用于相干光接收器中的偏振解復(fù)用的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】提供一種用于相干光接收器(202)中的偏振解復(fù)用的系統(tǒng)和方法。解復(fù)用使用改進恒模算法(CMA)(232)來實現(xiàn)，其中濾波器系數(shù)作為耦合系數(shù)的函數(shù)來確定，以避免CMA輸出的收斂。
【專利說明】用于相干光接收器中的偏振解復(fù)用的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請涉及信息的光傳輸，以及更具體來說，涉及用于相干光接收器中的偏振解復(fù)用(polarizat1n de-multiplexing)的系統(tǒng)和方法。
[0002]在波分復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)中，采用數(shù)據(jù)分別調(diào)制多個不同的光載波波長，以產(chǎn)生調(diào)制光信號。調(diào)制光信號組合為聚合信號，并且通過光傳輸通路傳送給接收器。接收器對數(shù)據(jù)進行檢測和解調(diào)。
[0003]光通信系統(tǒng)中使用的一種數(shù)據(jù)調(diào)制方案是相移鍵控(PSK)。在PSK調(diào)制方案中，調(diào)制光載波的相位使得光載波的相位或相位轉(zhuǎn)換(phase transit1n)表示對一個或更多位進行編碼的符號。多種PSK方案是眾所周知的。例如，在二進制相移鍵控(BPSK)調(diào)制方案中，兩個相位可用來表示每個符號的I位。在正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制方案中，四個相位可用來對每個符號的2位進行編碼。其它相移鍵控格式包括差分相移鍵控(DPSK)格式以及相移鍵控和差分相移鍵控格式的變化、例如歸零DPSK (RZ-DPSK)。
[0004]偏振復(fù)用(POLMUX)可采用PSK調(diào)制格式來實現(xiàn)，以使格式的譜效率翻倍。在POLMUX格式中，例如使用PSK調(diào)制格式、采用數(shù)據(jù)來分別調(diào)制光載波的偏振的兩個相對正交狀態(tài)，并且然后相結(jié)合以供傳輸。例如，在P0LMUX-QPSK信號中，使用QPSK調(diào)制格式、采用不同數(shù)據(jù)流來調(diào)制同一光載波的正交偏振。
[0005]在調(diào)制信號通過傳輸通路的傳輸期間，通路中的非線性可將諸如色散(CD)、偏振模式色散(PMD)和偏振相關(guān)損失(PDL)之類的傳輸減損引入信號中。一般來說，色散是不同波長經(jīng)過傳輸通路的傳播中的差分延遲，以及偏振模式色散是不同偏振經(jīng)過傳輸通路的傳播中的差分延遲。偏振相關(guān)損失是經(jīng)過光路的不同偏振的差分衰減。
[0006]在接收器，采用偏振分集(polarizat1n diversity)的相干檢測可用來檢測P0LMUX-PSK調(diào)制光信號。在相干接收器中，來自傳輸通路的入局信號具有任意偏振狀態(tài)(SOP),米用偏振分束器(PBS)將其分成線性X和y偏振分量，分量的每個與線偏振本地振蕩器(LO)相混合，以測量X和y分量的復(fù)振幅。但是，在POLMUX系統(tǒng)中，偏振分集相干接收器的輸出的每個包括其上調(diào)制數(shù)據(jù)的兩個偏振，即，接收器的電輸出仍然是偏振復(fù)用的。
[0007]數(shù)字信號處理(DSP)可應(yīng)用于相干接收器的輸出，以便對POLMUX信號進行解復(fù)用，補償諸如PMD、PDL和其它殘余減損之類的傳輸減損，并且對數(shù)據(jù)進行解調(diào)。已知的是使用2X2矩陣和恒模算法(constant modulus algorithm:CMA)來執(zhí)行DSP中的偏振解復(fù)用。一般來說，CMA將信號具有恒模(即，PSK信號的幅度)的假設(shè)用來使用對CMA的輸入和來自CMA的輸出的反饋來對信號的數(shù)字化版本進行濾波，以便提供表示在所傳送信號的相應(yīng)數(shù)據(jù)調(diào)制偏振的每個上調(diào)制的數(shù)據(jù)的輸出。
