專(zhuān)利名稱(chēng)：相干光接收機(jī)、用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相干光接收機(jī)以及用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯(skew)的裝置和方法，更具體地，涉及通過(guò)相干檢測(cè)和數(shù)字信號(hào)處理接收極化復(fù)用光信號(hào)的相干光接收機(jī)，以及用于檢測(cè)該相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置和方法。
背景技術(shù)：
由于互聯(lián)網(wǎng)的廣泛分布，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)容量已在逐年增加。在連接城市區(qū)域的干線(xiàn)中，已經(jīng)引入了其每通道傳輸能力為IOGb/s或40Gb/s的光傳輸鏈路。在IOGb/s傳輸中，使用開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)來(lái)作為調(diào)制方案。雖然也在40Gb/s傳輸中使用OOK方案，對(duì)于長(zhǎng)距離的傳輸來(lái)說(shuō)，這是不適合的，因?yàn)?5ps的窄光脈沖寬度，傳輸特性受到色散的極大影響。因 此，已經(jīng)采用了使用相位調(diào)制的多級(jí)調(diào)制方案以及極化復(fù)用方案，并且針對(duì)100Gb/S種類(lèi)的傳輸系統(tǒng)，主要使用雙極化正交相移鍵控(DP-QPSK)方案。相關(guān)光接收機(jī)對(duì)在發(fā)射機(jī)中通過(guò)DP-QPSK方案調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)行接收和解調(diào)(例如，參見(jiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。圖12示出了相關(guān)的相干光接收機(jī)的配置的示例。相關(guān)的相干光接收機(jī)600具有本地光源610、90度混合電路(90° HYBRID) 620、光電轉(zhuǎn)換器(0/E)630、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 640和數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 650?？梢酝ㄟ^(guò)以下公式將信號(hào)光和本地光分別表示為單個(gè)極化信號(hào)。S (t) = exp [j cot](I)L (t) = exp [ j ( ω + Δ ω ) t](2)在此，Δ ω表不信號(hào)光與本地光之間的頻率時(shí)滯。將信號(hào)光和本地光輸入到90度混合電路(90° HYBRID) 620中，穿過(guò)光干涉系統(tǒng)，并由光電轉(zhuǎn)換器(0/E) 630轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換器(0/E)630中的每一個(gè)由不同配置的光電二極管組成。此時(shí),從Ix端口和Qx端口分別獲得由以下的公式(3)和(4)表示的輸出。Ix (t) =cos(Acot)(3)Qx (t) = sin (Δ cot)(4)在極化復(fù)用信號(hào)的情況下，信號(hào)光S⑴被表示為S (t) = Εχ+Εγ,從Ix端口和Iy端口輸出混合信號(hào)Εχ+Εγ的余弦分量，以及從Qx端口和Qy端口輸出混合信號(hào)Εχ+Εγ的正弦分量。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 640對(duì)從每個(gè)端口輸出的信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后輸入到數(shù)字信號(hào)處理單兀(DSP)650中。數(shù)字信號(hào)處理單兀(DSP)650通過(guò)極化解復(fù)用處理將輸入信號(hào)解復(fù)用為Ex信號(hào)和Ey信號(hào)，并通過(guò)相位估計(jì)處理將Ex和Ey信號(hào)解調(diào)為四個(gè)電平。通過(guò)這種方式，可以使用相干光接收機(jī)來(lái)解調(diào)DP-QPSK信號(hào)。非專(zhuān)利文獻(xiàn)I :M. G. Taylor, “Coherent Detection Method Using DSP forDemodulation of Signal and Subsequent Equalization of Propagation Impairments，，，IEEE Photonics Technology Letters, vol. 16, No. 2,February 2004,p.674-67
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題上述公式(3)和(4)中的信號(hào)的表達(dá)式僅在以下情況下成立在相干光接收機(jī)600中，從90度混合電路620的輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器640的輸入的所有四條信號(hào)線(xiàn)的長(zhǎng)度都相等。然而，很難使這四條通道之間的長(zhǎng)度(亦即，從90度混合電路620的輸出到光電轉(zhuǎn)換器630的輸入的光纖纜線(xiàn)的長(zhǎng)度以及從光電轉(zhuǎn)換器630的輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器640的輸入的同軸纜線(xiàn)的長(zhǎng)度)精確相等。在此，如果這四個(gè)通道之間的線(xiàn)路的長(zhǎng)度不相等，在信號(hào)傳輸中出現(xiàn)延遲，S卩，時(shí)滯。將參考圖13來(lái)描述時(shí)滯的影響。圖13是示出相關(guān)的90度混合電路620及其外設(shè)的配置的框圖。