專利名稱：接收器和操作所述接收器的方法
接收器和操作所述接收器的方法本發(fā)明涉及一種接收器和操作所述接收器的一種方法。為降低光學(xué)傳輸系統(tǒng)的部署成本，重要的是設(shè)計魯棒的系統(tǒng)以防止傳輸損害。有害傳輸損害的一個具體示例是色散。各種技術(shù)在商業(yè)上用于色散補償，例如，在光纖跨度之間色散的一致補償(in-line compensation)。另一個問題是殘余色散補償，例如，在接收器的補償。小殘余色散意味著大量的色 散圖設(shè)計，由此增大了總系統(tǒng)成本。為補償殘余色散，能使用先進(jìn)調(diào)制格式、光學(xué)可調(diào)色散 補償(TDC)或電信號處理。對于每波長信道提供40Gb/s到100Gb/S的傳輸系統(tǒng)，使用先進(jìn)光調(diào)制技術(shù)。對于 40Gb/s應(yīng)用傳輸調(diào)制格式，使用諸如雙二進(jìn)制和最近的差分相移鍵控(DPSK)及光學(xué)TDC。目前，由于電氣組件、最顯著的是所需的模數(shù)變換器的性能限制原因，在大約 40Gb/s的傳輸率不利用電信號處理。因此，對于40Gb/s應(yīng)用，應(yīng)用了光學(xué)TDC或容許色散調(diào)制格式以增大殘余色散容 限。允許每波長信道lOGb/s的數(shù)據(jù)率的發(fā)射機應(yīng)答器仍構(gòu)成已部署系統(tǒng)的最大份 額。由于10Gb/S發(fā)射機應(yīng)答器經(jīng)工程設(shè)計為具成本效益，因此，利用先進(jìn)調(diào)制格式或光學(xué) TDC被認(rèn)為是太昂貴了。對于此類10Gb/S系統(tǒng)，傳統(tǒng)的開關(guān)鍵控(00K)、在一些情況下的雙 二進(jìn)制調(diào)制是應(yīng)用最多的調(diào)制技術(shù)。電信號處理領(lǐng)域的改進(jìn)允許使用具成本效益的電子畸變補償，最顯著的是最大似 然序列估計(MLSE)。MLSE通過計算收到某個序列的概率而不是計算單個比特的概率來估 計收到的數(shù)據(jù)。在與開關(guān)鍵控組合時，這能大大改進(jìn)色散容限。雙二進(jìn)制調(diào)制是改進(jìn)色散 容限的一種備選，這是因為它仍能以具成本效益的方式實現(xiàn)，并具有與開關(guān)鍵控相比固有 的更高色散容限。光學(xué)傳輸系統(tǒng)的達(dá)到范圍是另一關(guān)鍵問題，這是因為從成本角度而言，使用電再 生器是不合需要的。大量的設(shè)計參數(shù)影響傳輸系統(tǒng)的達(dá)到范圍，然而，其中最重要的兩個參 數(shù)是光信噪比(OSNR)要求和光調(diào)制格式的非線性容限。因此，需要非線性容限或OSNR容 限的改進(jìn)，從而增大可用于系統(tǒng)設(shè)計的余地。雙二進(jìn)制調(diào)制的一個重大缺陷在于它要求比開關(guān)鍵控更高的0SNR(高大約3dB)， 由此限制了傳輸距離。一種有希望的改進(jìn)系統(tǒng)達(dá)到范圍的調(diào)制格式是差分相移鍵控(DPSK)。DPSK調(diào)制 不通過幅度而是通過光信號的(差分)相位對信息編碼。DPSK信號在每個比特時隙中包含 光脈沖(參見圖la)，這有助于改進(jìn)非線性容限。為通過光電二極管檢測信息，如圖2所示，使用Mach-Zehnder延遲干涉儀(MZDI) 將信息從相位變換到幅度域。在DPSK與平衡檢測組合時，它具有比00K高3dB的OSNR容 限。因此，它允許實現(xiàn)系統(tǒng)達(dá)到范圍的相當(dāng)大改進(jìn)。然而，DPSK的色散容限類似于00K。調(diào)制格式的選擇取決于大量的要求，可允許的系統(tǒng)達(dá)到范圍和防止色散的魯棒性 是兩個重要參數(shù)。