[0008]在這種應(yīng)用中使用CMA的一個已知缺點在于，CMA的輸出可共同收斂，即使對CMA的輸入是不同的。這種收斂有時稱作“奇異性問題”。例如在Kikuchi的“PerformanceAnalysis of Polarizat1n Demultiplexing Based on Constant-Modulus Algorithm inDigital Coherent Receivers”(Optics Express,出版，vol.19, N0.10,第 9868-9880頁，2011年5月9日)中論述CMA收斂的論述，其指示通過在CMA中應(yīng)用酉限制(unitaryconstraint)來避免收斂。然而,在CMA中應(yīng)用酉限制引起性能損失,特別是對于存在F1DL和高階PDM的情況。
[0009]現(xiàn)在將作為舉例、參照附圖來描述本發(fā)明，附圖包括:
圖1是符合本公開的系統(tǒng)的一個示范實施例的框圖。
[0010]圖2是符合本公開的接收器的一個示范實施例的框圖。
[0011]圖3是圖2所示Hxx子均衡器的一示范實施例的框圖。
[0012]圖4是圖2所示Hxy子均衡器的一示范實施例的框圖。
[0013]圖5是圖2所示Hyx子均衡器的一示范實施例的框圖。
[0014]圖6是圖2所示Hyy子均衡器的一示范實施例的框圖。
[0015]圖7是耦合系數(shù)對Q性能的曲線，示出符合本公開的系統(tǒng)和方法的性能，其中傳輸線賦予PMD和PDL。
[0016]圖8是耦合系數(shù)對Q性能的曲線，示出符合本公開的系統(tǒng)和方法的性能，其中傳輸線賦予24ps差分群延遲(DOT)和250 ps2的二階PMD(SOPMD)。
[0017]圖9是耦合系數(shù)對Q性能的曲線，示出符合本公開的系統(tǒng)和方法的性能，其中系統(tǒng)配置有背靠背傳輸中的200%譜效率。
[0018]圖10是歸一化CMA 矩陣行列式值對數(shù)據(jù)樣本(幀)的曲線，示出符合本公開的耦合系數(shù)的調(diào)整。
[0019]圖11是示出符合本公開的方法的一個示例的流程圖。
[0020]一般來說，符合本公開的系統(tǒng)實現(xiàn)具有用于計算子均衡器濾波器系數(shù)(sub-equalizer filter coefficient)的附加稱合系數(shù)的改進恒模算法。稱合系數(shù)可響應(yīng)CMA矩陣行列式的值而動態(tài)調(diào)整。改進CMA避免收斂或“奇異性問題”，同時呈現(xiàn)較強性能，特別是在耦合系數(shù)較弱、例如大約10_2或更小時。
[0021]圖1是符合本公開的WDM傳輸系統(tǒng)100的一個示范實施例的簡化框圖。傳輸系統(tǒng)用于通過光信息通路102將多個光信道從發(fā)射終端104傳送到一個或更多遠程定位的接收終端106。示范系統(tǒng)100可以是長距離水下系統(tǒng)，其配置用于將信道從發(fā)射器傳送到距離5000 km或更大的接收器。雖然示范實施例在光系統(tǒng)的上下文中描述并且結(jié)合長距離WDM光系統(tǒng)是有用的，但是本文所述的廣義概念可在傳送和接收其它類型的信號的其它通信系統(tǒng)中實現(xiàn)。
[0022]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會知道，為了便于說明，系統(tǒng)100示為極簡化的點對點系統(tǒng)。例如，發(fā)射終端104和接收終端106當然均可配置為收發(fā)器，由此各可配置成執(zhí)行發(fā)射和接收功能。但是為了便于說明，本文中僅針對發(fā)射或接收功能來示出和描述終端。要理解，符合本公開的系統(tǒng)和方法可結(jié)合到大量網(wǎng)絡(luò)組件和配置中。本文的所示示范實施例僅作為說明而不是限制來提供。
[0023]在所示示范實施例中，多個發(fā)射器TX1、TX2……TXN的每個在關(guān)聯(lián)輸入端口108-1,108-2……108-N接收數(shù)據(jù)信號，并且在關(guān)聯(lián)波長\ 2……入，傳送數(shù)據(jù)信號。發(fā)射器TXl、TX2……TXN的一個或更多可配置成通過使用PSK調(diào)制格式、例如P0LMUX-QPSK，在關(guān)聯(lián)波長上調(diào)制數(shù)據(jù)。為了便于說明，發(fā)射器當然以極簡化形式示出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會知道，各發(fā)射器可包括配置用于在其關(guān)聯(lián)波長傳送具有預(yù)期幅度和調(diào)制的數(shù)據(jù)信號的電和光組件。
