專利名稱：光接收機及光接收方法
技術領域：
本文討論的實施方式為用于如光纖通信的光接收機和光接收方法。
背景技術：
數字相干光接收方案結合相干接收和數字信號處理來接收光信號。近年來，符合 光纖通信中的數字相干方案的光接收機在光信噪比(ONSR)容限、色散容限和偏振模色散 (PMD)容限方面具有優(yōu)勢，并可望降低裝置單元的成本。例如，這種光接收機使得通過光纖傳輸的光信號與本地光干涉，從而獲得同相信 號光I和正交相位信號光Q。獲得的信號光被轉換為電信號，然后采用數字信號處理器 (DSP)通過數字信號處理對數據進行解調。此處，接收信號質量的改善使得光接收機的性能改善，進而使得光纖通信系統(tǒng)的 性能改善。此外，為了確保傳輸容量的增加，保持優(yōu)良的信號質量是一項重要指標。現(xiàn)有技術參考資料專利文獻專利文獻1日本專利申請?zhí)亻_平第5-268161號公報專利文獻2日本專利申請?zhí)亻_平第5-268162號公報非專利文獻非專禾0文獻lXiang Zhou 等，“A novel DSP algorithm for improvingthe performance of digital coherent receiver using single-ended photodetection，，， Mo. 4. D. 1，ECOC 2008，21-25，2008 年 9 月，布魯塞爾，比利時

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是改善數字相干光接收中接收信號的質量。(1)根據本發(fā)明的一個方面，一種光接收機包括混合器，用于混合輸入光和本地 光以獲得同相信號光和正交相位信號光；光接收裝置，用于接收所述同相信號光和所述正 交相位信號光并將所述同相信號光和正交相位信號光分別轉換為模擬電信號；模數轉換 器，用于將所述模擬電信號分別轉換為數字信號；信號處理器，用于使用各數字信號進行數 字信號處理；監(jiān)測器，用于參照通過數字信號處理而獲得的信息來監(jiān)測接收信號的質量； 以及控制器，用于基于所述監(jiān)測器的監(jiān)測結果來控制將要相互混合的所述輸入光和所述本 地光的功率比。(2)根據本發(fā)明的另一方面，一種光接收方法包括混合輸入光和本地光以獲得 同相信號光和正交相位信號光；將所述同相信號光和所述正交相位信號光分別轉換為模擬 電信號；將所述模擬電信號分別轉換為數字信號；使用各數字信號進行數字信號處理；參 照通過數字信號處理而獲得的信息來監(jiān)測接收信號的質量；以及基于監(jiān)測結果來控制將要 相互混合的所述輸入光和所述本地光的功率比。


圖IA和圖IB均為示出了采用數字相干接收方案的光接收機的構成示例的示意 圖；圖2是顯示在改變信號光功率并保持本地光功率不變的條件下，將要進行數據解 調的接收信號的Q值仿真結果的示意圖；圖3是示意性地示出了第一實施方式的構成的框圖；圖4是示出了第一實施方式的操作的示意圖；圖5是示出了第一實施方式的操作的一系列程序步驟的流程圖； 圖6是示出了第一實施方式的操作的一系列程序步驟的流程圖；圖7是第一實施方式的變型例的示意圖；圖8是第一實施方式的變型例的示意圖；圖9是示意性地示出了第二實施方式的構成的框圖；圖10是示出了第二實施方式的操作的一系列程序步驟的流程圖；圖11是示意性地示出第三實施方式的構成的框圖；圖12是示出了第三實施方式的操作的一系列程序步驟的流程圖；圖13是示意性地示出了第四實施方式的構成的框圖；圖14是示出了第四實施方式的操作的示意圖；圖15是示出了第四實施方式的操作的示意圖；圖16是示出了第四實施方式的操作的一系列程序步驟的流程圖；圖17是示意性地示出了第五實施方式的構成的框圖；圖18是示出了第五實施方式的操作的一系列程序步驟的流程圖；圖19是示意性地示出了第六實施方式的操作的框圖；以及圖20是示出了第六實施方式的操作的流程圖。
具體實施例方式以下將參照附圖對示例性實施方式進行說明。下面的示例性實施方式僅為示例， 并不旨在排除本文沒有具體說明的對所提出的方法和/或裝置進行的各種變型和更改。在 不偏離所提出的方法和/或裝置的范圍和精神的情況下，可以對實施方式進行各種變型和 更改(例如，結合多個示例性實施方式)。A信號光和本地光的功率比與信號質量的關系圖1A、1B均為示出了采用數字相干接收方案的光接收機的構成的示例的示意圖； 圖IA采用單端光電二極管作為光接收裝置，而圖IB采用雙光電二極管作為光接收裝置。此處，圖IA或IB中的光混合器1引入了通過光傳輸路徑傳播到光接收機中的光 信號作為輸入信號光，并將該光信號與從本地光源2發(fā)出的本地光混合，從而獲得同相信 號光I和正交相位信號光Q。光接收裝置3ai、3aq、3bi、3bq均將在光混合器1中獲得的信 號光轉換成與接收的信號光的幅值相對應的電信號(模擬電信號)。例如，光接收裝置3ai、3aq在單端光電二極管中分別接收同相信號光I和正交 相位信號光Q，并當對應于接收的信號光的幅值的電流信號將要輸出時，在跨阻抗放大器 (TIA)中將同相信號光I和正交相位信號光Q分別轉換成電壓信號，然后將所述信號分別輸出到ADC 4i、4q。這些模擬電壓信號可以是差分信號。光接收 裝置3bi、3bq在雙光電二極管中分別接收同相信號光I和正交相位信號光 Q0在此情況下，同樣在TIA中將同相信號光I和正交相位信號光Q轉換成電壓信號，然后 以差分信號的形式分別輸出到ADC41、4q。光接收裝置3ai、3aq、3bi、3bq均可具有自動增益控制(AGC)放大器，并可優(yōu)化將 要輸出到ADC 4i或4q的模擬電信號的電平。 