對于低成本的傳輸系統(tǒng)，難以找到同時滿足這兩個要求的調(diào)制格式。開關(guān)鍵控調(diào) 制與啟用MLSE的接收器的組合因此仍是低成本lOGb/s發(fā)射機應(yīng)答器的一個好的選擇。為 進(jìn)一步增大色散容限，已使用了具有MLSE的雙二進(jìn)制調(diào)制。然而，由于MLSE檢測不增大系 統(tǒng)達(dá)到范圍，并且雙二進(jìn)制調(diào)制實際上減小該范圍，因此，增大系統(tǒng)達(dá)到范圍迄今為止一直 是困難的。 目前，從復(fù)雜性/成本角度而言，DPSK調(diào)制似乎是OOK/雙二進(jìn)制的唯一可行備 選。但DPSK (帶和不帶MLSE)的色散容限比雙二進(jìn)制或00K+MLSE任一項的色散容限要低 得多，這使其成為更不具吸引力的選擇。要解決的問題是克服上述缺點，并且尤其是提供一種方案，該方案在系統(tǒng)達(dá)到范 圍和防止色散的魯棒性方面允許有效及具成本效益的解決方案。此問題根據(jù)獨立權(quán)利要求的特性得以解決。其它實施例源于從屬權(quán)利要求。為克服此問題，提供了一種接收器，它包括-相位解調(diào)器；以及-連接到相位解調(diào)器的電子色散補償；其中，相位解調(diào)器包括小于1比特的延遲。尤其是，相當(dāng)于不到1比特的相位解調(diào)器的延遲產(chǎn)生了防止色散的更佳魯棒性。注意，此概念能通過差分正交相移鍵控(DQPSK)實現(xiàn)。在一個實施例中，相位解調(diào)器包括Mach-Zehnder延遲干涉儀(MZDI)。在另一實施例中，電子色散補償(EDC)包括數(shù)字或模擬信號處理單元。在又一實施例中，電子色散補償包括最大似然序列估計(MLSE)。在下一實施例中，電子色散補償包括至少一個數(shù)字或模擬濾波器結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是， 該至少一個濾波器結(jié)構(gòu)包括至少一個線性有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器和/或至少一個非線 性FIR濾波器。接收器包括用于將光信號變換成電信號的單元，這也是一個實施例。此外，用于將 光信號變換成電信號的單元可包括差分輸入級。尤其是，此單元可包括一個光學(xué)變換器或 兩個光學(xué)變換器，其中，每個光學(xué)變換器可包括至少一個光電二極管。根據(jù)另一實施例，能在光網(wǎng)絡(luò)中利用接收器。所述接收器尤其能定位為單獨的光 學(xué)組件或者它可定位在光學(xué)組件內(nèi)。根據(jù)另一實施例，相位解調(diào)器的延遲是可調(diào)整的。尤其是，MZDI的延遲能夠是可調(diào)整的。根據(jù)又一實施例，接收器布置為確定殘余色散，并且利用此類殘余色散調(diào)整相位 解調(diào)器的延遲。根據(jù)仍有的一個實施例，基于尤其通過最大似然序列估計處理的直方圖來確定殘 余色散。根據(jù)一個實施例，在卡片設(shè)計期間和/或卡片校準(zhǔn)期間確定殘余色散，此類殘余 色散尤其存儲在至少一個查找表中。上述問題也通過用于操作所述接收器的一種方法而得以解決。上述問題尤其可通過一種用于調(diào)整相位解調(diào)器的延遲或其中延遲的方法而得以 解決，其中，相位解調(diào)器尤其是MZDI。所述調(diào)整或配置尤其可基于殘余色散的評估。此類殘 余色散可基于尤其通過最大似然序列估計處理的直方圖來確定。另外，或作為備選，可在卡片設(shè)計期間和/或卡片校準(zhǔn)期間確定殘余色散，此類殘余色散尤其存儲在至少一個查找表 中。還要注意的是，通過動態(tài)更改延遲，尤其通過設(shè)置延遲值，能增強靈敏度，該延遲 值考慮到了在靈敏度損失與CD容限之間的折衷(例如視累積的CD量而定)。本發(fā)明的實施例在下圖中示出和說明 圖3示出帶有1比特延遲Mach-Zehnder延遲干涉儀(MZDI)的差分相移鍵控 (DPSK)接收器結(jié)構(gòu)以及匹配的眼圖；圖4示出帶有0. 