在該圖中，分別地，“PBS”表示極化波束分離器，“CPL”表示光耦合器，“ τ ”表示90度相差單元，以及“BR”表示作為光電轉(zhuǎn)換器(0/Ε)630的均衡光檢測(cè)器。 如果通道2(CH2)中存在與通道I (CHl)的時(shí)滯T，上述公式(4)改變?yōu)橄旅娴墓?br> (5)。Qx (t) = sin ( Δ ω (t+T))(5)在沒(méi)有上述的時(shí)滯T的情況下，可以由數(shù)字信號(hào)處理使用上述的公式(3)和(4)來(lái)執(zhí)行極化解復(fù)用和相位估計(jì)，并且可以完全地實(shí)現(xiàn)解調(diào)。然而，如果存在通道間時(shí)滯，由公式⑷表達(dá)的來(lái)自端口 Qx的輸出信號(hào)改變?yōu)橛晒?5)表達(dá)的輸出信號(hào)，即使執(zhí)行了數(shù)字信號(hào)處理，解調(diào)也變得不完整，從而不能夠獲得充足的性能。如上所述，在相干光接收機(jī)中存在如下問(wèn)題如果出現(xiàn)通道間時(shí)滯，充分的調(diào)解變得不可能，并因此接收性能惡化。本發(fā)明的目標(biāo)是提供相干光接收機(jī)以及用于檢測(cè)該相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置和方法，其解決上述問(wèn)題在相干光接收機(jī)中，如果出現(xiàn)通道間時(shí)滯，充分的調(diào)解變得不可能，因此接收性能惡化。解決問(wèn)題的手段根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的相干光接收機(jī)包括本地光源；90度混合電路；光電轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；以及數(shù)字信號(hào)處理單元，其中，所述90度混合電路使復(fù)用的信號(hào)光與來(lái)自所述本地光源的本地光相干涉，并輸出被分離為多個(gè)信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)；所述光電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)所述光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)行量化，并輸出量化信號(hào)；以及所述數(shù)字信號(hào)處理單元包括時(shí)滯補(bǔ)償單元和解調(diào)單元，所述時(shí)滯補(bǔ)償單元用于補(bǔ)償所述多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差，所述解調(diào)單元用于解調(diào)所述量化信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置包括相干光接收機(jī)；測(cè)試光源；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；FFT運(yùn)算單元；以及控制塊；其中，所述相干光接收機(jī)包括本地光源、90度混合電路以及光電轉(zhuǎn)換器；所述90度混合電路使來(lái)自所述測(cè)試光源的測(cè)試光與來(lái)自所述本地光源的本地光相干涉，并輸出被分離為多個(gè)信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)；所述光電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)所述光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)行量化，并輸出量化信號(hào)；所述FFT運(yùn)算單元對(duì)所述量化信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換處理；以及所述控制塊從所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果計(jì)算所述多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差。
根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法包括以下步驟通過(guò)使來(lái)自測(cè)試光源的測(cè)試光與來(lái)自本地光源的本地光相干涉，輸出被分離為多個(gè)信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)；檢測(cè)所述光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)；量化所述檢測(cè)到的電信號(hào)，并輸出量化信號(hào)；對(duì)所述量化信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換處理；以及從所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果計(jì)算所述多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的相干光接收機(jī)，即使在通道間出現(xiàn)時(shí)滯，也可以實(shí)現(xiàn)充分的解調(diào)，并因此抑制接收性能的惡化。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的相干光接收機(jī)的配置的框圖。 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置的配置的框圖。圖3是示意根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法的流程圖。圖4是圖表示意，其中，相對(duì)于點(diǎn)數(shù)繪出FFT數(shù)據(jù)，F(xiàn)FT數(shù)據(jù)是由根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的相干光接收機(jī)中的FFT運(yùn)算單元導(dǎo)出的。