專利名稱：光接收裝置和數(shù)字接收電路的制作方法
光接收裝置和數(shù)字接收電路技術(shù)領(lǐng)域本文所討論的實施方式涉及接收信號光的光接收裝置和數(shù)字接收電路。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的光通信中通常使用直接檢波方案，所述直接檢波方案利用 光強度的開/關(guān)來進行通信。然而，隨著近年來因特網(wǎng)的普及，尤其在骨 干光通信系統(tǒng)中需要傳輸容量更大的通信方案，并且已經(jīng)開始關(guān)注將具 有比直接檢波方案更高的接收靈敏性的光相干接收方案與數(shù)字信號處理技術(shù)組合起來的數(shù)字相干接收方案(例如，參見Liu， Xiang， "DSP-Enhanced Differential Direct-Detection for DQPSK and m-ary DPSK"， European Conference on Optical Communication (ECOC) 2007， 7.2.1; and Ly-Gagnon， Dany-Sebastien; Tsukamoto， Satoshi; Katoh， Kazuhiro; andKikuchi， Kazuro， Member, IEEE， Member, OSA， "Coherent Detection of Optical Quadrature Phase-Shift Keying Signals With Carrier Phase Estimation", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 24， No.l， January 2006， pp. 12-21)。數(shù)字相干接收方案為如下這樣一種方案將接收到的光信號和參考 光相組合以將接收到的光信號的強度和相位信息轉(zhuǎn)換為可提取的信號，通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)將該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號中提取光信號的強度和相位信息，并對提取出的信號進行數(shù)字信 號處理，由此來對接收信號進行解調(diào)。作為參考光，可以使用延遲了一 個碼元時間的接收信號，或者可以使用從設(shè)置在接收側(cè)的另一激光器輸 出的光(本地光)。數(shù)字相干接收的特征在于由于使用數(shù)字信號處理技術(shù)來補償接收6信號與參考光之間的相位差，而無需進行接收光信號與參考光的光相位 同步，因此，與常規(guī)的相干接收方案相比，不需要對參考光進行高精度 的相位控制。此外，由于能夠獲取表示接收光信號的光電場的振幅和相 位這二者的信息作為電信號，因此可以通過電均衡濾波器來進行高精度 的波形失真補償。作為使用數(shù)字相干光接收時的調(diào)制方案，通過相同的接收機結(jié)構(gòu)， 不僅可以實現(xiàn)以強度調(diào)制為代表的二進制調(diào)制方案，而且可以實現(xiàn)多進制相移鍵控(MPSK)，例如差分四相相移鍵控(DQPSK)或正交幅度調(diào) 制(QAM)。作為數(shù)字信號處理電路中恢復時鐘的一般方法，可以考慮兩種方法。 當將時鐘恢復單元設(shè)置在數(shù)字信號處理電路中的波形失真補償器的上游 側(cè)時，因為在波形失真補償器的上游側(cè)的信號具有失真波形，所以在失 真比較嚴重時，有時無法恢復采樣時鐘信號。因此，ADC就不能進行數(shù) 字轉(zhuǎn)換。即使可以恢復時鐘信號，但由于所恢復的時鐘信號的質(zhì)量較差，因 此ADC中的數(shù)字轉(zhuǎn)換的精度下降。相反，可以考慮將時鐘恢復單元設(shè)置 在數(shù)字信號處理電路的波形失真補償器的下游側(cè)；然而，恢復的時鐘信 號到達ADC的環(huán)路延遲增大。因此，存在時鐘信號質(zhì)量較差并且數(shù)字轉(zhuǎn) 換精度降低的問題。發(fā)明內(nèi)容實施方式的一個方面的目的在于至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。 