可调谐相干光接收机和方法
【专利摘要】本发明提供了一种可调谐相干光接收机和有关的方法，其中接收机在传输时使用光WDM信道的低频微量音调制作为信道ID，以便探测哪些光信道存在于所接收的光WDM信号中。接收机然后通过将本地振荡器调谐到其中一个所接收的光信道来区分开通过所述方法所探测的光信道，所接收的光信道是基于所接收的光WDM信号中存在低频音而确定的。
【专利说明】可调谐相干光接收机和方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及光通信，且更具体地涉及使用微量音调制(trace tonemodulation)对光信道进行识别和调谐的可调谐相干光接收机。
【背景技术】
[0002]发送不断增长的数量的数据的需要使光通信系统的发展成为必要，光通信系统将光信道的密集波分复用(DWDM)与合并相位调制的高级频谱有效的调制格式进行组合。所考虑的数据传输技术之一是与在接收机处的相干探测结合的双偏振正交相移键控或“DP-QPSK”。DP-QPSK调制格式包括发送两个正交偏振的光信号，每个信号根据QPSK调制格式与两个正交的“I”和“Q”信号相位调制。这种技术的优点除了频谱效率以外，还包括相对于光纤中的色散(⑶)和偏振模色散(PMD)的鲁棒性(robustness)。除了具有固有地大的PMD和CD容限以外，在接收机处的相位调制光的相干探测也可用于实现“无色接收机”，并因此实现“无色网络”，即，没有被分配到单独的分/插(A/D)端口的特定波长的网络；见例如2012年12月N.L.Swenson, Ughnvave?的文章“在地铁/局部网络上将40G DP-QPSK与 10G 00K信道组合(Combining40G DP-QPSK withlOG 00K channels on metro/regionalnetworks)”。使用相干探测,接收机可能能够简单地通过调谐本地振荡器(LO)从多个接收信道中选择期望信道，而不需要光学解多路复用器(DEMUX)、波长选择开关(WSS)或可重新配置的分插模块(R0ADM)，从而减小网络中的光损耗，极大地简化网络，并使它潜在地更不昂贵。这可减少在网络中所需的R0ADM/WSS元件的数量，并明显简化网络拓扑。然而，在可用作可调谐相干接收机中的本地振荡器的大部分市场上可买到的可调谐激光器中的波长调谐是相对缓慢的，使得将LO激光器波长从一个DWDM信道调谐或切换到另一信道花费数十秒或甚至数十分钟。此外，对于很多现实的网络应用，慢信道切换时间使接收机自动配置过程变得太长，因为它可能涉及扫描整个信道频谱，以识别所有接收信道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术的不足之处，在相干接收机处提供快速信道探测和/或自动配置的方法和实现该方法的可调谐光接收机。
[0004]因此，本发明涉及用于操作WDM系统中的相干接收机的方法，WDM系统包括用于发送携带高速数据信号的多个光WDM信道的多个光发射机，其中低频微量音用于识别光信道，其中接收机设置有用于探测微量音的存在或不存在的微量探测器，且其中在接收机处探测的微量音用于配置用于接收特定的光信道的接收机。
[0005]根据本发明的方面，该方法包括:i)使用唯一(unique)的低频微量音调制每个光WDM信道，以及ii)在相干接收机处,执行下列操作:a)将包括一个或多个光WDM信道的所接收的光波分复用信号分成第一和第二光信号部分；b)将第一光信号部分引导到包括光LO信号的可调谐本地振荡器(LO)源的相干探测和解调电路(CDC);c)将第一光信号部分引导到用于探测其中的一个或多个低频音的存在的微量音探测电路(TTDC);d)使用关于在所接收的光波分复用信号中存在的一个或多个微量音的信息来识别一个或多个接收光信道，并从其中选择接收光信道中的一个光信道；e)将LO源调谐到选定的光信道；以及f)混合LO光信号与第二光信号部分,用于相干地解调选定的光信道。
[0006]本发明的一个方面涉及用于接收光WDM信号的可调谐相干光接收机，光WDM信号包括携带高速数据信号的一个或多个光信道，其中使用唯一地(uniquely)与所述光信道相关的低频微量音来调制一个或多个光信道中的每一个。可调谐相干光接收机包括下列元件:用于将所接收的光WDM信号分成第一和第二光信号部分的分光器；耦合到分光器用于接收第一光信号部分并用于选择性和相干地解调来自一个或多个光信道中的一个光信道的高速数据信号的相干探测和解调电路(CDC)，其中CDC包括光LO信号的可调谐本地振荡器(L0);以及耦合到分光器用于接收第二光信号部分并用来探测其中的一个或多个低频微量音的存在和用于产生识别存在于所接收的光WDM信号中的一个或多个低频微量音的微量探测信号的微量音探测电路(TTDO0可调谐相干光接收机还包括LO控制电路，其耦合到可调谐源，用于将其光频率调谐到选定的光信道，选定的光信道是基于微量存在信息在所接收的光WDM信号中存在的一个或多个光信道中选择的。
