專利名稱：相位失衡監(jiān)測裝置、振幅失衡監(jiān)測裝置及使用它們的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及需要監(jiān)測相互正交的兩路信號的失衡的裝置，尤其涉及 光通信系統(tǒng)中的相位失衡監(jiān)測裝置和振幅失衡監(jiān)測裝置，以及具有相位 失衡監(jiān)測裝置或振幅失衡監(jiān)測裝置的接收機。
背景技術：
隨著對光通信系統(tǒng)的容量要求和靈活性要求的逐步提高，相干光通 信技術變得越來越重要。和已在光通信領域得到廣泛應用的非相干技術
(比如"開一關"鍵控(on-offkey， OOK))或自相干技術(如差分四相 相移鍵控(DQPSK))相比，相干技術有如下優(yōu)點3dB的光信噪比(OSNR) 增益；可以方便地釆用均衡技術；可以采用更高效的調制技術(如正交 調制(QAM))。
相干接收機中的一個重要器件是混頻器，比如由Optoplex公司提供 的產(chǎn)品。由于器件的限制，混頻器的同相路輸出I和正交路輸出Q之間 的相位不是嚴格的90度，其偏差稱為IQ相位失衡。另外，兩路的功率 也會略有不同，其偏差稱為IQ振幅失衡。這些失衡會導致系統(tǒng)性能的下 降，所以相干接收機需要檢測失衡并對其進行補償。
圖1示例性地示出了依據(jù)現(xiàn)有技術的相干接收機的結構示意圖。如 圖1所示，接收機包括光90?；祛l部102、本機振蕩部103、 PD部104、 105、恢復器106、 1/Q相位失衡監(jiān)測部107、 1/Q振幅失衡監(jiān)測部109， 控制部108和110。
所接收的光信號101和本機振蕩部103的輸出被輸入到光90°混頻部 102。該光90?；祛l部102產(chǎn)生4個光信號，即S+L、 S-L、 S+jL、以及 S一jL，其中S是接收的光信號，而L是本機振蕩部103的輸出，j表示90。 相移。光90?；祛l部102例如可以是Celight公司提供的產(chǎn)品。PD104和
105將這四個光信號轉換為兩個電信號。具體地，例如PD104將S+L和 S-L轉換為I路信號、PD105將S+jL和S—jL轉換為Q路信號。I路信號 與Q路信號是理論上應正交的信號?；謴推?06利用載波相位恢復器、 匹配濾波器、數(shù)據(jù)恢復器等恢復I路和Q路信號中的數(shù)據(jù)?；謴推骷瓤?以在模擬域中實現(xiàn)，也可以在數(shù)字域中實現(xiàn)。如上所述，由于該光90° 混頻部102的硬件性能等原因，I和Q會出現(xiàn)相位失衡和振幅失衡。如圖 1所示，由I/Q相位失衡監(jiān)測器107對相位失衡進行監(jiān)測，由I/Q振幅失 衡監(jiān)測部109對振幅失衡進行監(jiān)測。并分別由控制部108和110根據(jù)I/Q 相位失衡監(jiān)測器107和I/Q振幅失衡監(jiān)測部109的監(jiān)測結果，對光90°混 頻部102進行控制，從而對監(jiān)測出的相位失衡和振幅失衡進行補償。具 體地，當I/Q相位失衡為正時，控制部向光90?；祛l器的相位控制端口輸 出正電壓，減少Q路(或I路)的相移；反之亦然。
在對相位失衡和振幅失衡的監(jiān)測方面，目前使用的技術有"Digital filter equalization of analog gain and phase mismatch in I-Q receivers" Fred Harris, 5th IEEE International Conference on Universal Personal Communications, 1996中所述的技術，以及由US patent 6，917,031 Bl "method for quadrature phase angle correction in a coherent receiver of a dual-polarization optical transport system"所述的技術。這兩者都在數(shù)字域 計算I和Q的互相關，當相位失衡為0時，互相關也為0，并且互相關正 比于相位失衡。Harris的文章用了反饋的數(shù)字補償環(huán)，而專利6,917,031 Bl 用了前向數(shù)字補償方法。Harris的文章也提供了一種IQ振幅失衡的監(jiān)測 和補償方法。以上各種方法都需要復雜的數(shù)字信號處理，比如復數(shù)乘法、 平方。 一些系統(tǒng)(例如光通信系統(tǒng))的碼率很高，比如43Gbit/s。在這樣 的髙速信號下，數(shù)字信號處理是很困難的事情，所以以上這些傳統(tǒng)電通 信系統(tǒng)的方法很難適用。
