用于光通信的自适应后数字滤波器和符号间干扰均衡器的制造方法
【专利说明】用于光通信的自适应后数字滤波器和符号间干扰均衡器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利文件要求2014年7月16日提交的美国临时专利申请第62/025，247号的权益。上述专利申请的全部内容以引用的方式作为本文件的公开内容的一部分并入本文。
技术领域
[0003]本专利文件涉及到光信号接收和处理。
【背景技术】
[0004]诸如无线通信、光纤通信等的应用领域中对于数据通信具有不断增长的需求。对于核心网络的带宽需求尤其高，因为不只是诸如智能手机和计算机的用户设备由于多媒体应用而使用越来越多的带宽，而且设备的总数也在增长，用于这些设备的数据在核心网络上被传输。
【发明内容】
[0005]在一些公开的实施例中，公开了接收和处理已调制信号以恢复调制在信号上的数据的技术。在一些实施例中，使用具有自适应系数的后数字滤波器，以便补偿接收信号中由随着时间变化并导致对已调制信号的窄带滤波的信道条件引起的失真，从而导致符号间干扰(ISI)。自适应数字后滤波器的输出可通过ISI均衡器进行处理，可使用ISI均衡器提供反馈信号，反馈信号被用于改变自适应后滤波器的滤波器系数值。
[0006]在一个示例方面，公开了从已调制信号恢复信息比特的方法。已调制信号可能具有使用相干调制技术调制的信息比特。所述方法包含接收模拟形式的已调制信号；将模拟形式的已调制信号转换为数字化信号；通过处理数字化信号，估计用于相干调制技术的已调制信号和调制载波中的信道损失；使用包括多个滤波器系数的有限冲激响应数字后滤波器对已处理的数字化信号操作进行滤波，以产生滤波器输出；以及在滤波器输出上进行符号间干扰(ISI)均衡以产生对信息比特的估计。
[0007]在另一个示例方面，公开了用于恢复光通信系统中的相干载波上调制的数据比特的光接收器装置。装置包含接收模拟形式的已调制信号的射频前端；将模拟形式的已调制信号转换为数字化信号的模数转换器；估计器，所述估计器通过处理数字化信号估计用于相干调制技术的已调制信号和调制载波中的信道损失；使用包括多个滤波器系数的有限冲激响应数字后滤波器对已处理的数字化信号操作进行滤波以产生滤波器输出的滤波器；以及在滤波器输出上进行均衡以产生对信息比特的估计的符号间干扰(ISI)均衡器。
[0008]在另外一个示例方面，公开了包含光信号发送器、光传输网络和光信号接收器的光通信系统。光信号发送器使用相干调制技术产生模拟形式的光信号，光信号包括信息比特。光传输网络传输光信号。光信号通过光传输网络接收模拟形式的已调制信号；将模拟形式的已调制信号转换为数字化信号；通过处理数字化信号估计用于相干调制技术的已调制信号和调制载波中的信道损失；使用包括多个滤波器系数的有限冲激响应数字后滤波器对已处理的数字化信号操作进行滤波以产生滤波器输出；以及在滤波器输出上进行符号间干扰(ISI)均衡以产生对信息比特的估计。
【附图说明】
[0009]图1是使用相干检测的预滤波波分复用(WDM)传输系统的示例的框图，相干检测同时采用了后数字滤波器和ISI均衡器DSP (数字信号处理)模块。
[0010]图2是使用相干检测的多个级联的R0ADM(可重构光分插复用器(reconfigurableoptical add-drop multiplexer))传输系统的示例，相干检测同时采用了后数字滤波器和ISI均衡器DSP模块。
[0011]图3是使用针对ISI损失的均衡的DSP处理的示例。
[0012]图4示出了对于使用和不使用抽头系数调整的2抽头后数字FIR(有限冲激响应)滤波器的幅频响应的示例。
[0013]图5示出了对于使用和不使用抽头系数调整的3抽头后数字FIR滤波器的幅频响应的示例。
[0014]图6示出了在用于各种频谱变窄的信道条件的2阶高斯预滤波的情况下的光性能的可调幅频响应的不例。
[0015]图7示出了在用于各种频谱变窄的信道条件的3阶高斯预滤波的情况下的光性能的可调幅频响应的不例。
[0016]图8示出了自适应后数字滤波器和相应的ISI均衡器子系统的示例结构。
[0017]图9示出了基于在星座图中的[-0.35,0.35]区域中的统计样点数量的计算的性能评估器准则的示例。
[0018]图10示出了基于X偏振实值在[-0.35，0.35]区域中的统计样点数量的计算的性能评估器准则的示例。