圖5是圖表示意，繪出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的相干光接收機(jī)的(^端口和Iy端口處的相差和角頻率之間的關(guān)系。圖6是示意根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例，用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的另一方法的流程圖。圖7是圖表示意，繪出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的相干光接收機(jī)的(^端口和Iy端口處的相差和角頻率之間的另一組關(guān)系。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例，用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置的配置的框圖。圖9是圖表示意，其中，相對(duì)于點(diǎn)數(shù)繪出FFT數(shù)據(jù)，F(xiàn)FT數(shù)據(jù)是由根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的相干光接收機(jī)中的FFT運(yùn)算單元導(dǎo)出的。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例，用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置的配置的框圖。圖11是示意根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例，用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法的流程圖。圖12是示出相關(guān)的相干光接收機(jī)的配置的框圖。圖13是示出相關(guān)的90度混合電路及其外設(shè)的配置的框圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。[第一不例性實(shí)施例]圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的相干光接收機(jī)100的配置的框圖。相干光接收機(jī)100具有本地光源110、90度混合電路(90° HYBRID) 120、光電轉(zhuǎn)換器(0/E) 130、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)140和數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 150。90度混合電路(90° HYBRID) 120使復(fù)用的信號(hào)光(SIGNAL)與來(lái)自本地光源110的本地光相干涉，并輸出被分離為相應(yīng)的信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)。在本示例性實(shí)施例中，將描述和使用DP-QPSK調(diào)制方案的情況。因此，90度混合電路(90° HYBRID) 120輸出分別包括4通道信號(hào)分量的4波光信號(hào)，針對(duì)兩個(gè)極化(X極化和Y極化)中的每一個(gè)，4通道信號(hào)分量由同相分量(Ix、Iy)和正交分量(Qx、Qy)組成。光電轉(zhuǎn)換器(0/E) 130檢測(cè)從90度混合電路120輸出的相應(yīng)光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 140對(duì)檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)行量化，并輸出量化信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 150具有時(shí)滯補(bǔ)償單元151和解調(diào)單元152，時(shí)滯補(bǔ)償單元151對(duì)多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差(此后稱(chēng)為“時(shí)滯”)進(jìn)行補(bǔ)償。例如，可以通過(guò)使用FIR(有限脈沖響應(yīng))濾波器等來(lái)配置時(shí)滯補(bǔ)償單元151 ;以及在這種情況下，時(shí)滯補(bǔ)償單元151保持基于時(shí)滯值確定的濾波器系數(shù)。解調(diào)單元152通過(guò)極化解復(fù)用處理將量化信號(hào)分離為X極化信號(hào)和Y極化信號(hào)，并在然后通過(guò)相位估計(jì)處理對(duì)4通道信號(hào)分量中的·每一個(gè)進(jìn)行解調(diào)。接下來(lái)，將參考圖2描述用于檢測(cè)相干光接收機(jī)100中的通道間時(shí)滯的方法。下面將描述相干光接收機(jī)100中的數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 150具有緩沖單元(BUF) 153和FFT運(yùn)算單元(FFT) 154的情況。此處的FFT運(yùn)算單元154對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器140輸出的量化信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換(此后稱(chēng)為“FFT”)。在圖2中，省略了對(duì)時(shí)滯補(bǔ)償單元151和解調(diào)單元152的示意。下面，首先將描述在90度混合電路中的I端口和Q端口之間存在90度誤差的情況。亦即，雖然存在著與90度混合電路中的I端口和Q端口之間的90度信號(hào)周期相對(duì)應(yīng)的延遲，由于90度混合電路的制造過(guò)程中的可變性，相差沒(méi)有必要準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于90度?？