[0024]所傳送波長或信道分別在多個通路110-1、110-2……110-N上攜帶。數(shù)據(jù)信道由復(fù)用器或組合器112組合為光路102上的聚合信號。光信息通路102可包括光纖波導(dǎo)、光放大器、光濾波器、色散補償模塊以及其它有源和無源組件。
[0025]聚合信號可在一個或更多遠程接收終端106接收。解復(fù)用器114將在波長λ ρλ2……λ Ν的傳送信道分離到與關(guān)聯(lián)接收器RX1、RX2……RXN耦合的關(guān)聯(lián)通路116-1、116-2……116-N上。接收器RX1、RX2……RXN的一個或更多可配置成對傳送信號進行解調(diào)，并且在關(guān)聯(lián)輸出通路118-1、118-2、118-3、118-N上提供關(guān)聯(lián)輸出數(shù)據(jù)信號。
[0026]圖2是符合本公開的一個示范接收器200的簡化框圖。所示示范實施例200包括:偏振分集相干接收器配置202，用于在通路116-N上接收輸入信號；以及數(shù)字信號處理(DSP)電路204，用于處理相干接收器的輸出，以便在通路118-N上提供輸出數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)按照P0LMUX-PSK調(diào)制格式、例如P0LMUX-QPSK在光輸入信號的載波波長λ Ν上調(diào)制。相干接收器202將所接收的光輸入信號轉(zhuǎn)換為一個或更多數(shù)字信號，其作為輸入耦合到DSP電路204。DSP電路對來自數(shù)字信號的數(shù)據(jù)進行解調(diào)，以便在通路118-Ν上提供表示在載波波長λ ,上調(diào)制的數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)流。
[0027]相干接收器202可采取多種配置。在所示示范實施例中，接收器包括偏振分束器(PBS) 206、第一和第二 90°光混合器208和210、本地振蕩器(LO) 212、平衡檢波器214、216,218和220以及模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器222、224、226和228。相干光信號接收器中的這些組件的操作簡述如下。一般來說，輸入光信號的正交X和y偏振由PBS 206來分為分別的通路。各偏振耦合到關(guān)聯(lián)90°光混合器208、210。每個光混合器在復(fù)域空間中將其輸入信號與LO振蕩器信號的四個四邊形態(tài)(quadrilateral state)相混合。每個光混合器然后將四個混合信號傳送給兩對平衡檢波器214、216、219、220。平衡檢波器的輸出由A/D轉(zhuǎn)換器222、224、226、228轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器222和224的輸出可分別指定為x偏振的I和Q輸出，以及A/D轉(zhuǎn)換器226和228的輸出可分別指定為y偏振的I和Q輸出。
[0028]A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出作為輸入耦合到DSP電路204。一般來說，DSP涉及使用配置用于例如直接地和/或在軟件指令的控制下執(zhí)行特定指令序列的一個或更多應(yīng)用特定集成電路(ASIC)和/或?qū)Ｓ锰幚砥鱽硖幚硇盘?。在所示示范實施例中，DSP電路204示為包括色散補償功能230、CMA均衡器功能232以及解調(diào)和前向糾錯(FEC)功能234。這些功能可使用硬件、軟件和/或固件的任何組合、按照多種配置來實現(xiàn)。雖然單獨示出功能，但是要理解，功能的任一個或更多可在單個集成電路或處理器或者在集成電路和/或處理器的組合中執(zhí)行。另外，實現(xiàn)DSP功能的集成電路和/或處理器可完全或部分在所示功能之間共享。
[0029]色散補償功能230接收A/D轉(zhuǎn)換器222、224、226、228的輸出。按照已知方式，色散功能230可補償對輸入信號所賦予的色散的影響。色散功能230可實現(xiàn)為例如兩個不同的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，其中之一使用A/D轉(zhuǎn)換器222和224的輸出來執(zhí)行對x偏振的補償，以及其中另一個使用A/D轉(zhuǎn)換器226和28對y偏振執(zhí)行補償。色散補償功能提供用于X偏振(圖2中的X)的單個輸出以及y偏振(圖2中的y)的單個輸出，如所示。這些輸出作為輸入提供給CMA均衡器功能232。
