相干光接收器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种相干光接收器和一种用于相干光接收器中的时钟恢复的方法。
【背景技术】
[0002] 长途光纤系统的重要目标是在最长距离上传输最高数据吞吐量而不会在光电光 再生器中出现信号再生。假定通过光放大器并且最终通过纤维自身对带宽施加的约束，重 要的是使频谱效率最大化。大多数当前的系统使用二进制调制格式，例如对每个符号的一 位进行编码的断续键控。
[0003] 先进的调制格式结合相干接收器实现了高容量和频谱效率。偏振复用、正交幅度 调制和相干检测被视为用于下一代大容量光传输系统的优胜组合，因为它们允许W所有可 用自由度进行信息编码。
[0004] 使用正交幅度调制（qua化atureampli1:udemodulation,QAM)星座的商用设备 已经在40和lOOGb/s光传输系统中可用。16-QAM很可能是用于400Gb/s光传输系统的候 选者。图1中示出相干光接收器100的方块图。由于数字信号映射到两个偏振中，因此使 用90。混合101来混合输入信号102与本地振荡器（localoscillator,LO)信号104,其 产生四个输出信号1〇6(每个偏振两个信号）。光信号102通过由光电二极管（单个PIN 或经平衡的）和跨阻放大器（transimpedanceamplifier,TIA)构成的光前端（optical 化ontend, 0阳）103转化成电信号。由于信号功率可W随时间而变化，因此快速自动增益 控制块105弥补信号功率变化。存在四个自动增益控制（automaticgaincontrol,AGC) 块105,其也可W是OFE块103的组成部分。通常，归因于实现复杂度，一对AGC块105通 过一个控制信号（VXwc用于X偏振，VYWC用于Y偏振；见图1)来控制。然而，四个AGC块 105可W通过4个独立的控制电压来控制。AGC块105之后的信号108通过使用模数转换 器（analog-t〇-digitalconve;rters，ADC)107 量化。 阳0化]四个量化数字数据流110进一步在数字信号处理（digitalsi即alprocessing DS巧块109中处理，DSP块109划分成两部分，即快速DSP硬件部分109a和慢速DSP软件 部分109b。在DSP块109中，一个补偿色度色散（C虹omaticdispersion,CD)、偏振模色散 (polarizationmodedispersionPMD)、偏振旋转、非线性效应、LO噪声、LO频率偏移等。 慢速处理的估计（LO频率偏移、CD等）可W在DSP电路109的软件部分109b中进行。 [0006] 图2中呈现基本DSP块200。在偏移和增益校正201之后，使用两个快速傅立叶 变换（fastFouriertransformation,FFT)块203在频域中针对色度色散均衡四个信号 202。在频率恢复块205中去除频率偏移。使用布置成蝶形结构的有限脉冲响应（finite impulseresponse,FIR)滤波器207在时域中进行偏振追踪、PMD补偿和残余CD补偿。残 余频率偏移和载波相位恢复两者在载波恢复块209中进行。当在发送侧应用差分解码时， 在解码和帖检测块211中使用差分解码器。在FFT块203中有效补偿CD。补偿CD函数是
[000引其中A。是信号波长，fS是采样频率、N是FFT大小，C是光速，n是抽头数目，L是 纤维长度并且D是色散系数。
[0009] 归因于复杂度原因，针对每个偏振应用仅使用复输入的一个FFT块301 (图3)。逆 FFT(inverseFFT，IFFT)303与FFT301相同，但是在输入和输出处交换了实部和虚部。
[0010] 在数字通信系统中，每个接收器的中屯、部分是时钟恢复电路，其从传入数据提取 频率和相位并且促使本振时钟源控制ADC的采样率和采样相位。第二特征在过采样系统 中不太重要，因为数据处理块对采样相位不太敏感。对于数字系统已经提出若干检相器 (phasedetector,PD)。其中的一些频繁用于实用系统：[K.H.米勒0(.H.Mueller)和M.穆 勒（M.Milller),IE邸通信会报（I邸ETransactiononComm.)，24 期，516-531 页（1976 年）] 中描述了米勒和穆勒检相器。[J.D.H.亚历山大化化H.Alexander)，电子快报巧Iectron. Lett. )，111期，541-542页（1975年）]中描述了亚历山大检相器。[F.加德纳（F.Gar化er)， IE邸通信会报（I邸ETransactiononComm. )，34 期，423-429 页（1986 年）]中描述了加 德纳检相器。[D.戈达德值.Godard)，IE邸通信会报（I邸ETransactiononComm. )，26 期，517-523页（1978年）]中描述了戈达德检相器。对于所有检相器常见的是定时误差检 测器特性（跨符号间隔的PD输出）极类似于正弦函数。一个例外是亚历山大的"开关式" 检相器（"bang-bang"phasedetector),其TEDC在存在噪声的情况下同样具有正弦形状。