紤]到由于90度相差中的誤差造成的延遲Λ τ，將上述的公式(5)改變?yōu)橄旅娴墓?6)。Qx (t) = sin ( Δ ω (t+T) + Δ τ ) (6)當(dāng)存在該90度誤差時(shí)，由公式(4)表達(dá)的來(lái)自端口 Qx的輸出信號(hào)改變?yōu)橛晒?br> (6)表達(dá)的輸出信號(hào)，以及同樣在該情況下，即使執(zhí)行了數(shù)字信號(hào)處理，解調(diào)也變得不充分，從而不能夠獲得充足的性能。如圖2中所示，測(cè)試光源170和控制塊180連接到相干光接收機(jī)100，并由此對(duì)用于檢測(cè)相干光接收機(jī)1000中的通道間時(shí)滯的裝置進(jìn)行配置?？刂茐K180包括控制單元181、存儲(chǔ)單元182和操作處理單元183。操作處理單元183具有峰值檢測(cè)單元184和時(shí)滯計(jì)算單元185，并從FFT處理結(jié)果中計(jì)算時(shí)滯值。這里，可以由特定的信號(hào)處理電路來(lái)配置峰值檢測(cè)單元184和時(shí)滯計(jì)算單元185，峰值檢測(cè)單元184和時(shí)滯計(jì)算單元185還可以由中央處理單元(CPU)和用于使CPU執(zhí)行處理的程序來(lái)配置。測(cè)試光源(TEST) 170連接到90度混合電路(90° HYBRID) 120的信號(hào)端口 121，以及本地光源Iio連接到本地端口 122。將從作為90度混合電路(90° HYBRID) 120的輸出端口的Ix、Qx> Iy和Qy端口輸出的光分量分別輸入到光電轉(zhuǎn)換器(0/E) 130中。在對(duì)相干光接收機(jī)100中的通道間時(shí)滯的檢測(cè)中，首先，將頻率為fs的作為測(cè)試光的連續(xù)波(CW)光(其波長(zhǎng)等于Xs)從測(cè)試光源170輸入到信號(hào)端口 121中。在此，可以使用波長(zhǎng)可調(diào)的光源作為測(cè)試光源170。另一方面，將頻率為4的作為本地光的CW光(其波長(zhǎng)等于K)從本地光源110輸入到本地端口 122中。頻率為fs的測(cè)試光和頻率為f0的本地光在90度混合電路120中相干涉，并輸出頻率為fIF = I fs-f0的節(jié)拍信號(hào)(beatsignal)。在此，由以下從(7)到(10)的公式來(lái)分別表示從IX、QX、Iy和Qy端口輸出的節(jié)拍信號(hào)。Ix = cos (2 n fIFt+ ΦIX)(7)Qx = sin (2 π fIFt+ Φ QX)(8)Iy = cos (2 η fIFt+ φ IY)(9)Qy = sin (2 n fIFt+ Φ QY)(10)這些節(jié)拍信號(hào)分別被光電轉(zhuǎn)換器(0/E) 130轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 140進(jìn)行量化，然后輸入到數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP)150中。在數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 150中，該信號(hào)由緩沖單元153相對(duì)于每個(gè)預(yù)定的處理單元(例如，4096比特)來(lái)分割為塊，并在FFT運(yùn)算單元(FFT) 154中進(jìn)行FFT處理。因此，獲得矩陣I \ (N)、Q~X (N)、I ~y (N)和Q~y(N)中的每一個(gè)，作為FFT運(yùn)算單元154的每個(gè)輸出。在此，“N”表示FFT的點(diǎn)數(shù)，例如等于從O到4095的值。接下來(lái)，將參考圖3中示出的流程圖來(lái)描述根據(jù)當(dāng)前示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法。首先，將測(cè)試光源170的頻率設(shè)置為頻率fsl(其波長(zhǎng)等于Asi)(步驟SI)。相應(yīng)地，從90度混合電路(90° HYBRID) 120的各個(gè)輸出端口輸出頻率為fIF= fsrfol的節(jié)拍信號(hào)。接下來(lái)，開(kāi)始數(shù)據(jù)捕獲過(guò)程(步驟S2)。此時(shí)，控制塊180中的控制單元181向數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP)發(fā)送數(shù)據(jù)捕獲信號(hào)(步驟S3)。FFT運(yùn)算單元154接收數(shù)據(jù)捕獲信號(hào)，受該信號(hào)觸發(fā)，F(xiàn)FT運(yùn)算單元154在此時(shí)對(duì)存儲(chǔ)在緩沖單元(BUF) 153中的數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT處理(步驟S4)，并向控制單元181返回FFT數(shù)據(jù)ΓΧ(Ν)、Q~X(N)、I~y(N)和Q~y(N)?？刂茊卧?81將所獲取的FFT數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中(步驟S5)。通過(guò)來(lái)自控制單元181的指令，操作處理單元183中的峰值檢測(cè)單元184從4096個(gè)點(diǎn)的FFT數(shù)據(jù)ΓΧ(Ν)中提取具有最大幅值的數(shù)據(jù)Γχ(Nmax)。通過(guò)計(jì)算導(dǎo)出該點(diǎn)處的頻率(峰值頻率)fmax和相位(峰值相位)Φ_(步驟6)。在圖4中，示出了圖表示意,其中，相對(duì)于點(diǎn)數(shù)N繪出ΓΧ(Ν)。在此，由于FFT數(shù)據(jù)Γχ(N)由復(fù)數(shù)組成，圖的豎軸表*ΓΧ(Ν)的幅值|ΓΧ(Ν) |，以及橫軸表示FFT數(shù)據(jù)中的點(diǎn)數(shù)N。如圖4中示出的，如果Tx(N) |在點(diǎn)數(shù)Nmax處具有峰值，峰值檢測(cè)單元184檢測(cè)到Tx(Nmax)。