专利名称：光信号场的重建与恢复的制作方法
技术领域：
本发明涉及光信号场(optical signal field)的重建与恢复。
背景技术：
线性与非线性效应使通过光纤传输的光信号失真。这种效应包括 色散(chromatic dispersion: CD)和自相位调制(self-phase modulation: SPM)。 一般使用光色散补偿来降低以CD结果出现的信号失真。
近来作为可以具有成本效益的方式灵活降低由CD引起的失真的 #支术，已出现了电色散补偿(electronic dispersion compensation: EDC )。 如由M. S. O，Sullivan、 K. Roberts和C. Bontu于2005年在ECOC，05论 文Tu3.2.1的《用于光通信系统的电色散补偿技术》("Electronic dispersion compensation techniques for optical communication systems," ECOC，05， paper Tu3.2.1, 2005)中所述，可在发射枳4丸行EDC。这样 做在本文中被称为前置EDC (pre-EDC)。备选地，如S. Tsukamoto、 K. Katoh和K. Kikuchi在IEEE光技术会议集2006年5月1日第9版 第18巻第1016-1018页的《基于对群速色散补偿的零差检测信号的数 字处理在200-km标准单模光纤上的20-Gb/s光正交相移键控信号的非 重复传输》 ("Unrepeated Transmission of 20-Gb/s Optical Quadrature Phase-Shift-Keying Signal Over 200-km Standard Single-Mode Fiber Based on Digital Processing of Homodyne-Detected Signal for Group-Velocity Dispersion Compensation", IEEE Photonics Technology Letters, Volumel8，Issue9, 1 May 2006,pp. 1016-1018.)中所述，可在 接收机执行EDC,这在本文中被称为后置EDC (post-EDC)。
后置EDC具有优于前置EDC的优点，因为后置EDC不要求将 性能反馈从接收机提供给发射机。不幸的是，直接强度检测(intensitydetection)、也称为平方律检测，作为今天的光纤通信系统的常用光 检测技术、例如由光电二极管所执行的光电转换，只复原光信号幅度 而不能复原光信号相位信息，因此使后置EDC的性能比前置EDC的 性能差4艮多。
为了克服这个缺点并因此增强后置EDC的性能，Tsukamoto等人 的文章建议使用相干检测(coherentdetection)以便完全重建光信号的 复数场、即幅度和相位。但是，与直接强度检测相比，存在的不足在 于，相干检测更复杂且因此更昂贵并更难以实现。另一不足在于，相 干检测要求使用光本地振荡器(optical local oscillator: OLO )以及OLO 与信号载波之间的相位和极化追踪。
发明内容
依照本发明的原理，复光场的数字形式、即所接收信号的例如相 对于参考点的幅度和相位在接收机通过使用直接差分才企测(direct differential detection)结合凄t字信号处理而形成。
更具体而言，众所周知，任意信号的复光场可通过已知其强度和 相位分布(profile)而重建。强度分布可通过传统的直接强度检测来 获得。置于获得相位，依照本发明的一方面，首先，复波形的电模拟 表示通过使用一对具有正交相位偏移、即相位偏移之差为tu/2的光延 迟干涉仪而获得，所述复波形包含与由所接收信号中的规定时间差AT 所分隔的相邻位置之间的相位差有关的信息，所述干涉仪后面是两个 平衡强度检测器。第一干涉仪的输出在平衡强度检测器之后为复波形 的实部，而第二干涉仪的输出在平衡强度检测器之后为复波形的虚 部。使用模数转换将各平衡强度检测器的输出以及强度分布(如果通 过直接强度检测获得的话)转换为数字表示。模数转换的采样周期可 短于AT，使得在AT时段内可存在多个样本。可从复波形的数字表示 获得由AT所分隔的相邻位置之间的相位差。然后，基于所获相位差 且可选地基于在AT时段内的多个样本之中对初始相位偏移的搜索，
