专利名称：用于多码片dbpsk信号的软检测的数字设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速光数据通信领域，尤其涉及被调制的光信号的检测。
背景技术：
光学差分相移键控(DPSK)已经成为一种引人关注的调制格式，其 提供高的接收器灵敏度以及对于某些诸如交叉相位调制和四波混频之 类的光纤非线性效应的高容限。已经论证了使用DPSK的若干记录设置、 长距、高速(>10Gb/s)光纤传输。
近来，提出了称为光学多码片DPSK (MC-DPSK)的光学DPSK系列。
(参见例如M. Nazarathy 等人 "MulUchip differential phase encoded optical transmission," /^c^on, rec力/ o/, Z^e/亡，
vol. 17， no. 5， pp. 1133-1135， May 2005，此后称为"Nazarathy"。) MC-DPSK起源于无线通信。(参见例如D. Divsalar等人
"Multiple-symbol differential detection of MPSK， ，， /腳7>廳. Co/M 咖.，vol.C0M—38, no. 3， pp. 300-308, March 1990, jJ:匕后称为
"Divsalar"。)
在MC-DPSK中，在多个连续符号间隔的窗口上执行多个差分检测， 所述符号间隔也称为"码片"。软决策电路用来基于最大似然法提取传 输的数据。随着码片数目的增加，MC-DPSK的性能接近相干检测PSK的 性能。(参见例如Y. Yadin等人 "Soft detection of multichip DPSK over the nonlinear fiber—optic channel," /朋A户力of肌 TecAoo/. Ae〃， ， vol. 17， no. 9， pp. 2001-2003， September 2005，此后称为 "Yadin"以及Nazarathy。)
MC检测提供了对于多级DPSK信号的大的接收器灵敏度增益。(参 见Nzarathy和Divsalar。)对于差分二进制相移键控(DBPSK )而言， MC检测增益在线性区中是小的(<0. 5dB)。(参见Yadin。)在其中由 Gordon-Mollenauer效应引起的非线性相位噪声变成主要惩罚源的非线 性区域中，可以增强MC-DPSK增益。(参见J. P. Gordon等人 "Phasenoise in photonic communications systems using linear amplifiers," Opt. Lett. ， vol. 15， pp. 1351-1353, 1990。)甚至利 用3码片检测，对于DPSK也可以获得超过ldB的灵敏度增益。
Yadin描述了一种用于3码片DBPSK的软检测电路，例如图1中示 出的电路。电路100包括差分检测电路110和软决策电路120。如图1 所示，Yadin软决策电路120需要具有高速模拟输入和输出的电加法器 (S )以及用于选择最大加法器输出的选择器。这些加法器实现下列方 程组
《oo =《r W+& - 《27" W 《。i = -《r W+《r & -1]- fe W (工)
《o =《r W- ^ -1]-《2r W ^ = W-《r _ 1+ fc W 其中《r/W、 W和^W是三个分别基于第k和第(k-l)比特对之
间、第(k-l)和第(k-2)比特对之间以及第k和笫(k-2)比特对之 间的比较的差分检测的信号。称为"决策变量"的变量C^指示了由 其标号表示的二比特序列的似然性。软决策电路120(使用模拟加法器) 确定决策变量《f^，选择最大决策变量，并且输出与该最大决策变量 对应的两个比特。DBPSK的"硬"检测可以仅仅基于《W的值来执行。 然而，已经发现软检测提供了更好的性能。
诸如由Yadin描述的模拟软决策电路具有若干缺点，包括高速模拟 加法器的制造在技术上有很大挑战并且在商业上尚不可用这一事实。此 外，从四个决策变量中选择最大的决策变量需要相当数量的附加电路。