根據(jù)實施方式的一個方面，光接收裝置包括組合單元，其組合信 號光和參考光；光電轉(zhuǎn)換單元，其將能夠重構(gòu)由所述組合單元獲得的信 號光的復數(shù)電場信號的兩個或更多個光信號轉(zhuǎn)換為電信號；以及采樣時 鐘產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生采樣時鐘，所述采樣時鐘具有基于所述信號光的碼 率(symbolic rate)而預設(shè)的頻率并且與所述信號光異步。所述光接收裝 置還包括數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，其按照所述采樣時鐘信號的頻率對由所述光 電轉(zhuǎn)換單元獲得的電信號進行采樣，并將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及數(shù)字信號處理單元，其基于從由所述數(shù)字轉(zhuǎn)換單元獲得的數(shù)字信號 而獲得的復數(shù)數(shù)字信號，對接收的信號進行解調(diào)。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以通過在權(quán)利要求中具體指出的要素及組合 來實現(xiàn)并獲得。應(yīng)當明白，以上一般性描述和以下詳細描述都只是示例性和說明性 的，不是對如權(quán)利要求所述的本發(fā)明的限制。


圖1是根據(jù)第一實施方式的光接收裝置的框圖； 圖2是圖1所示的90。相位混合電路的概念圖； 圖3是圖1所示的采樣單元的示例的框圖； 圖4是由采樣單元進行的采樣的曲線圖； 圖5是圖3所示的抽取/內(nèi)插單元的第一示例的框圖； 圖6是圖3所示的2x(N/4):l下采樣單元的第一示例的框圖； 圖7是由圖5所示的觸發(fā)器(FF)電路進行的重定時的曲線圖； 圖8是來自數(shù)字信號處理電路中的各單元的輸出的圖； 圖9是圖3所示的抽取/內(nèi)插單元的第二示例的框圖； 圖10是圖9所示的抽取/內(nèi)插單元的變型例的框圖； 圖11是圖3所示的2x(N/4):l下采樣單元312的第二示例的框圖； 圖12是由圖11所示的2x(N/4):l下采樣單元進行的下釆樣的曲線圖； 圖13是圖3所示的抽取/內(nèi)插單元的第三示例的框圖； 圖14是圖3所示的數(shù)字信號處理電路的變型例的框圖； 圖15是由采樣單元進行的采樣的另一曲線圖； 圖16是來自數(shù)字信號處理電路中的各單元的輸出的另一圖； 圖17是根據(jù)第二實施方式的光接收裝置的框圖； 圖18是圖17所示的光接收裝置的變型例的框圖； 圖19是根據(jù)第三實施方式的光接收裝置的框圖； 圖20是圖19所示的偏振分集混合電路(polarization diversity hybrid circuit)的概念圖；圖21是根據(jù)第四實施方式的光接收裝置的框圖；以及圖22是圖21所示的光接收裝置的變型例的框圖。
具體實施方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。圖1是根據(jù)第一實施方式的光接收裝置的框圖。如圖1所示，根據(jù) 第一實施方式的光接收裝置100包括本地振蕩器110、 90。相位混合電路 120、光電(O/E)轉(zhuǎn)換器131、 0/E轉(zhuǎn)換器132、自運行采樣觸發(fā)源140、 ADC 151、 ADC 152以及數(shù)字信號處理電路160。光接收裝置100采用使用90。相位混合電路120的相干方案。本地振 蕩器110、卯。相位混合電路120、 O/E轉(zhuǎn)換器131以及0/E轉(zhuǎn)換器132 形成0/E轉(zhuǎn)換單元，該0/E轉(zhuǎn)換單元將接收的信號光與參考光混合，并 對能夠重構(gòu)通過將接收光信號與參考光混合而獲得的信號光的復數(shù)電場 信號的兩個或更多個光信號進行轉(zhuǎn)換。具體而言，本地振蕩器110、 90。相位混合電路120、 0/E轉(zhuǎn)換器131 以及O/E轉(zhuǎn)換器132將如下的信號轉(zhuǎn)換成電信號接收信號光中的具有 與本地振蕩器輸出光的相位相同的分量的光信號、和使用從本地振蕩器 輸出光的相位相移了90。