采用單端光電二極管的光接收裝置3ai、3aq各接收來自光混合器1的各信道的一 路輸出信號光，而采用雙光電二極管的光接收裝置3bi、3bq各接收來自光混合器1的各信 道的二路輸出(差分輸出)信號光。以上任一情況都可以為同相信號光I信道提供光接收 裝置3ai、3bi以及為正交相位信號光Q信道提供光接收裝置3aq、3bq。此外，圖IA所示的模數轉換器(ADC)4ai、4aq將分別來自光接收裝置3ai、3aq的 同相信號I和正交相位信號Q的模擬電信號分別轉換成數字信號。通過相同的方式，圖IB 所示的模數轉換器(ADC)4bi、4bq將分別來自光接收裝置3bi、3bq的同相信號I和正交相 位信號Q分別轉換成數字信號。信號處理單元5通過使用來自ADC 4(圖IA中的ADC 4ai、4aq以及圖IB中的ADC 4bi、4bq)的同相信號I和正交相位信號Q來進行數字信號處理。特別地，信號處理單元5 使用來自ADC 4的數字信號來進行波形均衡處理和解碼處理。例如，波形均衡處理可以補 償信號通過光傳輸路徑傳播而造成的色散，而解碼處理可以對在發(fā)射機端經過調制的數據 進行解調。信號處理單元5可以通過例如DSP而實現(xiàn)，但也可另選地通過硬件、固件或軟件 而實現(xiàn)。此處，與采用雙光電二極管3bi、3bq作為光接收裝置的方式相比，采用單端光電 二極管3ai、3aq作為光接收裝置(見圖1A)具有減小裝置和其它部件的成本及大小的優(yōu) 點。當采用單端光電二極管3ai、3aq時，由下面的公式(1)的各項來表示的噪聲分量(例 如2乘(square-low)檢測分量和相對強度噪聲RIN)保持在接收的電信號中。公式⑴是用于推導由單端光電二極管3ai接收的同相信號光I的光功率P1的 公式的示例。此處，符號S表示信號光的電場分量；符號L表示本地光的電場分量；上標標 記*表示相位共軛。參照符號η及 ，符號η2表示放大式自發(fā)射(ASE)噪聲功率，符號r^2 表示RIN噪聲功率。P1 = (SL*+S*L) +1 S |2+ (S+L) n*+ (S+L) *n+ (LnL*+L*nL) (1)在公式(1)中，第一項(SL*+S*L)和第二項IS!2分別表示信息分量和2乘檢測分 量，而(S+L)n*+(S+L)*n和( ι^+ ΛΟ分別表示ASE噪聲分量和RIN。根據公式(1)可知，2乘檢測分量源自信號光分量。隨著信號光功率增大，2乘檢 測分量作為噪聲分量而變得具有更大的影響。同時，RIN源自本地光分量。隨著本地光功 率增大，RIN作為噪聲分量而變得具有更大的影響。圖2是顯示在改變信號光功率并保持本地光功率不變的條件下，將要進行數據解 調的接收信號的Q值仿真結果的示意圖，所述結果取決于所用光電二極管的類型。在圖2 中，曲線A表示采用單端光電二極管時的仿真結果(見圖1A)，而曲線B表示采用雙光電二 極管時的仿真結果(見圖1B)。曲線C表示采用單端光電二極管并且不考慮RIN造成的影 響時的仿真結果。
若采用單端光電二極管，則如圖2的曲線A所示，當信號光功率較低時，RIN為主 導噪聲分量，使得Q值較低。隨著信號光功率的增大，RIN的影響變小，因此Q值增加。隨 著信號光功率的進一步增大，RIN的影響相對較小但2乘檢測分量成為主導噪聲分量，因此 Q值減小。因此，對接收信號的Q值進行優(yōu)化的條件之一是將信號光和本地光之間的功率比 至少設置在一個預定范圍內。若采用雙光電二極管，則從理論上說，在接收光時，2乘檢測分量和RIN分量相互 抵消。由上可知，與采用單端光電二極管的情況相比，噪聲分量產生的影響較低，因此如圖 2的曲線B所示，Q值仿真可以得到良好的結果，而無論信號光和本地光之間的功率比如何。然而，即使采用雙光電二極管，2乘檢測分量和RIN分量也未必總是相互抵消，這 是因為光混合器1的端口損耗變化和各雙光電二極管的差之間的靈敏度變化會產生影響。 同樣在此情況下，即使采用了雙光電二極管，接收機構的個體特性差別也使得信號光和本 地光之間應具有最佳功率比。如上所述，即使采用了雙光電二極管，接收信號的Q值優(yōu)化也需要將信號光和本 地光之間的功率比至少設置在預定的范圍內，作為優(yōu)化的條件之一。近來，偏振復用方案得到使用，其中兩個不同偏振分量被視為需要復用以進行光 調制的元素，此方案是實現(xiàn)大規(guī)模傳輸的方案之一。若采用偏振復用方案，對接收信號的 Q值進行優(yōu)化的條件之一是將需要的信號光和本地光之間的功率比至少設置在與上述情況 相似的預定范圍內。這種方式被應用到采用單端光電二極管和雙光電二極管的情況。(B)第一實施方式考慮到上述內容，如圖3所示的第一實施方式的光接收機10保持信號光和本地光 之間的最佳功率比。圖3中的光接收機10除了包括光混合器1、光接收機3ai、3aq、ADC 4i、 4q、信號處理單元5 (它們與圖1A中所示的部件相同)以外，還包括信號質量監(jiān)測器6、控制 量提供單元7、輸入光電平控制器8、本地光源2A。附圖標記9i、9q表示分別設置在光接收 裝置3ai和ADC 4i之間以及光接收裝置3aq和ADC 4q之間的交流耦合器(如電容器)。輸入光電平控制器8用于在下文將要描述的控制量提供單元7的控制下，控制將 被引入光混合器1的光信號的電平，即通過光傳輸路徑傳播的光信號的電平。輸入光電平 控制器8由例如能夠根據收到的控制量改變衰減量的可變光衰減器(V0A)來實現(xiàn)。本地光源2A發(fā)出本地光以接收相干光。將被輸出到光混合器1的本地光的電平 在控制量提供單元7的控制下進行控制。