[0007]根据本发明的特征，可调谐相干光接收机还可包括耦合到LO控制电路用于向其提供信道选择信号的微控制器，用于将LO频率调谐到选定的光信道的，其中微控制器可包括用于基于从TTDC接收的微量存在信号来选择选定的光信道的硬件或软件逻辑。因此，在本发明的这个方面中，可调谐相干接收机能够通过在启动或系统配置中发生改变时，通过自动执行信道发现和选择来自动配置自己。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本发明将参考表示其优选实施例的附图被更详细地描述，其中相同的元件用相同的参考数字表示，且其中:
[0009]图1是示出利用微量音调制的光通信链路和可调谐相干接收机的示意图；
[0010]图2是利用微量音调制的光发射机的一般方框图。
[0011]图3是利用微量音探测进行自调谐或外部调谐的可调谐相干接收机的示意性方框图；
[0012]图4A和4B是电子微量探测器的两个示例性实施例的示意性方框图；
[0013]图5是包括微量音探测器的微量音处理电路的示意性方框图；
[0014]图6是示出用于服务数据解码的二进制频移键控(BFSK)解码器的示意图；
[0015]图7是示出用于服务数据解码的二进制相移键控(BPSK)解码器的示意图；
[0016]图8-11是示出操作图3的可调谐相干接收机的方法的各种实施例的流程图；
[0017]图12是DP-QPSK信号的相干混频器/探测器的示意性方框图。
【具体实施方式】
[0018]下面的定义可适用于本发明的实施例:术语“高速信号”、“高频信号”、“高数据率信号”、“宽带信号”、“高速数据”和“宽带数据”指一般由用户创造的数据，和/或通过以一般高于100Mb/S的链路线速率调制光载波而经由光通信链路传输的相应信号。术语“低速”、“低频”、“低[数据]率”指通过以低于线速率至少一个数量级且一般低于50Mb/s或低于50MHz的速率或频率调制光载波而传输的数据和/或信号。术语“服务数据”指为了光通信系统本身而不是其用户的利益而产生并传输的数据，例如与系统和/或收发机配置、诊断和维护有关的数据。如本文使用的术语“收发机”指合并接收机和发射机并包括换能器的设备。如本文使用的术语“节点”指在光通信系统中的发射机、接收机或收发机的连接点，并包括光通信链路的端点。
[0019]注意，如本文使用的，术语“第一”、“第二”等并不用来暗示连续的顺序，而是用来区分开一个元件与另一元件，除非另有明确规定。如本文使用的术语“耦合”和“连接”可意指直接连接或耦合，或与一个或多个访问元件或设备的间接连接或耦合，除非另外特别规定。此外，可使用下面的缩写:
[0020]ASIC 专用集成电路
[0021]FPGA 现场可编程门阵列
[0022]BPSK 二进制相移键控
[0023]QPSK 正交相移键控
[0024]QAM 正交振幅调制
[0025]SPI 串行外围接口(总线)
[0026]ADC 模数转换器
[0027]DAC 数模转换器
[0028]WDM 波分复用，包括DWDM
[0029]DffDM 密集波分复用
[0030]SOA 半导体光放大器
[0031]PD 光电探测器
[0032]LO 本地振荡器
[0033]DSP 数字信号处理器
[0034]SERDES串行器/解串器
[0035]相干接收机能够同时接受多个进入的传输信道，并通过接收机中的本地振荡器激光器的波长的调谐来选择用于解调和接收的这些信道中的一个光信道。本发明的一个方面提供可调谐相干接收机，其可快速地以毫秒或更小的方式探测存在于所接收的光WDM信号中的所有光信道，并因此可快速自动配置成调谐到期望接收信道，这通过使用唯一的微量音调制每个光信道中的光信号来实现，这可在传输时或在发射机的下游在网络中的任何地方完成，其中信道被解复用，并接着使用在接收机处的微量音来电子地探测哪些信道存在于所接收的光中。