的光作為基準的光信號，即，表示接收信號的復 數(shù)電場的信號。從本地振蕩器110輸出的本地光輸入到90。相位混合電路 120。90。相位混合電路120接收該接收信號光和從本地振蕩器110輸出的 本地光(參考光)。90。相位混合電路120使用所輸入的本地光來提取所 輸入的信號光的復數(shù)電場。90°相位混合電路120將具有與提取出的復數(shù)電場的實部對應(yīng)的強度 的光(I分量)輸出到0/E轉(zhuǎn)換器131。卯°相位混合電路120將具有與提 取出的復數(shù)電場的虛部對應(yīng)的強度的光(Q分量)輸出到O/E轉(zhuǎn)換器132。0/E轉(zhuǎn)換器131接收從90。相位混合電路120輸出的光，并將與接收 光的強度對應(yīng)的電信號輸出到ADC 151 。 0/E轉(zhuǎn)換器132接收從90°相位 混合電路120輸出的光，并將與接收光的強度對應(yīng)的電信號輸出到ADC152。 0/E轉(zhuǎn)換器131和0/E轉(zhuǎn)換器132例如是光電二極管(PD)。自運行采樣觸發(fā)源140是自運行采樣時鐘產(chǎn)生單元，其振蕩出確定 采樣定時的時鐘信號。自運行采樣觸發(fā)源140將振蕩出的時鐘信號分別 向ADC151和ADC152輸出。該時鐘信號為與信號光異步的信號。將光 接收裝置100所接收的信號光的碼率確定為Fc。將自運行采樣觸發(fā)源140 所振蕩出的時鐘信號的頻率確定為采樣頻率Fs。采樣頻率Fs是基于信號碼率Fc而預先設(shè)定的。具體而言，將采樣 頻率Fs設(shè)定為與信號碼率Fc的二分之一的整數(shù)倍Fc/2xN(N二1、2、3...) 接近的值。不過，由于自運行采樣觸發(fā)源140的時鐘信號為自運行方式， 因此采樣頻率Fs為信號碼率Fc的二分之一的整數(shù)倍Fc/2xN+a (a邦，a 的絕對值小于Fc/2xN)。ADC 151是按照從自運行采樣觸發(fā)源140輸出的時鐘信號的定時對 從0/E轉(zhuǎn)換器131輸出的電信號進行包括釆樣的數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字轉(zhuǎn)換單 元。ADC 152是按照從自運行采樣觸發(fā)源140輸出的時鐘信號的定時對 從O/E轉(zhuǎn)換器132輸出的電信號進行包括采樣的數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字轉(zhuǎn)換單 元。具體而言，ADC 151和ADC 152分別按照來自自運行采樣觸發(fā)源140 的時鐘信號的定時來對電信號進行采樣，并對各個采樣到的信號進行量 化，由此來執(zhí)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。ADC151和ADC152分別向數(shù)字信號處理電 路160輸出經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。在以下說明中，將通過數(shù)字信號 或通過重構(gòu)數(shù)字信號而獲得的接收信號的電場信息稱為復數(shù)數(shù)字信號。數(shù)字信號處理電路160對從ADC 151和ADC 152輸出的各數(shù)字信號 進行數(shù)字處理。數(shù)字信號處理電路160包括波形失真補償器161、相位差 檢測器162、采樣單元163和解調(diào)器164。數(shù)字信號處理電路160是數(shù)字 電路，例如中央處理單元(CPU)。在數(shù)字信號處理電路160中，分別處理分別從ADC 151和ADC 152 作為信號I或信號Q而輸入的各數(shù)字信號，不過，將信號I和信號Q作 為一個復數(shù)數(shù)字信號來處理。波形失真補償器161使用從ADC 151和ADC 152輸出的復數(shù)數(shù)字信號，基于數(shù)字信號處理對接收光信號進行波形失真補償。波形失真補償器161例如執(zhí)行波長色散補償或偏振模色散(PMD)補償。波形失真補 償器161分別向相位差檢測器162和采樣單元163輸出波長經(jīng)過了失真 補償?shù)膹蛿?shù)數(shù)字信號。