另外，在模擬的信號方面，由于光通信系統(tǒng)的容量可以大至43Gbit/s， 因而I路和Q路的帶寬可達20GHz或更高。因而，如果直接將上述文獻 中描述的方法應用于模擬信號，則需要相關部件的乘法器具有大約 20GHz的帶寬，這樣的模擬乘法器很難實現(xiàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供相位失衡監(jiān)測裝置、振幅失衡監(jiān)測裝置以及使用它 們的接收機，以解決現(xiàn)有技術中存在的一個或更多的問題。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種相位失衡監(jiān)測裝置，該相位失 衡監(jiān)測裝置用于需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的 裝置，其特征在于所述相位失衡監(jiān)測裝置包括預處理單元，用于對所 述I路信號和所述Q路信號進行預處理，提取涉及信號相關性的關鍵信 息；相關單元，用于對所提取的關鍵信息進行相關處理，從而獲知所述I 路信號和所述Q路信號之間的相位失衡。
本發(fā)明的第二方面的相位失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第一方面所述的相位失 衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述I路信號和所述Q路信號是數(shù)字信號，
所述預處理單元包括:第一符號獲取單元，用于獲取所述I路信號的符號； 以及第二符號獲取單元，用于獲取所述Q路信號的符號；所述相關單元 包括異或單元，用于對所獲取的所述I路信號的符號和所述Q路信號 的符號進行異或運算；平均器，用于對所述異或單元的異或運算結果進 行平均。
本發(fā)明的第三方面的相位失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第二方面所述的相位失 衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述I路信號和Q路信號是經(jīng)復用的信號， 所述相位失衡監(jiān)測裝置或所述需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號 之間的失衡的裝置還包括解復用裝置，所述解復用裝置用于對所述I路信 號和Q路信號進行解復用，所述第一符號獲取單元和所述第二符號獲取 單元分別獲取經(jīng)解復用的I路信號和Q路信號的符號。
本發(fā)明的第四方面的相位失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第一方面所述的相位失
衡監(jiān)測裝置，其中，所述需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間
的失衡的裝置是光通信系統(tǒng)的接收機。
本發(fā)明的第五方面的相位失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第二方面或第三方面所 述的相位失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述相位失衡監(jiān)測裝置或所述需
要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置還包括下采樣
裝置，所述下采樣裝置用于對所述I路信號和Q路信號進行下采樣，所 述第一符號獲取單元和所述第二符號獲取單元分別獲取經(jīng)下采樣的I路 信號和Q路信號的符號。
本發(fā)明的第六方面的相位失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第二方面所述的相位失 衡監(jiān)測裝置，所述解復用裝置為l: N串-并轉換器。
本發(fā)明的第七方面的相位失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第一方面所述的相位失 衡監(jiān)測裝置，其中所述預處理單元包括第一信號帶寬減小單元，用于 減小所述I路信號的帶寬；第二信號帶寬減小單元，用于減小所述Q路 信號的帶寬；所述相關單元為依次串聯(lián)的乘法器和平均器。
本發(fā)明的第八方面的相位失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第七方面所述的相位失 衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述第一信號帶寬減小單元和所述第二信號帶 寬減小單元由低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器中的相同的一種構成。
依據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種振幅失衡監(jiān)測裝置，用于需要
監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于，
所述振幅失衡監(jiān)測裝置包括第一絕對值獲取單元，用于獲取所述I路信
號的振幅的絕對值；第二絕對值獲取單元，用于獲取所述Q路信號的振 幅的絕對值；比較器，用于對所獲取的所述I路信號的振幅的絕對值和所 述Q路信號的振幅的絕對值進行比較；平均器，用于對所述比較器的比 較結果進行平均。
