专利名称：相干光接收设备、采用相干光接收设备的相干光通信系统和相干光通信方法
技术领域：
本发明涉及一种相干光接收机、配置有所述相干光接收机的相干光通信系统和相干光通信方法，具体地涉及一种通过相干检测和数字信号处理来接收偏振复用光信号的相干光接收机，并且涉及一种采用所述相干光接收机的相干光通信系统和相干光通信方法。
背景技术：
由于因特网的广泛传播，网络中的数据容量逐年增加。在连接大城市区的干线中，已经引入了每个信道的传输容量是lOGb/s或40Gb/s的光传输链路。采用启闭键控(OOK)作为10Gb/s传输中的调制方案。另一方面，因为传输特性很受由于40Gb/s传输系统中的25ps窄光脉冲宽度导致的色散的影响，OOK方案不适用于长距离传输。因此，已经采用了使用相位调制的多级调制方案，并且对于40Gb/s传输系统主要采用正交相移键控(QPSK)方案。在100Gb/s类别的超高速光传输中，需要通过加宽光脉冲宽度(也就是说通过增加多样性来降低波特率)来抑制色散的影响。偏振复用方案是用于使实现上述方案的一种方法。在偏振复用方案中，将两个系统的光信号输入到光纤中，其中电场强度E5^P Ey的振荡平面彼此正交。具有Ex电场强度的信号光和具有Ey电场强度的信号光传播,它们的振荡平面随机地旋转，保持在光纤中的正交关系。获得了正交的信号光Εχ+Εγ，在光纤的输出端其旋转角度Θ是未知的。在本说明书中，信号光^代表具有^电场强度的信号光，而信号光Εχ+Εγ代表其中电场强度Ex和Ey的振荡方向彼此正交的信号光。已知偏振解复用方案包括光学方案和信号处理方案。在光学方案中，通过使用偏振控制元件和偏振分束器来执行偏振解复用。当将正交信号光Εχ+Εγ投射到偏振控制元件限定的E/和E/的偏振平面上并且进行分离时，获得了 Ex’ = aEx+bEY和E/ = cEx+dEY的信号光。在监测分离之后的输出信号时，通过向偏振控制元件提供反馈来估计旋转角度Θ，使得输出信号将变得最大，即E/ = aEx(b = O)和E/ = dEY(c = O)。然而，偏振控制元件不能够跟随快速的偏振波动，因为其控制周期是约100MHz。另一方面，在信号处理方案中，在正交信号光的相干检测以及转换为电信号之后执行偏振解复用。当将正交信号*EX+EY投射到本地光限定的X’和Y’的偏振平面上并且进行检测时，获得了信号光的电场信息作为电信号。在专利文献I中描述了使用这种信号处理方案的相干光接收机的示例。根据专利文献I中的相干光接收机,本地振荡器光具有光频率彼此不同的正交偏振分量。通过2X4光混合电路对本地振荡器光和接收的信号光进行组合。在两个差分光检测器执行差分光电转换之后，模数(AD)转换电路将从差分光检测器输出的模拟接收信号转换为数字信号。数字处理电路通过针对获得的数字信号执行信号处理来估计接收的数据。专利文献I :日本专利申请待审公开No. 2008-153863( “0012”段和图I)非专利文献I :D. N. Godard 在 1980 年 11 月的 ffiEE Transaction onCommunicatins，The Institue of Electrical and Electronics engineers,Vol. COM-28,No. 11，ppl867_1875 的 “Self-Recovering Equalization and Carrier Tracking inTwo-Dimensional Data Communication Systems，，。
发明内容
本发明要解决的问题首先将描述通过使用相关的相干光接收机进行信号处理来实现偏振解复用的方法。图10是示出了相关的相干光接收机500的配置的方框图。在90°混合电路512中，将偏振复用的信号光Sxy (t) = Εχ+Εγ与来自本地振荡器(LO)光源511的本地光LX，Y，(t)干涉，形成信号光E/和E/，通过光电检测器(H)) 513 对信号光进行检测。由光电检测器检测的检测信号包括信号光的电场信息。模数转换器(ADC) 514对检测信号量化，并且向数字信号处理器(DSP) 515输出量化的信号ex’和ey’。在数字信号处理器515中，通过蝶式滤波器516抵消了 ex，和e/的偏振旋转角度Θ，以获得偏振解复用的解调制信号ex和ey。此时，CMA处理单元517通过使用例如恒定模数算法(CMA)来确定滤波器参数(参考非专利文献I)。