[0036]参考图1，示意性地示出了利用本发明的特征的光纤DWDM网络10的示例性部分。所示网络部分包括由光链路3连接的第一光节点I和第二光节点2，光链路3被示意性地示为云，并可包括中间光学设备和系统，例如中间穿通节点、光放大器、光路由器、光分/插复用器等。节点I包括光发射机(Tx) 20-1,20-2和20-3，其通常在本文被称为发射机20或Tx20，而节点2包括可调谐相干接收机(TCR) 100，其可接收由发射机20产生的光信号，并包括如在下文更详细地描述的本发明的特征。将认识到，在节点I处的每个发射机20和在节点2处的每个TCR100可以是也包括补充的光接收机或发射机的相应的光收发机的一部分，以便支持节点I和2之间的双向通信，如在本领域中已知的。[0037]每个光发射机20配置成根据本发明的实施例在相应于特定的光信道的波长处产生光信号，唯一的微量音嵌入其中。每个发射机20具有耦合到光复用器30的输入端口中的一个的输出光端口。作为例子，发射机20可以是DP-QPSK发射机，其可进一步可调谐，以在来自100GHz ITU栅格或如本领域中已知的任何其它适当的波长栅格上的多个光DWDM信道的任何光信道处发送光信号，且适合于将微量音嵌入其输出光信号中。在一个实施例中，这些微量音实质上是低频谐音，每个谐音具有选自一组预先定义fi的基频并与相应的光信道的波长唯一相关的频率。在本说明书的上下文中，术语“基频”和“微量音频率”可与术语“基频”互换地使用，术语“基频”也用于指对特定的系统定义的任何微量音频率。在一个实施例中，在本文也可称为信道ID音的这些微量音可携带有用的数据，例如其为了网络支持的目的与节点间通信有关，且可以是低频和窄带宽信号。其它实施例包括用于在特定的光信道上操作的不可调谐发射机以及使用可受相干探测影响的其它调制格式的光发射机。此外仅作为例子，发射机20-1、20-2和20-3可为了分别在DWDM信道Ch.#l、Ch#2和Ch#5上操作而被配置或调谐，上述DWDM信道可以对应例如光信道频率191.1OOTHz (太赫兹)196.200THz和196.500THz或可在特定的通信系统中使用的任何其它光信道频率。
[0038]在操作中，由这些Τχ20中的每个发射的光被宽带调制来以高线速率例如40Gb/s、100Gb/S或更高的线速率在节点I和节点2之间发送用户数据。此外，根据本发明的实施例，这些收发机中的每个的光输出被进一步调制，例如在强度上调制，相应的信道ID音具有相对于线速率很低的基频fi ;这些子载波音在图1中由频谱峰值11示意性地示出，且将通常在本文被称为微量音11、信道ID音11或简单地被称为音11。
[0039]微量音频率fi可均匀地或不均匀地间隔开，i=l，-,N0在一个实施例中，音11在频率上以频率间隔Af被均匀地间隔开，其被选择为使用相对简单的电子设备在接收机处实现不同的音之间的清楚区分。作为例子，Af可为大约IOkHz或更大，且音可占据从大约IOOkHz或更小到大约1500kHz的频率范围，实现多于100个唯一的信道ID音。在每个发射机20处使用的音频率fi对应它被调谐到的DWMD信道，并唯一地将这个信道限定在发射机20和TCR100所属于的网络的至少一部分中。
[0040]参考图2，示意性示出了根据本发明的实施例的可用于实现发射机20的示例性发射机20A。发射机20A具有用于从主机控制器(未示出)接收高速电数据流的高速数据接口和用于产生光信道信号13的光输出端口，所述光信道信号13使用选定的调制格式——作为例子，例如DP-QPSKA——进行调制。发射机20A还具有控制接口，其可配置成接收“信道选择”信号15，如果发射机20A是可调谐的。发射机20A包括光源23，例如可调谐半导体激光器，其光输出连接到光DP-QPSK调制器24。调制器24由DP-QPSK调制器驱动器22电驱动，驱动器22又从SERDES21接收其输入。SERDES21将从主机控制器接收的电数据信号12转换成适合于所选择的调制格式的电信号。在一个实施例中，对于如在DP-QPSK调制的领域中所知的总共四个信号，SERDES21对输出光的两个偏振中的每个，将输入数据流转换成电I和Q信号。
[0041]连接到光源23的电输入的偏置控制器25用于如在本领域中已知的控制光源23的偏置电压或电流。光源23可使用可调谐半导体激光器来体现，该可调谐半导体激光器可包括被单独电气地偏置的多个部分，例如增益部分、调谐部分和可选地包括放大部分，在这种情况下，偏置控制器25配置成为这些部分中的每个产生偏置信号，也如本领域中已知的。进一步提供了连接到偏置控制器25的音调制器26，用于使用在选定的微量音频率处的微量音信号来调制激光器23的电偏置信号，这导致在上文中描述的激光器23的光输出的期望微量音调制。在不同的实施例中，音调制器26可调制激光器25的增益部分，或更优选地,调制其放大部分，以便使用选定的音信号调制激光器23的输出光功率。在一个实施例中，音调制器26可具有用于接收服务数据14的数据输入，所述服务数据14用于通过微量音发送。在一个实施例中，来自主机控制器的信道选择信号15被提供到激光偏置控制器25，用于将激光器23的波长设置到选定的光信道，或被提供到音调制器26，用于将微量音频率设置为相应于选定的光信道。在一个实施例中，音调制器包括存储器，用于存储规定每个可能的光信道的唯一微量音频率的查找表，激光器23可调谐到所述每个可能的光信道。在另一实施例中，偏置控制器25可用来调制布置在光源23的下游的光衰减器(未示出)，从而提供输出光信道13的期望微量音调制。