本發(fā)明的第十方面的振幅失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第九方面所述的振幅失 衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述I路信號和Q路信號是經(jīng)復用的信號，所 述振幅失衡監(jiān)測裝置或所述需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間 的失衡的裝置還包括解復用裝置，所述解復用裝置用于對所述I路信號和 Q路信號進行解復用，所述第一絕對值獲取單元和所述第二絕對值獲取單 元分別獲取經(jīng)解復用或下采樣的I路信號和Q路信號的振幅的絕對值。
本發(fā)明的第十一方面的振幅失衡監(jiān)測裝置根據(jù)第九方面或第十方面 所述的振幅失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述振幅失衡監(jiān)測裝置或所述 需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置還包括下采 樣裝置，所述下采樣裝置用于對所述I路信號和Q路信號進行下采樣，
所述第一絕對值獲取單元和所述第二絕對值獲取單元分別獲取經(jīng)下采樣 的I路信號和Q路信號的振幅的絕對值。
本發(fā)明的第十二方面的振幅失衡監(jiān)測裝置根據(jù)所述第十方面所述的 振幅失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述解復用或下采樣裝置為1: N串-并轉換器，所述N為大于1的正整數(shù)。
本發(fā)明的第十三方面的振幅失衡監(jiān)測裝置根據(jù)所述第九方面所述的
振幅失衡監(jiān)測裝置，其中所述需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號
之間的失衡的裝置是光通信系統(tǒng)的接收機。
本發(fā)明的第十四方面提供了一種振幅失衡監(jiān)測裝置，用于需要監(jiān)測
相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于所述振
幅失衡監(jiān)測裝置包括:第一功率計量單元，用于測量所述I路信號的功率； 第二功率計量單元，用于測量所述Q路信號的功率；減法單元，用于將 所述I路信號的功率與所述Q路信號進行相減。
本發(fā)明的第十五方面提供了一種需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q
路信號之伺的失衡的裝置，其特征在于，所述裝置包括上述第一到第八 方面所述的相位失衡監(jiān)測裝置和/或上述第九到第十四方面所述的振幅失 衡監(jiān)測裝置。
本發(fā)明的第十六方面提供了一種相位失衡監(jiān)測方法，用于需要監(jiān)測
相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于所述相
位失衡監(jiān)測方法包括:第一符號獲取步驟，用于獲取所述I路信號的符號； 第二符號獲取步驟，用于獲取所述Q路信號的符號；異或步驟，用于對 所獲取的所述I路信號的符號和所述Q路信號的符號進行異或運算;平 均步驟，用于對所述異或步驟的異或運算結果進行平均。
本發(fā)明的第十七方面提供了一種相位失衡監(jiān)測方法，用于需要監(jiān)測 相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于所述相 位失衡監(jiān)測方法包括第一信號帶寬減小步驟，用于減小所述I路信號的 帶寬；第二信號帶寬減小步驟，用于減小所述Q路信號的帶寬；相關步 驟，用于對被減小了帶寬的I路信號和Q路信號進行相關運算。
本發(fā)明的第十八方面提供了一種振幅失衡監(jiān)測方法，用于需要監(jiān)測
相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于，所述 振幅失衡監(jiān)測方法包括第一絕對值獲取步驟，用于獲取所述I路信號的 振幅的絕對值；第二絕對值獲取步驟，用于獲取所述Q路信號的振幅的 絕對值；比較步驟，用于對所獲取的所述I路信號的振幅的絕對值和所述
Q路信號的振幅的絕對值進行比較；平均步驟，用于對所述比較步驟的 比較結果進行平均。
本發(fā)明的第十九方面提供了一種振幅失衡監(jiān)測方法，用于需要監(jiān)測 相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于所述振 幅失衡監(jiān)測方法包括:第一功率計量步驟，用于測量所述I路信號的功率; 第二功率計量步驟，用于測量所述Q路信號的功率；減法步驟，用于將 所述I路信號的功率與所述Q路信號的功率進行相減。