在此，&表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 140中的采樣頻率，F(xiàn)FT處理的頻率間隔等于fT/4096。因此，Tx(N)的峰值處的峰值頻率fmax等于Nmax fT/4096。然后使用峰值頻率fmax處的FFT數(shù)據(jù)Tx(Nmax)來(lái)計(jì)算峰值相位信息Φ_=Z (ΓΧ(Ν—))。通過(guò)這種方式，峰值檢測(cè)單元184導(dǎo)出FFT數(shù)據(jù)Tx(N)的幅值峰值處的峰值頻率fmax和峰值相位Φ_，以及控制單元181將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中作為頻率fmu)和相位小1)((1,1)(步驟57)。此時(shí)，可以去除該FFT數(shù)據(jù)ΓΧ(Ν)的其他數(shù)據(jù)。為了降低測(cè)量誤差的干擾，將從步驟3至步驟7的處理重復(fù)η次，并將頻率fIX(1,n)和相位ΦΙΧ(1,η)分別存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中(反饋循環(huán)FBI)。當(dāng)已完成第η個(gè)循環(huán)時(shí)，設(shè)置結(jié)束旗標(biāo)(步驟8)。接下來(lái)，在將測(cè)試光源170的頻率改變?yōu)轭l率fS2 (步驟S9)之后，再次重復(fù)從步驟2至步驟7的處理，并在然后將頻率flx(2, n)和相位Φ IX(2, n)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中(步驟S7)。當(dāng)檢測(cè)到結(jié)束旗標(biāo)(步驟S8)時(shí)，進(jìn)一步掃描測(cè)試光源170的頻率(步驟S9)，并在然后再次重復(fù)從步驟2至步驟8的處理(反饋循環(huán)FB2)。通過(guò)重復(fù)反饋循環(huán)FB2m次，將頻率fIX(m,n)和相位ΦΙΧ(ηι,η)分別存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中。通過(guò)針對(duì)Q~X(N)、Ι%(Ν)以及Q~y(N)執(zhí)行類(lèi)似的處理,將頻率
f〇X(m，n)、flY(m，n)和 ^QY(Iii5Ii) 以及相位 cS5QX (m, n)、cS5 IY (ill, η)和 c^QYGii,
η)分別存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中。 當(dāng)已經(jīng)完成上述的處理之后，通過(guò)來(lái)自控制單元181的指令，操作處理單元183中的時(shí)滯計(jì)算單元185計(jì)算時(shí)滯(步驟10)。例如，使用込端口作為參考，Ix端口中的時(shí)滯變?yōu)榱悖约巴ㄟ^(guò)相對(duì)于Ix端口的相位領(lǐng)先或相位滯后來(lái)表示每個(gè)端口 QX、IY和Qy中的時(shí)滯。具體地，首先，通過(guò)分別計(jì)算以下的量來(lái)針對(duì)測(cè)量循環(huán)數(shù)η和測(cè)量頻率m獲得相應(yīng)端口中的相差。ΦΙΧ(ω,η) = O^ QX(m, n)_ cS5 IX(m, η)ΦΙΥ(ηι,η)-ΦΙΧ(ηι,η)Φ QY(m, η)_ cS5 IX(πι, η)圖5不出了圖表不意，該圖表不意繪出了使用I5i端口做為參考的Q5i端口和Iy端口中的各個(gè)相差小< -1)(和小 -1)(與角頻率2 Jifmax之間的關(guān)系。通過(guò)使用該圖，分別針對(duì)Qx端口和Iy端口導(dǎo)出由線(xiàn)性函數(shù)表示的近似公式，如下所示。φ QX_IX = T1 (2 31 f) + Φ !Φ ιγ-ιχ = T2 (2 31 f) + Φ 2針對(duì)Qy端口類(lèi)似地導(dǎo)出近似公式,如下所示。φ QY_IX = T3 (2 31 f) + Φ 3在此獲得的每個(gè)梯度I\、T2和T3表示相對(duì)于Ix端口的時(shí)滯。在此通過(guò)FFT處理的點(diǎn)數(shù)N與fIF之間的關(guān)系來(lái)獲得時(shí)滯檢測(cè)的精確度。例如，因?yàn)橹芷诘扔趌ns(= lOOOps)，fIF等于1GHz，當(dāng)N等于4096時(shí)，時(shí)滯檢測(cè)的精確度變?yōu)榈扔贠. 24ps。亦即，隨著fIF降低，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)精確度惡化了。另一方面，如下表示Qy端口中相對(duì)于Iy端口的相差。Φ QY(m, η)_ Φ IY(m, η)在此，如上述的情況一樣，通過(guò)下面的線(xiàn)性函數(shù)來(lái)近似地表示與角頻率2 31 fmax的關(guān)系。φ QY_IY = T4 (2 31 f) + Φ 4因?yàn)樵跊](méi)有頻率偏移的情況下相差小^-^和Φ(3Υ-ΙΥ中的每一個(gè)都等于π/2, (^和Φ4中的每一個(gè)應(yīng)該變?yōu)棣?2。因此，Ix端口和Qx端口之間的90度誤差以及Iy端口和Qy端口之間的90度誤差分別變?yōu)镃ji1-/2和Φ4-3 /2。相應(yīng)地，通過(guò)從圖5中示出的線(xiàn)性函數(shù)的y截距導(dǎo)出小1和Φ4，獲得Iy端口和Qy端口中的90度誤差。如上所述，根據(jù)本示例實(shí)施例中用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置和方法，可以計(jì)算輸出端口之間的時(shí)滯和I端口與Q端口之間的90度誤差。也就是說(shuō)，可能將測(cè)試光輸入到90度混合電路的信號(hào)端口，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器觀察測(cè)試光和本地光之間的節(jié)拍信號(hào)，并通過(guò)使用執(zhí)行FFT運(yùn)算所獲得的相位信息來(lái)計(jì)算時(shí)滯和90度誤差。
