从正交相移键控调制光信号恢复数据的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利文件要求2013年3月30日提交的编号为61/806, 869的美国临时申请的 优先权的权益。之前提到的专利申请的整体内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本专利文件涉及用于从光信号恢复数据的光通信和技术。
[0004] 背景
[0005] 随着英特网和其它通信网络上的诸如视频的多媒体内容的传输的出现，存在对在 通信网络上增加的数据额定容量的任意不断增长的需求。通常，光通信信号被用于通信网 络的主干，其中，在网络边缘增加的流量聚合为几千兆比特的网络流量。因此，存在对光通 信技术的增长的需求以满足通信网络数据容量的需要。铺设额外的诸如光纤的光传输介质 通常需要大量的资本支出并由于所涉及的费用和其它常规问题可能不总是适当的选择。
[0006] 概述
[0007] 本专利文件提供，尤其是，用于从偏振调制正交相移键控（PM-QPSK)信号（例如在 从发射机到接收机传递期间经历了强滤波的PM-QPSK信号）中恢复数据的技术。
[0008] 在一个方面，公开了用于在光通信系统中恢复数据的方法、装置和计算机程序产 品。一个示例方法包括接收使用偏振调制正交相移键控（PM-QPSK)调制方案被调制的光 信号；对所接收的光信号采样以生成样本组，该样本组包括在T/2的奇数倍的时间点的样 本，其中，T表示QPSK调制方案的符号时间间隔；使用用于盲均衡的判决引导最小半径距离 (DD-LRD)算法，从样本组估计接收的星座图符号，其中，DD-LRD算法包括使用自适应滤波 器迭代地完善符号估计；以及从所估计的星座图符号中恢复在光信号中传输的数据位。包 括具有预定数目的系数（抽头）的均衡滤波的第三级被操作来缓解所接收的信号中由于传 输链路特性带来的劣化。
[0009] 这个方面和其它方面以及它们的实现在附图、描述和权利要求中更详细地描述。
[0010] 附图简述
[0011] 图IA是光通信系统的框图。
[0012] 图IB是光发射机/接收机链的实例的框图。
[0013] 图2显示了在T和T/2的倍数处采样的信号波形。
[0014] 图3描绘了（a) 28GHz和（b) 24GHZ带宽的滤波器的采样的光QPSK信号的示例星 座图。
[0015] 图4描绘了由（a) T/2样本、（b) DD-LRD处理、（c)T样本、（d)恒定模量自适应CMA 处理、（e)CMA+后置滤波器处理构成的示例星座图。
[0016] 图5是描绘了用于在T和T/2采样、DD-LRD、CMA和CMA+后置滤波器处理后的信 号的所测量的MSE的曲线的图示。
[0017] 图6是无线通信测试平台的框图表示。
[0018] 图7是描绘了作为0SNR(0.1 nm)的函数的所测量的BER的曲线的图示。
[0019] 图8描绘了使用（a) 9-QAM数字处理、（b)标准CMA、（c) CM+后置滤波器的算法的 所恢复的信号的示例星座图。
[0020] 图9是光通信过程的流程图表示。
[0021] 图10是用于光通信的装置的框图表示。
[0022] 图11是数字信号处理技术的流程图表示。
[0023] 图12是其中实施了 9-QAM信号处理的示例通信系统。
[0024] 图13是描绘了示例的背靠背（back to back)误码率结果的曲线图。
[0025] 图14描绘了传输后光谱的实例。
[0026] 图15描绘了传输后光谱的实例。
[0027] 图16是描绘了平均误码率性能的实例的曲线图。
[0028] 图17是描绘了所测量的误码率实例的曲线图。
[0029] 图18是描绘了所测量的误码率实例的曲线图。
[0030] 图19是描绘了误码率和使用的滤波器抽头数之间的示例关系的曲线图。
[0031] 图20是比较两级和三级滤波技术的性能的曲线图。
[0032] 详细描述
[0033] 在本文件中公开的技术可用于从正交相移键控（QPSK)调制信号中恢复数据，即 使在调制信号的严苛滤波下。在下面的描述中，作为实例，使用光通信公开主题技术。然而， 所公开的技术可用于从任何QPSK调制信号中恢复数据。在光通信的背景下，所公开的技术 可用于诸如在吉比特以太网、同步的光网络（SONET)和其它网络中使用的光中继设备的光 接收机实施方案。