相位差檢測器162根據(jù)從波形失真補償器161輸出的復數(shù)數(shù)字信號 來檢測接收的信號光與從自運行采樣觸發(fā)源140輸出的時鐘信號之間的 相位差。例如，相位差檢測器162可以通過監(jiān)視從波形失真補償器161 輸出的復數(shù)數(shù)字信號的強度變化，來檢測接收的信號光與來自自運行采 樣觸發(fā)源140的時鐘信號之間的相位差。具體而言，當復數(shù)數(shù)字信號的強度為常數(shù)時，相位差檢測器162確 定在信號光與時鐘信號之間不存在相位差。當復數(shù)數(shù)字信號的強度變化 劇烈時，相位差檢測器162確定信號光與時鐘信號之間的相位差很大。 相位差檢測器162將表示所檢測到的相位差的信號輸出給采樣單元163。關(guān)于由相位差檢測器162進行的相位比較的詳細情況，例如可以參 考"Modified Gardner Detector"， 正EE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, Vol.52， No.10, October 2004， A Modified Gardner Detector for Symbol Timing Recovery of M陽PSK Signals 。采樣單元163按照頻率Fc/2xN (信號碼率Fc的二分之一的整數(shù)倍) 對從波形失真補償器161輸出的復數(shù)數(shù)字信號進行采樣。具體而言，采 樣單元163根據(jù)從相位差檢測器162輸出的信號所表示的相位差和預設(shè) 的采樣頻率Fs，來計算頻率Fc/2xN。采樣單元163利用計算出的頻率Fc/2xN來采樣復數(shù)數(shù)字信號。采樣 單元163按所采樣的復數(shù)數(shù)字信號的頻率為Fc (采樣率)的方式來進行 下采樣，并將結(jié)果信號輸出給解調(diào)器164。解調(diào)器164根據(jù)從采樣單元 163輸出的復數(shù)數(shù)字信號對接收信號進行解調(diào)。解調(diào)器164例如補償信號 光與本地光之間的相位滯后或頻率偏移，從而對接收信號進行解調(diào)并向 外部目的地輸出通過解調(diào)而獲得的數(shù)據(jù)。盡管這里說明了光接收裝置100包括本地振蕩器110的結(jié)構(gòu)，不過 也可以采用光接收裝置100自身不包括本地振蕩器110的結(jié)構(gòu)。例如，ii光接收裝置100可以與外部的本地振蕩器連接，并且90。相位混合電路 120可以使用來自外部的本地振蕩器的本地光來提取信號光中的復數(shù)電場。圖2是圖1所示的90。相位混合電路的概念圖。如圖2所示，90°相 位混合電路120包括分支單元211、分支單元212、 90°相移單元220、干 涉單元231以及干涉單元232。分支單元211接收來自外部源的信號光。 分支單元211對所接收到的信號光進行分支并將其分別輸出到干涉單元 231和干涉單元232。分支單元212接收來自本地振蕩器110的本地光。分支單元212對 所接收到的本地光進行分支并將其分別輸出到干涉單元231和90。相移單 元220。90。相移單元220使從分支單元212輸出的本地光的相位偏移90°， 并將相移后的本地光輸出到干涉單元232。干涉單元231使從分支單元211輸出的信號光與從分支單元212輸 出的本地光彼此干涉。干涉單元231向O/E轉(zhuǎn)換器131輸出由干涉得到 的光，作為信號I。干涉單元232使從分支單元211輸出的信號光與從90° 相移單元220輸出的本地光彼此干涉。干涉單元232向O/E轉(zhuǎn)換器132 輸出由干涉得到的光，作為信號Q。圖3是圖1所示的采樣單元的示例的框圖。在圖3中，對與圖1所 示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。如圖3所示， 采樣單元163包括抽取/內(nèi)插單元311和2x(N/4):l下采樣單元312。抽取 /內(nèi)插單元311從由波形失真補償器161輸出的復數(shù)數(shù)字信號中間除信號， 或?qū)⑿盘柌迦氲綇蛿?shù)數(shù)字信號中，以將復數(shù)數(shù)字信號的頻率設(shè)定為接收 信號的碼率Fc的二分之一的整數(shù)倍Fc/2xN。這里，N等于4。