专利名称：相干光接收机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及相干光接收机及其控制方法，更具体地，涉及通过相干检测和数字信号处理来接收偏振多路复用光信号的相干光接收机及其控制方法。
背景技术：
在下一代光通信系统中，为了满足不断提高的电信需求，需要更高的传输能力。在传统的光通信系统中，光强调制(开关键控)广泛用于调制系统。然而，当比特速率超过 40(ibpS时，由于波长色散和偏振模色散的影响变大，出现了传输速率受限的问题。这种色散导致的特性限制具有在信号的符号速率翻倍时特性恶化四倍的关系。因而，为了改善特性， 通过增加带宽利用率来抑制符号速率是有效的。作为用于提高带宽利用率的方法之一，存在一种通过在载波相位上承载信息进行通信的方法，该方法已经广泛用于诸如蜂窝电话系统之类的无线网络系统。然而，在光通信系统中，仅在诸如CATV(有线电视)系统之类的一些系统中使用该方法。这是由于，因为光的频率非常高(约193. ITHz)，所以难以通过电路对光进行直接控制。因此，已经开发了对光的频率进行下变频的各种方法。作为这些方法之一，存在子载波多路复用(SCM)系统。这是一种在光上叠加电载波并在其上承载信息的方法。子载波多路复用(SCM)系统已经在诸如CATV光传输系统之类的特定系统中投入实际使用，因为SCM系统实现了针对无线通信或同轴传输线的发射和接收电路的转换(diversion)。然而，根据该方法，最大带宽取决于电子电路的性能，因而目前难以实现大于或等于10(ibpS的传输速率。作为对光的频率进行下变频的另一方法，存在光相干接收系统。这是通过混合信号光和本地振荡器(LO)光来执行下变频的系统，原理上，它几乎是与广泛用于无线通信的相干接收系统相同的系统。在光相干接收系统中，在频率和相位上，必需将本地振荡器(LO) 光与信号光匹配至电子电路的可控范围，已经提出了应用于无线通信系统中的方法的各种方法。在日本专利待审公开申请No. 2008-271527中描述了被设计为补偿频率和相位的这种波动的相干光通信设备的示例。在该相关的光通信设备中，在发射侧，将作为正弦信号的参考信号添加到信息信号，利用添加后的信号对光信号进行调制。接收侧的光通信设备包括光信号发生器、光混合器、光电转换器、补偿器和解调器。光混合器将从发射侧的光通信设备接收的调制后的光信号与由光信号发生器生成的本地振荡器光相耦合。光电转换器通过外差检测来检测从光混合器输出的光信号，并输出检测到的电信号。补偿器检测从检测到的电信号中提取的参考信号的波动，并基于指示此时波动量的信号来补偿检测到的电信号的频率波动。通过这种配置，可以补偿本地振荡器光至接收到的调制后的光信号的波动。此外，在日本专利待审公开申请No. 1989-114832中，公开了偏振分集光接收系统之一，其中与本地振荡器光合并的信号光被分为正交偏振分量，并被检测。用于偏振分集光接收系统的相关光通信设备具有用于对输出电压进行加权以导出每个检测到的电信号的平方值的中频稳定化装置，以及用于合并中频稳定化装置的电压输出的加法装置。通过控制信号来控制本地振荡器激光装置，该控制信号是通过加法装置获得的电信号的平方值之和。从而，可以独立于信号光的偏振状态，稳定本地振荡器激光装置的频率。
发明内容
本发明的示例性目的是提供相干光接收机及其控制方法，所述相干光接收机及其控制方法即使用于使用偏振多路复用光信号的光相干接收系统也能够稳定地启动。根据本发明示例性方面的相干光接收机包括偏振束分离器、90度混合电路、本地振荡器、光电转换器、模数转换器、以及数字信号处理器，其中偏振束分离器输入通过多路复用彼此正交的、由不同的信息信号分别调制的两个偏振光而获得的偏振多路复用光信号，并分开输出第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号，其中90度混合电路使第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号分别与来自本地振荡器的本地光进行干涉，并输出分离为多个信号分量的多个光信号，其中光电转换器检测光信号，并输出检测到的电信号，其中模数转换器对检测到的电信号进行数字化，并输出数字接收信号，其中数字信号处理器包括偏振解复用单元和相位补偿单元，其中所述偏振解复用单元输入数字接收信号，然后向相位补偿单元输出偏振解复用过程的结果，其中相位补偿单元使用通过利用相同的初始信号作为信息信号所获得的相位偏移值作为初始值，来执行相位补偿处理。