應該注意，在本發(fā)明中，"包括"或"包含"等表達表示部件、步驟 等的存在，并不排除其他部件、步驟等的存在。也就是說，它們是"包 括但不限于"的意思。
本發(fā)明采用了低速模擬方法和簡化的數(shù)字方法。在模擬方法中，模 擬器件的帶寬可以遠小于信號的碼率，而數(shù)字方法只包含了邏輯運算部 件，沒有數(shù)字信號處理的部分。因而能夠降低對硬件的要求，可以很好 地適用于高碼率的光通信系統(tǒng)。


通過根據(jù)附圖對本發(fā)明進行詳細的說明，可以更加清楚地了解本發(fā) 明的其他目的、特征和優(yōu)點。在附圖中
圖1是示出了現(xiàn)有技術的相干接收機的總體結構示意圖2的示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明一實施方式的相干接收機，并具體 示出了其模擬相位失衡監(jiān)測裝置和模擬振幅失衡監(jiān)測裝置；
圖3的示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明另一實施方式的相干接收機，并具 體示出了其數(shù)字相位失衡監(jiān)測裝置和數(shù)字振幅失衡監(jiān)測裝置；
圖4是用于說明本發(fā)明原理的星座圖5的示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明又一實施方式的相干接收機，并具
體示出了其另一數(shù)字相位失衡監(jiān)測裝置和另一數(shù)字振幅失衡監(jiān)測裝置；
圖6至圖11描述了本發(fā)明的相位失衡監(jiān)測方法和振幅失衡監(jiān)測方法 的流程圖；以及
圖12到圖15示出了本發(fā)明的其他的實施方式。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。為了使本發(fā)明清楚簡潔， 本文省略了可能導致本發(fā)明不清楚的對現(xiàn)有技術的部件的描述。另外， 在本文中相同或類似的部件用相同的附圖標記進行說明，并省略了對其 的重復說明。
圖2示出了依據(jù)本發(fā)明一實施方式的相干接收機，并具體示出了其 模擬相位失衡監(jiān)測裝置和模擬振幅失衡監(jiān)測裝置。圖2中所示的本發(fā)明 的接收機與圖1中所示的現(xiàn)有技術的接收機的不同在于I/Q相位失衡監(jiān)測 器的結構和I/Q振幅失衡監(jiān)測器的結構不同。具體地，用I/Q相位失衡監(jiān) 測器107'代替了現(xiàn)有技術的I/Q相位失衡監(jiān)測器107，用I/Q振幅失衡監(jiān) 測器109'代替了現(xiàn)有技術的I/Q振幅失衡監(jiān)測器109。
需要注意的是，與現(xiàn)有技術相同的那些部件都是示例性的，并不是 排他性的，也不構成對本發(fā)明的限制。只是為了清楚地說明本發(fā)明而示 出。本發(fā)明的技術方案也適用于現(xiàn)有技術的接收機的其他結構。例如PD 104和105可以由現(xiàn)有技術中的其他光電轉換裝置所替換，只要其可以產(chǎn) 生I路信號和Q路信號即可。又例如雖然控制部108和110在圖中被示 出為是分立的部件，但也可以由單個部件來實現(xiàn)，等等。
如圖2所示，依據(jù)本發(fā)明的I/Q相位失衡監(jiān)測器107'包括與I路相 連的低通濾波器201、與Q路相連的低通濾波器202、對低通濾波器201 和202的輸出進行相乘的乘法器204、以及對乘法器204的結果進行平 均的平均器203。低通濾波器201和202對應于本發(fā)明的信號帶寬減小器 件，用于減小信號帶寬，從而使乘法器204所需的帶寬可大大低于信號 的帶寬。雖然在本實施例中采用了低通濾波器201和202，但本發(fā)明也可 以采用其他濾波器來減小信號帶寬，例如可以采用帶通濾波器、高通濾
波器等。另外，應該注意，乘法器和平均器對應于本發(fā)明的相關部件， 但本發(fā)明的相關部件也可以由現(xiàn)在或將來公知的其他相關部件所實現(xiàn)。
進一步，低通濾波器201、低通濾波器202以及后文所述的符號函數(shù)部件 303、 304 (見圖3)對應于本發(fā)明的預處理單元，而它們所獲得的信息， 比如正負符號信息、低頻信息、高頻信息等為涉及信號相關性的關鍵信息。 下面解釋本發(fā)明該實施方式的原理，即經(jīng)濾波的信號的相關性仍正
比于IQ相位失衡。
假設低通濾波器201/202的脈沖響應是吣)。則經(jīng)濾波信號的相關性 (即I/Q相位失衡監(jiān)測器107'的輸出)為
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中I'和Q'是有相位失衡的信號，其為
<formula>formula see original document page 11</formula>
在改變了第二項的積分平均順序之后，有
<formula>formula see original document page 11</formula>
