专利名称：用于自适应色散补偿的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于自适应色散补偿的方法和装置。本发明可以用于包括偏振复用传输的所有种类的光传输形式。
背景技术：
为了满足对于具有每年业务增长率约40-50%的因特网带宽的增长需求，电信部件供应商面对增加光纤利用的谱效率的任务。在10 (ibit/s系统(G-千兆)在二十世纪九十年代成功之后，在最近几年中，针对40 (ibit/s的解决方案变得可用。标准化和研究现在关注于100 (ibit/s系统的开发，该系统具有作为下一代系统的最可能调制形式的相干偏振复用(CP)QPSK (正交相移键控)。由于偏振复用利用两个光偏振，所以以每秒 25-28 G符号的速率发送信号是可能的，因此，很好地适应了 DWDM (密集波长分集复用)光系统的标准50 GHz网格。E.g. Seb J. Savory 的"Digital filters for coherent optical receivers，，， Optics Express 16，No. 2，pp. 804-817，2008年1月9日描述了具有色散补偿的偏振分集复用(polmux)传输系统的原理。
发明内容
本发明的目的是提供用于自适应色散补偿以及可以由传递函数集合描述的任意其他线性失真(例如，滤波器)的均衡的方法和装置。该目的通过记载在方法权利要求1、2中和装置权利要求12和13中的特征来实现。在权利要求18中描述了相干偏振分集复用接收器。根据本发明，提供一种用于自适应色散补偿的方法，包括下述步骤 -对接收的光信号进行解调并且将其转换为数字采样，
-将所述采样馈送到补偿滤波器， -根据色散值将所述补偿滤波器设置为补偿函数， -输出经修正的采样， -根据所述经修正的采样来计算比较值，
-根据所述经修正的采样来计算误差值并且存储估计的最小误差值， -根据预定色散范围内用变差改变的其他色散值来应用其他补偿函数，以及 -根据所述最小误差值来设置最佳滤波器补偿函数。因为时域均衡器的自适应长度随信号扩展而以指数方式增加，所以该方法对于适中的色散值和短传输链路例如长达200 km是合适的。还提供一种用于自适应色散补偿的方法，包括下述步骤 -对接收的光信号进行解调并且将其转换为数字采样，
-将N个采样馈送到FFT单元， -将所述N个采样转换为谱函数，-根据色散值将补偿单元设置为谱补偿函数， -将经过修正的谱函数转换为经过修正的采样， -根据所述经过修正的采样来计算比较值，
-根据所述经过修正的采样来计算误差值并且存储估计的最小误差值， -根据预定色散范围内用变差改变的其他色散值来应用其他补偿函数，以及 -根据所述最小误差值来设置最佳滤波器补偿函数。该方法适合例如200 km及以上的传输链路。在未决权利要求中描述了其他有利特征。相干接收使得使用数字信号处理来补偿大的色度色散值成为可能，因此允许消除光色散补偿光纤并且减少放大器数量，从而节省系统中的成本。色散是可以由全通传递函数分析地描述的线性效果。由以下等式给出了省略了高阶项的近似
G(z, ) = esp(-j￡)--ζ)
2m 2
其中々是以[ps/nm/km]为单位的光纤色散参数，λ是参考波长，ω是根据参考频率的角频率偏移，c是光速并且ζ是以km为单位的传输距离。如果由D*z[pS/nm]给出的总色散已知，则可以将滤波器设置为逆色散值并且如果信号至少是两倍过采样的，则可以补偿任何任意的色散值而没有损失。因此，在没有任何传输的训练符号的情况下估计接收器中的色散值D ·ζ是完全采用下一代相关光学系统的能力的关键要素，一个本发明解决的问题。此外，本发明以相同的步骤提供相应的滤波器补偿函数。可以针对时域均衡器或针对频域均衡器实现估计算法并且递送相同结果。这里， 约70-200 km的较短链路可能是适中长度TDE (时域均衡器)的候选，而以200/300km为开始的较长传输链路将需要FDE (频域均衡器)，从而保持复杂度低。提出的解决方案的优势如下
-估计是盲目的并且不需要信号开销、训练符号或到发射器的反馈信道， -不需要附加的相关滤波器， -估计精度非常高，
-预定义的滤波器函数立即补偿估计的色度色散，因此使得利用较低数量的抽头 (tap)实现时域(TD)有限冲激响应(FIR)滤波器是可能的，从而降低了复杂度， -自适应长度处于几微秒范围内而不论色散的实际值， -与直接自适应算法相反，色散补偿器不会不收敛(misconverge)， -计算复杂度非常低，每个用于估计的符号需要一次乘法(可以忽略用于复杂度计算的加法和减法)，以及