根据本发明示例性方面的相干光接收机的控制方法包括输入通过多路复用彼此正交的、由相同的初始信号分别调制的两个偏振光而获得的第一偏振多路复用光信号，将第一偏振多路复用光信号分离为第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号，使用将通过相干检测而分别获得的将第一数字接收信号和第二数字接收信号的每个平方值相加的结果来计算相位偏移值，使用所述相位偏移值作为初始值来执行相位补偿处理，并启动偏振解复用处理。
结合附图，本发明的示例性特征和优点将变得明显，其中图1是根据本发明示例性实施例的相干光接收机的配置的框图；图2是根据本发明示例性实施例的相干光接收机的控制方法的流程图；图3A至图3F是与根据本发明示例性实施例的相干光接收机的控制方法的每个步骤相对应的星座波形图；以及图4A和4B是示出了根据本发明示例性实施例的相干光接收机中的数字信号处理单元的配置的框图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的示例性实施例进行描述。
图1是根据本发明示例性实施例的相干光接收机100的配置的框图。相干光接收机100包括偏振束分离器(PBS) 110、90度混合电路(90°混合器120)、本地振荡器 (LO) 130、光电转换器(0/E)140、模数转换器(ADC) 150和数字信号处理器(DSP) 160。偏振束分离器110输入偏振多路复用光信号(信号)，并分别输出第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号。通过对彼此正交的、且分别由不同的信息信号调制的第一发射偏振光(X偏振光)和第二发射偏振光(Y偏振光)进行多路复用，在发射侧获得该偏振多路复用光信号。90度混合电路120使第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号分别与来自本地振荡器(LO) 130的本地光进行干涉，并输出分离成多个信号分量的多个光信号输出。在本示例性实施例中，将对使用双偏振正交相移键控(DP-QPSK)系统的情况进行描述。因此， 90度混合电路(90°混合器)120输出与四信道信号分量相对应的四波光信号，该四信道信号分量包括针对两个偏振中的每一个的同相分量和正交相位分量。光电转换器(0/E) 140通过相干检测来检测光信号，并输出检测到的电信号。模数转换器(ADC) 150对检测到的电信号进行数字化，并分别输出与第一接收偏振光信号相对应的第一数字接收信号和与第二接收偏振光信号相对应的第二数字接收信号。数字信号处理器(DSP) 160具有偏振解复用单元161和相位补偿单元162。偏振解复用单元161输入数字接收信号，然后向相位补偿单元162输出偏振解复用处理的结果。相位补偿单元162使用通过利用相同的初始信号作为信息信号所获得的相位偏移(相位差) 值作为初始值，来执行相位补偿处理。当该相同的初始信号被用作信息信号时，偏振解复用单元161输出分别对所获得的第一数字接收信号和第二数字接收信号中的每一个进行平方、并将这些平方值相加的计算结果。在根据本示例性实施例的数字信号处理器(DSP) 160 中，将每个数字接收信号视为包括每个接收偏振光信号的同相分量和正交相位分量的复合信号。尽管以上解释了，数字信号处理器(DSP) 160具有偏振解复用单元161和相位补偿单元162，但是还可以存在其它配置，例如，数字信号处理器(DSP) 160还可以具有执行用于补偿色散的处理的色散补偿器。通过采用这种配置，在根据本示例性实施例的相干光接收机100中，有可能在启动时独立地启动偏振解复用单元161的处理和相位补偿单元162的处理。换言之，紧接着启动之后，相干光接收机100接收使用相同的数据信号作为信息信号来调制两个发射偏振光的第一偏振多路复用光信号。此时，数字信号处理器(DSP) 160 中的偏振解复用单元161将从两个接收偏振光信号获得的数字接收信号的平方值的每个和分别输出给相位补偿单元162。