5比特延遲MZDI的接收器結(jié)構(gòu)以及匹配的眼圖；圖5將對于包括硬判決處理的Mach-Zehnder延遲干涉儀內(nèi)不同比特延遲的、隨色 散[ps/nm]容限變化的光信噪比(OSNR) [dB]可視化；圖6將對于包括4狀態(tài)MLSE處理的Mach-Zehnder延遲干涉儀內(nèi)不同比特延遲的、 隨色散[ps/nm]容限變化的OSNR[dB]可視化；圖7示出在帶有和不帶有MLSE且比特延遲等于1比特的情況下，在常規(guī)OOK與 DPSK之間隨色散[ps/nm]容限變化的OSNR[dB]；圖8示出在用于硬判決與不同MLSE結(jié)構(gòu)的、具有0. 5比特延遲MZDI的DPSK調(diào)制 之間隨色散[ps/nm]容限變化的0SNR[dB]；圖9示出在用于DPSK調(diào)制的不同MLSE結(jié)構(gòu)之間隨色散[ps/nm]容限變化的 OSNR[dB]；

圖10示出鑒于用于使色散消失的量化倉(quantization bins)，可能比特組合的 概率；圖11示出鑒于大色散的量化倉，可能比特組合的概率；為實現(xiàn)遠(yuǎn)的達(dá)到范圍和高色散容限的組合，尤其是，此方案組合DPSK和MLSE，并 且優(yōu)化在接收器的Mach-Zehnder延遲干涉儀(MZDI)相位解調(diào)，使得相位解調(diào)器包括小于 1比特的延遲。圖3示出帶有1比特延遲MZDI的接收器結(jié)構(gòu)以及匹配的眼圖。相位調(diào)制信號301 饋入MZDI，提供分別轉(zhuǎn)發(fā)到光電二極管304、305的相長性(constructive)輸出302和相消 性(destructive)輸出303。光電二極管304和305的輸出輸入差分放大器306，該放大器 產(chǎn)生平衡輸出307。圖4示出帶有0. 5比特延遲MZDI的接收器結(jié)構(gòu)以及匹配的眼圖。相位調(diào)制信號 401饋入MZDI，提供分別轉(zhuǎn)發(fā)到光電二極管404、405的相長性輸出402和相消性輸出403。 光電二極管404和405的輸出輸入差分放大器406，該放大器產(chǎn)生平衡輸出407。使用帶有小于1比特的比特延遲的MZDI，能大大改進(jìn)窄帶濾波容限。這對于40Gb/s DPSK應(yīng)用尤其重要，因為在該情況下，由窄帶濾波產(chǎn)生的損失能夠 是主要的損失。所述方案有利地示出與單獨使用每種技術(shù)相比，兩種技術(shù)的組合的性能改進(jìn)可大 得多。使用MLSE接收器和優(yōu)化相位解調(diào)器的DPSK由于組合了遠(yuǎn)的達(dá)到范圍和有利的色散 容限，因此能夠是用于魯棒的lOGb/s發(fā)射機應(yīng)答器的一種可行備選。圖5到圖9分別示出具有縮短MZDI的DPSK和硬判決或MLSE接收的提議組合的 模擬和測量性能。
根據(jù)圖5，在MZDI中的比特延遲與結(jié)果OSNR靈敏度/色散容限之間有折衷。對于 更短的比特延遲，OSNR靈敏度降低，并且色散容限增大。用于比特延遲的優(yōu)選值取決于具體 應(yīng)用，并且也可能在為此類系統(tǒng)優(yōu)化MLSE結(jié)構(gòu)時更改。通過提供具有仍可接受的OSNR靈 敏度損失(例如，相對于最佳DPSK的1. 5dB損失)的大的色散容限，MZDI的比特延遲將是 約 0. 65。圖6示出4狀態(tài)MLSE的性能。將這些結(jié)果與圖5的 結(jié)果進(jìn)行比較，硬判決與MLSE 接收之間的差別明顯示出組合縮短的MZDI和MLSE接收的影響，因為這幾乎使色散容限翻倍。圖7示出帶有和不帶有MLSE檢測的OOK與DPSK之間的比較。比較帶有硬判決的 OOK與DPSK示出DPSK在OSNR靈敏度方面有3_dB的改進(jìn)。OOK與4狀態(tài)MLSE組合時，色 散容限增大大約兩倍。圖8示出由使用帶有和不帶有MLSE的0. 5比特延遲MZDI產(chǎn)生的改進(jìn)。與圖7的 結(jié)果比較，圖8例示出在使用0. 5比特延遲MZDI時，即使對于硬判決，色散容限也明顯得以 改進(jìn)。在與MLSE組合時，甚至進(jìn)一步改進(jìn)了性能，并且因此能夠達(dá)到相當(dāng)高的色散容限。如 果在MLSE中狀態(tài)的數(shù)量從4增大到16，則色散容限將進(jìn)一步增大。通常，MLSE中更高數(shù)量 的狀態(tài)可允許色散容限的進(jìn)一步增大。