在相关的相干光接收机500中，通过数字信号处理器(DSP) 515中的处理而获得的量化的解调制信号ex和ey包括偏振复用的信号光Sxy中的Ex和Ey的电场信息。然而，并非总是解调制的信号ex与电场信息Ex相对应,而解调制的信号ey与电场信息Ey相对应。存在这样的情况解调制的信号ex与电场信息Ey相对应,而解调制的信号ey与电场信息Ex相对应。原因如下。因为CMA算法仅仅执行用于使量化的信号ex’和e/的电场强度保持恒定的控制，其不能控制收敛的解调制信号ex或ey与电场信息Ex和Ey的哪一个相对应。也就是说，通过只是对包括电场信息的幅度加以控制的信号处理，可以将设置在两个复用的偏振光上的信号分离为两个信号。然而，并非总是可以在已经将信号设置在X偏振光(或者Y偏振光)上的接收侧接收设置在X偏振光(或者Y偏振光)上的已发射信号。如上所述，相关的相干光接收机具有以下问题该相干光接收机不能够通过执行与发射机侧相对应的偏振解复用来接收在偏振复用的光信号中所包括的第一信号和第二信号，其中在发射机侧，将第一信号设置在第一偏振光上，将第二信号设置在第二偏振光上，然后通过偏振复用对这些信号进行组合。本发明的目的是提供一种相干光接收机、采用所述相干光接收机的相干光通信系统和相干光通信方法，其解决了上述的问题不能够通过执行与发射机侧相对应的偏振解复用来接收在偏振复用的光信号中所包括的第一信号和第二信号，其中在发射机侧已经将第一信号设置在第一偏振光上，将第二信号设置在第二偏振光上，然后通过偏振复用对这些信号进行组合。解决问题的手段根据本发明典型方面的相干光接收设备包括相干光接收单元，执行相干光检测；以及信号处理单元，执行由控制参数限定的信号处理；其中，所述相干光接收单元在接收由第一发射信号调制的第一偏振光时输出第一检测信号，并且在同时接收第一偏振光和由第二发射信号调制的第二偏振光时输出第二检测信号；信号处理单元基于第一检测信号确定第一控制参数，基于第一控制参数和第二检测信号确定第二控制参数，并且通过使用所述第二控制参数输出与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。根据本发明典型方面的相干光通信系统包括发射机；以及通过光纤与所述发射机相连的相干光接收设备，其中，所述发射机包括光源；第一调制器，利用第一发射信号对来自光源的具有第一偏振的输出光进行调制，并且输出第一偏振光；第二调制器，利用第二发射信号对来自光源的具有第二偏振的输出光进行调制，并且输出第二偏振光；正交复用单元，将所述第一偏振光和所述第二偏振光正交复用，并且发射至光纤；以及发射控制单元，控制第二偏振光的强度；所 述相干光接收设备包括相干光接收单元，执行相干光检测；信号处理单元，执行由控制参数限定的信号处理；以及接收控制器单元，控制信号处理单元的操作，其中，所述相干光接收单元接收第一偏振光并且输出第一检测信号，以及同时接收第一偏振光和第二偏振光并且输出第二检测信号；所述接收控制器单元当确认所述相干光接收单元已经接收了第一偏振光时，命令所述信号处理单元开始处理以确定第一控制参数，并且当确认所述相干光接收单元已经同时接收了第一偏振光和第二偏振光时，命令所述信号处理单元开始处理以确定第二控制参数；所述信号处理单元基于第一检测信号确定第一控制参数，基于第一控制参数和第二检测信号确定第二控制参数，并且通过使用所述第二控制参数输出与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。根据本发明典型方面的相干光通信方法包括步骤发射通过利用第一发射信号对具有第一偏振的输出光进行调制而获得的第一偏振光；接收第一偏振光并通过执行相干光检测来获得第一检测信号；发射通过利用第二发射信号对具有第二偏振的输出光进行调制而获得的第二偏振光；同时接收第一偏振光和第二偏振光并通过执行相干光检测来获得第二检测信号；基于第一检测信号确定第一控制参数；基于第一控制参数和第二检测信号确定第二控制参数；以及通过使用第二控制参数获得与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。本发明的效果根据本发明的相干光接收设备、采用所述相干光接收设备的相干光通信系统和相干光通信方法，通过执行与发射机侧相对应的偏振解调制，可以接收在所述偏振复用光信号中所包括的第一信号和第二信号，其中在所述发射机侧将第一信号设置在第一偏振光上、将第二信号设置在第二偏振光上、然后通过偏振复用对这些信号进行组合。