相位补偿单元162使用来自偏振解复用单元161的输入信号来计算相位偏移(相位差)值，并使用此时的相位偏移(相位差)值作为初始值来执行相位补偿处理。然后，偏振解复用单元161启动偏振解复用处理，并执行处理。这使偏振解复用单元161中的偏振解复用处理和相位补偿单元162中的相位补偿处理能够独立地启动。结果，根据本示例性实施例，即使相干光接收机100用于使用偏振多路复用光信号的相干光接收系统，也可以稳定启动。接下来，除图1之外，还将使用图2、图3A至图3F、图4A和图4B进一步详细描述根据本示例性实施例的相干光接收机100的操作。图2是根据本发明示例性实施例的相干
6光接收机的控制方法的流程图。图3A至图3F是与根据本发明示例性实施例的相干光接收机的控制方法的每个步骤相对应的星座波形图。图4A和4B是示出了根据本发明示例性实施例的相干光接收机中的数字信号处理单元的配置的框图。相干光接收机100接收来自发射侧的偏振多路复用光信号。在发射侧，接通发射机的光输出(接通状态)(图2中的步骤Sll)，并通过信息(数据)信号分别调制光输出中的两个偏振光(X偏振光和Y偏振光)。然后，将这些调制后的光信号进行多路复用，并作为偏振多路复用光信号进行发射。如图1所示，在相干光接收机100中，偏振束分离器(PBS) 110将输入的偏振多路复用光信号分离为两个偏振光，分别将其输入两个90度混合电路(90°混合器)120。在初始操作时，在发射侧将相同的初始信号施加于两个偏振光。例如，如果数据信号W10011]输入第一发射偏振光(X偏振光)，则相同数据信号W10011]也输入第二发射偏振光(Y偏振光)(图2中的步骤S12和图3A)。包括施加了相同数据信号的每个发射偏振光的偏振多路复用发射光以在通过光纤传播期间随机改变的偏振角到达相干光接收机100。因此，它的偏振不一定与来自本地振荡器(LO) 130的本地振荡器(LO)光的偏振相匹配。当信号光的偏振角与本地振荡器(LO) 光的偏振角不匹配时，每个90度混合电路(90°混合器)120接收的光功率波动cos2 θ的量，其中符号θ表示信号光的偏振角和本地振荡器(LO)光的偏振角之差。为此，接收特性的波动增大，如果偏振角之差无法通过使用CMA(恒模算法)等的处理进行锁定，则波动增大会导致在后续阶段执行相位控制处理中的困难。当在稳态中操作时，如图4Α中所示，在从接收到的光信号中分离出第一发射偏振光(X偏振光)的信号分量χ和第二发射偏振光(Y偏振光)的信号分量y之后，在后续阶段需要将接收到的光信号发射给相位补偿单元162。如果混合X偏振光的信号分量χ和Y偏振光的信号分量y，由于它们分别具有不同的相位，具有两个相位的两种类型的光无法与仅有一种类型的本地振荡器(LO)光相匹配。 如果提供两种类型的本地振荡器，由于难以匹配两种类型的本地振荡器(LO)光之间的相位，因而难以正确地接收。另一方面，为了将接收到的光的偏振与本地振荡器(LO)光的偏振相匹配，存在一种用于提取接收到的光的偏振角并通过偏振稳定器将该接收到的光的偏振角与本地振荡器(LO)光的偏振角强制匹配的已知方法。然而，由于该方法使系统变得复杂而难以实现该方法。相反，根据本示例性实施例的相干光接收机及其控制方法，能够如上所述来解决这些问题。以下将对此进行详细描述。如图4B所示，第一数字接收信号和第二数字接收信号分别输入数字信号处理器 (DSP) 160中的两个输入端口 A和B。此时，将在发射侧由相同数字信号αω分别调制的两个传输偏振光进行多路复用而获得的第一偏振多路复用光信号输入相干光接收机100。这里，如果符号Φ表示信号光和本地偏振(LO)光之间的相位偏移(相位差)值，以及符号θ 表示偏振角之差，输入端口 A处的第一数字接收信号分量χ和输入端口 B处的第二数字接收信号分量X’以下式进行表示χ = α m(cos Φ+j sin Φ) cos θ(1)