10获得所有样本之中的相位关系。因此，基本导出接收信号的绝对相位 分布，其中唯一的不确定性是无关紧要的固定相移的不确定性。
为了简化必要的硬件，可选地，强度分布可从复波形的绝对值近 似而不通过直接强度检测来获得。此外，可选地， 一旦所接收光信号 的强度分布和相位分布被复原,则可使用数字信号处理来对接收信号
的失真、例如因色散和SPM而导致的失真进行补偿，使得可电重建 原始发送的光信号波形的准确表示。
本发明的技术适合与各种类型的光差分相移键控(DPSK)信号、 例如差分二进制相移键控(DBPSK)和差分正交相移键控(DQPSK) 信号配合使用。这些技术也可与幅移键控(ASK)、组合DPSK/ASK 和正交幅度调制(QAM)配合使用。
附图中
图1示出用于根据本发明的原理重建和恢复光信号场的示例设 备；以及
图2示出与图1中示出的示例设备类似的本发明的实施例，但在 本实施例中强度分布从所接收光信号近似而不是直接从其复原。
具体实施例方式
下文仅阐述本发明的原理。因此要明白，本领域技术人员能够设 计各种配置，这些配置虽然没在本文中明确描述或示出但是体现本发 明的原理并被包含在其精神和范围内。此外，本文所记载的所有示例 和条件性语言主要旨在清楚地只为教导的目的，以便帮助读者理解本 发明的原理和发明者为促进本领域所贡献的概念，且将被视为并非对 此类明确记载的示例和条件的限制。另外，本文中记载本发明的原理、 方面和实施例及其特定实施例的所有陈述旨在包括其结构和功能的 等效。另外，此类等效旨在包括当前已知的等效以及在未来所开发的
ii等效，即所开发的4丸行相同功能而不管结构的任意单元。
因此，例如，本领域技术人员要明白，本文中任意框图表示体现 本发明原理的示例性电路的概念示图。类似地，要明白，任意流程表、 流程图、状态转换图、伪代码等表示可基本在计算机可读介质中表示 的各种处理，因此所述处理由计算机或处理器执行而无论此类计算机 或处理器是否明确示出。
附图中示出的各个单元的功能，包括标记为"处理器"的任意功能 块，可通过使用专用硬件以及能够执行与适当软件关联的软件的硬件 来提供。当通过处理器提供时，所述功能可通过单个专用处理器、通 过单个共享处理器或者通过其中的某些可共享的多个独立处理器来
提供。此外，术语"处理器"或"控制器，，的明确使用不应被解释为专指 能够执行软件的硬件，而是可隐含地包括(非限制地)数字信号处理
器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程 门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取 存储器(RAM)以及非易失性存储器。还可包括其它传统和/或定制 的硬件。类似地，附图中示出的任意开关仅是概念性的。可通过程序 逻辑、通过专用逻辑、通过程序控制与专用逻辑的交互、或者甚至通 过人工实现它们的功能，特定技术对实施者是可选择的，如根据上下 文更明确理解的那样。
在本发明的权利要求书中，表示为执行指定功能的装置(means) 的任意单元旨在包括执行该功能的任意方法。这可包括，例如a)执 行该功能的电或机械单元的组合；或者b)任意形式的软件，因此包 括与运行该软件以执行该功能的适当电路组合的固件、微代码等，以 及耦合到软件控制电路的机械单元(如果存在的话)。由此类权利要 求所定义的发明存在以下事实各个所述装置所提供的功能性以权利 要求书所要求的方法被组合或集中在一起。申请人因此将可提供这些 功能性的任意装置均视为本文所示装置的等效。
软件模块或者仅是被暗示为软件的模块，可在本文中被表示为指示处理步骤的功能和/或文本描述的流程图单元或其它单元的任意组
合。此类模块可通过明确或隐含示出的硬件来执行。
另外，除非在本文中明确指定，否则附图未按比例绘制。
在描述中，相同编号的组件在附图的各个不同附图内是指相同组
件
图1示出通常在接收机中根据本发明原理设置的示例设备，用于 结合数字信号处理通过使用直接差分检测而形成所接收光信号的完 整复光场，并用于对在光信号从其光源传播时给它造成的各种损伤进
行补偿。图1示出a) lx3光分路器1001; b)光延迟干涉仪(optical delay interferometer: ODI) 1002和1003; c)平tf强度^r测器1011和 1013; d)光电二极管1015; e)放大器1021、 1022和1023; f)可选 的自动增益控制器(AGC)1031、 1032和1033; g)模数转换器(ADC) 1041、 1042和1043;以及h)数字信号处理单元1050。