圖9比較用于DPSK調(diào)制的不同MLSE結(jié)構(gòu)。聯(lián)合符號MLSE示出良好的性能。然 而，這可以是帶有兩個輸入的較復(fù)雜MLSE結(jié)構(gòu)的結(jié)果。帶有0. 5比特延遲的MZDI的DPSK 具有更大的色散容限，代價是稍微降低的色散容限。使用約0. 65比特延遲MZDI而不是0. 5 比特延遲MZDI可在保持大部分色散容限時降低OSNR靈敏度損失。由于能將縮短的MZDI 與標(biāo)準(zhǔn)MLSE結(jié)構(gòu)組合，因此，可提供升級以便在發(fā)射機應(yīng)答器復(fù)雜性適度增大的情況下增 強色散容限和OSNR靈敏度。圖3示出設(shè)置用于DPSK信號的接收器，包括Mach-Zehnder延遲干涉儀MZDI、平 衡接收器、模數(shù)變換器及最終的最大似然序列估計器。對于1比特(圖3)和0. 5比特(圖 4)的延遲，示出了在接收器結(jié)構(gòu)的不同端口的信號。在用于DPSK信號的典型接收器設(shè)計中，MZDI的延遲大約等于1比特的持續(xù)時間。 此參數(shù)值可在使色散消失時提供最佳性能(背靠背性能(back-to-back performance)), 因此，所需OSNR是在最低值。然而，在延遲降低時，背靠背性能可惡化。如果殘余色散增大 至例如1200pS/nm的值，則相對于所需OSNR的差別降低。如果殘余色散超過此值，則情況 發(fā)生變化。因此，在更小的延遲實現(xiàn)了改進(jìn)的性能，并且各種設(shè)計的差別隨著增大的色散而 增大。此類結(jié)果尤其適用于硬判決，但在使用軟判決時，一般行為可不更改。MLSE的唯一 效應(yīng)在于對于小于1比特的延遲，色散容限進(jìn)一步增大。總之，使用1比特延遲時，可為小色散值實現(xiàn)最佳性能，而降低MZDI的延遲有助于 改進(jìn)在更大色散值時的性能。因此，接收器優(yōu)選以某種方式布置或配備有允許可調(diào)延遲的 MZDI。此類延遲尤其可以是持續(xù)可調(diào)。優(yōu)選的是兩個不同延遲將足夠用于小色散值的 大延遲和用于較大色散的較小延遲。因此，由于只需要一個單一部件號，邏輯能得以簡化。用于設(shè)置延遲的最容易的可能方法是利用計劃或網(wǎng)絡(luò)管理工具提供的信息。然而，如果沒有任何色散信息可用，或者色散信息不準(zhǔn)確，則預(yù)定義的延遲不可實 現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。因此，在接收器能夠自動檢測殘余色散并相應(yīng)地調(diào)整所述延遲時，能實現(xiàn)重大改 進(jìn)的性能。所需信息可從通過MLSE內(nèi)部計算的直方圖得出。圖10示出鑒于用于使色散消失的量化倉，可能比特組合的概率。圖11示出鑒于大色散的量化倉，可能比特組合的概率。在使色散消失時，可區(qū)分兩類的比特模式第一類的比特模式對于帶有小數(shù)字的 倉(bins)引起大概率，而第二類包括用于前面?zhèn)}的零概率和用于帶有較大數(shù)字的倉的較 大概率。與此相反，對于在2000pS/nm的色散的情況下考慮的所有比特模式，概率模式是不 同的。比較用于不同比特模式的概率允許估計殘余色散。因此，建議在卡片設(shè)計期間 (典型值)或卡片校準(zhǔn)期間(卡片特定值)確定用于色散的不同值的模式，并在查找表中存 儲它們。例如，可通過計算實際模式與存儲模式的相關(guān)系數(shù)，并通過選擇為大多數(shù)比特模 式提供最佳相關(guān)的色散值，確定殘余色散。用于確定色散值的另一方式是借助于內(nèi)插。進(jìn)一步的優(yōu)點帶有優(yōu)化相位解調(diào)的DPSK調(diào)制和MLSE接收器的組合提供了極佳的達(dá)到范圍(例 如，非線性容限和OSNR靈敏度)和色散容限。此技術(shù)能幫助增大尤其是在lOGb/s的范圍內(nèi)的傳輸系統(tǒng)的魯棒性，同時使發(fā)射 機應(yīng)答器復(fù)雜性保持在可接受和具成本效益的級別。