图I是示出了根据本发明第一典型实施例的相干光接收设备的配置的方框图。图2是示出了根据本发明第二典型实施例的数字相干光通信系统的配置的方框图。图3是示出了根据本发明第二典型实施例的数字信号处理器(DSP)的配置的方框图。图4是示出了根据本发明第二典型实施例的数字信号处理器(DSP)中的滤波器系数的初始设置的顺序图。图5是示出了根据本发明第三典型实施例的数字相干光通信系统的配置的方框图。图6是示出了根据本发明第三典型实施例的发射机和接收机的配置的方框图。图7是示出了根据本发明第三典型实施例的数字信号处理器(DSP)中的滤波器参数的初始设置的顺序图。图8是示出了根据本发明第四典型实施例的数字相干光通信系统的配置的方框图。图9是示出了根据本发明第四典型实施例的数字信号处理器(DSP)的配置的方框图。 图10是示出了相关的数字相干接收机的配置的方框图。
具体实施例方式下面将参考附图描述本发明的典型实施例。[第一典型实施例]图I是示出了根据本发明第一典型实施例的相干光接收设备100的配置的方框图。相干光接收设备100具有相干光接收单元110，执行相干光检测；以及信号处理单元120，执行由控制参数限定的信号处理。相干光接收单兀110在接收由第一发射信号调制的第一偏振光时向信号处理单兀120输出第一检测信号，并且在同时接收第一偏振光和由第二传输信号调制的第二偏振光时向信号处理单元120输出第二检测信号。信号处理单元120基于第一检测信号确定第一控制参数，基于第一控制参数和第二检测信号确定第二控制参数。然后，信号处理单元120通过使用第二控制参数输出与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。这里，信号处理单元120可以包括滤波器单元121，基于控制参数执行信号处理；以及控制参数处理单元122,通过控制参数确定算法计算所述控制参数。此时,所述控制参数处理单元122针对第一检测信号的输入确定第一控制参数，使得滤波器121的输出信号可以收敛在第一接收信号处。针对第二检测信号的输入改变第一控制参数，使得滤波器单元121的输出信号可以收敛在第二接收信号处，并固定使滤波器单元121的输出信号收敛在第二接收信号处的控制参数作为第二控制参数。所述滤波器单元121基于这些第二控制参数来输出第一接收信号和第二接收信号。因此，根据该典型实施例的相干光接收设备100，可以通过接收由第一发射信号调制的第一偏振光和由第二发射信号调制的第二偏振光并且执行偏振解复用，来接收与发射侧相对应的第一发射信号和第二发射信号。[第二典型实施例]接下来将描述本发明的第二典型实施例。图2是示出了根据本发明第二典型实施例的相干光通信系统200的配置的方框图。相干光通信系统200具有发射机210和接收机220。发射机210包括信号光源(LD) 211、作为第一调制器的第一相位调制器(PMx) 212和作为第二调制器的第二相位调制器(PMy) 213。此外，发射机还具有偏振分束器(PBS) 215作为正交复用单元，并且具有可变光衰减器(VOA) 214和控制器216，其中所述可变光衰减器(VOA) 214和控制器216组成发射控制单元。接收机220包括本地光源(L0)221、90°混合电路222和光电检测器(PD) 223，其中所述本地光源(L0)221、90°混合电路222和光电检测器(I3D) 223组成接收控制单元226。此外，接收机220具有模数转换器(ADC) 224和数字信号处理器(DSP) 225，并且具有接收控制器单元226，其中所述模数转换器(ADC) 224和数字信号处理器(DSP) 225组成信号处
理单元。这里，控制器216控制可变光衰减器(VOA) 214，而接收控制器单元226控制数字信号处理器(DSP) 225。发射机210和接收机220通过光纤230相连，从而执行通信。另外，根据该典型实施例的相干光通信系统200配置有线路240，所述线路实现控制器216和接收控制器单元226之间的通信。在发射机210中,将来自信号光源(LD) 211的输出光分离为彼此正交的X偏振光和Y偏振光，然后将它们分别输入至第一相位调制器(PMx) 212和第二相位调制器(PMY)213，其中X偏振光由第一偏振光分量X组成，Y偏振光由第二偏振光分量Y组成。第一相位调制器(PMx) 212利用第一发射信号对X偏振光进行调制，并且输出具有电场强度Ex的第一信号光Ex。