更具体而言，1x3光分路器1001复制到来的光信号以4更生成3个 副本。给来自原始输入光信号的每个副本所分配的光功率由实施者随 意决定。在本发明的一种实施例中，将功率进行分割使得输入功率的 大约40-50%作为输出供^^个ODI 1002和1003且余下功率、例如 10-20%供给光电二极管1015。
如本领域技术人员所要乐于承认的，光延迟干涉仪(ODI) 1002 和1003可为具有所需特性的任意类型干涉仪。例如ODI 1002和1003 可基于众所周知的、所谓的Mach-Zehnder干涉仪。备选地，ODI1002 和1003可基于众所周知的、所谓的Michaelson干涉仪。
ODI 1002在其相应两臂之间的光路中具有大约AT的延迟和A的
相差、即偏移，其中 7"1 ■附
△7 = ^~~，lSwSi:戸，且m为整数， (l)
■，
且其中，n为信号的符号周期，s戸为才莫数转换器1041、 1042和1043 对每符号所取的样本数，m为1到sps之间的整数，且-。为任选数。
13如果这才羊，贝ll ODI 1002和1003的自由光谱范围(free spectral range: FSR)、即l/Ar与信号符号率(SR)有关，即FSR-^^。注意，
附
基于数值模拟，已发现优选将^w设为值4且m可为值1、 2、 3或4。 这是因为小于4的s戸值趋向于不足以准确表示下文所述的流程充分 给出的信号波形，而大于4的s戸仅提供细微改进。
在本发明的 一种实施例中，通过调节干涉仪的 一个臂以便具有 M^C/w的总长度差(其中，C为真空中的光速，n为臂的介质的折射 系数)并接着进一步调节该长度以产生-。的相移，可获得延迟差。注 意在实践中，由于^的相移与极小的长度差对应，所以该相移部分实 际上可稍微更长或更短，使得总长度为^加上或减去多个2TI。这样， 即使长度不是正好为-。，相变也实际上为-。。
用于获得0。的有效长度改变的总长度改变可为长度Ar.C/"的某 一百分比。虽然甚至高达25%可工作,但是优选该百分比小于10%, 当然，使该长度与实际所需长度匹配得越准确则性能将越优良。在本 发明的其它实施例中，可在臂之间划分所需延迟，只要获得所需延迟 和相差。本领域技术人员要乐于承认如何开发适当配置以实现ODI 1002。
虽然可将任意值用作相位偏移-。的值，但是为了与传统接收机兼 容，如要在下文所述的，可优选使用-。的某些值。例如，对于DQPSK &的良好值为兀/4，而对于DBPSK &的良好值为0。
ODI 1003与ODI 1002类似，因为它在其相应两臂之间的光^各中 具有大约Ar的延迟，但是在其臂之间它具有^-W2的相位偏移。因 此，ODI 1002与1003的相位偏移之差为；r/2 ，因此ODI 1002与1003
:故认为具有正交相位偏移。
平衡强度检测器1011和1013是常规类型的。 一般平衡强度检测 器1011和1013中的每个检测器由匹配良好的光电二极管对构成。平 衡强度4企测器1011和1013将ODI 1002与1003的每个臂的输出转换
14到电表示。因此，平衡强度检测器1011和1013获得复波形的实部和 虚部的电形式，所述复波形包含与在所接收光信号中由Ar分隔的两个 时间位置之间的相位差有关的信息。
光电二极管1015执行传统的直接强度检测，因此以电形式获得 所接收光信号的强度分布。
放大器1021、 1022和1023分别对由平衡强度检测器1011、平衡 强度检测器1013和光电二极管1015作为输出所提供的信号进行放 大。 一般，放大器1021、 1022和1023将由平衡强度检测器1011、平 衡强度检测器1013的各个光电二极管以及光电二极管1015所输出的 电流转换到相应的对应电压。为此，；改大器1021、 1022和1023可为 互阻(trans-impedance)放大器。此外，放大器1021和1022可为差 分放大器。在放大之后，各个输出一般被卓独端接。可选的自动增益 控制器(AGC) 1031、 1032和1033可用于在数字化之前将电波形规
范化o
模数转换器(ADC) 1041、 1042和1043执行放大信号的"数字采 样"以形成放大信号的数字表示。ADC 1041、 1042和1043 —般具有 例如8比特的相同分辨率。