-一旦设置了修正滤波器或修正单元，则不需要继续更新。有时对信号进行抽分 (tapping)，可以以离线模式监视色度色散的值。本发明适用于非相干和相干解调。相干接收在没有偏振控制的情况下还实现了偏振分集信号的偏振分量信号的分离。因此，本发明尤其适于偏振复用分集系统。
参考附图在下面描述了包括当前优选实施例的本发明的示例，其中图1是接收器的示意性框图2是时域色散补偿单元的示意性框图3示出了频域色散补偿单元的简化框图4示出了第一和第二迭代的图示；
图5示出了频域色散补偿单元的的性能图示；
图6是具有偏振解复用的相干接收器的示意性框图；以及
图7示出了色散补偿单元和蝶式级的示意性框图。
具体实施例方式现在将描述适于不同种类系统的本发明的不同实施例。图1示出了光接收器5、6、10的示意性框图。在解调和转换单元5中，将接收的光信号换为数字采样P (Π)。在色散补偿单元6中对该数字采样进行数字修正并且将该数字采样作为向判决单元10馈送的经过修正的采样q (η)输出，所述判决单元10输出
数据信号Dtm。本发明还可以应用于相干解调。然后，恒定波信号CW由本地振荡器2生成并且被馈送到足够的解调和转换单元5。在该情况中，ρ (η)和q (η)变成复值。图2示出了用于时域色散补偿的色散补偿单元(均衡器)61/62的第一实施例。输入采样P (η)可以是实采样或复采样。或者，如果应用偏振分集复用调制，则是正交采样PX (n)/py (η)。将采样馈送到数字M级HR补偿滤波器11。该色散由逆滤波器函数补偿。 通过应用滤波器补偿函数来确定并设置滤波器系数。在控制电路中确定最佳滤波器补偿函数，该控制电路包括控制单元14、参考值Rl、R2计算单元12和比较器13。插入延迟元件 (D)16以指示修正定时。对应于多个色散值的多个滤波器补偿函数T (M)被存储在函数存储器15中(或被计算)。控制单元14的控制部分141从函数存储器15 (查找表)读取这些滤波器补偿函数，并且通过比较经过修正的采样q (χ)与参考值R1、R2来由加法器13计算最小估计误差值ε MIN并且将该最小估计误差值ε ^存储在计算部分142中，在这里其也是控制单元14的部件。选择生成估计的最小误差值ε ΜΙΝ的滤波器补偿函数以用于补偿。经过修正的采样q (η)或qx (η)以及qy (η)是补偿滤波器11的输出信号。代替允许滤波器系数自由地自适应，因此引起不收敛的均衡器的高风险，将针对相应色度色散值的所有可能的补偿函数预加载到函数存储中作为查找表。在某些步骤中， 补偿函数对应于系统中范围从最小值到可能的最大值的色度色散值。初始地，应用来自于查找表的补偿函数中的每个并且利用下面定义的误差标准的辅助来选择最佳匹配滤波器函数。图3示出了适于较高色散值的频域的色散均衡器61F/62F的实施例。对于较高色散值，该装置相对于时域色散补偿器具有复杂度优势。实或复输入采样ρ (η)或px (n)/py (η)存储在快速傅里叶变换(FFT)单元16 中，并且将N个采样一起转换为谱Ω(η)。表示该谱的N个系数在补偿单元17中与谱补偿函数C (N)相乘。补偿单元17对应于时域均衡器中的补偿滤波器11。补偿的谱QC (N) =Ω (N)-C (N)继而由快速傅里叶逆变换(IFFT)单元转换为经过修正的实或复时域采样 q (η)或 qx (η) /qy (η)。
8
在接收到例如N/2个新采样ρ (η)、ρχ (η) /py (η)之后，重复转换过程，但是利用对应于不同色散的另一补偿函数C (N)0而且，控制单元14的控制部分141从函数存储器15读取这些谱补偿函数，并且所有谱补偿函数在预定义的色散范围内被测试。选择生成估计的最小误差值ε ΜΙΝ的谱补偿函数用于补偿。相同的算法被应用于TDE (时域均衡)和FDE (频域均衡)。为了计算估计的误差“ ε ”，至少从经过修正的采样q (η)(分别是ρχ (η), py (η))导出参考值，该经过修正的采样是补偿滤波器11的输出信号。针对信号的两倍过采样情况，根据以下文章导出误差标准Dominique N. Godard 的"Self-Recovering Equalization and Carrier Tracking in Two-Dimensional Data Communication Systems", IEEE Transactions on Communications, vol. COM—28，No. 11，pp. 1867—1875，1980 年 11 月。
权利要求