此外，根據(jù)本示例實(shí)施例的相干光接收機(jī)100，通過(guò)在數(shù)字信號(hào)處理單元150的時(shí)滯補(bǔ)償單元151中補(bǔ)償以上獲得的時(shí)滯值，即使在通道之間出現(xiàn)時(shí)滯也可以充分地解調(diào)并抑制接收性能的退化。在上述的示例性實(shí)施例中，使用圖3中由反饋循環(huán)FB2示出的對(duì)測(cè)試光源的頻率進(jìn)行掃描，通過(guò)在每個(gè)頻率處獲得通道間的峰值相位差來(lái)計(jì)算I端口和Q端口之間的90度誤差。然而，如果可以忽略90度誤差，可以更簡(jiǎn)單地檢測(cè)通道間時(shí)滯。圖6示出了針對(duì)這種情況用于檢測(cè)通道間時(shí)滯的方法的流程圖。首先，將測(cè)試光源170的頻率設(shè)置為頻率fsl (其波長(zhǎng)等于XS1)(步驟SI)。相應(yīng)地，從90度混合電路(90° HYBRID) 120的各個(gè)輸出端口輸出頻率為fIF = fsl-f0|的節(jié)拍信號(hào)。接下來(lái)，開(kāi)始數(shù)據(jù)獲取過(guò)程(步驟S2)。此時(shí)，控制塊180中的控制單元181向數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 150發(fā)送數(shù)據(jù)捕獲信號(hào)(步驟S3)。FFT運(yùn)算單元154接收數(shù)據(jù)捕獲 信號(hào)，受該信號(hào)觸發(fā)，F(xiàn)FT運(yùn)算單元154在此時(shí)對(duì)存儲(chǔ)在緩沖單元(BUF) 153中的數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT處理(步驟34)，并向控制單元181返回？ 1'數(shù)據(jù)1~!￡洲、0~!￡洲、1%洲和Q~y(N)?？刂茊卧?81將所獲取的FFT數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中(步驟S5)。通過(guò)來(lái)自控制單元181的指令，操作處理單元183中的峰值檢測(cè)單元184從4096個(gè)點(diǎn)的FFT數(shù)據(jù)ΓΧ(Ν)中提取具有最大幅值的數(shù)據(jù)Γχ(Nmax)。通過(guò)計(jì)算導(dǎo)出該點(diǎn)處的頻率(峰值頻率)fmax和相位(峰值相位)φ_ (步驟S6)?？刂茊卧?81將該峰值頻率和該峰值相位存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中作為頻率fIX(1)和相位φΙΧ(1)(步驟S7)。為了降低測(cè)量誤差的干擾，將從步驟3至步驟7的處理重復(fù)η次，并將頻率fIX(1,n)和相位ΦΙΧ(1,η)分別存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元182中(反饋循環(huán)FBI)。當(dāng)已完成第η個(gè)循環(huán)時(shí)，設(shè)置結(jié)束旗標(biāo)(步驟8)。當(dāng)檢測(cè)到結(jié)束旗標(biāo)時(shí)，通過(guò)來(lái)自控制單元181的指令，操作處理單元183中的時(shí)滯計(jì)算單元185計(jì)算時(shí)滯(步驟S9)。例如，分別針對(duì)測(cè)量數(shù)目η，使用Ix端口作為參考來(lái)獲得Qx、Iy和Qy端口的相差，如下所示。ΦΙΧ(η) = O^ QX(n)_ cS5 IX(η)ΦΙΥ(η)-ΦΙΧ(η) Φ QY (η) _ Φ IX (η)圖7不出了圖表不意，該圖表不意繪出了使用I5i端口做為參考的Q5i端口和Iy端口中的各個(gè)相差小11)(和的角頻率之間的關(guān)系。在此，如果I端口和Q端口之間的90度誤差可以忽略，針對(duì)Qx端口和Iy端口分別導(dǎo)出由線(xiàn)性函數(shù)來(lái)表示的近似公式，如下所示。φ QX-IX = B1 (2 31 f) + 31 /2φ IY_IX = a2 (2 31 f)可以針對(duì)Qy端口類(lèi)似地導(dǎo)出近似公式，如下所示。φ QY_IX = a3 (2 31 f)在此獲得的每個(gè)梯度&1、a2和a3表示相對(duì)于Ix端口的時(shí)滯。通過(guò)這種方式，如果可以忽略90度誤差，可以更簡(jiǎn)單地檢測(cè)通道間時(shí)滯。[第二示例性實(shí)施例]
接下來(lái)描述本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例，用于檢測(cè)相干光接收機(jī)2000中的通道間時(shí)滯的裝置的配置的框圖。用于檢測(cè)相干光接收機(jī)2000中的通道間時(shí)滯的裝置包括相干光接收機(jī)200、連接到相干光接收機(jī)200的測(cè)試光源270和控制塊280。相干光接收機(jī)200具有本地光源210、90度混合電路(90° HYBRID) 220、光電轉(zhuǎn)換器(0/E)230、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 240和數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 250。控制塊280包括控制單元281、存儲(chǔ)單元282和操作處理單元283，以及操作處理單元283具有峰值檢測(cè)單元284和時(shí)滯計(jì)算單元285。在本示例性實(shí)施例的相干光接收機(jī)200中，數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 250的配置與根據(jù)第一示例性實(shí)施例的數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 150的配置不同。數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 250具有復(fù)信號(hào)產(chǎn)生器252、緩沖單元(BUF) 253和FFT運(yùn)算單元(FFT) 254。