数字信号处理单元1050接收放大信号的数字表示，并根据本发 明的一方面形成所接收光信号的幅度和相位分布的数字表示。特别 是，重建单元1051执行此类形成。此外，根据本发明的另一方面， 数字信号处理单元1050通过对光信号经受的传输损伤中的各种损伤、 例如色散和/或自相位调制进行数字补偿，可形成光信号的原始波形的 数字表示，如同它在其上经过的信道中遭受损伤之前所传输时那样。 恢复单元1052执行此类恢复。最后，解调和数据复原单元1053执行 解调和到实际比特的转换。
通过根据本发明的原理使用图1的配置将直接差分检测与数字信 号处理耦合来复原整个复光信号场的示例性处理如下。首先，使用光 电二极管1015通过直接强度检测获得所接收光信号场的强度分布。强度分布用I(t)表示，计算如下
増=(2)
其中，YW为当复光场到达耦合器1001时的所接收复光场，*表示复共辄。
平衡检测器1011和1013的输出分别为以下复波形的实部"^0) 和虚部(0的模拟表示，以下复波形包含与由a:t分隔的两个时间位 置之间的相位差有关的信息
"K卜A7T'exp[械〗 。) =. X卜Ar)| exp {乂[ — # — Ar) + 00〗},
使用以下定义
K0 = |_K0|exp[y^>)〗，
在对复波形w(^的实部和虚部的模拟表示进行放大之后，通过采 样、例如通过ADC 1041和1042将其转换为数字表示。同样，在放大 强度分布之后，也通过采样、例如通过ADC 1043将其转换为数字表 示。ADC 1041和1042可被认为是还可包括ADC 1043的ADC单元。 在以下时间位置(t。执行复波形和强度分布的采样
W+丄7^+丄7;,…，^+^7;, (第l比特) ，， ，
^+t^十t; +丄7^ + ;十丄i;,…A + ; +^ ;，(第2比特) ， ， ，
,！十"t^ +丄7^ +《+丄；."/1 +《十^l7;,(第n比特)
， ， 其中，t!为初始任意时间位置，W为用于显示怎样将该等式推广到任 意比特位置的任选数字。
例如，对于5/^=4,采样时间位置如下A +t; +t;十会t;,…，,,十t; +*1;,(第2比特)
A +"7^ +《+务7^ +《十I ;，…4 +《十l7;,(第n比特) 在获得复波形的实部和虚部的数字表示"w(g、 ",一(u之后，将
它们提供给数字信号处理单元1050。同样，在获得强度波形的数字表 示/")之后，也将它提供给数字信号处理单元1050。
首先由重建单元1051使用数字样本来重建所接收光信号的幅度 和相位分布。该重建步骤可包括以下流程。
首先，来自各采样波形/(g、 "^(o和"—(U的样本组被选为要
被一起处理的"帧"。帧的大小、即对其取样本的符号的数量被选择为 大于在光传输期间由于光传输期间的色散或其它效应而相互影响的 光符号的最大数量。注意，由于相互影响，意味着因由光纤的色散属 性所导致的脉冲的加宽而使构成符号的脉冲相互重叠。例如，对于经
受17000 ps/nm的色散的20-Gb/s DQPSK信号，该色散与由1000km 标准单模光纤(SSMF)所产生的相同色散对应，相互影响的光符号 的最大数量约为30。对于此类示例性情形，合适的帧大小可为64符 号或64'sps才羊本。
其次，由于光4企测器1011、 1013和1015以及ADC 1041、 1042 和1043的带宽限制导致的滤波效应可能需要通过对数字波形进行相 反滤波而进行补偿。换句话说，可将由光检测器响应和ADC响应的 重叠所导致的滤波传输函数的逆以数字形式施加给数字波形。
第三，表示在时间上以AT分隔的样本之间的光相位差的相位因数 ^(t》 (。-0(ts-AT)，如式3所示，可通过下式获得
exp[jA^ts)]^xp"W(ts) ,ts-AT) J}:""5): );-M) (5)
17注意，尽管还需要知晓-。的值，但是在获得相位因数时，式5的 计算有效地去除了-。的影响，使得-。可为任何任意值。找到^的值可
通过现实世界搜索、例如可改变-。的值直到找到最佳推测(guess)的
自动搜索而获得。产生最小比特误差率的推测被选为最佳推测。备选 地，提供如下文所述的所重建的信号的最好光信号语的推测，可被选 为最佳推测。另一可能方法是不执行搜索，而是可计算出使用0。在从