[0030] 如將更詳細論述，CMA均衡器功能232從色散補償功能230接收補償輸出x和y，并且采用符合本公開的耦合系數(shù)。CMA功能232補償PDL和PMD，并且對x和y輸出進行偏振解復(fù)用，以提供分別的輸出u和V。輸出u對應(yīng)于其上在發(fā)射器調(diào)制數(shù)據(jù)的第一偏振，以及輸出V對應(yīng)于其上在發(fā)射器調(diào)制數(shù)據(jù)、與第一偏振正交的第二偏振。這些輸出提供給數(shù)據(jù)解調(diào)和前向糾錯功能234作為輸入。
[0031]數(shù)據(jù)解調(diào)和前向糾錯功能234可包括用于對來自輸出u和ν的PSK調(diào)制數(shù)據(jù)進行解調(diào)的一個或更多已知功能。一般來說，由于PSK調(diào)制信號中的數(shù)據(jù)按照光載波信號的相位來編碼，所以基于DSP的接收器中的PSK調(diào)制信號的解調(diào)可涉及估計和跟蹤載波相位。因此，數(shù)據(jù)解調(diào)和前向糾錯功能234可包括例如本地振蕩器(LO)頻率偏移補償功能、載波相位估計(CPE)功能、位判定功能和前向糾錯功能，其每個可采取已知配置。LO頻率偏移補償功能可配置成跟蹤和補償接收信號與LO信號之間的頻率偏移。CPE功能可配置成估計和跟蹤光載波信號的相位以用于執(zhí)行解調(diào)。來自CPE功能的載波相位估計可耦合到位判定功能，其確定由各偏振的調(diào)制信號中的載波相位所表示的數(shù)據(jù)或位值。已知前向糾錯功能可應(yīng)用于位判定功能的輸出，以改善誤碼率。因此，數(shù)據(jù)解調(diào)和前向糾錯功能234的輸出可表示在載波波長λ N的兩種偏振上所調(diào)制的數(shù)據(jù)，并且可耦合于通路118-N上的輸出。
[0032]如所示，CMA均衡器功能232包括子均衡器236、238、240、242。在所示實施例中，子均衡器236和240各接收作為輸入的、色散補償230功能的x輸出，其對應(yīng)于x偏振。子均衡器238和242各接收作為輸入的、色散補償功能230的y輸出，其對應(yīng)于y偏振。子均衡器236、238、240和242分別具有傳遞功能Hxx、Hxy、Hyx和Hyy。如所示，對任何符號k的CMA均衡器功能232的輸出u和ν作為下式來提供:
【權(quán)利要求】
1.一種光接收器系統(tǒng)(200),包括: 相干接收器(202)，用于接收偏振復(fù)用光信號，并且響應(yīng)所述光信號的第一偏振而提供第一多個輸出并且響應(yīng)所述光信號的第二偏振而提供第二多個輸出；以及 數(shù)字信號處理器(DSP) (204)，配置成將改進恒模算法(CMA) (232)應(yīng)用于響應(yīng)所述第一多個輸出而建立的第一數(shù)字信號以及響應(yīng)所述第二多個輸出而建立的第二數(shù)字信號，以便提供表示在其調(diào)制數(shù)據(jù)的所述光信號的第一偏振狀態(tài)和在其調(diào)制數(shù)據(jù)的所述光信號的第二偏振狀態(tài)的第一和第二數(shù)字輸出， 所述改進CMA (232)包括:多個子均衡器濾波器(236，238，240，242)，所述子均衡器濾波器的每個包括用于產(chǎn)生所述輸入信號的連續(xù)延遲版本的多個延遲(302-1，……，302-M)；以及多個乘法器(304-1，……，304-M)，所述乘法器的每個將所述輸入信號或者所述輸入信號的所述延遲版本中的關(guān)聯(lián)版本與關(guān)聯(lián)濾波器系數(shù)相乘，以產(chǎn)生關(guān)聯(lián)抽頭權(quán)重乘積，所述抽頭權(quán)重乘積被相加以提供所述均衡器的輸出， 所述多個子均衡器(236，238，240，242)包括第一子均衡器和第二子均衡器，所述第一子均衡器的所述濾波器系數(shù)的每個作為第一分量和第二分量之和、由所述改進CMA(232)來確定， 使用所述第一子均衡器的前一濾波器系數(shù)以及通過耦合系數(shù)的函數(shù)所改進的所述第一子均衡器的更新梯度來確定所述第一分量， 使用所述第二子均衡器的濾波器系數(shù)以及通過所述耦合系數(shù)的函數(shù)所改進的所述第二子均衡器的更新梯度來確定所述第二分量。
2.如權(quán)利要求1所述的光接收器系統(tǒng)，其中，所述耦合系數(shù)具有大于零但小于一的值。
3.如權(quán)利要求1所述的光接收器系統(tǒng)，其中，所述耦合系數(shù)為10_2或更小。