光混合器1將電平由輸入光電平控制器8控制的光信號與電平由本地光源2A控 制的本地光相互混合，從而獲得同相信號光I和正交相位信號光Q。也即是說，光混合器1 是將輸入光和本地光相互混合以獲得同相信號光和正交相位信號光的混合器的示例。在此情況下，光混合器將輸入光與彼此相差約為90°的兩道本地光的每一道相混 合，然后輸出同相信號光和正交相位信號光。在第一實施方式中，同相信號光和正交相位信 號光均可視為單項輸出。信號質量監(jiān)測器6是用于參照通過在信號處理單元5中執(zhí)行的數字信號處理而獲 得的信息來監(jiān)測接收信號質量的監(jiān)測器的示例。信號質量監(jiān)測器6采用檢測到的錯誤數 量、經校正的錯誤數量和/或接收信號的電場值(這些值從ADC 4i、4q輸入到信號處理單元5)，作為用于監(jiān)測接收信號質量的信息。檢測到的錯誤數量和經校正的錯誤數量可以視為接收信號質量的指標。例如，當 這些數量較大時表示接收信號質量較差，而當這些數量較小時表示接收信號質量較好。在 此情況下，信號質量監(jiān)測器6輸出信號質量監(jiān)測值，每個值都對應于從信號處理單元5接收 的檢測到的錯誤數量和經校正的錯誤數量之一?？刂屏刻峁﹩卧?基于信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果向輸入光電平控制器8和本 地光源2A提供控制量，使得可以控制將被引入光混合器1并相互混合的輸入光和本地光之 間的功率比。換言之，輸入光電平控制器8是用于控制將被輸入光混合器1的輸入光的電平的 輸入光電平控制器的示例，而本地光源2A是用于控制將被輸入光混合器1的本地光的電平 的本地光電平控制器的示例。輸入光電平控制器8、本地光源2A、控制量提供單元7相互合 作，起基于信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果來控制將要相互混合的輸入光和本地光之間的功 率比的控制器的作用。圖4是控制量提供單元7對功率比的控制示例的示意圖。如圖4中的L11和L21 所示，通過使用將被提供到輸入光電平控制器8的控制量，將要輸入到光混合器1的信號光 的電平以頻率f0抖動。同時，通過使用將被提供到本地光源2A的控制量，將要輸入到光混 合器1的本地光的電平保持恒定。上述抖動的信號光與本地光在光混合器1中混合，然后光混合器1將同相信號光 I和正交相位信號光Q分別輸出到光接收裝置3ai和3aq。光接收裝置3ai、3aq對來自光 混合器1的同相信號光I和正交相位信號光Q分別進行光電轉換。ADC 4i、4q將通過光電 轉換獲得的模擬電信號轉換成數字信號，并將數字信號輸出到信號處理單元5。光接收裝置3ai、3aq使用作為各自部件的各自的放大器來控制將被分別輸入到 ADC 4i、4q的模擬電信號的電平保持恒定。抖動頻率f0被設置成區(qū)別于數據速率頻率(例 如，充分低于數據速率頻率)。這樣可以將信號光的電平的抖動造成的效果反映到由信號質 量監(jiān)測器6獲得的監(jiān)測值中。對于光信號，輸入光電平控制器8的抖動幅值被設置成充分小于信號光本身具有 的幅值，從而使得后續(xù)在信號處理單元5中進行的數據解調不會受到影響。信號質量監(jiān)測器6使用來自信號處理單元5的信息而監(jiān)測信號質量。伴隨著信號 光光電平的抖動，信號質量的監(jiān)測結果隨著圖2中曲線A表示的特性波動。特別地，當輸入光電平控制器8將頻率為f0的抖動施加到輸入信號光時，信號光 光電平具有與分別將被輸入到輸入光電平控制器8的信號光電平LI、L2關聯(lián)的頻率f0的 波動分量L11、L21。作為信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果的值受到信號光電平抖動的影響而使質量指 標發(fā)生變化。特別地，當將被輸入到光混合器1的信號光的電平如L21所示地以頻率f0波 動時，作為信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果獲得的值M2也會以頻率f0波動。信號光電平的 波動L21是由圖2所示的2乘檢測分量影響較大的區(qū)域的波動造成的。相反，當將被輸入到光混合器1的信號光的電平如L11所示地以頻率f0波動時， 作為信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果的值Ml會以頻率2f0波動。信號光電平的波動L11是 由2乘檢測分量和RIN影響較小區(qū)域的波動造成的。
因此，控制量提供單元7控制信號光的幅值，以使得包含在作為信號質量監(jiān)測器6 的監(jiān)測結果的值中的頻率f0分量最小，或者使頻率2f0分量最大。在圖4的情況下，控制 量提供單元7向輸入光電平控制器8提供控制量，以使得信號光的幅值約為L1。在上例中，信號光的電平在輸入光電平控制器8的控制下發(fā)生抖動。另選地，從本 地光源2A發(fā)出的本地光的電平可發(fā)生抖動。現(xiàn)在參照圖5對具有上述構成的光接收機10執(zhí)行的操作進行說明。輸入光電平 控制器8將通過光傳輸路徑輸入的信號光和本地光的電平設置成初始值(步驟A1)。此處， 控制量提供單元7可以向輸入光電平控制器8提供用于將電平設置成初始值的控制信息。然后，輸入光電平控制器8參照控制量提供單元7提供的控制量將頻率為f0的抖 動施加到輸入信號光的電平(步驟A2)。信號質量監(jiān)測器6從信號處理單元5接收檢測到 的錯誤數量和經校正的錯誤數量，并輸出信號質量監(jiān)測值(步驟A3)?？