測(cè)試光源(TEST) 270連接到90度混合電路(90° HYBRID) 221的信號(hào)端口 220，以及本地光源210連接到本地端口 222。將從作為90度混合電路(90° HYBRID) 220的輸出端口的Ix、Qx> Iy和Qy端口輸出的光分量分別輸入到光電轉(zhuǎn)換器(0/E) 230中。在對(duì)相干光接收機(jī)200中的通道間時(shí)滯的檢測(cè)中，首先，將頻率為fs的作為測(cè)試光的連續(xù)波(CW)光(其波長(zhǎng)等于As)從測(cè)試光源270輸入到信號(hào)端口 221中。在此，可以使用波長(zhǎng)可調(diào)的光源作為測(cè)試光源270。另一方面，將頻率為4的作為本地光的CW光(其波長(zhǎng)等于λ ο)從本地光源210輸入到本地端口 222中。頻率為fs的測(cè)試光和頻率為4的本地光在90度混合電路220中相干涉，并輸出頻率為fIF = I fs-f0的節(jié)拍信號(hào)。如第一示例性實(shí)施例中的情況一樣，在此，由以下從(7)到(10)的公式來(lái)分別表示從Ix、Qx、、和％端口輸出的節(jié)拍信號(hào)。這些節(jié)拍信號(hào)分別被光電轉(zhuǎn)換器(0/E)230轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 240進(jìn)行量化，并在然后輸入到數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP) 250中。在數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP)250中，將來(lái)自I端口和Q端口的信號(hào)進(jìn)行合并，然后處理為復(fù)信號(hào)。亦即，復(fù)信號(hào)產(chǎn)生器252接收Ij^PQx，并輸出復(fù)信號(hào)Ex = Ix+jQx。類(lèi)似地，其接收Iy和Qy，并輸出復(fù)信號(hào)Ey = Iy+jQy。這些復(fù)信號(hào)Ex和Ey由緩沖單元253相對(duì)于每個(gè)預(yù)定的處理單位(例如，4096比特)來(lái)分割為塊，并在FFT運(yùn)算單元(FFT) 254中進(jìn)行FFT處理。因此，獲得矩陣E~x (N)和E~y(N)中的每一個(gè)，作為FFT運(yùn)算單元254的各個(gè)輸出。在此，“N”表示FFT的點(diǎn)數(shù)，例如等于從O到4095的值。在該情況下，由以下的公式來(lái)表示E~x (N)。
權(quán)利要求
1.一種相干光接收機(jī),包括 本地光源； 90度混合電路； 光電轉(zhuǎn)換器； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器；以及 數(shù)字信號(hào)處理單元，其中 所述90度混合電路使復(fù)用信號(hào)光與來(lái)自所述本地光源的本地光相干涉，并輸出被分離為多個(gè)信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)； 所述光電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)所述光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)行量化，并輸出量化信號(hào)；以及所述數(shù)字信號(hào)處理單元包括時(shí)滯補(bǔ)償單元和解調(diào)單元，所述時(shí)滯補(bǔ)償單元用于補(bǔ)償所述多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差，所述解調(diào)單元用于解調(diào)所述量化信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相干光接收機(jī)，其中，所述數(shù)字信號(hào)處理單元包括FFT運(yùn)算單元，所述FFT運(yùn)算單元用于對(duì)所述量化信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換處理，以及所述傳播延遲差是根據(jù)所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果計(jì)算的。
3.一種用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置，包括 相干光接收機(jī)； 測(cè)試光源； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器； FFT運(yùn)算單元；以及 控制塊； 其中，所述相干光接收機(jī)包括本地光源、90度混合電路以及光電轉(zhuǎn)換器； 所述90度混合電路使來(lái)自所述測(cè)試光源的測(cè)試光與來(lái)自所述本地光源的本地光相干涉，并輸出被分離為多個(gè)信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)； 所述光電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)所述光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)行量化，并輸出量化信號(hào)； 所述FFT運(yùn)算單元對(duì)所述量化信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換處理；以及所述控制塊根據(jù)所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果，計(jì)算所述多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置， 其中，所述控制塊包括峰值檢測(cè)單元和時(shí)滯計(jì)算單元； 所述峰值檢測(cè)單元針對(duì)所述多個(gè)信號(hào)分量中的每一個(gè)信號(hào)分量，計(jì)算所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果中的最大值處的峰值頻率和峰值相位；以及 所述時(shí)滯計(jì)算單元根據(jù)所述峰值頻率和所述峰值相位，計(jì)算所述傳播延遲差。