第二相位调制器(PMy) 213利用第二发射信号对Y分量进行调制，并且输出具有电场强度Ey的第二信号光Εγ。在偏振分束器(PBS) 215中将第一信号光Ex和第二信号光Ey正交复用，并且输出正交的信号光SXY( = Εχ+Εγ)。这里，可变光衰减器(V0A)214根据来自控制器216的指令，对具有沿Y方向偏振的第二信号光的输出执行接通/关断控制。在90°混合电路222中，输入到接收机220中的正交信号光Sxy( = Εχ+Εγ)与来自本地光光源(LO) 221的本地光Lx, γ,干涉，成为投射到本地光Lx, γ,的任意偏振平面V 'V上的信号光Ex’、E/。在光电检测器(PD) 223中检测信号光Ex’、E/，并且将与信号光Ex’、E/有关的电场信息作为检测信号输入到模数转换器(ADC) 224中。模数转换器(ADC) 224对检测信号进行量化，然后输出量化的信号ex’和ey’。在数字信号处理器(DSP) 225中对量化的信号ex’和ey’进行处理以用于偏振解复用，并且获得了解调制的信号^和ey。图3中示出了数字信号处理器(DSP) 225的配置。数字信号处理器(DSP) 225配置有蝶式滤波器227、存储器单元228和CMA处理单元(CMA) 229。蝶式滤波器227根据以下公式⑴对输入的量化信号ex’和e/执行矩阵运算，并且输出解调制的信号^和ey。
权利要求
1.一种相干光接收设备,包括 相干光接收单元，执行相干光检测；以及 信号处理单元，执行由控制參数限定的信号处理； 其中， 所述相干光接收单元在接收由第一发射信号调制的第一偏振光时输出第一检测信号，并且在同时接收第一偏振光和由第二发射信号调制的第二偏振光时输出第二检测信号；以及 信号处理单元基于第一检测信号确定第一控制參数，基于第一控制參数和第二检测信号确定第二控制參数，并且通过使用所述第二控制參数输出与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。
2.根据权利要求I所述的相干光接收设备，其中所述信号处理单元包括滤波器単元，基于控制參数执行信号处理；以及控制參数处理单元，通过控制參数确定算法计算所述控制參数， 其中， 所述控制參数处理单元针对第一检测信号的输入确定第一控制參数使得输出信号可以收敛在第一接收信号处，针对第二检测信号的输入改变第一控制參数使得输出信号可以收敛在第二接收信号处，以及固定使输出信号收敛在第二接收信号处的控制參数作为第二控制參数，以及 所述滤波器単元基于所述第二控制參数输出第一接收信号和第二接收信号。
3.根据权利要求I或2所述的相干光接收设备，还包括接收控制器単元，用于控制信号处理单元的操作； 其中所述接收控制器単元在确认所述相干光接收单元已经接收到第一偏振光时，命令所述信号处理单元开始处理以确定第一控制參数，并且在确认所述相干光接收单元已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光时，命令所述信号处理单元开始处理以确定第二控制參数。
4.根据权利要求3所述的相干光接收设备，其中， 所述相干光接收单元包括与所述接收控制器単元相连的光电转换単元；并且 所述接收控制器単元在所述光电转换单元输出第一接收光信号时，确认相干光接收单元已经接收到第一偏振光，并且在所述光电转换单元输出大约为第一接收光信号两倍大的接收光信号时，确认相干光接收单兀已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光。
5.—种相干光通信系统,包括 发射机；以及 通过光纤与所述发射机相连的相干光接收设备， 其中， 所述发射机包括 光源； 第一调制器，利用第一发射信号对来自光源的具有第一偏振的输出光进行调制，并且输出第一偏振光； 第二调制器，利用第二发射信号对来自光源的具有第二偏振的输出光进行调制，并且输出第二偏振光； 正交复用单元，将所述第一偏振光和所述第二偏振光正交复用，并且发射至光纤；以及 发射控制単元，控制第二偏振光的強度； 所述相干光接收设备包括 相干光接收单元，执行相干光检测； 信号处理单元，执行由控制參数限定的信号处理；以及 接收控制器単元，控制信号处理单元的操作， 其中所述相干光接收单元接收第一偏振光并且输出第一检测信号，以及同时接收第一偏振光和第二偏振光并且输出第二检测信号； 所述接收控制器単元在确认所述相干光接收单元已经接收到第一偏振光时，命令所述信号处理单元开始处理以确定第一控制參数，并且在确认所述相干光接收单元已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光时，命令所述信号处理单元开始处理以确定第二控制參数；以及 所述信号处理单元基于第一检测信号确定第一控制參数，基于第一控制參数和第二检测信号确定第二控制參数，并且通过使用所述第二控制參数输出与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。