在這種情況下，將由自運行采樣觸發(fā)源140振蕩出 的時鐘信號設(shè)定為Fc/2xN+a=Fcx2+a。抽取/內(nèi)插單元311將從波形失 真補償器161輸出的具有頻率Fc/2xN+a二Fcx2+a的復數(shù)數(shù)字信號設(shè)定 為具有頻率Fcx2=Fcx2。抽取/內(nèi)插單元311向2x(N/4):l下采樣單元312輸出被設(shè)定為具有頻 率Fcx2的復數(shù)數(shù)字信號。2x(N/4):l下采樣單元312對從抽取/內(nèi)插單元311輸出的復數(shù)數(shù)字信號進行下采樣，以將復數(shù)數(shù)字信號的頻率設(shè)定為接 收信號的碼率Fc。 2x(N/4):l下采樣單元312將經(jīng)過下采樣的復數(shù)數(shù)字信 號輸出到解調(diào)器164。通常，2x(N/4):l下采樣單元312對從抽取/內(nèi)插單元311輸出的復數(shù) 數(shù)字信號的頻率進行下采樣，以使其具有信號碼率。2x(N/4):l下采樣單 元312是進行下采樣來提供信號碼率的電路。不過，當解調(diào)器具有進行 下采樣來提供碼率的功能時，2x(N/4):l下采樣單元312可以是進行下采 樣來提供碼率Fc/2xM (M為整數(shù))的電路。圖4是由采樣單元進行的采樣的曲線圖。在圖4中，橫軸表示時間。 為了便于說明，縱軸表示所要接收的信號光的光強度?？梢詮膹蛿?shù)數(shù)字 信號基于信號12+信號()2來計算光強度。波形411表示在由ADC進行量 化之前的接收信號光的強度波形。如波形411所示，在本示例中，所要 接收的信號光是歸零(RZ)脈沖信號光。為了便于說明而提供RZ脈沖， 也可以使用非歸零(NRZ)信號。波形411上的黑色和白色方塊表示由ADC 151或ADC 152采樣的量 化數(shù)據(jù)。黑色方塊表示偶數(shù)位的量化數(shù)據(jù)，白色方塊表示奇數(shù)位的量化 數(shù)據(jù)。波形412表示從ADC151或ADC152輸出的復數(shù)數(shù)字信號。波形 412是矩形波，其中，由黑色或白色方塊表示的量化數(shù)據(jù)標記各個上升部 分/下降部分。假設(shè)采樣頻率Fs為信號碼率Fc的兩倍，即Fs=Fcx2+a (N=4， a =0)，對波形411的每個碼元采樣兩個量化數(shù)據(jù)項(由黑色和白色方塊 表示)。這里，描述這樣一個示例采樣頻率Fs略微高于信號頻率Fc的兩 倍，即Fs二Fcx2+a (N=4， a>0)的示例。在該示例中，由于波形412 的頻率Fs比波形411的頻率的兩倍Fcx2略高出a,因此量化數(shù)據(jù)(由黑 色和白色方塊表示)的相位相對于波形411逐漸偏移。因此，在波形411的一個碼元內(nèi)釆樣各量化數(shù)據(jù)中的量化數(shù)據(jù)項421 至423。在波形411的一個碼元內(nèi)同樣采樣量化數(shù)據(jù)項431至433以及量 化數(shù)據(jù)項441至443 (未示出量化數(shù)據(jù)項443)。通過這種方式，按照與頻率Fc/2xN和采樣頻率Fs之間的差a對應(yīng)的頻率，出現(xiàn)在波形411的 一個碼元內(nèi)采樣三個量化數(shù)據(jù)項的狀態(tài)。抽取/內(nèi)插單元311以頻率a從量化數(shù)據(jù)中間除量化數(shù)據(jù)項。由抽取/ 內(nèi)插單元311抽取了量化數(shù)據(jù)項的復數(shù)數(shù)字信號(波形412)的頻率為 Fcx2。 2x(N/4):l下采樣單元312在由抽取/內(nèi)插單元311抽取了量化數(shù)據(jù) 項的復數(shù)數(shù)字信號(波形412)中取出偶數(shù)位和奇數(shù)位，由此進行下采樣。這里，如波形412中的黑色和白色方塊所示，其中，偶數(shù)位的量化 數(shù)據(jù)(黑色方塊)低于奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)(白色方塊)的時段T1、T3、... 和其中偶數(shù)位的量化數(shù)據(jù)(黑色方塊)高于奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)(白色方 塊)的時段T2、 T4、…相互交替。