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置， 其中，所述控制塊包括峰值檢測(cè)單元和時(shí)滯計(jì)算單元； 所述FFT運(yùn)算單元對(duì)通過(guò)合成與所述多個(gè)信號(hào)分量相對(duì)應(yīng)的所述量化信號(hào)而得到的信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換處理； 所述峰值檢測(cè)單元根據(jù)所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果，檢測(cè)多個(gè)峰值，并計(jì)算所述多個(gè)峰值中的每個(gè)峰值處的峰值頻率和峰值相位；以及 所述時(shí)滯計(jì)算單元根據(jù)所述峰值頻率和所述峰值相位，計(jì)算所述傳播延遲差。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的裝置， 其中，所述時(shí)滯計(jì)算單元將所述傳播延遲差設(shè)置為等于線(xiàn)性函數(shù)的梯度，由此與所述多個(gè)信號(hào)分量中的每一個(gè)信號(hào)分量相對(duì)應(yīng)的所述峰值相位之差近似于所述峰值頻率。
7.一種用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法，包括以下步驟 通過(guò)使來(lái)自測(cè)試光源的測(cè)試光與來(lái)自本地光源的本地光相干涉，輸出被分離為多個(gè)信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)； 檢測(cè)所述光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)； 對(duì)所述檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)行量化，并輸出量化信號(hào)； 對(duì)所述量化信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換處理；以及 根據(jù)所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果，計(jì)算所述多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法，還包括 在所述計(jì)算所述傳播延遲差的步驟中， 針對(duì)所述多個(gè)信號(hào)分量中的每一個(gè)信號(hào)分量，計(jì)算所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果中的最大值處的峰值頻率和峰值相位；以及 根據(jù)所述峰值頻率和所述峰值相位，計(jì)算所述傳播延遲差。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法，還包括 在所述計(jì)算所述傳播延遲差的步驟中， 對(duì)通過(guò)合成與所述多個(gè)信號(hào)分量相對(duì)應(yīng)的所述量化信號(hào)而得到的信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換處理； 根據(jù)所述快速傅里葉變換處理的結(jié)果，檢測(cè)多個(gè)峰值，并計(jì)算所述多個(gè)峰值中的每個(gè)峰值處的峰值頻率和峰值相位；以及 根據(jù)所述峰值頻率和所述峰值相位，計(jì)算所述傳播延遲差。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于檢測(cè)相干光接收機(jī)中的通道間時(shí)滯的方法，還包括 在所述計(jì)算所述傳播延遲差的步驟中， 將所述傳播延遲差設(shè)置為等于線(xiàn)性函數(shù)的梯度，由此與所述多個(gè)信號(hào)分量中的每一個(gè)信號(hào)分量相對(duì)應(yīng)的所述峰值相位之差近似于所述峰值頻率。
全文摘要
在相干光接收機(jī)中，如果出現(xiàn)通道間時(shí)滯，充分的解調(diào)變得不可能并因此接收性能惡化，因此，根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的相干光接收機(jī)包括本地光源；90度混合電路；光電轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；以及數(shù)字信號(hào)處理單元，其中，所述90度混合電路使復(fù)用的信號(hào)光與來(lái)自所述本地光源的本地光相干涉，并輸出被分離為多個(gè)信號(hào)分量的多個(gè)光信號(hào)；所述光電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)所述光信號(hào)，并輸出檢測(cè)到的電信號(hào)；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)行量化，并輸出量化信號(hào)；以及所述數(shù)字信號(hào)處理單元包括時(shí)滯補(bǔ)償單元和解調(diào)單元，所述時(shí)滯補(bǔ)償單元用于補(bǔ)償所述多個(gè)信號(hào)分量之間的傳播延遲差，所述解調(diào)單元用于解調(diào)所述量化信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/61GK102907018SQ20118002474
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者安田和佳子, 安部淳一, 福知清 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社