0到2兀的范围上的不同值的所有结果并将给出最好结果的-。值选为最 佳推测。这样做允许直接、因而可能更快地移到A值。例如，可对具 有0.05兀的各候选值之间的间隔的40个可能候选^值执行计算。
第四，理论上，帧内的样本的各相应"子组，，的信号相位分布可通 过确定下式根据子组内相邻样本的光相位差而获得，各子组由帧的具 有AT或AT整数倍的样本之间的间隔的那些样本构成
+ "' at) = ) + ^ + p. at)， (子组1)
W: + ". Ar+丄7;) = w +丄7;)+尤+丄7;+p. Ar),(子组2) ， ，- ，
W+ . +^ 7;) = + 7;)+2 + 7;+/ . Ar).(子组m)
啊 ， s 夢
(6)
其中，"为子组内的特定样本的位置，当"=0时不计算总和。 实施时，不直接获得相位，仅获得相位因数就足够，如下<formula>formula see original document page 19</formula>
其中n为子组内的特定样本的位置，当n-0时不计算乘法。相位 因数给出了各子组内的样本之中的相位相关。但是，子组之中的相位 关系并不已知。因此，有必要确定m-l个相位差。如果已知子组的相 同间隔的样本、例如第一样本(即n=0所针对的样本)之中的相位关 系，则所有样本之中的相位关系将被完全指定。例如，对于n-O,将
确定式6中求和符号之前的各相邻成对项之差、例如0" +丄7;)-。
柳
这些子组的相同间隔的样本之中的相位关系可被估计如下。将可 为0至2兀之间的任意值的初始相位差选为来自所有可能相位偏移的 这些样本的任意两个候选成对样本的候选相位差，以便获得帧内的所
有样本之中的"试凑(trial)相位关系"。初始相位差可在0至2tc之间， 因为这是实际相位差的范围。已发现良好的初始候选相位差为O.l兀。 此外，由于将使用搜索过程来尝试各候选相位偏移以确定最佳的那个 相位偏移，所以有必要选择将选择候选相位偏移所针对的分辨率。已 发现分辨率的良好值为O.Itc。此后，根据所选相位差和已知强度分布 /(X)，重建光信号场以产生试凑的重建光信号。这可通过确定下式而 获得
《W-V^.,(" (8)
其中，《(O为对作为所接收光信号的当前估计的值的当前集合的重建 信号。
19接着，通过对试凑的重建信号执行傅里叶变换获得试凑的重建信 号的光功率谱。可获得试凑的重建信号的落入对于信号中心频率的 [-SR, +311]频率范围之内的那部分的功率。通过选择新候选相位偏移、 例如通过增加前一候选相位，重复该过程。这些子组的相同间隔样本
之中的、给出对于信号中心频率的[-SR,十SR]之内的最大谱功率的"试 凑"相位偏移的集合被选为最佳估计。接着，根据该最佳估计可确定帧
的所有样本之中的相位关系。
备选地，这些子组的相同间隔样本之中的、给出对于信号中心频 率的[-SR,十SR]之外的最小语功率的"试凑"相位偏移的集合被选为最 佳估计。接着，根据该最佳估计可确定帧的所有样本之中的相位关系。
在本发明的一种实施例中，设置Ar-7;/，可合乎需要。因此，
延迟Ar等于采样分辨率，m=l，且因此在帧中只存在一个子组，所以 所有样本与其直接相邻的样本具有相位关系。在本发明的这种实施例
中，理论上通过确定下式可直接获得帧中的所有样本的相位
= 6 + w. A77) = , +續fl + A71) + A岸+ 2. A"…+ A(zKU, (9) 这是式6的特定情形，即仅计算作为唯一子组的第一子组。
实施时，不直接获得相位，只获得各样本的相位因数就足够，如
下
跳_厕)A辦h十,Ar) e _e 丄丄e , (10)
这是式7的特定情形，即仅计算作为唯一子组的第一子组。
最后，根据获得的相位因数和强度分布/(g通过下式，可获得所 接收光信号场的数字表示^(U:
&(U = V^J.,". (11)
在本发明的一种实施例中，如图2所示，当Ar与符号周期Ts相 比足够小时，强度分布可用l《,)l近似，因此
^ft)aVR^f 即， (12)或者优选
，
~|1 /d
t: …
^ . (13)
注意，当A:r至少小于等于符号周期i/2时、即Ars7;/2，可认为它足 够小。对于sps=4，优选Ar-7;/4。
使用这种近似意味着不需要光电二极管1015、放大器1023、可 选的自动增益控制器1033以及模数转换器1043,因此它们未在图2 中示出。另外，1x3光分路器1001由更简单的1x2光分路器2001取 代，因为没有对确定强度的支路的需要，因此只需要两个副本。