[0042]在一个实施例中，微量音11可以使用适当的调制格式例如BPSK或BFSK编码被窄带调制，例如以在节点之间传送服务数据，从而实现节点间信令。在本说明书的上下文中，术语“服务数据”指与网络配置、维护和诊断有关的数据，包括与发射机和接收机本身的配置、维护和诊断有关的数据。作为例子，服务器数据可包括与收发机控制信息有关的数据，例如改变可调谐收发机的光频率或发射功率的命令、以及收发机数字诊断信息，例如与设备温度、接收机功率、激光器温度等有关的数据。
[0043]现在回来参考图1，节点I利用光复用器(MUX) 30来组合发射机20的光输出，用于通过单个光纤发射到网络3中。然而，节点2使用简单的功率分配器35，而不是更传统的光解复用器，来将从网络链路3接收的光信号引导到TCR100。因此，由TCR100接收的光信号可包括由发射机20所产生的一个或多个信道，并可进一步可选地接收在网络10中的其它节点处产生的其它光信道。TCR100接着利用微量音探测，用于发现所接收的光信道，并使用该信息——可能在节点控制器的帮助下——来调谐到期望的接收信道。注意，在其它实施例中，MUX30可以用非选择性光束组合器代替，如果系统的功率分配允许它，在这种情况下，在节点I和2之间的光传输可变成实质上“无色的”。
[0044]参考图3，示出了根据本发明的实施例的TCR100的示意性方框图。它包括从网络10接收光WDM信号101的光纤端口 99、控制接口 155和用于输出解调的高速数据的高速数据输出端口 125。所接收的WDM信号101可包括一个或多个光信道88，每个光信道88使用其自己的微量音被调制，且高速数据输出端口 125输出从选定的接收光信道解调的电数据信号。光纤端口 99连接到输入光功率分配器105或光分接头，其将所接收的光WDM信号101分成分别第一光信号部分102和第二光信号部分103,而实质上不改变其光谱。第一部分102接着被弓丨导到光电相干探测和解调电路(CDC) 138，所述光电相干探测和解调电路(⑶C) 138由相干混频器/探测器130和可调谐本地振荡器(LO)激光器110形成，而第二光信号部分103被引导到光电微量音探测电路(TTDC) 140。分光器105的分束比优选地被选择成将所接收的光WDM信号101的大部分光功率引导到相干混频器/探测器130中，光信号功率的一小部分例如I到10%和优选地I到5%被分接，并被引导到微量音探测电路140。
[0045]在操作中，⑶C138选择性地解调存在于所接收的光WDM信号101中的WDM光信道中的一个光信道，并使用本领域中已知的适当相干探测技术从其提取高速数据信号。通过调谐LO源110的输出波长来执行要解调的光信道的选择，LO源110可以是例如具有适当的窄频谱线宽的可调谐半导体激光器的形式。作为例子，可以使用在同一芯片中合并宽范围可调谐的半导体激光器和SOA部分的光子集成电路(PIC)发射机来体现LO源110，如例如在 IEEE 期刊的《量子电子学选题》(Selected Topics in Quantum Electronics) (2005年I月，卷11，第I期)，中出版的Ward，A.J.等人的文章“具有单片集成SOA的宽调谐范围的 DS-DBR 激光器的设计和性能(Widely tunable DS-DBR laser with monolithicallyintegrated SOA:design and performance)”中描述的。LO激光器10的输出波长由施加到其波长控制端子或其两个或多个端子的偏置电压或电流或一组不同的偏置电压或电流控制。还提供了 LO控制器12，其响应于通过其通信接口接收到信道选择信号，产生将LO激光器110的输出波长调谐到期望光信道所需的偏置电压。LO控制器112可存储使LO激光器偏置电压或电流与特定的光信道相关的波长控制信息，例如查找表。在图12中示出并在下文中描述了用于DP-QPSK调制格式的相干混合器/探测器130的结构。来自相干混频器/探测器130的输出的高速电数据信号可以首先传递到可选的DSP/SERDES120，用于信号调节和/或转换成如本领域中已知的期望输出格式，并经由高速输出端口 125输出。
[0046]TTDC140包括辅助光电探测器(PD) 128，其将第二光信号部分103转换成电H)信号210，并将它提供到电子微量探测器(ETD) 141。ETD141配置成针对其中的一个或多个微量音的存在而分析来自TO128的H)电流，并产生微量探测信号，其携带微量存在信息，所述微量存在信息识别存在于所接收的光WDM信号101中的一个或多个低频微量音11。