[0019]图11A描绘了用于作为后数字滤波器系数的函数的上界的统计区域选择准则的示例。
[0020]图11B描绘了示出判决门限(硬门限或软门限)之间的关系的示例图。
[0021]图12示出了基于针对X偏振的实值统计样点数量的计算的性能结果的示例。
[0022]图13是光通信系统的示例。
[0023]图14是光通信的方法的流程图示例。
[0024]图15是用于光通信的装置的示例的框图。
【具体实施方式】
[0025]随着对于在通信网络上传输的带宽的需求的近期增长，网络运营者、服务供应商和设备销售商们一直在寻找使用现有网络基础设施提高网络吞吐量的方法。在通信网络的核心处，来自多个用户的数据常常被汇聚在一起并在光传输介质上传输。因此，光发送和接收技术的进步不只仅仅使核心网络受益，而且还使在诸如移动(蜂窝)网络、有线调制解调器网络和其他网络的现今的通信网络中的总的端到端用户体验受益。
[0026]本文中所描述的技术可被用于比传统方法更精确地从传输信号中接收已调数据(例如，具有降低的误比特率)等。在另一个方面，该技术可被用于提高传输数据的信噪比余量，从而有可能提尚在每赫兹每秒的基础上可被传输的数据量。
[0027]图13示出光通信系统1300，在其中可实践本文公开的技术。将一个或多个光发送器1302通过光网络1304与一个或多个光接收器1306在通信上进行耦合。光网络1304可包括光纤，光纤长度从几百英尺(例如，最后一英里接入(last mile drop))延伸到几千公里(长距离网络)。被传输的光信号可穿过诸如放大器、中继器、交换机、可重构光分插复用器(R0ADM)等的中间光设备，为了清楚的原因，未在图13中示出这些中间光设备。可在光装置1302、1306的接收侧电子部件中实现本文所描述的技术。
[0028]基于相干检测和数字信号处理(DSP)的光接收技术在超高速光传输中已确立了它们不可或缺的作用，以提高接收器灵敏度并获得信号损失的优质信道均衡。提高频谱效率(SE)和灵活配置光交换是发展高速光传输网络中的主要促进因素。为了提高频谱效率(SE)并从而提高总信道容量，人们已经证明脉冲成形或窄带预滤波是到达超奈奎斯特带宽的有效方式。在这些实现中，信道间隔通常被设为小于波特率(奈奎斯特带宽)。
[0029]相似地，由于经过基于多个波长选择开关(WSS)的光节点之后的频谱截断，可重构光分插复用器(R0ADM)可使光信号带宽变窄。
[0030]在这些情况中的任何一种情况下，都能补偿ISI损失，以便获得可接受的性能。使用后数字滤波器和诸如最大似然序列估计(MLSE)或Bahl、CoCke、Jelinek和Raviv(BCJR)的后续多符号检测算法的方案被证明为可用于有效的噪声抑制和对ISI损失的均衡，其中BCJR是用于在网格上定义的纠错码的最大后验概率解码的算法。然而，这些方案缺乏对于方案在许多不同操作场景下可获得的最大增益的自适应能力。一个有利的方面是，通过使用后续的多符号检测方案来自适应地调整后数字滤波器，从而优化匹配滤波器功能以提高总体系统性能，本文中公开的技术可被用于在不同的频谱变窄操作场景下获取最大增益。
[0031]在典型的数字光相干接收器中，通常以自适应方式使用诸如恒模算法(CMA)或判决导引LMS算法的最小均方(LMS)算法。蝶式均衡器结构也常常被用于实现。这些线性均衡器在具有良好频谱特性的信道上提供良好性能，以补偿主要线性传输损失。当信号穿过带宽受限的信道时，信号通常遭受ISI损失。期望全响应均衡器表现出与信道频率响应基本上呈倒数关系的频率响应，这意味着特定频谱分量的衰减将转化为线性均衡器在相同频谱分量上的增益。然而，在相同频谱分量上的带内噪声也与信号一起被放大。其结果是，增大了噪声并降低了信号的SNR。
[0032]在这种带宽受限的传输的情况下，DSP可利用有限冲激响应(FIR)后数字滤波器和多符号检测算法来抑制增大的噪声并补偿ISI失真。除了典型的DSP流之外，在一些实施例中，在载波频率和相位恢复之后增加后数字滤波器。后滤波器的一个功能是抑制由在其之前的其他均衡处理导致的增大的噪声，因此导致显著的信噪比提高。通过将其判决建立在连续信号间隔上的所接收的信号序列的观察之上的多符号检测方案，分别对四个正交分量中的每一个正交分量所引入的ISI进行均衡。
[0033]通常使用的FIR滤波器具有简单的结构，例如，只有具有特定值的抽头系数的