发明内容
在一个示范性实施例中，本发明提供了 一种用于通过使用数字部件 来实现3码片DBPSK信号的软决策的电路。本发明的这个软决策电路包 括一组成对比较器，其耦合到包括诸如与门和或非门之类的数字逻辑门 的选择器。该选择器基于最大似然法产生两个输出比特。这些输出比特 通过适当的数椐交织器组合以便获得恢复的数据流。
在另一个示范性实施例中，提供了一种3码片软决策电路，其一次 产生一个输出比特。这个实施例可以用更少的元件来实现。
图1为用于3码片DBPSK的常规模拟软决策电路的示意图。图2为依照本发明用于3码片DBPSK的数字软检测电路的第一个示
范性实施例的示意图。
图3为依照本发明用于3码片DBPSK的数字软检测电路的另一个示
范性实施例的示意图。
具体实施例方式
图2示意性地示出了依照本发明的软检测电路200的示范性实施
3码片差分检测电路210可以按照常规方式来实现，以便从DBPSK 调制的输入信号中产生三个信号^/W、 ^A-7/和^/W。像在上面讨 论的图1常规电路的情况中一样，^/W、 &/>-/7和^/W是三个分别基 于输入DBPSK光信号的第k和第(k-1 )比特对之间、第(k-l )和第(k-2) 比特对之间以及第k和第(k-2)比特对之间的比较的差分检测的信号。
在所示的这个示范性实施例中，检测电路210包括产生三个差分检 测的信号^/W、 &/1-77和。W的差分放大器211和212，其具有关于 O伏的标称对称电压摆幅，例如逻辑T为+500mV，逻辑"0"为-500mV。 一般情况下，这些信号的标称电压电平优选地是相等的。
将三个被检测的信号提供给具有六个成对比较器231-236的阵列。 如图2所示，每个比较器231-236具有第一 (a)和笫二 (b)输入，并 且基于第一和第二输入的比较产生二进制输出信号(c):例如如果第 一输入的电压电平超过第二输入的电压电平(a〉b)，那么在输出端产 生二进制高信号(例如c=l),否则在输出端产生二进制低信号(例如 c=0)。对于比较器231、 232和235而言，第二输入(b)在与第一输 入(a)比较之前被反相(-b)。比较器231-236可以以各种众所周知 的方式来实现。
在图2中示出的这个示范性决策电路220中，第一^皮检测的信号 ^/W耦合到比较器231的第一输入、比较器233的第二输入、比较器 235的第一输入以及比较器236的笫一输入；笫二被检测的信号 耦合到比较器231的第二反相输入、比较器232的第一输入、比较器233 的第一输入以及比较器234的第一输入；并且第三被检测的信号 耦合到比较器232的第二反相输入、比较器234的第二输入、比较器235 的第二反相输入以及比较器236的第二输入。比较器231-236的输出指示了四个决策变量i € {0， 1}并且j e {0，1})的各种状态。如上面所讨论的，每个决策变量与相邻输入DBPSK 信号比特的二比特序列ij关联。在这个示范性实施例中，"0"代表两 个相邻DBPSK比特之间的0相位变化，而T代表两个相邻DBPSK比
特之间的7T相位变化。
如上面所讨论的，这四个决策变量《7如下由方程组1定义<formula>formula see original document page 7</formula>
可以将最大似然决策法则应用到这些决策变量，以便得到对于原始
数据流中每个2比特数据序列的最佳推测。更具体地说，四个决策变量
A7的最大值指示了最可能的二比特序列ij。
比较器231处的逻辑高输出(c-l )指示了比较器232处的 高输出指示了《。。>《"；比较器233处的高输出指示了《。,《;。；比较器234 处的高输出指示了 比较器235处的高输出指示了 比较
器236处的高输出指示了 C^。
在示出的这个示范性实施例中，比较器231-236的输出耦合到逻辑 与门241-244,其输出依次又连接到逻辑或非门251和252。这些比较 器和门电路耦合，使得或非门251、 252的输出分别指示了输入数据流 的每个二比特序列ij的比特i和j的值。更具体地说，比较器231和 232的输出耦合到与门241的输入；比较器233和234的输出耦合到与 门242的输入；比较器231和235的输出耦合到与门243的输入；比较 器233和236的输出分别耦合到与门244的反相输入和非反相输入。