4.如權(quán)利要求1所述的光接收器系統(tǒng)，其中，響應(yīng)CMA矩陣的行列式的值而調(diào)整所述耦合系數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的光接收器系統(tǒng)，其中，在所述行列式的所述值減小到低于閾值時增加所述耦合系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的光接收器系統(tǒng)，其中，所述耦合系數(shù)增加到10_2或更小的值。
7.如權(quán)利要求5所述的光接收器系統(tǒng)，其中，歸一化所述行列式使得所述值在O與I之間，并且所述閾值在0.5與1.0之間。
8.如權(quán)利要求1所述的光接收器系統(tǒng)，其中，所述第一子均衡器的所述濾波器系數(shù)按照下式來計算: /Im itKk -1) - (I —Mt JiKk)h "L/ + 1-1Kk)+ 執(zhí):.身/ 1 — 對于η = I至M，其中M是所述子均衡器(236，238，240，242)的每個中的所述乘法器(304,404,504,604)的數(shù)量，k是當前更新周期，k+Ι是下一個更新周期，μ是所述稱合系數(shù)，上標*表示復(fù)共軛，Δ hxx指定所述第一子均衡器的所述更新梯度，hyy指定所述第二子均衡器的所述濾波器系數(shù)，以及Δ hyy指定所述第二子均衡器的所述更新梯度。
9.如權(quán)利要求8所述的光接收器系統(tǒng)，其中，所述第一和第二子均衡器(236，238，240，242)的所述更新梯度按照下式來計算:
其中，u(k)是所述第一數(shù)字輸出，V (k)是所述第二數(shù)字輸出，以及ε是步長。
10.一種光通信系統(tǒng)(100),包括: 發(fā)射終端(104)，用于在光信息通路(102)上傳送各處于不同關(guān)聯(lián)波長的多個光信號，所述光信號的至少一個是其上具有按照相移鍵控調(diào)制格式而調(diào)制的數(shù)據(jù)的偏振復(fù)用相移鍵控(PSK)信號；以及 光接收器系統(tǒng)(106)，耦合到所述光信息通路(102)，用于接收所述多個光信號的所述至少一個，所述光接收器系統(tǒng)包括: 相干接收器(202)，用于接收所述多個光信號的所述至少一個，并且響應(yīng)所述多個光信號的所述至少一個的第一偏振而提供第一多個輸出并且響應(yīng)所述多個光信號的所述至少一個的第二偏振而提供第二多個輸出，以及 數(shù)字信號處理器(DSP) (204)，配置成將改進恒模算法(CMA) (232)應(yīng)用于響應(yīng)所述第一多個輸出而建立的第一數(shù)字信號以及響應(yīng)所述第二多個輸出而建立的第二數(shù)字信號，以便提供表示其上調(diào)制所述數(shù)據(jù)的所述多個光信號的所述至少一個的第一偏振狀態(tài)和其上調(diào)制所述數(shù)據(jù)的所述多個光信號的所述至少一個的第二偏振狀態(tài)的第一和第二數(shù)字輸出，所述改進CMA (232)包括:多個子均衡器濾波器(236，238，240，242)，所述子均衡器濾波器的每個包括用于產(chǎn)生所述輸入信號的連續(xù)延遲版本的多個延遲(302-1，……，302-Μ)；以及多個乘法器(304- 1，……，304-Μ)，所述乘法器的每個將所述輸入信號或者所述輸入信號的所述延遲版本中的關(guān)聯(lián)版本與關(guān)聯(lián)濾波器系數(shù)相乘，以產(chǎn)生關(guān)聯(lián)抽頭權(quán)重乘積，所述抽頭權(quán)重乘積被相加以提供所述均衡器的輸出， 所述多個子均衡器(236，238，240，242)包括第一子均衡器和第二子均衡器，所述第一子均衡器的所述濾波器系數(shù)的每個作為第一分量和第二分量之和、由所述改進CMA(232)來確定， 使用所述第一子均衡器的前一濾波器系數(shù)以及通過耦合系數(shù)的函數(shù)所改進的所述第一子均衡器的更新梯度來確定所述第一分量， 使用所述第二子均衡器的濾波器系數(shù)以及通過所述耦合系數(shù)的函數(shù)所改進的所述第二子均衡器的更新梯度來確定所述第二分量，其中所述耦合系數(shù)具有大于零但小于一的值。
11.如權(quán)利要求10所述的光通信系統(tǒng)，其中，所述耦合系數(shù)為10_2或更小。
【文檔編號】H04B10/61GK104081737SQ201380007790
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】張宏賓, O.辛金 申請人:泰科電子海底通信有限責任公司