刂屏刻峁﹩卧?通過例如同步檢測從信號質量監(jiān)測器6輸出的監(jiān)測值中提取頻 率f0 (或頻率2f0)分量(步驟A4)，并通過對輸入光電平控制器8的控制來控制信號光的 電平，以使得提取的頻率f0分量最小。另外，控制量提供單元7可以控制信號光的電平，以 使得提取的頻率2f0分量最大(步驟A3-A5)。另選地，可對本地光源2A進行控制，以使得 本地光的電平如上所述地受到控制。如圖6所示，控制量提供單元7可以繼續(xù)控制信號光的電平，直至提取的頻率f0 分量低于預定閾值(或直至提取的頻率2f0分量高于預定閾值)，即直至滿足閾值條件(從 步驟A51的“否”路徑經步驟A52至步驟A3)。在此情況下，對于信號光電平的控制在上述 閾值條件得到滿足時終止(步驟A51的“是”路徑)。第一實施方式中的閾值可以作為判斷信號質量是否處于滿足預定標準的范圍內 的依據。此后，控制量提供單元7可以采用規(guī)律或不規(guī)律的間隔來控制上述功率比。由于第一實施方式可以將信號光和本地光之間的功率比設置為至少落入預定范 圍內，因此接收信號的信號質量可以被有利地保持在良好狀態(tài)。B1變型例第一實施方式的信號質量監(jiān)測器6可以使用接收信號的電場值(這些值從ADC 4i、4q輸入到信號處理單元5)的信息作為檢測到的錯誤數量和經校正的錯誤數量的替代 物，以下面的方式獲得作為接收信號的質量指標的值。信號質量監(jiān)測器6累積預定數量的采樣接收信號的電場值信息，并計算累積起來 的采樣接收信號的電場值的平均值，即接收信號的平均功率P，然后附加地計算接收信號 的電場值的標準偏差o。計算出的P與o的比值F(= y/o)可作為接收信號的質量指 標。圖7是質量指標值F的示意圖。即圖7示出了在波形均衡處理之后的預定時間段 內獲得的電場數據的分布。此處，由于提供給信號質量監(jiān)測器6的數據未經過相位同步，圖 7的星座圖上的信號點以大致恒定的幅度均勻地涵蓋整個相位。比值F可以與圖8例示的光信噪比(0SNR)相關聯(lián)，并可因此作為接收信號的質量 指標以在控制量提供單元7中控制功率比。C第二實施方式圖9是示意性地示出第二實施方式的框圖。圖9的光接收機20包括與第一實施方式的控制量提供單元7不同的控制量提供單元17，但是其它構成則與圖3所示的光接收 機10基本相同。在圖9中，采用與圖3的附圖標記相同的附圖標記來表示的部件和元件與 圖3中相應的部件和元件基本相同。此處，控制量提供單元17基于信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果，采用與第一實施方 式所用方法相同的方法來控制信號光和本地光之間的功率比，并且在保持功率比如此受控 的同時控制信號光和本地光的幅值。ADC 4i、4q具有將被采樣的幅值的恰當范圍。換言之，當輸入具有超范圍限制的 幅值的電場強度調制信號時，ADC 4i、4q難以在保持接收信號的良好質量的同時進行采樣。 然而，第二實施方式可以優(yōu)化進入ADC4i、4q的輸入電平，因為信號光和本地光的幅值可以 在保持恒定功率比的同時得到控制。圖10是示出了第二實施方式的光接收機20的操作例的流程圖。開始，控制量提 供單元17采用與第一實施方式所用方法相同的方法(見圖6)來控制信號光和本地光之間 的功率比(步驟A1-A4以及步驟A51-A52)。特別地，控制量提供單元17繼續(xù)控制信號光的 電平，直至提取的頻率fD分量低于預定閾值(或2f0分量高于預定閾值)，即直至滿足閾值 條件(從步驟A51的“否”路徑經步驟A52至步驟A3)。然后，當表示信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果的值滿足閾值條件時，控制量提供單 元17在保持上述功率比的同時控制信號光和本地光兩者的電平(從步驟A51的“是”路徑 至步驟A7-A11)。這樣可以優(yōu)化將被輸入到ADC 4i、4q的電信號的電平。在固定信號光和本地光之間的功率比的狀態(tài)下，向信號光和本地光的電平施加頻 率為fl的抖動。為此，控制量提供單元17向輸入光電平控制器8和本地光源2A輸出控制 信號(步驟A7)。頻率fl可與頻率fD相同或不同。此處，在將要輸入到ADC 4i、4q的電信號的電平優(yōu)化過程中，該抖動對監(jiān)測結果 的效果可認為被作為元件包含在光接收裝置3ai、3aq中的AGC放大器所消除和/或被在信 號處理單元5中執(zhí)行的歸一化功能所消除。在此情況下，采用下列應對措施(1)_(4)中的一項或其任意組合來向信號光和本 地光施加抖動(1)暫停包含在光接收裝置3ai、3aq中的AGC放大器的增益控制；(2)暫停信號處理單元5中的歸一化功能；(3)使用對AGC放大器的增益控制無響應的頻率作為抖動頻率H，例如使用與AGC 放大器的響應速度相比足夠低或高的頻率；以及(4)使用在信號處理單元5中實現(xiàn)歸一化的DSP中的電路對其無響應的頻率作為 抖動頻率fl。信號質量監(jiān)測器6輸出通過向將要輸入光混合器1的信號光和本地光的電平添加 頻率為fl的抖動而獲得的信號質量監(jiān)測值(步驟A8)?？刂屏刻峁﹩卧?7通過例如同步檢測而提取包含在作為信號質量監(jiān)測器6的監(jiān) 測結果獲得的監(jiān)測值中的頻率fl(或頻率2H)分量(步驟A9)?？刂屏刻峁﹩卧?7繼續(xù) 控制信號光和本地光的電平直至提取的頻率fl分量低于預定閾值(或頻率2fl分量高于 預定閾值)，即直至滿足閾值條件(從步驟A10的“否”路徑經步驟All至步驟A8)。