在通过重建单元1051在数字域中形成所接收光信号场之后，则 可通过恢复单元1052导出如从发射机原始发出的光信号场的数字表 示^(g。为此，依照本发明的一方面，恢复单元1052对各种失真进
行电补偿，失真例如由色散以及a)自相位调制(SPM)与b)所传输信 号在向接收机传播时所遭受的色散和SPM的组合引起。
当信号主要因色散而失真时，恢复单元1052可通过确定下式恢 复原始光信号场
五rft)-^(F[五w(()]'e—〃(A。'。')}， (13) 其中，F(x)和P(力分别为信号x和y的傅里叶变换和傅里叶逆变换，
/(~。,)表示因由具有值D的色散产生的色散效应所《1起信号光相位的 频率相关的改变，"-"符号表示色散效应的去除。更简单地，可使用利 用有限沖击响应(FIR)滤波器的传统技术对其进行近似。
如果信号基本上只因SPM而失真，则可通过本发明的实施例对 此类SPM进^f亍补偿，在该实施例中，恢复单元1052确定
4'(0 = ^{尸[^(0]乂-(14) 其中，与前面一样，F(x)和f(力分别为信号x和y的^[專里叶变换和1粵
里叶逆变换，Ad^表示因SPM而带来的总非线性相位，负号表示色
21散效应的去除。
当信号因色散和SPM而失真时，这种组合的色散和SPM可通过 本发明的实施例进行补偿，在该实施例中恢复单元1052将连接发射 机和接收机的光纤链路视为由N段构成，每段具有相同的色散和SPM 效应，其中离发射机最近的那段被认为是第一段，而离接收机最近的 那段被认为是第N段。然后，恢复单元1052通过执行由以下伪代码 所包含的迭代过程获得原始光场的数字表示
邻,，屈)=柳，
" =to 1
& (X) = ^ {尸[邻,，"+1)] e力肌,)}, = &(0 力瑪丄化0("|2/\
其中，E"，W)为在第N段开始时的所恢复光场，m^表示因SPM而 导致的总非线性相位。
在数字场中恢复原始光场之后，由解调和数据复原单元1053对 其进一步处理。例如，当通过DQPSK格式调制光信号时，传统光 DQPSK解调过程通过确定下式获得同相(I)和正交数据分量 (tributary)的判决变量
t、
五r(U'五W广7;广expC;々)
(15)
一旦获得所述判决变量，则通过下式进行判决以复原在发射机所发送 的原始数据I-和Q-分量
<'i，"e("^， (16)其中，^为判决时间；p;为判决阈值，通常约为0。
如本领域技术人员将易于明白的，可使用可选的接收机性能监视 来提供与重建和恢复过程复原原始光信号成功状况有关的信息。此 夕卜，可应用反^t控制以使重建和恢复过程中的每个步骤最优化。例如， 在例如因在发射机的光信号载波频率的漂移或者在ODI中温度引起 的路径长度变化而导致&随时间緩慢变化的情况下，式(5)可用反馈控
制进行动态调节以便始终找到时变-。的最佳推测，使得因此准确获得 相位因数。
如本领域技术人员将易于明白的，本发明可应用到光差分相移键 控(DPSK)信号，例如差分二进制相移键:控(DBPSK)和差分正交 相移键控(DQPSK)信号，因为ODI和平衡检测通常用于DPSK检 测。此外，该发明还可应用到幅移键控(ASK)、组合DPSK/ASK以 及差分QAM。
权利要求
1. 一种光接收机，包括直接差分检测接收器，所述直接差分检测接收器接收到来的光信号作为输入，并提供复波形的实部和虚部的模拟表示作为输出，所述复波形包含与在所述到来的光信号中由规定量所分隔的多个时间位置之间的相位差有关的信息；以及信号处理器，耦合到所述直接差分检测接收器，用于形成表示所述到来的光信号的强度和相位分布的数字表示。
2. 如权利要求1所述的光接收机，其中，所述信号处理器还包括 用于给表示所述到来的光信号的强度和相位分布的所述数字表示补 偿由所述接收光场已在其上传播的信道给所述接收光信号造成的至 少一种传输损伤的装置。
3. 如权利要求1所迷的光接收机，其中，所述信号处理器还包括 响应表示所述到来的光信号的强度和相位分布的所述数字表示的装 置，用于执行解调和数据复原。
4. 如权利要求1所述的光接收机，其中，所述信号处理器确定表 示由所述规定量所分隔的所述复波形的样本之间的光相位差的相位 值。
5. 如权利要求1所述的光接收机，其中，所述信号处理器对每个 比特获得所述复波形在时间位置的样本，所述样本定义如下<formula>formula see original document page 2</formula>其中tt是初始任意时间位置，且"为任选数。