[0047]作为例子，TCR100可接收包括在图3中被标记为Ch#l、Ch#2和Ch#3的三个WDM信道88的光信号，每个WDM信道在相应的基频f 1、f2和f5处由其相应的微量音11调制。这有效地导致在这些基频处所接收的光WDM信号101的光强度和功率的调制，使得所接收的光WDM信号101的低频频谱通常如图3底部的插图所示。ETD141探测这些基频的存在，并输出微量探测信号，从该微量探测信号识别出存在于输入信号101中的基频fl、f2和f5。
[0048]在TCR100包括内部微控制器(MO 150的一个实施例中，这个微量探测信号例如经由适当的数字接口，例如串行总线，传递到MC150，和/或也可经由控制接口 155传递到外部控制器(EC)180，例如网络或节点控制器。可例如使用适当的微处理器、PLD (可编程逻辑设备)、FPGA, ASIC或其任何组合来体现MC150。在一个实施例中，ETD141配置成探测、例如步进跨过或扫描通过相应于可由TCR100接收的多个光WDM信道的多个微量音频率，用于探测它们在所接收的光WDM信号101中的存在。在一个实施例中，TTDC140还可包括适当的解码器，其用于解码可由选定的微量音携带的在节点I处从发射网络控制器发送的消肩、O
[0049]图12示出用于相干地探测如在本领域中已知的DP-QPSK信号的图3的相干混频器/探测器130的示例性结构。输入光信号101的主要部分102被接收到TE/TM分光器131中，TE/TM分光器131将所接收的光信号的TE偏振部分提供到两个I/Q混合混频器132之一中，以开始解调的TE分支。TE/TM分光器131还将TE偏振光信号的TM偏振部分提供到TM到TE旋转器136，其将该光信号的偏振旋转到TE偏振，并将它传递到第二 I/Q混合混频器132，以开始调制的TM分支。TE和TM偏振光信号在两个各自的I/Q混合器132中与经由功率分配器134由LO激光器110提供的CW光信号混合，Cw的波长由LO控制器112控制。因而产生的四个混合光信号中的每个接着被提供到相应的高速光电探测器(PD) 133。来自PD133的电ro信号可接着由可变增益放大器(未示出)可选地调节到标准化水平，并在DSP/SERDES120中经历时钟恢复，以获得如本领域中已知的四个高速电数据信号TE-1、TE-Q, TM-1和TM-Q，其可接着经由高速接口 125以期望的串行或并行形式被提供到主机控制器(未示出)。可选地，时钟恢复和增益控制功能可由主机控制器执行。
[0050]现在参考图4A，ETD141可被实现为例如用于与MC150协作来探测微量音的锁相环(PLL)。来自PD128的电H)信号201顺序地穿过相位探测器210、低通滤波器220和光放大器230。反馈路径包括产生周期信号的电压控制的振荡器(VCO) 260，该周期信号的频率可通过DAC250由MC150控制。在操作中，MC150将VCO频率设置到期望基频，并通过模数转换器(ADC)240监测低通滤波器220的输出，其中该输出在该实施例中构成微量探测信号，以确定与当前探测的基频相关的光信道是否存在。这个过程可对多个基频重复，直到整个微量音基频范围或其期望部分被扫描。可选的和所有模拟路径可被选择，以在必要时加速锁定时间。頂C150通过PLL锁定的存在或不存在来确定H)信号201中的微量音的存在或不存在，如从放大器230或低通滤波器220的输出确定的。
[0051 ] 一旦VCO频率被设置到特定的基频，相位探测器210就比较在其输入处的ro信号与来自VC0260的输出信号，并产生与它们的相位差成比例的误差信号。误差信号接着按需要被低通滤波并放大，并接着用于通过MC150或直接从放大器230的输出调节来自产生反馈回路的VC0260的参考信号的相位和/或频率，以加速锁定过程。如果VCO的输出相位相对于ro信号的输入相位漂移，则误差信号215将增加，通常在相反的方向上驱动VCO相位，以便减小误差。如果ro信号201包括微量音，该微量音的频率在VC0260的输出频率的PLL锁定范围内，则VC0260的输出相位将被锁定到输入信号201的相位，将来自放大器240的误差信号215减小到接近零水平。微处理器150监测数字化误差信号215，并通过PLL锁定的存在或不存在来探测H)信号201中的特定音频率的存在或不存在。
[0052]将认识到，图4A的PLL电路可使用模拟或数字元件或它们的组合来实现。模拟锁相环通常构造有放置在负反馈配置中的模拟相位探测器、低通滤波器和VC0。数字锁相环使用数字相位探测器；它也可具有在反馈路径中或在参考路径中或在这两者中的分频器(divider),以便使PLL的输出信号频率成为合理的多个参考频率。参考频率的非整数倍也可通过用可编程脉冲耗尽计数器代替反馈路径中的简单的除以N计数器来产生。