χ，= am(C0S(J)+j sin(i))sin θ(2)在偏振解复用单元161中，在I-Q平面上将第一数字接收信号与第二数字接收信号相加(图2中的步骤S13和图;3Β)。换言之，偏振解复用单元161输出将分别由式(1)和 (2)表示的数字接收信号分量的平方值相加的结果。在使用三角恒等式(即，cos2 θ +sin2 θ =1)的情况下，如下所示，能够消除由于偏振角的波动而导致的光输出的波动。x2+x， 2= a m2(cos Φ+j sin Φ)2(cos2 θ+sin2 θ )= a m2 (cos Φ+j sin(J))2= a m2(l-2sin>+2j cos Φ sin Φ)= am2(C0S2<ji+j sin2<t)(3)如式(3)所示，消除了由于偏振角而导致的波动，并且去除了接收偏振光信号中的偏振依赖关系(图3B)。另一方面，相位信息被转换为双倍角频率。结果，有可能仅检测相位偏移(相位差)值，而无需依赖于信号光和本地振荡器(LO)光之间的偏振角之差。换言之，在执行偏振解复用处理之前，可以事先执行相位补偿处理，来补偿由于本地振荡器(LO) 光与信号光之间的波长差而导致的相位偏移(相位差)等。此时，如图4B所示，解复用单元161输出从输入端口 A和B输入的数字接收信号χ 和X’的平方值之和“x2+x’2”。之后，相位补偿单元162计算相位偏移(相位差)值“2Φ”， 并将该“ Φ ”设置为补偿处理的初始值(图2中的步骤S14和图3C)。相位补偿单元162事先修正该相位差“ Φ ”。接下来，发射在发射侧通过不同数据信号分别调制的两个发射偏振光进行多路复用而获得的第二偏振多路复用光信号。然后，相干光接收机100接收第二偏振多路复用光信号(图2中的步骤S15和图3D)。偏振束分离器110将第二偏振多路复用光信号分为第三接收偏振光信号和第四接收偏振光信号，并将其输出。在90度混合电路(90°混合器)120和光电转换器(0/E)140 中，第三接收偏振光信号和第四接收偏振光信号分别与本地光进行干涉，并被检测。模数转换器(ADC) 150输出通过分别对检测到的信号进行数字化而获得的第三数字接收信号和第四数字接收信号。此时，数字信号处理器(DSP) 160中的偏振解复用单元161开始针对第三数字接收信号和第四数字接收信号执行偏振解复用处理，并基于两个偏振光(X偏振光和Y偏振光) 将它们分为信号分量(X和y)(图2中的步骤S16和图3E)。之后，偏振解复用单元161和相位补偿单元162继续执行偏振解复用和相位补偿的常规处理(图2中的步骤S17和图 3F)。如上所述，根据该示例性实施例的相干光接收机及其控制方法，可以独立地启动偏振解复用单元和相位补偿单元。因此，即使相干光接收机用于使用偏振多路复用光信号的光相干接收系统，也可以稳定地启动。如背景技术中描述的，在光相干接收系统中，必须对由本地振荡器(LO)光和信号光之间的波长差导致的相位偏移(相位差)进行补偿等。另一方面，为了在光通信系统中实现更高的传输能力，使用了光偏振多路复用系统，该系统发送在彼此正交的两个偏振光上独立地承载信息的偏振多路复用光信号。这里，CN 102412890 A
说明书
6/6页 在光偏振多路复用通信系统中，如果信号光的偏振轴与本地振荡器(LO)光的偏振轴不一致，则由于无法对这两个光进行多路复用而无法正确地发送信号。为此，采用了通过使用偏振稳定器等来锁定信号光的偏振的方式，但是其控制方式变得复杂。另一方面，提出了通过使用CMA (恒定模算法)方法将在两个多路复用偏振光上承载的信号分为两个信号的处理方法，并研究了使用该技术的光偏振多路复用通信系统。以这种方式，在使用偏振多路复用光信号的光相干接收系统中，相干光接收机需要执行相位补偿处理和偏振解复用处理。当执行以上提及的相位补偿处理时，如果在相关相干光接收机的启动时没有正确地执行相位补偿处理和偏振解复用处理，则无法提取接收信号，且无法稳定地启动相关的相干光接收机。以这种方式，在使用偏振多路复用光信号的相干光接收系统中，存在在启动相关的相干光接收机时操作不稳定的问题。根据本发明的示例性优点在于，相干光接收机即使用于使用偏振多路复用光信号的光相干接收系统也能够稳定启动。尽管参照示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本发明并不限于所述实施例。本领域技术人员将会理解，在不偏离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下， 可以做出形式和细节上的各种改变。
9
权利要求