提供的方案能用于增大WDM系統(tǒng)的最大傳輸距離或者允許成本大幅降低。在殘余 色散對各種WDM接收器不同時，能實現(xiàn)改進(jìn)。例如，這在使用色散位移光纖而無色散補償?shù)?系統(tǒng)中，或者使用未優(yōu)化用于傳輸光纖的色散斜率的色散補償模塊時適用。在WDM系統(tǒng)中實現(xiàn)的預(yù)加重算法的目標(biāo)是調(diào)整發(fā)送器的功率，其方式使得接收器 達(dá)到大致相同的0SNR。然而，對于不同的殘余色散值，這不引起相同的誤比特率。在犧牲 其它信道的情況下，通過增大受色散損害的信道的發(fā)送器功率，能實現(xiàn)相同的誤比特率。因 此，帶有更高色散的信道得到更高的0SNR，而其它信道獲得更低的0SNR。上述內(nèi)容允許為傳輸系統(tǒng)確定有關(guān)殘余色散的可靠信息，為用于設(shè)置MZDI的延 遲的此類算法利用所述信息?？s略詞CD 色散DPSK 差分相移鍵控DQPSK 差分正交相移鍵控MLSE 最大似然序列估計MZDI Mach-Zehnder延遲干涉儀OOK 開關(guān)鍵控OSNR 光信噪比TDC 可調(diào)色散補償
權(quán)利要求
一種接收器，包括-相位解調(diào)器；以及-連接到所述相位解調(diào)器的電子色散補償；其中所述相位解調(diào)器包括小于1比特的延遲。
2.如權(quán)利要求1所述的接收器，其中所述相位解調(diào)器包括Mach-Zehnder延遲干涉儀。
3.如前面權(quán)利要求任一項所述的接收器，其中所述電子色散補償包括數(shù)字或模擬信號處理單元。
4.如前面權(quán)利要求任一項所述的接收器，其中所述電子色散補償包括最大似然序列估計。
5.如前面權(quán)利要求任一項所述的接收器，其中所述電子色散補償包括至少一個數(shù)字或 模擬濾波器結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的接收器，其中所述至少一個數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)包括至少一個線性 FIR濾波器和/或至少一個非線性FIR濾波器。
7.如前面權(quán)利要求任一項所述的接收器，包括用于將光信號變換成電信號的單元。
8.如權(quán)利要求7所述的接收器，其中用于將光信號變換成電信號的所述單元包括差分 輸入級。
9.如權(quán)利要求7或8任一項所述的接收器，其中用于將光信號變換成電信號的所述單 元包括一個光學(xué)變換器或兩個光學(xué)變換器。
10.如權(quán)利要求9所述的接收器，其中所述光學(xué)變換器包括至少一個光電二極管。
11.如前面權(quán)利要求任一項所述、在光網(wǎng)絡(luò)中利用的接收器。
12.如前面權(quán)利要求任一項所述的接收器，其中所述相位解調(diào)器的延遲是可調(diào)整的。
13.如權(quán)利要求12所述的接收器，其中所述接收器布置為確定殘余色散和利用此類殘 余色散調(diào)整所述相位解調(diào)器的所述延遲。
14.如權(quán)利要求13所述的接收器，其中基于尤其通過最大似然序列估計處理的直方圖 來確定所述殘余色散。
15.如權(quán)利要求13或14任一項所述的接收器，其中在卡片設(shè)計期間和/或卡片校準(zhǔn)期 間確定所述殘余色散，此類殘余色散尤其存儲在至少一個查找表中。
16.一種用于操作如前面權(quán)利要求任一項所述接收器的方法。
全文摘要
提供了一種接收器，它包括(i)相位解調(diào)器，以及(ii)連接到相位解調(diào)器的電子色散補償，其中，相位解調(diào)器包括等于或小于1比特的延遲。此外，提供了一種用于操作所述接收器的方法。
文檔編號H04B10/2513GK101849376SQ200880115403
公開日2010年9月29日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者A·納波利, D·范登博恩, L·拉普, M·S·阿爾菲亞德, T·武思 申請人:諾基亞西門子通信公司