6. 如权利要求1所述的光接收机，其中，所述直接差分检测接收 器还包括获得所述到来的光信号的强度分布的直接强度检测单元。
7. 如权利要求6所述的光接收机，其中，所述直接强度检测单元 是光电二极管。
8. 如权利要求1所述的光接收机，还包括模数转换器单元，所述 模数转换器单元将所述复波形的实部和虚部转换为其相应数字表示， 并向所述信号处理器提供所述复波形的实部和虚部的所述数字表示。
9. 如权利要求8所述的光接收机，其中，所述直接差分检测接收 器还包括至少一个光检测器，其中，所述信号处理器执行由所述至少 一个光检测器和所述模数转换单元对所述复波形的实部和虚部的所 述数字表示中至少之一的固有响应所引起的所叠加滤波器传输函数 的逆。
10. 如权利要求8所述的光接收^L,还包括插入在所述直接差分 检测接收器与所述模数转换器之间的自动增益控制单元。
11. 如权利要求8所述的光接收机，其中，所述模数转换器单元 包括多个模数转换器。
12. 如权利要求8所述的光接收机，其中，由所述才莫数转换器单 元所提供的所述复波形的所述实部和虚部的所述数字表示的样本组 被所述信号处理器一起处理。
13. 如权利要求12所述的光接收机，其中，所述组的大小与在光 传输期间因所述到来的光信号在其上传播的光信道中的色散效应而 相互影响的光符号的最大数量成比例。
14. 如权利要求1所述的光接收机，其中，所述直接差分检测接 收器还包括多个光延迟干涉仪。
15. 如权利要求14所述的光接收机，其中，所述多个光延迟干涉 仪中至少之一具有约等于所述规定量的延迟。
16. 如权利要求14所述的光接收机，其中，所述多个光延迟干涉 仪中至少二个光延迟干涉仪具有正交相位偏移。
17. 如权利要求14所述的光接收机，其中，所述多个光延迟干涉 仪中至少二个光延迟干涉仪具有相互不等的操作延迟，且所述延迟中 的每个延迟约为所述规定量。
18. 如权利要求14所述的光接收机，其中，所述多个光延迟干涉 仪中的二个光延迟干涉仪具有(i)相互不等的操作延迟以及(ii)它们之间的延迟差，所述延迟差与兀/2的光相位差对应。
19. 如权利要求14所述的光接收机，其中，所述直接差分检测接 收器还包括至少两个平衡强度检测器，所述平衡强度检测器中的每个 平衡强度检测器耦合到所述光延迟干涉仪中相应 一个光延迟干涉仪。
20. 如权利要求14所述的光接收机，还包括模数转换器，所述模 数转换器将所述复波形的所述实部和虚部中至少之一转换为数字表 示，并将所述复波形的所述实部和虚部的所述数字表示提供给所述信 号处理器，其中，所述规定量为△r = i」，1Sm^5/w，且m为整数， ，其中，为所述到来的光信号的符号周期，^戸为所述模数转换器将 所述复波形的所述实部和虚部中所述至少之一转换为数字表示所用 的每符号样本数，m为l到^w之间的整数，以及其中，所述复波形 为"(0 ="』)+ ,",呵(0,其中，"^(0和"—W分别为所述复波形的所述实部和虚部。
21. 如权利要求20所述的光接收机，其中，所述信号处理器确定 帧内的样本的各相应子组的信号相位分布，各子组包括所述帧的具有 Ar或整数倍Ar的样本之间的间隔的那些样本，所述信号相位分布基 于各子组内的相邻样本之间的光相位差且通过确定下式而获得<formula>formula see original document page 5</formula>其中，n为所述子组内的特定样本的位置，当n-O时不计算总和。
22.如权利要求21所述的光接收机，其中，ts为时间位置，其中，所述信号处理器通过确定^(U-V^.e，')计算所述接收光信号场的所述数字表示五,ig，其中/(o为所述到来的光信号在时间4的强度 分布且^")为在时间ts的相位。
23. 如权利要求21所述的光接收机，还包括耦合到模数转换器用 于提供所述强度分布的直接强度检测单元。
24. 如权利要求21所述的光接收机，其中，在时间4所述强度分 布由w(O的绝对值近似。
25. 如权利要求20所述的光接收机，其中，所述信号处理器确定 m个子组的每一个相应子组中的相同间隔样本之间的相位关系，其中， 各子组包括所述帧的具有Ar或Ar整数倍的样本之间的间隔的那些样 本。
26. 如权利要求20所述的光接收机，其中，所述信号处理器确定 m个子组的相同间隔样本中的相位关系，其中，各子组包括所述帧的 具有Ar或AT整数倍的样本之间的间隔的那些样本。