与门241、 242、 243和244处的逻辑高输出分别代表下列状态 <formula>formula see original document page 7</formula>的最佳推测，而与门243和244的输出由或非门252进行或非运算以便 产生第二比特(j)的最佳推测。
可以将给定二比特序列的最佳推测(G1, G2)表示成
<formula>formula see original document page 7</formula> 按照决策变量仏7，最佳推测(Gl, G2)可以^皮表示为如下G1=N0R [AND (&。〉《"，^〉《J , AND U。々&。， ^>《")], G2-N0R [AND (^> "，《。。>&》，AND (NOT (^>《")，《"〉《")],(2b ) 或非门251和252的比特估计输出耦合到产生串行比特流的适当交 织器260 (例如2:1多路复用器)，所述串行比特流重建在DBPSK输入 信号中接收的数据。
图3示出了依照本发明的软检测电路的另一个示范性实施例。图3 的电路包括一次解码一个比特并且能够比上述电路22G更简单地实现的 软决策电路320。在图3的这个实施例中，由检测电路310输出的三个 差分检测的信号耦合到具有四个成对比较器331-334的阵列，这与上面 描述的相似。对于比较器331和332中的每个而言，第二输入(b)在 与第一输入(a)比较之前被反相。
如图3所示，笫一被检测的信号《W耦合到比较器331的第一输 入和比较器333的第二输入；第二被检测的信号^A-7/耦合到比较器 331的第二反相输入、比较器332的第一输入、比较器333的第一输入 和比较器334的第一输入；并且笫三被检测的信号&/>7耦合到比较器 332的第二反相输入和比较器334的第二输入。
比较器331-334的输出端的二进制高值分别指示了下列状态
^>《/;， ^>《"，^〉《;。以及《。;〉《"，其中决策变量《〃如上述所定义。
比较器331和332的输出由与门341进行与运算，而比较器333和 334的输出由与门342进行与运算。门电路341处的逻辑高输出指示了 g。。〉max (&。，。")，而门电路342处的高输出指示了 Cmax (&。， &》。与门 341和342的输出由或非门351进行或非运算，其输出指示了当前检测 的数据比特的最可能值。由于单独地对每个数据比特进行决策，因此不 需要交织器。
给定DBPSK输入比特的最佳推测(G)可以表示成 G-NOR [AND (A>-B， B>-C) ， AND (B>A， B〉C) ], ( 3a )
其中A-^/^， B-^/>-C=^W。
按照决策变量A7,最佳推测(G)可以如下表示 G=NOR [AND (《。。>^,《。。〉《")，AND (C&。， ]， (3b )
在本发明的另一个方面，对于诸如色散的现象做出了规定。色散引 起DBPSK信号中相邻比特之间的相关相位失真。等式l-3中实现的最大 似然检测法则基于这样的失真不相关的假设。由于被检测的信号来源于输入DBPSK信号中两个非相邻比特之间的比较，因此它将倾向于 比其他两个信号更加受到因为色散造成的失真的损害。如图3所示，可 以提供加权因子应用元件305来修改由软决策电路执行的似然决策中
幼/W信号的影响。为了降低《,W信号的影响(以便例如补偿色散失 真)，元件305可以是衰减器(即0《力口权因子《1)。元件305是可变 的，以便允许针对不同状态对检测电路进行优化。例如，据发现，大约 50%的衰减为由大约1700ps/nm的色散所分散的10Gb/s DBPSK信号带来
显著的性能改善。
虽然已经参照3码片DBPSK说明了本发明，但是本发明可以应用于 包括多码片DPSK的其他多码片方案。
