qi)中最接近的可能的符號Si則被認為是實際發送的符號
發明內容
的來源，即，第一解調光載波cos (2 Jift)和第二解調光載波sin (2 Jift)之間的相位差不是精確的π/2。換句話說,第一解調光載波是cos (2 ft+ε )。當調製的光信號s(t)與第一解調載波C0S(2Jift+e)以及與第二解調載波sin(2 Jift)組合時，由這個組合得到的同相分量I'和正交分量Q'不利地是不正交的而是它們是互相關的，即它們的積在周期Ι/f上的積分等於sin( ε )。因此，不利地，當相干光接收器執行同相分量I,和正交分量Q,的模數轉換，以及隨後數字地處理它們時，不能以足夠的精度恢復原始的數字數據。例如，對於數字相位調製，如果存在相位偏移ε (為了簡化，不考慮其他影響，t匕如噪聲、衰減和失真)，點(Γ k,Q/ k)具有坐標Γ k = Acos( Θ k-ε )和Q' k = Asin(0k)。因此，在I-Q平面中點(Γ k，Q' k)如果I ε I < π/2位於橢圓上，或如果I ε | = π/2位於線段上。例如，如果使用上述QPSK調製且相位偏移是ε = π/2，每個接收的符號S' k可表示為位於I-Q平面的線段上的兩個點(Γ k, Q' k)之一，兩個點(Γ k, Q' k)是(V2/2, W/2)和(-W/2，/2)，而與實際發送的符號無關。因此，對於每個點(I' k，
Q, k)，與最接近的點相關聯的可能的符號是S1或&。因此，如果原始發送的是S2或S4，它不能被正確地恢復。原則上，可通過對同相分量Γ添加正交項以及對正交分量Q'添加同相項而補償相位偏移。根據同相分量Γ和正交分量Q'之間的互相關，通過正交分量Q'和同相分量Γ分別乘以共同的交叉增益因子G計算這些正交和同相項。但是，不利地，向同相分量I丨和正交分量V添加正交項和同相項修改了 2個分量的功率。這是不利的，因為為了正確恢復原始發送的數字數據，作為數字部分所接收的同相分量I,和正交分量Q,，應該使它們的功率恆等於額定值。
因此，發明者通過提供相干光接收器解決了這個問題，所述相干光接收器能補償同相分量和正交分量之間的相位偏移，並且克服了上述缺點。具體地，發明者通過提供相干光接收器解決了這個問題，所述相干光接收器能補償同相分量和正交分量之間的相位偏移，且同時不修改同相分量和正交分量的功率。根據第一方面，本發明提供了一種用於光通信網絡的相干光接收器，所述相干光接收器被配置用於接收調製的光信號並且處理調製的光信號用於產生同相分量和正交分量，所述相干光接收器包括相位偏移補償器，其包括-第一數字電路，被配置用於提供-相位偏移補償的同相分量，是同相分量乘以第一增益以及正交分量乘以第二增益的和；以及
-相位偏移補償的正交分量，是同相分量乘以第三增益以及正交分量乘以第四增益的和；以及-第二數字電路，追溯地連接在第一數字電路的控制輸入和輸出之間且被配置用於根據相位偏移補償的同相分量和相位偏移補償的正交分量之間的估算的互相關，計算第
一增益、第二增益、第三增益和第四增益。優選地，第二數字電路被配置用於根據下列等式根據估算的互相關計算第一增益和第四增益
權利要求
1.一種用於光通信網絡的相干光接收器(RX)，所述相干光接收器(RX)被配置用於接收調製的光信號(S(t))並且處理所述調製的光信號(s(t))用於產生同相分量(Γ )和正交分量(Q')，所述相干光接收器(RX)包括相位偏移補償器(PSC，PSC')，其包括 -第一數字電路(All，A12，A21，A22，SI，S2)，被配置用於提供 -相位偏移補償的同相分量(ID，作為所述同相分量(Γ )乘以第一增益(Gll)以及所述正交分量(Q')乘以第二增益(G12)的和；以及 -相位偏移補償的正交分量((C)，作為所述同相分量(Γ )乘以第三增益(G21)以及所述正交分量)乘以第四增益(G22)的和；以及 -第二數字電路(MA，M，ACC，LT1，LT2 ;MA，M，ACC，LT，C)，追溯地連接在所述第一數字電路(All，A12，A21，A22，SI，S2)的輸出和控制輸入之間且被配置用於根據所述相位偏移補 償的同相分量(I1T)和所述相位偏移補償的正交分量(Qk*)之間的估算的互相關(R[m])，計算所述第一增益(Gll)、所述第二增益(G12)、所述第三增益(G21)和所述第四增益(G22)。
2.根據權利要求I所述的相干光接收器(RX)，其中所述第二數字電路(MA，M，ACC，LT1，LT2 ;MA，M，ACC，LT，C)被配置用於根據下列等式、根據所述估算的互相關(R[m])，計算所述第一增益(Gll)和所述第四增益(G22)
3.根據權利要求I或2所述的相干光接收器(RX)，其中所述第二數字電路(MA，M，ACC，LTl, LT2 ;MA，M，ACC，LT，C)被配置用於根據下列等式、根據所述估算的互相關(R[m])，計算所述第二增益(G12)和所述第三增益(G21)