[0053]将认识到，也可使用适合于探测ro信号201中的低频微量音11的存在的其它频谱分析电路来体现ETD141。例如，可使用数字信号处理技术来探测微量音。在图4B所示的一个实施例中，ro信号201以高分辨率和相对高速ADC (模数转换器)205被采样。采样率应至少高于最高音频率两倍，虽然每音周期10个点采样可能是优选的。来自ADC205的输出的数字化数据可接着由数字频谱分析逻辑255处理，数字频谱分析逻辑255可例如实现简单的傅立叶变换，以将来自ADC205的时域离散信号转换成频域信息，和由已知的峰值探测技术和/或频域阈值化中的一个来处理，以确定在一个或多个基频处的峰值的存在或不存在，以确定任何特定的微量音11的存在或不存在。因此，任何基频的存在可被确定，而不扫掠VCO输入以扫描整个频率范围。由数字频谱分析逻辑255例示的数字信号处理可以由软件或固件来实现，也可以由硬件逻辑电路来实现，例如可使用微处理器、CPLD、FGPA或ASIC来完成，并可在IMC150内实现。
[0054]在一个实施例中，頂C150可配置成经由控制接口 155将微量存在信息发送到外部控制器(EC) 180。EC180接着使用该信息来在接收机100应调谐到的接收WDM信道之间进行选择，并将识别选定的光信道的相应信道选择信号直接地或通过MC150传递到LO控制器112。LO控制器112接着将LO信号调谐到选定的光信道。在一个实施例中，MC150可用硬件或软件逻辑151来实现，用于基于从ETD141接收的微量存在信号或使用ETD141来选择选定的光WDM信道，并对LOC控制器112产生相应的信道选择信号。在一个实施例中，IMC150包括信道查找存储器153，用于存储使可能的基频与光信道相关的查找表。
[0055]参考图5，其示意性示出了一个实施例，其中TTDC140除了电子音探测器141以外，还包括微量音解调/解码电路200，其可以例如为了网络监控和配置的目的，在一个或多个所接收的微量音11在发射机处被调制，以携带有用数据，例如发射机产生的服务消息时实现。在功能上，微量音解调/解码电路200可包括用于选择期望微量音的可调谐滤波器270，接下来是配置成对由选定的微量音所携带的发射机产生的消息进行解码的微量音解码器290。将认识到，可调谐滤波器270的功能可使用各种已知的技术一包括但不限于使用VCO和/或数字信号处理——来实现。各种调制格式——包括但不限于BPSK和BFSK——可用于调制微量音。
[0056]作为例子，图6示出BFSK调制的微量音信号，其中逻辑“O”通过将音拼频率从基频Π改变到稍微不同的频率H’而被传输。解码器290可接着使用如本领域中已知的简单的相位探测器来实现。频率调制|f1-fi’ I的幅值应被选择为小于微量音间隔Af。图7示出BPSK调制的微量音信号，其中微量音信号的相位在逻辑“O”和“I”之间的每次变换时改变了 η。这样，解码器290可使用例如以下的元件来实现:一个一比特延迟(one-bitdelay),之后接一个混频器和一个一比特积分器(one-bit integrator),如本领域中已知的那样。当然，其它调制格式——包括ASK、QPSK等——也可用于调制微量音。将认识到，块270和290中的每个可使用模拟或数字电路来实现，例如使用由ADC执行的数字处理器来实现，且这些块中的一个或两个可在MC150内使用ADC205来实现，以数字化H)信号201。
[0057]根据本发明的方面，TCR100实现用于在WDM系统中操作可调谐相干接收机例如TCR100或包括TCR的光链路的方法，WDM系统包括用于发送携带高速数据信号的多个光WDM信道的多个光发射机。该方法可包括下列一般步骤:使用唯一的低频微量音11调制每个光WDM信道,例如,如上文参考图1和2描述的,并在相干接收机处执行下列步骤:
[0058]a)将包括光WDM信道中的一个或多个的所接收的光WDM信号分成第一和第二光信号部分；
[0059]b)将第一光信号部分引导到包括光LO信号的可调谐本地振荡器(LO)源的相干探测和解调电路(CDC)；
[0060]c)将第一光信号部分引导到用于探测其中的一个或多个低频音的存在的微量音探测电路(TTDC)；
[0061]d)使用关于在所接收的光WDM信号中存在的一个或多个微量音的信息来识别一个或多个所接收的光信道并从其选择所接收的光信道中的一个光信道；
[0062]e)将LO元调谐到选定的光信道；以及
[0063]f )混合LO光信号与第二光信号部分用于相干地解调选定的光信道。