由于I和Q是獨立的，并且在大多數(shù)調制方案中是零均值的，因而
〈7(")*^)〉為0。因而該第二項的積分為0。而且，〈—,》是低通濾波 之后的I路信號的功率，因而其幾乎是恒定的，因而，經(jīng)濾波信號的相關 性(即I/Q相位監(jiān)測器107，的輸出)為^sin(W。艮P，仍然正比于IQ相位失衡。
平均器203可以由反饋控制環(huán)技術中的簡單的低通RC濾波器或環(huán) 路濾波器實現(xiàn)，如"Digital Communication, 3rd edition, John G. Proakis, McGraw-Hill Inc."中所述的那樣。
控制部108將來自該IQ相位失衡監(jiān)測器107'的監(jiān)測信號轉換為控制 信號，并將其送入光90?；祛l部102。具體地，可以在監(jiān)測信號為正時， 控制部向光90?；祛l器的相位控制端口輸出正電壓，增加Q路的相移； 當監(jiān)測信號為負時，控制部向光90°混頻器的相位控制端口輸出負電壓，
減少Q路的相移。這樣，監(jiān)測器107'、控制部108和光90°混頻部102 構成了反饋控制環(huán)，控制器108可以是商用的PID控制單元，是本領域 公知的。另外，雖然在圖中示出為通過反饋的方式進行補償，但也可以通 過補償裝置直接對I路或Q路進行補償，這也是本領域技術人員可以理解 的，但是這對硬件的要求較高。因而，在本文中，通過反饋進行補償僅僅 是示例性的。同樣地，下面對模擬域振幅的補償、對數(shù)字域相位和振幅的 補償都是即可以通過反饋方式實現(xiàn)也可以通過直接補償?shù)姆绞綄崿F(xiàn)的。
圖2還示出了 I/Q振幅失衡監(jiān)測器109'，如圖所示，其包括兩個功 率計205和206以及一個減法器207。功率計205和206分別測量I路信 號和Q路信號的功率，而減法器207生成所測得的I路功率和Q路功率 之間的功率差。很容易證明，該功率差也正比于I路與Q路之間的振幅 不平衡。功率計205和206可以簡單地由商用Vrms IC實現(xiàn)(例如Analog Device公司的產(chǎn)品)，該商用Vrms IC的輸出電壓正比于輸入信號的Vrms 值，既功率的平方根。
控制部110將來自該IQ振幅失衡監(jiān)測器109'的監(jiān)測信號轉換為控制 信號，并將其送入光90?；祛l部102。當監(jiān)測信號為正時，光90?；祛l部 102增加Q路的增益或減少I路的增益。反之，當監(jiān)測信號為負時，光 90°混頻部102減少Q路的增益或增加I路的增益。這樣，監(jiān)測器109，、 控制部110和光90?；祛l部102構成了反饋控制環(huán)，控制部110可以是商 用PID控制單元，商用PID控制單元是本領域公知的。
圖3的示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明另一實施方式的相干接收機，并具 體示出了其數(shù)字相位失衡監(jiān)測裝置和數(shù)字振幅失衡監(jiān)測裝置。圖3的本 發(fā)明的接收機與圖1的現(xiàn)有技術的接收機的不同在于I/Q相位失衡監(jiān)測器 的結構和I/Q振幅失衡監(jiān)測器的結構不同。具體地，用I/Q相位失衡監(jiān)測 器107"代替了現(xiàn)有技術的I/Q相位失衡監(jiān)測器107，用I/Q振幅失衡監(jiān)測 器109"代替了現(xiàn)有技術的I/Q振幅失衡監(jiān)測器109。
在圖3中，接收機還包括模數(shù)轉換器(AD轉換器)301和302。 IQ 相位失衡監(jiān)測器107"包括兩個符號函數(shù)部件303和304、一個異或(XOR) 門305和一個平均器306。 AD轉換器301和302對模擬信號I信號和Q
信號進行采樣，并將采樣出的信號轉換為數(shù)字信號。符號函數(shù)部件303
和304用于獲取輸入的信號(數(shù)字信號)的符號。在數(shù)字域很容易實現(xiàn)
符號函數(shù)部件。例如，可以通過獲得符號位來實現(xiàn)。僅通過一個邏輯電
路就可實現(xiàn)。在邏輯值為1時，XOR門305的輸出電壓為1，在邏輯值 為0時，XOR門305的輸出為-1。下面解釋該IQ相位失衡監(jiān)測器107的 輸出仍正比于IQ相位失衡的原理。雖然本發(fā)明以QPSK調制作為示例， 但本發(fā)明不限于QPSK。