6.根据权利要求5所述的相干光接收系统，其中所述信号处理单元针对第一检测信号的输入确定第一控制參数使得输出信号可以收敛在第一接收信号处，针对第二检测信号输入改变第一控制參数使得输出信号可以收敛在第二接收信号处，以及固定使所述输出信号收敛在第二接收信号处的控制參数作为第二控制參数。
7.根据权利要求5或6所述的相干光通信系统，还包括将发射控制单元与接收控制器单元相连的线路； 其中， 在确定了第一控制參数时，所述接收控制器単元向所述发射控制单元发射第一通知；所述发射控制单元在接收到所述第一通知时，通过提高第二偏振光的強度使发射机同时输出第一偏振光和第二偏振光，并且通过所述线路向所述接收控制器单元发射第二通知；以及 所述接收控制器単元在接收到所述第二通知时，确认所述相干光接收单元已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光。
8.根据权利要求5或6所述的相干光通信系统，其中， 所述相干光接收单元包括与所述接收控制器単元相连的光电转换単元；并且所述接收控制器単元在所述光电转换单元输出第一接收光信号时，确认所述相干光接收单元已经接收到第一偏振光，并且当所述光电转换单元输出大约为第一接收光信号两倍大的接收光信号时，确认所述相干光接收单兀已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光。
9.一种相干光通信方法，包括步骤 发射通过利用第一发射信号对具有第一偏振的输出光进行调制而获得的第一偏振光; 接收第一偏振光井通过执行相干光检测来获得第一检测信号； 发射通过利用第二发射信号对具有第二偏振的输出光进行调制而获得的第二偏振光; 同时接收第一偏振光和第二偏振光井通过执行相干光检测来获得第二检测信号； 基于第一检测信号确定第一控制參数； 基于第一控制參数和第二检测信号确定第二控制參数；以及 通过使用第二控制參数获得与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。
10.根据权利要求9所述的相干光通信方法，其中 在确定第一控制參数的步骤中，针对第一检测信号的输入，设置控制參数，使得输出信号可以收敛在第一接收信号处；以及 在确定第二控制參数的步骤中，针对第二检测信号的输入，改变第一控制參数，使得输出信号可以收敛在第二接收信号处，并且固定使输出信号收敛在第二接收信号处的控制參数作为第二控制參数。
11.根据权利要求9或10所述的相干光通信方法，其中 在发射第二偏振光的步骤中，将第一控制參数的确定用作开始发射第二偏振光的触发。
12.根据权利要求9、10和11中任一项所述的相干光通信方法，其中 在确定第二控制參数的步骤中，将第二偏振光的发射用作开始确定第二控制參数的触发。
全文摘要
相对于相干光接收设备，在将第一信号设置到第一偏振光波并且将第二信号设置到第二偏振光波的情况下，在发射侧将偏振复用的光信号偏振分离，并且不能与发射侧相对应地接收第一信号和第二信号。因此，公开了一种相干光接收设备，包括相干光接收单元，检测相干光；以及信号处理单元，执行由控制系数设置的信号处理。所述相干光接收单元接收由第一发射信号调制的第一偏振光并且输出第一检测信号，以及同时接收由第二发射信号调制的第一偏振光和第二偏振光并且输出第二检测信号。所述信号处理单元基于第一检测信号建立第一控制系数，基于第一控制系数和第二检测信号建立第二控制系数，并且采用第二控制系数输出与第一发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。
文档编号G02F2/00GK102696190SQ20108006085
公开日2012年9月26日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年1月8日
发明者安田和佳子, 小笠原大作, 福知清 申请人:日本电气株式会社