[0064]现在将参考图8-11描述在其示例性实施例中可由TCR100实现的该方法的各种特征。[0065]首先转到图8，TCR100可在其一个实施例中实现该方法的一般步骤。当光信号101从网络链路3被接收到时，所接收的光WDM信号的分接部分103在步骤310被引导到微量音探测电路140。在步骤320，微量音探测电路执行操作以探测存在于输入光信号101中的一个或多个微量音，这些操作如上文所述涉及将输入信号的分接部分转换成电信号，并可进一步涉及扫描或步进跨过预定的微量音频率的范围，以检查微量音的存在。一旦一个或多个微量音被探测到，在步骤330，L0激光器110就被调谐到相应于一个或多个所探测的微量音中的一个的光信道。这可包括通过MC150监测微量探测电路的输出信号，以从其辨别微量存在信息，以便识别存在于所接收的光WDM信号101中的所有或至少一些微量音11。
[0066]现在参考图9和10，在各种实施例中，可通过MC150本身或通过EC180基于微量存在信息做出关于哪个光信道调谐LO激光器110的决定。
[0067]首先转到图9，在一个实施例中，适当编程的MC150在321基于来自EDC141的微量存在信息来识别哪个/哪些光信道与光信号101 —起被接收。为了那个目的，IMC150可存储使光信道与微量音相关的、例如以查找表153的形式的信息。在322，IMC150的信道选择逻辑151从相应于一个或多个所探测的微量音11的一个或多个所识别的接收信道选择一个光信道，并在步骤323将信道选择信号发送到LO控制器112，其作为响应产生适当的偏置信号，以将LO激光器110调谐到选定的光信道。
[0068]现在转到图10，在另一实施例中，MC150在步骤324将微量音或信道存在信息传递到外部控制器(EC) 180，且EC180在325使用这个信息来从相应于所探测的微量音的信道选择调谐LO的期望光信道。EC180接着在步骤326直接地或经由MC150将信道选择信号发送到LO控制器112，其作为响应在步骤326产生适当的偏置信号来将LO激光器110调谐到选定的光信道。
[0069]在一些实施例中，MC150可被编程或以另外方式安装有信道选择逻辑151，其例如在系统启动时，当接收机被添加时，或在所接收的光WDM信号的信道内容改变时在正常操作期间，使TCR100能够基于所接收的光WDM信号101自动配置本身。
[0070]参考图11，示出了在一个这样的实施例中的TCR操作的流程图。处理在步骤420开始，其中由ETDC141产生的微量存在信息由MC150接收。如上文所述的，微量存在信息可例如包含在可由MC150监测的PLL的输出处的相位/频率误差信号中，或可以是来自识别哪些基频存在于所接收的信号中的SA逻辑255的数字消息的形式。如果只有单个微量音被探测到，用信号通知所接收的光WDM信号101中的单个光信道的存在，则MC150可接着立即转到步骤450，以指导LO控制器112将LO激光器110调谐到接收光信道。如果在步骤420两个或多个微量音11的存在被识别出，则进一步的TCR操作可取决于IMC150是否具有包括关于光信道选择的逻辑151，即，是否使用逻辑151来编程。这样的规则可例如包括关于信道优先级的规则，其中可潜在地由TCR接收的不同光信道被分配不同的优先级，且MC选择与其它接收信道比较具有最高指定的信道优先级的接收信道。如果MC没有信道选择规则，则信道或微量存在信息在430传递到EC180，用于在接收信道当中选择。如果MC150使用可适用的信道选择算法(信道选择逻辑151)被编程，则MC150在步骤440使用它来选择接收信道中的一个光信道，并接着在步骤450指导LO控制器112将LO激光器110调谐到选定的光信道。
[0071]前述可调谐相干接收机能够在几毫秒内步进跨过很多微量频率，有利地，这与将可调谐LO激光器的波长从一个光信道调谐到另一光信道一般所需的秒相仿，从而明显减少接收机配置时间。此外，用作信道ID的相同微量音也可用于携带有用数据，从而对例如远程主机系统上的远程收发机或换能器模块实现通信和管理，而没有带外OSC (光监督信道)接入。
[0072]虽然参考特定的示例性实施描述了本发明，它不限于此，且在本发明的范围内的各种修改和改进可基于本描述对有技能的从业者变得明显。例如，虽然参考DWDM网络描述了上文所述的示例性实施例，本发明不限于此，且可适用于其它光通信系统，包括在两个端子或节点之间的单光链路。此外，可设想这样的实施例，其中每个光信道与两个或多个微量音或子载波相关，例如以便增加可通过微量音传输的数据的量，只要每个微量音在接收机处与单个光信道相关。此外，本发明不限于DP-QPSK调制格式，但包括使用其它适当的调制格式——包括但不限于ASK (振幅偏移键控)、QAM、FSK (频移键控)和高阶PSK调制的不同版本——的通信系统和光接收机，假定使用可调谐LO源的相干探测在接收机处被使用。此夕卜，上文描述的每个实施例可利用另一实施例的一部分。