圖4的(a)示出了載波相位被恢復，并且不存在IQ失衡時的典型 的QPSK星座。在圖3的接收機結構中，相位恢復在分支點311、 312之 后的恢復器106中實現(xiàn)，結果，在IQ分支點311、 312中一般有某些殘 留的相位誤差。該相位誤差可能是由載波的噪聲引起的，也可能是由載 波和本地振蕩器之間的頻率差引起的。因而，圖4的(a)所示的星座旋 轉，并變?yōu)閳D4的(b)所示的情況其為圓形，繞I二O的軸以及Q-O 的軸對稱。第一象限、第二象限、第三象限、第西象限(即區(qū)域401、 402、 403、 404，見圖4的(c))中曲線相等。當存在負的IQ相位失衡，即"0， 時，圓轉換為橢圓，如圖4的(c)所示，此時對稱被打破。如圖中所示 例的，第一象限和第三象限(區(qū)域401和403)中的曲線變短，而第二象 限和第四象限(區(qū)域402和404)中的曲線變長。當(1， Q)點位于第l 和第3象限中(此時，I路信號和Q路信號的符號相同)時，圖3所示的 XOR 305的輸出為一1 (邏輯值為0)，而當(1， Q)點位于第2和第4 象限中(此時，I路信號和Q路信號的符號不同)時，XOR門305的輸 出為l (邏輯值為l)。因而，當IQ相位失衡為負時，平均器306的輸出 為正，當不存在相位失衡時，由于第一象限至第四象限中的曲線相等， 因而平均器306的輸出為0。最后，107"的輸出正比于IQ相位失衡，盡 管符號正好相反。因而107"可以用作IQ相位失衡監(jiān)測器。
圖3中的109"示出了數(shù)字IQ振幅失衡監(jiān)測器。其包括兩個絕對值 函數(shù)部件307和308、 一個比較器309和一個平均器310。絕對值函數(shù)部 件307和308分別用于求取I路信號和Q路信號的振幅的絕對值。對于 數(shù)字信號來說，絕對值函數(shù)部件可以由邏輯部件例如絕對值求取部件實
13
現(xiàn)。比較器也是一個邏輯電路。當絕對值函數(shù)部件307的輸出大于絕對
值函數(shù)部件308的輸出時，比較器輸出為l，當絕對值函數(shù)部件307的輸 出不大于絕對值函數(shù)部件308的輸出時，比較器輸出為一l。
如圖4的(d)所示，在存在正振幅失衡，即I路的振幅大于Q路的 振幅時，星座從對稱的圓變?yōu)闄E圓。在III二IQI時的直線405和406將整個 I一Q平面分成4區(qū)域407、 408、 409和410。當點位于區(qū)域408、 410時， 有IIWQI。當點位于407、 409中時，有III〈IQI。依據(jù)比較器309的原理， 當點位于區(qū)域408和410時，輸出為l，當點位于區(qū)域407和409時，輸 出為一l。結果，在如圖所示的存在正振幅失衡的情況下，比較器309產(chǎn) 生的1比一l多。因而，平均器310的輸出是正的。如果不存在振幅失衡， 則曲線均等地位于區(qū)域407、 408、 409、 410中，從而平均器310的輸出 為0。最后，監(jiān)測器109"的輸出與IQ振幅失衡的程度成正比，從而監(jiān)測 器109"可以用作IQ振幅失衡監(jiān)測器。
平均器310、控制器110和IQ振幅失衡反饋控制回路的實現(xiàn)與圖2 中所示的實現(xiàn)相同。
圖5的示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明又一實施方式的相干接收機，并具 體示出了其另一數(shù)字相位失衡監(jiān)測裝置和另一數(shù)字振幅失衡監(jiān)測裝置。 圖5中示出的數(shù)字IQ相位/振幅失衡監(jiān)測器/補償器對硬件的要求更低。 與圖3的IQ相位/振幅失衡監(jiān)測器/補償器相比，不同之處在于，兩個解 復用單元(例如1: N串-并轉換器)501和502被用于對高速數(shù)據(jù)信號進 行解復用，經(jīng)解復用的信號511、 512的速度是311、 312的速度的1/N (N 為大于1的正整數(shù))。1/Q相位監(jiān)測器107"和振幅監(jiān)測器109"的輸入信 號是經(jīng)解復用的信號511和512，從而部件503—510的器件速度比圖3 中所示的303—310低N倍。這極大地降低了對硬件速度的要求。圖5中 的其他部分與圖3中的相同。應注意，圖5中的部件503 — 510與圖3中 的部件303—310對應，只是對硬件的要求更低，所以此處省略了對它們 的更詳細的描述。另外，雖然在圖中將解復用單元501和502與I/Q相位 失衡監(jiān)測單元和I/Q振幅失衡監(jiān)測單元分立地設置，但其也可分別包括在 1/Q相位失衡監(jiān)測單元和I/Q振幅失衡監(jiān)測單元中。此外，本發(fā)明還可以
包括下采樣裝置(如1/N下采樣裝置)。下采樣裝置可以針對經(jīng)復用的I 路信號和Q路信號，也可以針對未經(jīng)復用的I路信號和Q路信號。在針
對經(jīng)復用的I路信號和Q路信號的情況下，其可以針對經(jīng)解復用單元解 復用了的I路信號和Q路信號，也可以針對未經(jīng)解復用的I路信號和Q 路信號。即下釆樣裝置可以用來代替上述解復用單元，也可以與上述解 復用單元一起使用，在與上述解復用單元一起使用時，對它們的應用順
序沒有限制，可以在解復用之后進行下采樣，也可以在下采樣之后進行 解復用。另外，解復用裝置和下采樣裝置也可用于圖2所示的接收機。