此處 的閾值可視為這樣的值，其代表信號質量變得高于控制功率比時所用的判定閾值時的信號質量。此后，當滿足該閾值條件時，停止對信號光和本地光的電平控制(步驟A10中的 “是”路徑)。另選地，當滿足該閾值條件時，可重新控制信號光和本地光之間的光電平比 (level ratio)(從步驟A10中的“是”到步驟A2的虛線路徑)。因此，第二實施方式可以將控制信號光和本地光之間的功率比至少設置在固定范 圍內，使得接收信號的質量被有利地保持在良好狀態(tài)。此外，信號光和本地光的幅值也可進行優(yōu)化，從而有助于進一步提高接收信號的質量。D第三實施方式圖11是示意性地示出了第三實施方式的框圖。如圖11所示的光接收機30包括與 第二實施方式的控制量提供單元17不同的控制量提供單元27。第三實施方式的光接收機 30包括光接收裝置23i、23q，每個光接收裝置均包括單端光電二極管3_1、交流耦合器3_2 以及放大器3-3。每個單端光電二極管3-1都從光混合器1的一個信道接收輸出光，并輸出幅值對 應于接收的光量的電信號。每個交流耦合器3-2都從相應單端光電二極管3-1輸出的電信 號中去除直流分量。每個放大器3-3都對直流分量已由交流耦合器3-2去除的電信號進行放大，并將 放大后的電信號輸出到相應的ADC 4i或4q之一。每個放大器3_3均進行增益控制以優(yōu)化 將要輸出到相應的ADC 4i或4q的電信號，用于相應的ADC中的采樣。另選地，每個交流耦 合器3-2可以設置在放大器3-3的下游，也即放大器3-3和相應的ADC 4i或4q之間?？刂屏刻峁﹩卧?7對包含在光接收裝置23i和23q中的各個放大器3_3的增益 進行控制，并同時保持基于信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果采用與第一實施方式所用方法相 同的方法進行控制的(信號光和本地光之間的)功率比。因此，將要輸入到ADC 4i、4q的信號電平被控制為使得由信號質量監(jiān)測器6監(jiān)測 的接收信號質量按與第二實施方式類似的方式得到優(yōu)化。上述第二實施方式控制將要輸入到光混合器1的信號光和本地光的電平。然而可 以如在第三實施方式中那樣通過在放大器3-3處控制將要輸入到ADC 4i或4q的電信號的 信號電平增益，來類似地優(yōu)化接收信號的質量。圖12是示出了第三實施方式的光接收機30的操作例的流程圖。開始，控制量提 供單元27采用與流程圖3、9相同的方式來控制信號光和本地光之間的功率比(步驟A1-A4 以及步驟A51-A52)。特別地，控制量提供單元27繼續(xù)控制信號光的電平，直至提取的頻率 f0分量低于預定閾值(或2f0分量高于預定閾值)，即直至滿足閾值條件(從步驟A51的 “否”路徑經步驟A52至步驟A3)。然后，當滿足上述閾值條件時，控制量提供單元27在保持上述功率比的同時控制 信號光和本地光兩者的電平(從步驟A51的“是”路徑至步驟A7-A10和步驟A111)。這樣 可以優(yōu)化將被輸入到ADC 4i、4q的電信號的電平。在固定信號光和本地光之間的功率比的狀態(tài)下，通過控制光接收裝置23i、23q的 各個放大器3-3的增益，向各個放大器3-3的輸出施以頻率為fl的抖動。為此，控制量提 供單元27向各光接收裝置23i、23q的放大器3_3輸出控制信號(步驟A7)。
信號質量監(jiān)測器6輸出通過向將要輸入到光混合器1的信號光和本地光的電平添 加頻率為n的抖動而獲得的信號質量監(jiān)測值(步驟A8)。控制量提供單元27根據作為信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果獲得的值通過例如相 干檢測而提取頻率fl (或頻率2H)分量(步驟A9)。控制量提供單元27繼續(xù)控制各放大 器(電放大器)3-3的增益直至提取的頻率f 1分量低于預定閾值(或頻率2f 1分量高于預 定閾值)，即直至滿足閾值條件(從步驟A10的“否”路徑經步驟A111至步驟A8)。此處的 閾值可視為表示信號質量高于控制功率比時所用判定閾值的信號質量的值。此后，當滿足閾值條件時，停止對放大器3-3的增益的控制(步驟A10中的“是”路 徑)。另選地，當滿足閾值條件時，可重新控制信號光和本地光之間的電平比(從步驟A10 中的“是”到步驟A2的虛線路徑)。因此，第三實施方式可以將信號光和本地光之間的功率比至少設置在固定范圍 內，使得接收信號的質量被有利地保持在良好狀態(tài)。此外，將要輸入到ADC 4i、4q的電信號的幅值也可進行被優(yōu)化，從而有助于進一 步提高接收信號的質量。E第四實施方式圖13是示意性地示出了第四實施方式的框圖。圖13的光接收機40包括與第二 實施方式的控制量提供單元17不同的控制量提供單元37，以及電平檢測器38。光接收機 40的其它構成與圖9的光接收機20基本相同。在圖13中，采用與圖9的附圖標記相同的 附圖標記來表示的部件和元件與圖9中相應的部件和元件基本相同。電平檢測器38是用于監(jiān)測來自ADC 4i、4q的數字信號的電平的電平監(jiān)測器的示 例。特別地，電平檢測器38捕捉ADC 4i、4q在預定時間內輸出的數字信號的值(采樣值)， 獲得電場強度調制信號的場強分布，并且根據場強分布獲得幅值直方圖?？刂屏刻峁﹩卧?7采用與第一實施方式所用方法相同的方法來控制信號光和本 地光之間的功率比，并且基于電平檢測器38的監(jiān)測結果，在保持功率比如此受控的同時控 制信號光和本地光的幅值。