1.一种用于自适应色散补偿的方法，包括下述步骤-对接收的光信号(SIN JH，Sv)进行解调并且将其转换为数字采样(ρ (n);px (η), py (η)),-将所述数字采样(P (η) ；px (n)，py (η))馈送到补偿滤波器(11)， -根据色散值(CD)将所述补偿滤波器(11)设置为滤波器补偿函数(T(M))， -输出经过修正的采样(q (η) ；qx (η), qy (η)), -根据所述经过修正的采样(q (η))来计算比较值(R1A2),-根据所述经过修正的采样q (η)来计算估计的误差值(ε )并且存储估计的最小误差值 C ￡ MIN^'-根据预定色散范围内用变差(S CD)改变的其他色散值(CD)来应用其他补偿函数(Τ (Μ))，以及-将所述补偿滤波器(11)设置为分配给所述最小误差值(εΜΙΝ)的最佳滤波器补偿函数(Τ (Μ))。
2.一种用于自适应色散补偿的方法，包括下述步骤-对接收的光信号(SIN JH，Sv)进行解调并且将其转换为数字采样(ρ (n);px (η), py (η)),-将所述数字采样(P (n);px (n),py (η))馈送到FFT (快速傅里叶变换)单元(16)， -将所述数字采样(P (η) ；px (n),py (η))转换为谱函数(Ω (N)), -根据色散值(⑶)将补偿单元(17)设置为谱补偿函数C (N)， -由所述补偿单元(17)修正所述谱函数(Ω (N))并且输出经过修正的谱函数(Ω (N)-C (N)),-通过IFFT (快速傅里叶变换逆变换)将所述经过修正的谱函数(Ω (N) · C (N))转换为经过修正的采样(q (η) ；qx (η), qy (η)),-根据所述经过修正的采样(q (n);qx (η), qy (η))来计算比较值(R1,&)， -根据所述经过修正的采样(q (n);qx (n),qy (η))来计算估计的误差值(ε )并且存储估计的最小误差值(εΜΙΝ)，-根据预定色散范围内用变差(S CD)改变的其他色散值(CD)来应用其他谱补偿函数 (C (N))，以及-将所述补偿单元(11)设置为分配给所述最小误差值(εΜΙΝ)的最佳谱补偿函数(C (N))。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括下述步骤-至少执行具有较高分辨率的第二迭代过程，其应用之前迭代过程的最小误差值 (ε ΙΝ)范围中的较小色散变差(δ 2⑶)。
4.根据权利要求3所述的方法，包括下述步骤-计算滑动平均误差值并且根据与计算的最小误差值(ε MINe)相关联的最佳色散值 (⑶)来设置所述补偿滤波器(11)或补偿单元(18 )。
5.根据权利要求2所述的方法，包括下述步骤存储0. 25N-0. 75N个新采样并且将所述新采样和0. 75N-0. 25N个之前的采样转换为下一谱函数(Ω (N)) ;Ν=存储的采样的数量。
6.根据权利要求1或2所述的方法，包括下述步骤-应用两倍过采样并且从奇采样的平均功率导出第一比较值(R1),并且从偶采样的平均功率导出第二比较值α2)。
7.根据权利要求6所述的方法，包括下述步骤-根据
8.根据权利要求1或2所述的方法，包括下述步骤-从函数存储器(15)读取所述补偿函数(Τ (M)5C (N))。
9.根据权利要求1或2所述的方法，包括下述步骤-根据预定范围中的不同色散值(CD)来计算所述补偿函数(Τ (M) ；C (N))。
10.根据权利要求1-9中的其中一项所述的方法，其中-将接收的光信号(Sin)相干地解调并且转换为复采样(px (n) =X1, &)，其被修正为经过修正的复采样(qx (η))。
11.根据权利要求1-10中的其中一项所述的方法，其中-接收光偏振分集复用信号(Sin=Sih，Siv)并且将其转换为正交χ-分量(Xl，xQ)和y_分MCj1, Jq),-对所述正交X-分量(Xl，XQ)和y_分量(yi，yQ)进行采样并且将其转换为数字复采样 (px (η) = X1 (η), Xq (η)) ；py (η) = (Y1 (η), Yq (η))；以及-分别修正所述数字复采样(px (η) = X1 (η), Xq (η) ；py (η) = (Y1 (η), Yq (η))。
12.一种用于接收器(2，5，6，10 ；1-10)中色散补偿的装置，包括输出接收的光(Sin)信号的数字采样(P (n);px (n),py (η))的解调和转换器单元(5)以及至少一个色散补偿器 (6，61，62)，所述装置包括-补偿滤波器(11)，其接收所述数字采样(P (η);ρχ (η), py (η))并且输出经过修正的采样(q (η) ；qx (η), qy (η)),-参考值计算单元(12)，其接收所述经过修正的采样(q (η) ；qx (η), qy (η))并且计算至少两个比较值(R1A2),-比较单元(13)，其将所述经过修正的采样(q (η))与所述比较值(R1A2)进行比较并且输出估计的误差值(ε )，以及-控制单元(14)，其根据其他色散值(CD)将所述补偿滤波器(11)设置为其他滤波器补偿函数(Τ (M))，计算估计的误差值(ε )并且存储估计的最小误差值(εΜΙΝ)，以及-所述控制单元(14)选择分配给所述最小误差值(εΜΙΝ)的最佳滤波器补偿函数(Τ (Μ))。