[0034] 在一些公开的实施方案中，9-QAM(正交幅度调制）数据恢复技术用于在强滤波出 现时处理所接收的偏振调制QPSK(PM-QPSK)信号的一部分。强滤波可例如由于信道带宽限 制而出现，或由于在诸如开关或用于接收光调制数据的光前端的介入的光学设备中的带宽 限制而出现。在下面的进一步讨论中，用于盲均衡的判决引导最小半径（DD-LRD)算法可用 于9-QAM恢复和符号间干扰（ISI)补偿。模拟实验和测试已经显示，所公开的技术在强滤波 下恢复9-QAM信号是稳健（robust)的，代替了仅使用传统的QPSK技术。为了突出显示某 些特征，提供了在112Gb/s频谱成形的PM-QPSK信号上运行试验后获得的结果，该PM-QPSK 信号在25GHz信道间隔的奈奎斯特波分复用（WDM)中被波长选择开关（WSS)破坏。最终均 衡信号由最大似然序列检测（MLSD)来检测，用于数据误码率（BER)测量。如下面将讨论的， 对比于传统的CMA加后置滤波器算法，0.5dB光信噪比（OSNR)容差的改进以10 3BER获得。
[0035] 在光通信中，占用不同偏振平面的信号可用于增加频谱效率。例如，双偏振信号可 使频谱效率翻倍（每秒每赫兹传输的数据位的数量）。在一些实现中，奈奎斯特脉冲被生 成，以实现对于给定波特率的频谱效率的奈奎斯特限制。然而，操作速率被数/模转换器 (DAC)的速率限制。由于部分响应系统的多级检测，其以OSNR损失为代价给出了相同的高 频谱效率。最近，正交双二进制（QDB)已经被提出，其频谱效率接近4位/s/Hz。更简单和 更现实的装置是基于波长选择开关的频谱成形。由接收机侧双二进制成形的后置滤波器被 使用，以应用传统的数字信号处理（DSP)方案。
[0036] 为了从所接收的符号中恢复数据，接收机通常使用定时同步以在时间T的整数倍 处生成样本，时间T表示符号周期，符号样本因此在符号的中心被取得。然而，当所接收的 符号已经经历了过分的或强的滤波，数据样本可遭受符号间干扰（ISI)。
[0037] 对抗ISI的一个方法是通过在T/2的整数倍的时间处采样来恢复数据。因此，采样 时间点的偶数倍落在T的倍数上，并且采样时间点的奇数倍在相邻符号中间。本发明者实 施的实验和模拟实验已经显示，这样获得的样本显示了对强滤波更高的容差和稳健性。对 于频谱成形的QPSK信号，T/2样本的星座图呈现为9-QAM状。在一些实施方案中，盲半径 引导均衡器（RDE)可用于从9-QAM状的符号频谱中恢复数据。然而，这个方案是复杂的，因 为要考虑三个星座圈。并且当OSNR较低时（如低于20dB)，以可接受的误码率（BER)分离 三个星座圈是困难的，如下面更详细的说明。
[0038] 在一些实施方案中，用于盲均衡的判决引导最小半径（DD-LRD)算法可用于9-QAM 恢复和ISI抑制。112Gb/s频谱成形偏振复用正交相移键控（PM-QPSK)信号以及奈奎斯特 WDM(NWDM)信道中的25GHz带宽WSS的实验结果在下面进一步讨论。如在本文件中描述的， 最终均衡信号由最大似然序列检测（MLSD)来检测用于数据BER测量。
[0039] 图IA是光通信系统100的框图表示，其中，实现了本文件的主题技术。光发射机 102通过光网络104将光信号传输至一个或多个光收发器106。所传输的光信号可通过中 间光学设备，例如放大器、中继器、开关等，为了清晰性，其未在图IA中被显示。
[0040] 图IB示出了光处理链150的实例，其中，可测量主题技术的性能。28G波特QPSK 信号由I/Q调制器152生成。在此之后，第4阶高斯类型的光学带通滤波器154被利用，以 使QPSK信号的频谱成形。滤波器154的3dB滤波器带宽在模拟实验中从22GHz到30GHz被 仿真，以使频谱被显著压缩以接近奈奎斯特带宽。在156处，在光零差相干检测158之前， 添加了放大自发射（ASE)噪声（被仿真为高斯分布光学白噪声）。信号OSNR是30dB，其在 0.1 nm的噪声带宽中定义。发射机中的连续波（CW)激光源和相干接收机中的用于本地振荡 器的连续波（CW)激光源实际上都是零Hz线宽。信号在接收机侧以两倍波特率（符号率） 被采样。
[0041] 图2描绘了示例波形200,其示出了两组样本。采样信号被分成两组：一组是在时 间T采样的信号，即，定时相位是0弧度（202)，并且另一组是在时间T/2采样的信号，即，定 时相位是π /2偏移（204)。T样本被称为ST而T/2样本被称为ST/2。
[0042] 图3示出了用28GHz (302)和24GHz (306)光学高斯滤波器的接收信号的星座图， 其用表示可能的数据位值的横坐标轴310和纵坐标轴308标绘。可以看到，T样本的星座图 类似4-QAM(314)而T/2样本的星