[0011] 米勒和穆勒PDW每个符号一个样本起作用。其它PD用于双重过采样。
[0012] 针对复信号加德纳PD的TEDC可W描述为：
[0013] T邸C(T) =E[real(X化T-T/化T)(巧化T+T)-巧化T-T+T))) ] (1)
[0014] 其中T是符号间隔，X是输入信号，T是采样时刻（在0与T之间），E是预期运 营商，并且*表示复共辆运算。戈达德PD可W在FFT域中简单转译为
(2)
[0016] 其中N是FFT大小（傅里叶变换的大小），并且X是X化T/化T))，k= 0, 1，…N-I 的FFT。接收到的信号是过采样的（每个符号两个样本）。
[0017] 基于奈奎斯特（Nyquist)脉冲的奈奎斯特传输用W频率限制信道带宽。运允许更 好的信道包装和自动更高的频谱效率。升余弦滤波器是低通奈奎斯特滤波器的实施方式， 良P，具有残留对称的属性的滤波器。运意味着其频谱呈现约1/2T的奇对称，其中T是通信 系统的符号周期。其频域描述通过W下公式给出：
[0018]
[0019] 0《0《1 做
[0020] 并且W两个值为特征：e，滚降系数；W及T，采样周期。此类滤波器的脉冲响应通 过W下公式给出：
(4)
[0022] 依据归一化的辛格函数。滚降系数0是滤波器的多余带宽的量度，即所占用的超 出1/2T的奈奎斯特带宽的带宽。
[0023] 图4中示出奈奎斯特滤波器的频率400a和脉冲响应40化。对于等于0的滚降系 数，实现了最小信号带宽。
[0024] 减小滚降系数（roU-offfactor,R0F，0)破坏了时钟音品质。TEDC变得极小， 其产生较大且不受控制的抖动。加德纳PD针对在化/NO= 3地下的QPSK调制格式的TEDC 模拟结果500显示出对于小ROF值存在严重时钟音退化，如从图5可见。对于大于0. 3的 ROF值，正弦TEDC变得可接受。 阳0巧]对于相同情况，针对ROF= 0模拟更多TEDC特性600 (每512个符号一个）。图6 中示出的结果说明时钟恢复问题。TEDC极小且不同步。
[0026] [T.T.丰灯.T.Fang)，E邸通信会报（I邸ETransactiononComm. )，1 期，133-140 页（1991年）]描述的方案700在PAM系统中使用第4功率操作W产生在波特率下的时钟 音，如图7中所图示。此方法使用特殊的预滤器701和窄带滤波器703来滤出时钟音。其 实现对于小ROF值的时钟提取但是对于更高ROF值未能实现时钟提取。在模拟域中实现完 整的系统700,其中关于采样频率和时钟提取之前的信号数字化不存在任何限制。
【发明内容】
[0027] 本发明的目的是提供一种用于相干光接收器中的改进的时钟恢复的技术。
[0028] 此目的通过独立权利要求的特征得W实现。其它实施形式通过附属权利要求、描 述W及图式清楚可见。
[0029] 用于改进的时钟恢复的技术可W通过使用前馈和后馈时钟恢复来实现，所述时钟 恢复通过提供定时误差检测特性（timingerrordetectioncharacteristic,TDEC)信号 用于时钟偏移和相位偏移补偿的检相器禪合。
[0030] 为了详细描述本发明，将使用W下术语、缩写和符号： 阳03UQAM:正交幅度调制，
[0032] QPSK:正交相移键控， W33] LO:本地振荡器， 阳〇34] 0阳：光前端，
[0035] PIN:正-本征-负，
[0036] AGC:自动增益控制， W37] ADC:模数转换器，
[0038] DSP:数字信号处理，
[0039] CD:色度色散， W40]PMD:偏振模色散，
[0041]FFT:快速傅里叶变换， 阳0创FIR:有限脉冲响应， 阳0创PD:检相器， W44]T邸C:定时误差检测特性， W45]ROF:滚降系数，
[0046]TR:定时恢复， W47]FF-TR:前馈定时恢复， W48]FB-TR:后馈定时恢复， W49]CR:时钟恢复，
[0050]LPF:低通滤波器，
[00川DAC:数模转换器 |；0052]VCO:压控振荡器， 阳05引UI:单元间隔，
[0054]CDU:时钟分布单元， 阳化日]OFDM:正交频分多路复用。
[0056] 根据第一方面，本发明设及一种相干光接收器，所述相干光接收器包括：模数转换