4.根據以上權利要求中任一所述的相干光接收器(RX)，其中所述第二數字電路(MA，M，ACC, LTl，LT2 ；MA, M，ACC, LT, C)包括連接到所述第一數字電路(All, A12, A21，A22，SI，S2)的輸出的乘和加模塊(MA)以及累加器(ACC)，其中 -所述乘和加模塊(MA)被配置用於從所述第一數字電路(A11，A12，A21，A22，S1，S2)接收所述相位偏移補償的同相分量(I1T)的N個樣本以及所述相位偏移補償的正交分量(Qk*)的N個樣本，N是等於或大於I的整數，以及根據下列等式計算總和(S)
5.根據權利要求4所述的相干光接收器(RX)，其中所述第二數字電路(MA，M，ACC，LT1，LT2 ；MA, M, ACC, LT, C)還包括插入在所述乘和加模塊(MA)和所述累加器(ACC)之間的乘法器(M)，所述乘法器(M)被配置用於在將所述總和(S)轉發給所述累加器(ACC)之前將所述總和⑶乘以適配因子(K)。
6.根據權利要求4或5所述的相干光接收器(RX)，其中所述乘和加模塊(MA)被配置用於選擇所述相位偏移補償的同相分量(I;)的N個樣本以及所述相位偏移補償的正交分量(Qk*)的N個樣本的一個子集，並且根據所述所選的子集計算所述總和(S)。
7.根據以上權利要求中任一所述的相干光接收器(RX)，其中所述第二數字電路(MA，M，ACC, LTl，LT2 ；MA, M，ACC, LT, C)還包括第一查找表(LTl)和第二查找表(LT2)，其中 -所述第一查找表(LTl)存儲多個可能的互相關值(Ri)和相同數量的根據下列等式計算的對應的所述第一增益的可能值(Glli)
8.根據權利要求7所述的相干光接收器(RX)，其中 -所述第一查找表(LTl)被配置用於接收所述估算的互相關(R[m])，在所述多個可能的互相關值(Ri)中確定與所述估算的互相關(R[m])最接近的可能的互相關值，以及將所述第一增益(Gll)和所述第四增益(G22)設置為等於所述相同數量的對應的所述第一增益(Gll)的可能值(Glli)中對應於所述最接近的可能的互相關值的一個； -所述第二查找表(LT2)被配置用於接收所述估算的互相關(R[m])，在所述若干多個可能的互相關值(Ri)中確定與所述估算的互相關(R[m])最接近的可能的互相關值，以及將所述第二增益(G12)和所述第三增益(G21)設置為等於所述相同數量的對應的所述第二增益(G12)的可能值(G12J中對應於所述最接近的可能的互相關值的一個。
9.根據權利要求1-6中任一所述的相干光接收器(RX)，其中所述第二數字電路(MA，M，ACC, LTl，LT2 ；MA, M，ACC, LT, C)還包括查找表(LT)和計算模塊(C)，其中 -所述計算模塊(C)被配置用於接收所述估算的互相關(R[m])以及根據下列等式計算所述第二增益(G12)和所述第三增益(G21)
10.根據權利要求9所述的相干光接收器(RX)，其中所述查找表(LT)被配置用於從所述計算模塊(C)接收所述計算的第二增益(G12)，在所述第二增益(G12)的所述若干多個可能值(G12J中確定與所述計算的第二增益值(G12)最接近的可能的第二增益值，以及將所述第一增益(Gll)和所述第四增益(G22)設置為等於所述相同數量的對應的所述第一增益(Gll)的可能值(Glli)中對應於所述最接近的可能的第二增益值的一個。
11.根據以上權利要求中任一所述的相干光接收器(RX)，其中所述相位偏移補償器(PSC，PSC')是 ASIC 模塊或 FPGA 模塊。
12.一種用於光通信網絡的節點，所述節點包括根據前述權利要求中任一所述的相干光接收器(RX)。
13.—種光通信網絡包括根據權利要求12所述的節點。
14.一種用於補償在用於光通信網絡的相干光接收器(RX)接收的調製的光信號(s(t))的同相分量(Γ )和正交分量(Q')之間的相位偏移(ε )的方法，所述方法包括 -將乘以第一增益(Gll)的所述同相分量(Γ )和乘以第二增益(G12)的所述正交分量(Q')相加，從而提供相位偏移補償的同相分量(I:)； -將乘以第三增益(G21)的所述同相分量(Γ )以及乘以第四增益(G22)的所述正交分量)相加，從而提供相位偏移補償的正交分量(Qk*)； -估算所述相位偏移補償的同相分量(I1T)和所述相位偏移補償的正交分量(Qk*)之間的互相關(R[m]);以及 -根據所述估算的互相關(R[m])，追溯地計算所述第一增益(Gll)、所述第二增益(G12)、所述第三增益(G21)和所述第四增益(G22)。
全文摘要
本發明公開了一種相干光接收器被配置用於接收調製的光信號並且產生同相分量和正交分量。所述相干光接收器包括相位偏移補償器，其包括第一數字電路和追溯地連接在第一數字電路的輸出和控制輸入之間的第二數字電路。第一數字電路提供補償的同相分量，是同相分量乘以第一增益以及正交分量乘以第二增益的和，以及補償的正交分量，是同相分量乘以第三增益以及正交分量乘以第四增益的和。第二數字電路根據補償的同相分量和補償的正交分量之間的估算的互相關，計算第一增益、第二增益、第三增益和第四增益。
文檔編號H04B10/61GK102859908SQ201180020133
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月14日 優先權日2010年4月21日
發明者A·萊文, C·科斯坦蒂尼, S·卡西, S·魏瑟爾, N·卡內達, L·森扎託 申請人:阿爾卡特朗訊