可以按照已知的方式来实现所示出的示范性实施例的各种部件(例 如检测器、延迟(delay)、比较器、门电路、衰减器等等)，不需要 对其进行更详细的描述。此外，众所周知，诸如由本发明使用的数字逻 辑可以按照各种等效的方式来实现，包括组合与时序逻辑实现。例如， 假定微处理器的速度足以处理涉及的数据速率，那么该逻辑可以用微处 理器来实现。
应当理解的是，上面描述的实施例仅仅说明了可代表本发明应用的 一些可能的特定实施例。本领域技术人员可以进行许多不同的其他布 置，而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种软决策电路，用于从多个差分检测的中间信号中确定差分相移键控(DPSK)调制光信号的最可能的数据内容，其包括多个比较器，每个比较器比较所述多个中间信号中的两个信号并且根据该比较产生数字信号；以及数字逻辑，该数字逻辑基于比较器信号确定最可能的数据内容。
2. 根据权利要求1所述的软决策电路，其中所述多个差分检测的 中间信号包括三个信号，所述三个信号基于DPSK调制光信号的三个邻近 数据比特的序列中的配对之间的比较。
3. 根据权利要求1所述的软决策电路，其中DPSK信号是差分二进 制相移键控(DBPSK)信号。
4. 根据权利要求3所述的软决策电路，其中 G-N0R [AND (B>-C， A>-B) ， AND (B>A， B>C)]，其中，A代表基于所述三个邻近数据比特的序列中的第一和第二比特之 间的比较的第一中间信号，B代表基于所述三个邻近数据比特的序列中 的第二和第三比特之间的比较的第二中间信号，C代表基于所述三个邻 近数据比特的序列中的笫 一和第三比特之间的比较的第三中间信号，并 且G代表最可能的数据内容。
5. 根据权利要求2所述的软决策电路，其中数字逻辑选择多个决策变量《,7中的最大值，其中 ^=A+B+C, 《。产-A+B-C， "产A-B-C， ^尸-A-B+C,其中，A代表基于所述三个邻近数据比特的序列中的第一和第二比特之 间的比较的笫一中间信号，B代表基于所述三个邻近数据比特的序列中 的第二和第三比特之间的比较的第二中间信号，C代表基于所述三个邻 近数据比特的序列中的第 一和第三比特之间的比较的第三中间信号，并且&7代表比特序列ij的似然性。
6. 根据权利要求2所述的软决策电路，其中 G1-N0R [AND (A>_B， B>-C) ， AND (B>A， B>C)], G2-N0R [AND (A>-B, A>-C) ， AND (NOT (B>A) ， A〉C)〗，其中，A代表基于所述三个邻近数据比特的序列中的第一和第二比特之 间的比较的笫一中间信号，B代表基于所述三个邻近数据比特的序列中 的第二和第三比特之间的比较的第二中间信号，C代表基于所述三个邻 近数据比特的序列中的第 一和第三比特之间的比较的第三中间信号，Gl 代表所述最可能的数椐内容的笫一比特，并且G2代表所述最可能的数 据内容的第二比特。
7. —种软检测电路，包括三码片差分相移键控(DPSK)检测电路 和权利要求1所述的软决策电路，其中三码片DPSK检测电路基于DPSK 调制光信号的三个邻近数据比特的序列中的配对之间的比较产生三个 差分检测的中间信号。
8. 根据权利要求7所述的软检测电路，其中所述三个差分检测的 中间信号中的至少 一 个信号按照加权因子进行衰减。
9. 根据权利要求8所述的软检测电路，其中所述三个差分检测的 中间信号中的一个信号基于所述三个邻近数据比特的序列中的第一和 第三比特之间的比较，并且所述三个差分检测的中间信号中的所述一个 信号按照所述加权因子进行衰减。
10. 根据权利要求9所述的软检测电路，其中所述加权因子近似为
全文摘要
一种用于使用数字部件来实现3码片差分二进制相移键控(DBPSK)光信号的软决策的系统。通过确定最可能的数据序列的数字逻辑来执行和分析三个差分检测的信号的成对比较。在第一种变型中，同时检测相邻数据比特对，而在第二种变型中，单独地检测数据比特。该数字逻辑可以使用常规的逻辑门来实现。
文档编号H04L27/22GK101310499SQ200680042601
公开日2008年11月19日 申请日期2006年11月3日 优先权日2005年11月15日
发明者翔 刘 申请人:卢森特技术有限公司