圖6示出了依據(jù)本發(fā)明實施方式的模擬IQ相位失衡監(jiān)測方法的流程 圖。如圖6所示，在依據(jù)本發(fā)明的模擬IQ相位失衡監(jiān)測方法中，首先在 步驟601，對I路和Q路的信號進行帶寬減小。這例如可以通過與I路和 Q路相連接的低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器以及其他公知的帶 寬減小裝置實現(xiàn)。在一個實施例中以低通濾波器實現(xiàn)。然后在步驟602 中，對經(jīng)帶寬減小的信號進行相關處理，相關處理例如可以由依次相連 的乘法器和平均器來實現(xiàn)，也可以由其他公知的相關設備來實現(xiàn)。
圖7示出了依據(jù)本發(fā)明實施方式的數(shù)字IQ相位失衡監(jiān)測方法的流程 圖。如圖7所示，在依據(jù)本發(fā)明的數(shù)字IQ相位失衡監(jiān)測方法中，首先在 步驟701，分別獲取I路和Q路數(shù)字信號的符號。這例如可以通過與I路 和Q路相連接的符號功能單元來實現(xiàn)。然后在步驟702中，可以通過例 如圖3中的XOR門305對所取得的I路信號和Q路信號的符號進行異或。 最后在步驟703對異或的結果求平均。
圖8示出了依據(jù)本發(fā)明實施方式的數(shù)字IQ相位失衡監(jiān)測方法的又一 流程圖。圖8的流程圖與圖7所示的流程圖的不同之處在于，在圖8的 流程圖中增加了解復用和/或下采樣的步驟801。其余步驟與圖7中的相 同，在此未予贅述。
圖9示出了依據(jù)本發(fā)明實施方式的模擬IQ振幅失衡監(jiān)測方法的流程 圖。如圖9所示，在依據(jù)本發(fā)明的模擬IQ振幅失衡監(jiān)測方法中，首先在 步驟901，對I路和Q路的信號進行功率計量。這例如可以通過與I路和 Q路相連接的功率計實現(xiàn)。然后在步驟902中，將計量出的功率相減，
由此實現(xiàn)對振幅失衡的監(jiān)測。
圖10示出了依據(jù)本發(fā)明實施方式的數(shù)字IQ振幅失衡監(jiān)測方法的流 程圖。如圖10所示，在依據(jù)本發(fā)明的數(shù)字IQ振幅失衡監(jiān)測方法中，首
先在步驟1001，分別獲取I路和Q路數(shù)字信號的振幅的絕對值。這例如 可以通過與I路和Q路相連接的絕對值單元來實現(xiàn)。然后在步驟1002中， 可以通過例如圖3中的比較器對所取得的I路信號和Q路信號的振幅的 絕對值進行比較。最后在步驟1003對比較的結果求平均。
圖11示出了依據(jù)本發(fā)明實施方式的數(shù)字IQ振幅失衡監(jiān)測方法的又 一流程圖。圖11的流程圖與圖IO所示的流程圖的不同之處在于，在圖 11的流程圖中增加了解復用和/或下采樣的步驟1101。其余步驟與圖10 中的相同，在此未予贅述。
圖12至圖15描述了本發(fā)明的接收機的其他實施方式。如圖12和圖 13所示，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，接收機可以僅包括本發(fā)明的1/Q相位 失衡監(jiān)測裝置107'或107"，而不包括本發(fā)明的I/Q振幅失衡監(jiān)測裝置109' 或109"?？梢圆捎矛F(xiàn)有技術的1/Q振幅失衡監(jiān)測裝置109，或甚至不包 括任何I/Q振幅失衡監(jiān)測裝置。如圖14和圖15所示，根據(jù)本發(fā)明的實施 方式，接收機可以僅包括本發(fā)明的I/Q振幅失衡監(jiān)測裝置109'或109"， 而不包括I/Q相位失衡監(jiān)測裝置107'或107"。可以采用現(xiàn)有技術的I/Q 相位失衡監(jiān)測裝置107，或甚至不包括任何I/Q相位失衡監(jiān)測裝置。
應該注意，盡管在前面的描述中，本發(fā)明是針對光通信系統(tǒng)的接收 機來進行描述的，但本領域的技術人員應該意識到，本發(fā)明可以應用于 任何需要對相互正交的信號之間的失衡進行監(jiān)測的裝置，例如無線通信 系統(tǒng)等。因而，I路和Q路信號也應廣意地理解為是正交的兩路信號。
還應該注意，以上示出了本發(fā)明的I/Q相位失衡監(jiān)測裝置、1/Q振幅 失衡監(jiān)測裝置和接收機的實施方式僅僅是示例性的，不是對本發(fā)明的限 制。本領域技術人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導，對本發(fā)明進行各種變型和 修改，這些變型和修改只要落入了權利要求及其等同物所限定的范圍內， 就處于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種相位失衡監(jiān)測裝置，用于需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于，所述相位失衡監(jiān)測裝置包括預處理單元，用于對所述I路信號和所述Q路信號進行預處理，提取涉及信號相關性的關鍵信息；相關單元，用于對所提取的關鍵信息進行相關處理，從而獲知所述I路信號和所述Q路信號之間的相位失衡。