圖14、15描述了采用控制量提供單元37來控制信號光和本地 光的幅值的模式?？刂屏刻峁﹩卧?7基于電平檢測器38獲得的幅值直方圖來計算預定時間段內被 鉗得(clip)的采樣值的數量。換言之，控制量提供單元37計算屬于ADC 4i、4q的幅值動 態(tài)范圍的上限或下限的采樣值的數量。例如，如圖14所示，當計算出的采樣值的數量超過 預定閾值T時，控制量提供單元37將按照預定的比例減小信號光和本地光的幅值，同時保 持功率比按照與第一實施方式所用方法相同的方法受到控制。特別地，控制量提供單元37向輸入光電平控制器8和本地光源2A提供控制量(輸 出控制信號)，從而按照預定的比例(例如大約3%)減小將要輸入到光混合器1的信號光 和本地光的幅值，這樣就減小了屬于ADC 4i、4q的幅值動態(tài)范圍的上限或下限的采樣值的 數量。因此，到ADC4i、4q的輸入可以是具有最佳幅值的采樣信號。控制量提供單元37參照電平檢測器38獲得的幅值直方圖來統(tǒng)計在預定時間段內 超出預定幅值閾值IT的采樣的數量。例如，如圖15所示，當不存在超出上述幅值閾值IT 的采樣值時，控制量提供單元37按照預定的比例增大信號光和本地光的幅值，同時保持功 率比按照與第一實施方式所用方法相同的方法受到控制。
特別地，控制量提供單元37向輸入光電平控制器8和本地光源2A提供控制量(輸 出控制信號)，從而按照預定的比例(例如大約3% )增大將要輸入到光混合器1的信號光 和本地光的幅值，這樣就拓寬了在ADC 4i、4q中采樣的幅值動態(tài)范圍的強度分布，使得到 ADC 4i、4q的輸入可以作為具有對于采樣來說優(yōu)化了的幅值的信號。此處，幅值閾值IT可 以是作為在ADC 4i、4q中最佳地進行采樣的判斷指標的值，并且其小于與ADC 4i、4q的動 態(tài)范圍的上限或下限對應的幅值。圖16是示出了第四實施方式的光接收機40的操作例的流程圖。開始，光接收機 40中的控制量提供單元37采用與流程圖3、9相同的方式來控制信號光和本地光之間的功 率比(步驟A1-A4以及步驟A51-A52)。特別地，控制量提供單元37繼續(xù)控制信號光的電 平，直至提取的頻率f0分量低于預定閾值(或2f0分量高于預定閾值)，即直至滿足閾值條 件(從步驟A51的“否”路徑經步驟A52至步驟A3)。然后，控制量提供單元37按照預定比例步長控制信號光功率和本地光功率，同時 保持功率比受到控制，直至電平檢測器38獲得的幅值直方圖處于恰當的狀態(tài)(從步驟A51 中的“是”路徑經步驟A17至步驟A18)。特別地，控制量提供單元37基于電平檢測器38獲 得的幅值直方圖來計算預定時間段內鉗得的采樣值的數量。此外，控制量提供單元37參照 電平檢測器38獲得的幅值直方圖來計算在預定時間段內超出預定幅值閾值的采樣值的數 量。如果計算出的采樣值數量超出預定閾值T (見圖14)，則控制量提供單元37按照 預定的比例減小信號光和本地光的幅值，同時保持上述功率比。相反，如果沒有超出幅值閾 值IT的采樣值(見圖15)，則控制量提供單元37按照預定的比例增大信號光和本地光的幅 值，同時保持上述功率比(從步驟A17中的“否”路徑到步驟A18)。當電平檢測器38獲得的幅值直方圖處于恰當狀態(tài)時，控制量提供單元37停止對 信號光功率和本地光功率的控制(步驟A17的“是”路徑)。另選地，可重新控制信號光和 本地光之間的電平比(從步驟A17中的“是”到步驟A2的虛線路徑)。因此，第四實施方式可以將信號光和本地光之間的功率比至少設置在固定范圍 內，使得接收信號的質量被有利地保持在良好狀態(tài)。此外，信號光和本地光的幅值也可進行優(yōu)化，從而有助于進一步提高接收信號的質量。F第五實施方式圖17是示意性地示出了第五實施方式的框圖。如圖17所示的光接收機50包括 與第四實施方式不同的光接收裝置23i、23q和控制量提供單元47，但光接收機50的其它構 成與第四實施方式的基本相同。在圖17中，采用與圖13的附圖標記相同的附圖標記來表 示的部件和元件與圖13中相應的部件和元件基本相同。光接收裝置23i、23q與第三實施方式中的光接收裝置相同(見圖11)，每個光接收 裝置均包括單端光電二極管3-1、交流耦合器3-2以及放大器3-3?？刂屏刻峁﹩卧?7基于信號質量監(jiān)測器6的監(jiān)測結果，采用與第一實施方式所用 方法相同的方法來控制信號光和本地光之間的功率比。此外，控制量提供單元47基于電平 檢測器38獲得的幅值直方圖來控制包含在各個光接收裝置23i、23q中的放大器3_3的增
frff. o
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因此，將要輸入到ADC 4i、4q的信號的電平被控制成使得由信號質量監(jiān)測器6監(jiān) 測的接收信號的質量按照與第四實施方式所用方法相同的方法進行優(yōu)化。前述第四實施方式控制將要輸入到光混合器1的信號光和本地光的電平。另選 地，可以通過象在第五實施方式中那樣控制放大器3-3的增益以控制將要輸入到ADC 4i或 4q的電信號的信號電平，來類似地優(yōu)化接收信號的質量。圖18是示出了第五實施方式的光調制器50的操作例的流程圖。開始，控制量提 供單元47采用與流程圖3相同的方式來控制信號光和本地光之間的功率比(步驟A1-A4 以及步驟A51-A52)。特別地，控制量提供單元47繼續(xù)控制信號光的電平，直至提取的頻率 f0分量低于預定閾值(或2f0分量高于預定閾值)，即直至滿足閾值條件(從步驟A51的 “否”路徑經步驟A52至步驟A3)。