13.一种用于接收器(2，5，6，10 ；1-10)中色散补偿的装置，所述接收器(2，5，6，10 ； 1-10)包括输出数字采样(P (n);px (n),py (η))的解调和转换器单元(5)以及至少一个色散补偿器单元(61，62)，所述至少一个色散补偿器单元(61，62)包括-FFT (快速傅里叶变换)单元(16)，其将所述数字采样(ρ (η) ；px (η), py (η))转换成谱函数(Ω (N)),-修正单元(17)，其接收所述谱函数(Ω (N))并且输出经过修正的谱函数(Ω (N)-C (N)),-IFFT (快速傅里叶逆变换)单元，其将所述经过修正的谱函数(Ω (N)· C (N))转换为经过修正的采样(q (η) ；qx (η), qy (η)),-参考值计算单元(12)，其接收所述经过修正的采样(q (η) ；qx (η), qy (η))并且计算比较值(R1A2),-比较单元(13)，其将被补偿的采样(q (n);qx (η), qy (η))与所述比较值(R1,进行比较并且输出估计的误差值(ε )，-控制单元(14)，其根据其他色散值(CD)将所述补偿单元(11)设置为其他谱补偿函数 (C (N))，计算估计的误差值(ε )并且存储估计的最小误差值(εΜΙΝ)，以及-所述控制单元(14)选择分配给所述最小误差值(ε ΜΙΝ)的最佳谱补偿函数(C (N))。
14.根据权利要求12或13所述的装置，包括函数存储器(15)，其存储多个补偿函数(Τ (M)5C (N))。
15.根据权利要求12-14所述的装置，其中控制 电路 (1 2 ， 1 3 ， 1 4 2 ) 根据
16.根据权利要求12-15中的其中一项所述的装置，其中所述控制单元(14)在预定的色散范围上执行第一迭代，并且在包括所述估计的最小误差值(ε ΜΙΝ)的范围上执行至少第二迭代，所述控制单元(14)计算滑动平均误差并且根据所述估计的最小误差值(ε ΜΙΝ)来设置所述补偿函数(Τ (Μ), C (N))。
17.根据权利要求12-16中的其中一项所述的装置，其中所述色散补偿单元(6 ;61，62)被设计用于处理并修正复数字采样(ρ (η) ；ρχ (η), py (η))。
18.一种用于接收偏振分集复用信号( , Sv)并输出数据信号(Hott^ot)的相干接收器 (1-10)，包括-偏振分束器(1)，其接收所述偏振复用分集信号( ，Sv)并输出第一和第二分量信号 (Sx, Sy),-第一和第二 90°混合器(3，4)，其将所述第一和第二分量信号(Sx，Sy)转换为正交 X-分量(X1, Xq)和正交y_分量(yI; yQ),-解调和转换器单元(51，52 ；53，M)，其接收正交χ-分量(Xl，xQ)和正交y_分量(yI; yQ)并且输出复采样(ρχ (Ii)=X1 (η), Xq (η) ；py (η)= (Y1 (η), Yq (η)),-根据权利要求12-17中的其中一项所述的第一色散补偿单元(61)和第二色散补偿单元(62)，其接收所述复采样(X1 (n),Xq (H)5Yi (η), Yq (η))并且输出经过修正的复采样(q (χ) = XIC，XQC)和(q (y)=YIC (η), Yqc (η))。
19.根据权利要求18所述的相干接收器，还包括-蝶式滤波器(8)，其重构接收的偏振分集复用信号( ，Sv)的正交信号；以及 -符号估计单元(10)，其接收作为复采样(H1 (n), Hq (Ii)5V1 (η), Vq (η))的重构正交信号并且输出相应的数据信号(H。UT，Vout)0
全文摘要
将接收的光信号相干地解调并且转换为电复采样(p(n);(px(n),py(n))，在补偿滤波器(11)中对它们进行色散补偿。控制电路(12，13，14，15)根据经过修正的采样q(n)和估计的误差值(MIN)来计算比较值(R1,R2)。根据预定的色散(CD)范围应用多个补偿函数(T(M))，并且在第二迭代之后补偿滤波器(11)被设置为最佳补偿函数(T(M))。
文档编号H04B10/69GK102326343SQ200980157141
公开日2012年1月18日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者兰克尔 B., 斯平勒 B., 豪斯克 F., 库施内罗夫 M. 申请人:诺基亚西门子通信有限责任两合公司