当然，可设想很多其它实施例，而不偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种可调谐相干光接收机，包括: 分光器，其用于将所接收的光波分复用信号分成第一光信号部分和第二光信号部分； 其中所接收的光波分复用信号包括携带高速数据信号的一个或多个光信道，其中使用唯一地与所述光信道相关的低频微量音来调制所述一个或多个光信道中的每一个； 相干探测和解调电路CDC，其耦合到所述分光器，用于接收所述第一光信号部分，并用于选择性和相干地解调来自所述一个或多个光信道中的一个光信道的所述高速数据信号，所述相干探测和解调电路CDC包括光本地振荡器LO信号的可调谐本地振荡器LO源； 微量音探测电路TTDC，其耦合到所述分光器，用于接收所述第二光信号部分，并用来探测其中的一个或多个低频微量音的存在，并用于产生识别存在于所接收的光波分复用信号中的一个或多个低频微量音的微量探测信号；以及 本地振荡器LO控制电路，其耦合到所述可调谐源，用于将其光频率调谐到选定的光信道，所述选定的光信道是基于微量存在信息从所接收的光波分复用信号中存在的所述一个或多个光信道中选择的。
2.如权利要求1所述的接收机，其中所述微量音探测电路TTDC包括用于将所述第二光信号部分转换成电光电探测器H)信号的光电探测器PD，以及耦合到所述光电探测器ro的电子微量探测器，所述电子微量探测器被配置成在相应于多个光信道的多个微量音频率处探测所述电光电探测器ro信号，用于探测所述电光电探测器ro信号在所接收的光波分复用信号中的存在。
3.如权利要求2所述的接收机，其中所述电子微量探测器包括锁相环PLL电路。
4.如权利要求2所述的接收机，其中所述电子微量探测器包括模数转换器和数字频谱分析逻辑。
5.如权利要求1所述的接收机，还包括耦合到辅助光电探测器用于对选定的微量音所携带的发射机产生的消息进行解码的解码器。
6.如权利要求5所述的接收机，其中所述解码器包括用于对二进制相移键控BPSK编码数据进行解码的延迟线、混频器和积分器。
7.如权利要求5所述的接收机，其中所述解码器包括用于对频移键控FSK编码数据进行解码的相位探测器。
8.如权利要求2所述的接收机，还包括耦合到所述微量音探测电路TTDC和所述本地振荡器LO控制器的控制接口，所述控制接口用于将从所述微量音探测电路TTDC得到的微量音存在信息输出到外部控制器，并用于从所述外部控制器接收信道选择信号，用于将所述本地振荡器LO的频率调谐到选定的光信道。
9.如权利要求2所述的接收机，还包括耦合到所述本地振荡器LO控制电路的微控制器，用于向所述本地振荡器LO控制电路提供信道选择信息，以将所述本地振荡器LO的频率调谐到所述选定的光信道。
10.如权利要求9所述的接收机，其中所述微控制器包括硬件或软件逻辑，用于基于从所述微量音探测电路TTDC接收的所述微量存在信息来选择所述选定的光信道。
11.如权利要求1所述的接收机，其中所述相干探测和解调电路CDC包括: 一个或多个光混频器，其耦合到所述分光器和所述可调谐本地振荡器LO源，用于混合所述本地振荡器LO信号与所述第一光信号部分，以产生一个或多个混合的光信号，以及一个或多个光电探测器，其用于将所述一个或多个混合的光信号转换成所述高速数据信号。
12.—种用于操作波分复用WDM系统中的相干接收机的方法，所述波分复用WDM系统包括用于发送携带高速数据信号的多个光信道的多个光发射机，所述方法包括: 使用唯一的低频微量音调制所述光信道中的每一个； 在所述相干接收机处进行下述操作: 将包括一个或多个所述光信道的所接收的光波分复用信号分成第一光信号部分和第二光信号部分； 将所述第一光信号部分引导到包括光本地振荡器LO信号的可调谐本地振荡器LO源的相干探测和解调电路CDC; 将所述第一光信号部分引导到用于探测其中的一个或多个低频音的存在的微量音探测电路TTDC ； 使用关于在所接收的光波分复用信号中存在的所述一个或多个微量音的微量存在信息来识别所接收的一个或多个所述光信道，并从其中选择所接收的所述光信道中的一个光信道； 将所述本地振荡器LO源调谐到选定的光信道；以及 混合所述本地振荡器LO光信号与所述第二光信号部分，用于相干地解调所述选定的光信道。
13.如权利要求12所述的方法，还`包括在所述发射机处调制所述低频微量音，以将消息发送到所述接收机，并在所述接收机处解调所接收的微量音中的一个，用于从其中提取所述消息。
14.如权利要求13所述的方法，还包括将从其中得到的所述微量存在信息或信道存在信息提供到外部控制器，用于选择所接收的所述光信道中的一个光信道来用于相干解调。
15.如权利要求13所述的方法，还包括在所述相干可调谐接收机处使用内部软件或硬件逻辑，用于选择所接收的所述光信道中的一个光信道来用于相干解调。
【文档编号】H04B10/61GK103532635SQ201310283498
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】李坤京 申请人:Jds尤尼弗思公司