然后，控制量提供單元47按照預定比例步長控制各放大器3-3的增益，同時保持 功率比受到控制，直至電平檢測器38獲得的幅值直方圖處于恰當的狀態(tài)(從步驟A51中的 “是”路徑經步驟A27至步驟A28)。特別地，控制量提供單元47基于電平檢測器38獲得的 幅值直方圖來計算預定時間段內鉗得的采樣值的數量。此外，控制量提供單元47計算在預 定時間段內超出預定幅值閾值的采樣值的數量。如果計算出的采樣值數量超出預定閾值T (見圖14)，則控制量提供單元47按照預 定的比例減小光接收裝置23i、23q的放大器3-3的增益，同時保持上述功率比。相反，如果 沒有超出幅值閾值IT的采樣值(見圖15)，則控制量提供單元47按照預定的比例增大光接 收裝置23i、23q的放大器3-3的增益，同時保持上述功率比(從步驟A27中的“否”路徑到 步驟A28)。當電平檢測器38獲得的幅值直方圖處于恰當狀態(tài)時，控制量提供單元47固定放 大器3-3的增益(步驟A27的“是”路徑)。另選地，可重新控制信號光和本地光之間的電 平比(從步驟A27中的“是”到步驟A2的虛線路徑)。因此，第五實施方式可以將信號光和本地光之間的功率比至少設置在固定范圍 內，使得接收信號的質量被有利地保持在良好狀態(tài)。此外，信號光和本地光的幅值也可進行優(yōu)化，從而有助于進一步提高接收信號的質量。G第六實施方式圖19是示意性地示出了第六實施方式的框圖。與第四實施方式不同，圖19的光 接收機60接收光信號，該光信號采用將兩個不同的偏振分量作為光調制復用元素的偏振 復用方案。為此，光接收機60包括偏振分集光混合器51，光接收裝置3ai-X、3aq-X、3ai-Y、 3aq_Y，交流耦合器 9i-X、9q-X、9i_Y、9q-Y，ADC 4i-X、4q-X、4i_Y、4q-Y，以及信號處理單元 5A。此外，光接收機60還包括與第四實施方式相同的信號質量監(jiān)測器6、控制量提供單元 57、電平檢測器38、本地光源2A、輸入光電平控制器8。偏振分集光混合器51從輸入光電平控制器8接收經過偏振復用處理的信號光，同 時從本地光源2A接收本地光，從而針對兩個偏振分量(即X偏振分量和Y偏振分量)中的 各偏振分量輸出同相信號光I和正交相位信號光Q。因此，偏振分集光混合器51是混合輸 入光和本地光以獲得同相信號光和正交相位信號光的混合器的示例。此處，偏振分集光混 合器51包括偏振分束器(PBS)51a、51b以及光混合器51x、51y，如圖20例示。
在圖20中，PBS 5Ia將通過輸入光電平控制器8從光傳輸路徑輸入的信號光分成 相互正交的兩個偏振分量(X偏振分量Sx和Y偏振分量Sy)，并將這些分量分別引入不同的 光混合器51x、51y。PBS 51b將從本地光源2A輸入的信號光分成相互正交的兩個偏振分量 (X偏振分量Lx和Y偏振分量Ly)，并將這些分別引入不同的光混合器51x、51y。 光混合器51x、51y具有與前述實施方式的光混合器1相同的構成。因此，光混合 器51x將信號光的正交偏振分量的X偏振分量和本地光的正交偏振分量的X偏振分量混合 起來，從而輸出同相信號光Pix和正交相位信號光Pqx。類似地，光混合器51y輸出同相信 號光Piy和正交相位信號光Pqy。光接收裝置3ai-X、3ai-Y、3aq-X、3aq-Y分別接收同相信號光Pix、Piy和正交相 位信號光Pqx、Pqy，并分別輸出模擬同相電信號Pix、Piy和模擬正交相位電信號Pqx、Pqy， 以此作為電場強度調制信號。交流耦合器9i-X、9i-Y、9q-X、9q-Y分別去除包含在同相信號 Pix、Piy和正交相位信號Pqx、Pqy的電場強度調制信號中的直流分量。此外，ADC 4i_X、 4i-Y、4q-X、4q_Y分別將已去除了直流分量的同相信號Pix、Piy和正交相位信號Pqx、Pqy 的電場強度調制信號轉換成數字信號，并將轉換出的信號輸出到信號處理單元5A。信號處理單元5A從ADC 4i-X、4i_Y、4q-X、4q-Y接收分別對應于同相信號Pix、Piy 和正交相位信號Pqx、Pqy的電場強度調制信號的數字信號并進行信號處理，例如波形均衡 處理和解碼處理。電平檢測器38按照預定方式從ADC 4i-X、4q-X、4i-Y、4q-Y捕捉數字信號的值，從 而獲得電場強度調制信號的場強分布，并從場強分布得出幅值直方圖。另選地，電平檢測器 38可以捕捉兩個偏振分量中任何一個(例如X偏振)的同相信號Pix、Piy和正交相位信 號Pqx、Pqy的ADC輸出，從而基于所捕獲的輸出獲得幅值直方圖?？刂屏刻峁﹩卧?7按照與第四實施方式所用方法相同的方法來控制信號光和本 地光之間的功率比，并且基于電平檢測器38的檢測結果來控制信號光和本地光的幅值，同 時保持功率比得到控制。因此，第六實施方式可以將信號光和本地光之間的功率比至少設置在固定范圍 內，使得接收信號的質量被有利地保持在良好狀態(tài)。此外，信號光和本地光的幅值也可被優(yōu)化，從而有助于進一步提高接收信號的質量。H其它在不偏離本公開的要點的前提下，上述實施方式可以進行各種變型。例如，每種實施方式的光接收裝置均為單端光電二極管，但也可另選地為雙光電 二極管，同樣能保證與前述實施方式相同的優(yōu)點。當經過偏振復用的光信號在第一到第三以及第五實施方式的構成中被接收時，這 些構成可以根據第六實施方式的構成進行變型。此外，可以參照上述公開得出權利要求中的光接收機。
權利要求