1.一种相干光接收机，包括 偏振束分离器；90度混合电路； 本地振荡器； 光电转换器； 模数转换器；以及数字信号处理器；其中所述偏振束分离器输入通过多路复用彼此正交的、由不同的信息信号分别调制的两个偏振光而获得的偏振多路复用光信号，并分开输出第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号，所述90度混合电路使第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号分别与来自本地振荡器的本地光进行干涉，并输出分离为多个信号分量的多个光信号； 所述光电转换器检测光信号，并输出检测到的电信号； 所述模数转换器对检测到的电信号进行数字化，并输出数字接收信号； 所述数字信号处理器包括偏振解复用单元和相位补偿单元；所述偏振解复用单元输入数字接收信号，然后向所述相位补偿单元输出偏振解复用处理的结果；以及所述相位补偿单元使用通过利用相同的初始信号作为信息信号所获得的相位偏移值作为初始值，来执行相位补偿处理。
2.根据权利要求1所述的相干光接收机，其中所述偏振解复用单元输出通过利用相同的初始信号作为信息信号而获得的数字接收信号的平方值之和中的每一个和。
3.一种相干光接收机的控制方法，包括步骤输入第一偏振多路复用光信号，所述第一偏振多路复用光信号通过多路复用彼此正交的、由相同的初始信号分别调制的两个偏振光而获得；将所述第一偏振多路复用光信号分为第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号； 使用将通过相干检测分别获得的第一数字接收信号和第二数字接收信号的每个平方值相加的结果来计算相位偏移值；使用所述相位偏移值作为初始值，执行相位补偿处理；以及启动偏振解复用处理。
4.一种相干光接收机的控制方法，包括步骤输入第一偏振多路复用光信号，所述第一偏振多路复用光信号通过多路复用彼此正交的、由相同的初始信号分别调制的两个偏振光而获得；将所述第一偏振多路复用光信号分为第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号； 使第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号分别与本地光进行干涉，并进行检测； 输出通过对检测到的信号分别进行数字化而获得的第一数字接收信号和第二数字接收信号；使用将所述第一数字接收信号和第二数字接收信号的每个平方值相加的结果来计算相位偏移值；以及使用所述相位偏移值作为初始值，执行相位补偿处理。
5.根据权利要求4所述的相干光接收机的控制方法，还包括 输入第二偏振多路复用光信号，所述第二偏振多路复用光信号通过在使用所述相位偏振值作为初始值来执行相位偏振处理之后多路复用彼此正交的、由不同的信息信号分别调制的两个偏振光而获得；将所述第二偏振多路复用光信号分为第三接收偏振光信号和第四接收偏振光信号； 使所述第三接收偏振光信号和第四接收偏振光信号分别与本地光进行干涉，并进行检测；输出通过对检测到的信号分别进行数字化而获得的第三数字接收信号和第四数字接收信号；以及分别针对所述第三数字接收信号和第四数字接收信号执行偏振解复用处理和相位补偿处理。
全文摘要
在根据本发明的相干光接收机中，偏振束分离器输入通过多路复用彼此正交的、由不同的信息信号分别调制的两个偏振光而获得的偏振多路复用光信号，并分开输出第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号；90度混合电路使第一接收偏振光信号和第二接收偏振光信号分别与来自本地振荡器的本地光进行干涉，并输出分离为多个信号分量的多个光信号；光电转换器检测光信号，并输出检测到的电信号；模数转换器对检测到的电信号进行数字化，并输出数字接收信号；偏振解复用单元输入数字接收信号，然后向所述相位补偿单元输出偏振解复用过程的结果；以及相位补偿单元使用通过利用相同的初始信号作为信息信号所获得的相位偏移值作为初始值，来执行相位补偿处理。
文档编号H04B10/12GK102412890SQ20111028239
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者铃木耕一 申请人:日本电气株式会社