2、 根據(jù)權利要求1所述的相位失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述I 路信號和所述Q路信號是數(shù)字信號，所述預處理單元包括第一符號獲取單元，用于獲取所述I路信號的符號；以及 第二符號獲取單元，用于獲取所述Q路信號的符號； 所述相關單元包括異或單元，用于對所獲取的所述I路信號的符號和所述Q路信號的 符號進行異或運算；平均器，用于對所述異或單元的異或運算結果進行平均。
3、 根據(jù)權利要求2所述的相位失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述I 路信號和Q路信號是經(jīng)復用的信號，所述相位失衡監(jiān)測裝置或所述需要 監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置還包括解復用裝 置，所述解復用裝置用于對所述I路信號和Q路信號進行解復用，所述 第一符號獲取單元和所述第二符號獲取單元分別獲取經(jīng)解復用的所述I 路信號和所述Q路信號的符號。
4、 根據(jù)權利要求1所述的相位失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述需 要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置是光通信系統(tǒng) 的接收機。
5、 根據(jù)權利要求2或3所述的相位失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所 述相位失衡監(jiān)測裝置或所述需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之 間的失衡的裝置還包括下采樣裝置，所述下采樣裝置用于對所述I路信號 和Q路信號進行下釆樣，所述第一符號獲取單元和所述第二符號獲取單 元分別獲取經(jīng)下采樣的所述I路信號和所述Q路信號的符號。
6、 一種振幅失衡監(jiān)測裝置，用于需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于，所述振幅失衡監(jiān)測裝置包括-第一絕對值獲取單元，用于獲取所述I路信號的振幅的絕對值； 第二絕對值獲取單元，用于獲取所述Q路信號的振幅的絕對值； 比較器，用于對所獲取的所述I路信號的振幅的絕對值和所述Q路 信號的振幅的絕對值進行比較；平均器，用于對所述比較器的比較結果進行平均。
7、 根據(jù)權利要求6所述的振幅失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述I 路信號和Q路信號是經(jīng)復用的信號，所述振幅失衡監(jiān)測裝置或所述需要 監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置還包括解復用裝 置，所述解復用裝置用于對所述I路信號和Q路信號進行解復用，所述 第一絕對值獲取單元和所述第二絕對值獲取單元分別獲取經(jīng)解復用的I 路信號和Q路信號的振幅的絕對值。
8、 根據(jù)權利要求6或7所述的振幅失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所 述振幅失衡監(jiān)測裝置或所述需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之 間的失衡的裝置還包括下采樣裝置，所述下采樣裝置用于對所述I路信號 和Q路信號進行下采樣，所述第一絕對值獲取單元和所述第二絕對值獲 取單元分別獲取經(jīng)下采樣的I路信號和Q路信號的振幅的絕對值。
9、 根據(jù)權利要求6所述的振幅失衡監(jiān)測裝置，其特征在于，所述需 要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置是光通信系統(tǒng) 的接收機。
10、 一種需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝 置，其特征在于，所述裝置包括上述權利要求1一5任一項所述的相位失 衡監(jiān)測裝置和/或上述權利要求6—9任一項所述的振幅失衡監(jiān)測裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了相位失衡監(jiān)測裝置、振幅失衡監(jiān)測裝置及使用它們的裝置。該相位失衡監(jiān)測裝置用于需要監(jiān)測相互正交的I路信號和Q路信號之間的失衡的裝置，其特征在于所述相位失衡監(jiān)測裝置包括預處理單元，用于對所述I路信號和所述Q路信號進行預處理，提取涉及信號相關性的關鍵信息；相關單元，用于對所提取的關鍵信息進行相關處理，從而獲知所述I路信號和所述Q路信號之間的相位失衡。
文檔編號H04B10/08GK101388729SQ20071015330
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權日2007年9月14日
發(fā)明者中島久雄, 張慧劍, 軍 田, 陶振寧 申請人:富士通株式會社