27. 如权利要求26所述的光接收机，其中，所述信号处理器确定 仅第一子组的所述样本中的相位关系，所述第一子组为唯一子组。
28. 如权利要求26所述的光接收机，其中，所述信号处理器根据 基于所述w个子组的试凑重建信号的集合的光功率谱的分^f而确定所述m个子组中所有子组的相同间隔样本中的相位关系，因此确定所述到来的光信号的所述样本的所有相位关系。
29. 如权利要求28所述的光接收机，其中，所述试凑重建信号的 集合的光功率谱的所述分析确定其在对于所述到来的光信号的中心 频率的[-SR，十SR]的频率范围内的光谱功率在所述试凑重建信号的集 合之中最高的试凑重建信号，其中SR为所述到来的光信号的符号率。
30. 如权利要求28所述的光接收机，其中，所述试凑重建信号的 集合的光功率谱的所述分析确定其在对于所述到来的光信号的中心 频率的[-SR, +SR]的频率范围外的光谱功率在所述试凑重建信号的集 合之中最低的试凑重建信号，其中SR为所述到来的光信号的符号率。
31. 如权利要求20所述的光接收机，其中，所述信号处理器对帧 内的样本的各相应子组确定信号相位因数的分布，各子组包括所述帧 的具有Ar或整数倍Ar的样本之间的间隔的那些样本，所述信号相位 因数基于各子组内的相邻样本之间的光相位差且通过确定下式而获得<formula>formula see original document page 6</formula>其中，n为所述子组内的特定样本的位置，当n-O时不计算乘法。
32. 如权利要求31所述的光接收机，其中，所述信号处理器以所 述信号相位因数的所述分布与所述到来的光信号的强度分布的函数 计算所述接收光信号场的所述数字表示。
33. 如权利要求31所述的光接收机，其中，ts为时间位置，其中，所述信号处理器通过确定^(oV^.^^计算所述接收光信号场的所述数字表示^W,其中/(U为所述到来的光信号在时间ts的强度 分布且e^"为在时间ts的相位因数。
34. 如权利要求33所述的光接收机，还包括耦合到模数转换器用 于提供所述强度分布的直接强度检测单元。
35. 如权利要求33所述的光接收机，其中，在时间4所述强度分 布由的绝对值近似。
36. 如权利要求33所述的光接收机，其中，在时间4所述强度分布通过《X , +i)的绝对值的平方根近似。 ，
37. 如权利要求33所述的光接收机，其中，所述信号处理器还执 行因由所述接收光场已在其上传播的信道所造成的至少一种传输损 伤而给所述到来的光信号的所述数字表示的补偿。
38. 如权利要求37所述的光接收机，其中，所述信号处理器还执 行解调和数据复原。
39. 如权利要求37所述的光接收机，其中，所述至少一种传输损 伤属于包括下列项的组色散和光纤非线性效应。
40. —种光接收机，包括用于提供复波形的实部和虚部的模拟表示作为输出的装置，所述 复波形包含与在到来的光信号中由规定量所分隔的多个时间位置之 间的相位差有关的信息；以及用于形成表示所述到来的光信号的强度和相位分布的数字表示 的装置。
41. 如权利要求40所述的光接收机，其中，所述用于提供的装置 包括两个正交光延迟干涉仪。
42. —种用于光接收机中的方法，包括以下步骤 形成复波形的实部和虛部的模拟表示，所述复波形包含与输入到所述光接收机的光信号中的多个时间位置之间的相位差有关的信息，所述位置由规定量分隔；将所述模拟表示转换为数字表示；以所述数字表示的函数形成表示所述到来的光信号的强度和相位分布；以及提供指示由所述到来的光信号所表示的信息的输出。
43.如权利要求42所述的方法，其中，所述提供步骤还包括以下步骤给所述数字表示补偿由所述到来的光信号已在其上传播的信道给所述接收光信号造成的至少 一种传输损伤。
全文摘要
通过使用直接差分检测结合数字信号处理形成所接收光信号的幅度和相位的数字形式。所述信号被分离为三个副本。通常使用副本之一获得强度分布。提供向一对具有正交相位偏移的光延迟干涉仪中的相应之一提供余下的各个副本，干涉仪后面是相应平衡强度检测器。各平衡强度检测器的输出以及强度分布被各自转换为相应数字表示。信号处理用于从平衡强度检测器的输出的数字表示形成相位信息。
文档编号H04B10/158GK101523773SQ200780034669
公开日2009年9月2日 申请日期2007年9月20日 优先权日2006年9月22日
发明者翔 刘, 星 卫 申请人:卢森特技术有限公司