一種光接收機，所述光接收機包括混合器(1，51x，51y)，混合輸入光和本地光以獲得同相信號光和正交相位信號光；光接收裝置(3ai，3aq，3bi，3bq，23i，23q，3ai-X，3aq-X，3ai-Y，3aq-Y)，用于接收所述同相信號光和所述正交相位信號光并將所述同相信號光和所述正交相位信號光轉換為對應的模擬電信號；模數轉換器(4i，4q)，用于將所述模擬電信號轉換為對應的數字信號；信號處理器(5，5A)，用于使用各所述數字信號進行數字信號處理；監(jiān)測器(6)，用于參照通過所述數字信號處理而獲得的信息來監(jiān)測接收信號的質量；以及控制器(2A，7，8，17，27，37，47，57)，用于基于所述監(jiān)測器(6)的監(jiān)測結果來控制將要相互混合的所述輸入光和所述本地光之間的功率比。
2.根據權利要求1所述的光接收機，其中所述混合器(l，51x，51y)將所述輸入光和相 位差約為90°的兩路本地光分別混合。
3.根據權利要求2所述的光接收機，其中所述光接收裝置(3ai，3aq，3bi，3bq，23i， 23q, 3ai-X, 3aq-X, 3ai-Y, 3aq-Y)包括與所述混合器(l，51x，51y)輸出的各信號光分別對 應地設置的單端光電二極管。
4.根據權利要求2所述的光接收機，其中所述光接收裝置(3ai，3aq，3bi，3bq，23i， 23q, 3ai-X, 3aq-X, 3ai-Y, 3aq-Y)包括與所述混合器(l，51x，51y)輸出的各信號光分別對 應地設置的雙光電二極管。
5.根據權利要求2所述的光接收機，其中所述光接收裝置(3ai，3aq，3bi，3bq，23i， 23q，3ai-X，3aq-X，3ai-Y，3aq_Y)包括針對待接收的各信號光而提供的單端光電二極管(3-1)，用于接收所述信號光，以及放大器(3-3)，用于放大所述單端光電二極管(3-1)的輸出，并輸出對應于所述信號光 的幅值的模擬信號。
6.根據權利要求2所述的光接收機，其中所述混合器(l，51x，51y)輸出所述輸入光的兩個彼此不同的偏振分量中的各偏振分 量的所述同相信號光和所述正交相位信號光；提供多個所述光接收裝置(3ai,3aq, 3bi,3bq, 23i，23q，3ai_X，3aq_X，3ai_Y，3aq_Y)， 各所述光接收裝置(3ai，3aq，3bi，3bq，23i，23q，3ai_X，3aq_X，3ai_Y，3aq_Y)針對所述偏 振分量的所述同相信號光和所述正交相位信號光之一而提供；以及提供多個所述模數轉換器(4i，4q)，各所述模數轉換器(4i，4q)針對所述偏振分量的 所述同相信號光和所述正交相位信號光之一而提供。
7.根據權利要求1-3任一項所述的光接收機，其中所述控制器(2A，7，8，17，27，37，47， 57)包括輸入光電平控制器(8)，用于控制將要輸入到所述混合器(l，51x，51y)的所述輸入光 的電平；本地光電平控制器(2A)，用于控制將要輸入到所述混合器(l，51x，51y)的所述本地光 的電平；以及控制量提供單元(7，17，27，37，47，57)，用于向所述輸入光電平控制器(8)和所述本地光電平控制器(2A)提供電平控制量，從而控制所述功率比，所述電平控制量基于所述監(jiān)測 器(6)的監(jiān)測結果。
8.根據權利要求7述的光接收機，其中所述控制量提供單元(7，17，27，37，47，57)在保 持基于所述監(jiān)測器(6)的所述監(jiān)測結果的所述功率比的同時，控制所述輸入光和所述本地 光的幅值。
9.根據權利要求7述的光接收機，其中針對待接收的各信號光，所述光接收裝置(3ai，3aq，3bi，3bq，23i，23q，3ai_X，3aq-X, 3ai_Y，3aq-Y)包括單端光電二極管(3-1)，用于接收所述信號光，以及放大器(3-3)，用于放大所述單端光電二極管(3-1)的輸出，并輸出對應于所述信號光 的幅值的模擬信號，所述控制量提供單元(7，17，27，37，47，57)在保持基于所述監(jiān)測器(6)的所述監(jiān)測結 果的所述功率比的同時，控制所述放大器(3-3)各自的增益。
10.根據權利要求9述的光接收機，所述光接收機還包括電平監(jiān)測器(38)，所述電平監(jiān) 測器(38)用于監(jiān)測來自所述模數轉換器(4i，4q)的所述數字信號的電平，所述控制量提供單元(7，17，27，37，47，57)在保持所述功率比的同時，基于所述電平 監(jiān)測器(38)的監(jiān)測結果來控制所述放大器(3-3)的個體增益。
11.一種光接收方法，所述光接收方法包括混合輸入光和本地光以獲得同相信號光和正交相位信號光；將所述同相信號光和所述正交相位信號光分別轉換為對應的模擬電信號；將所述模擬電信號分別轉換為對應的數字信號；使用各所述數字信號進行數字信號處理；參照通過所述數字信號處理而獲得的信息來監(jiān)測接收信號的質量；以及基于所述監(jiān)測的結果來控制將要相互混合的所述輸入光和所述本地光之間的功率比。
全文摘要
本發(fā)明涉及光接收機及光接收方法。將通過相互混合輸入光和本地光而獲得的同相信號光和正交相位信號光轉換成數字信號。參照通過數字信號處理而獲得的信息對待接收信號的質量進行監(jiān)測，并基于監(jiān)測結果來控制將要相互混合的輸入信號光和本地光之間的功率比。
文檔編號H04B10/148GK101860400SQ20101015573
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權日2009年4月3日
發(fā)明者中島久雄, 小田祥一郎, 星田剛司, 秋山祐一, 谷村崇仁 申請人:富士通株式會社