2x(N/4):l下采樣單元312在時段T1、 T3、...中采樣奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)。2x(N/4):l下采樣單元312在時段T2、 T4、...中采樣偶數(shù)位的量化數(shù) 據(jù)。結(jié)果，由2x(N/4):l下釆樣單元312下采樣得到的復數(shù)數(shù)字信號的頻 率為Fc，這是由抽取/內(nèi)插單元311抽取了量化數(shù)據(jù)項的復數(shù)數(shù)字信號的 頻率的二分之一。圖5是圖3所示的抽取/內(nèi)插單元的第一示例的框圖。如圖5所示， 抽取/內(nèi)插單元311包括頻率計算器510、數(shù)字控制振蕩器(DCO) 520 以及FF電路530。頻率計算器510例如利用式1，根據(jù)從相位差檢測器162輸出的信號 所表示的相位差的變化(微分)、A相位差[md]以及采樣頻率Fs，來計算 作為信號頻率Fc的二分之一的整數(shù)倍的頻率Fc/2xN。Fc/2xN=Fsx(l-A相位差/2兀) (1)頻率計算器510向DCO 520輸出表示計算出的頻率Fc/2xN的信號。 DCO 520振蕩出頻率為由從頻率計算器510輸出的信號表示的頻率 Fc/2xN的時鐘信號，并將該時鐘信號輸出到FF電路530。FF電路530以頻率Fc/2xN對從波形失真補償器161輸出的復數(shù)數(shù) 字信號進行重定時。具體而言，F(xiàn)F電路530鎖存從波形失真補償器161 輸出的復數(shù)數(shù)字信號，并按照從DCO 520輸出的時鐘信號的定時向 2x(N/4):l下采樣單元312輸出所鎖存的復數(shù)數(shù)字信號。14由于ct>0,因此在從波形失真補償器161向FF電路530輸入的頻率 為Fc/2xN+a的復數(shù)數(shù)字信號中，按頻率a產(chǎn)生被覆寫而未從FF電路 530輸出的數(shù)據(jù)。因此，按頻率a抽取數(shù)據(jù)。當aO時，按頻率a產(chǎn)生 在被FF電路530鎖存期間輸出兩次的數(shù)據(jù)。因此按頻率a插入數(shù)據(jù)。圖6是圖3所示的2x(N/4):l下采樣單元的第一示例的框圖。將說明 執(zhí)行N二4、即執(zhí)行2:1下采樣的示例。如圖6所示，2x(N/4):l下釆樣單 元312包括1:2分離器(1:2DEMUX)610、強度計算器(Abs(I+jQ)2) 621、 強度計算器622、平均單元631、平均單元632以及選擇器640。 1:2分離 器610對從抽取/內(nèi)插單元311輸出的復數(shù)數(shù)字信號進行時間分離，以獲 得具有信號碼率Fc的復數(shù)數(shù)字信號。具體而言，1:2分離器610向選擇器640和強度計算器621輸出從抽 取/內(nèi)插單元311輸出的復數(shù)數(shù)字信號中的奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)A。 1:2分離 器610還向選擇器640和強度計算器622輸出從抽取/內(nèi)插單元311輸出 的復數(shù)數(shù)字信號中的偶數(shù)位的量化數(shù)據(jù)B。強度計算器621計算從1:2分離器610輸出的奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù) (I.jQ)的絕對值的平方，作為強度。強度計算器621將計算出的值輸出 到平均單元631。強度計算器622計算從1:2分離器610輸出的偶數(shù)位的 量化數(shù)據(jù)(I.jQ)的絕對值的平方，作為強度。強度計算器622將計算出 的值輸出到平均單元632。平均單元631將從強度計算器621輸出的值的平均值a (時間平均) 輸出到選擇器640。平均單元632將從強度計算器622輸出的值的平均值 b (時間平均)輸出到選擇器640。選擇器640選擇從1:2分離器610輸 出的奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)A或者偶數(shù)位的量化數(shù)據(jù)B，并將所選擇的數(shù)據(jù) 輸出到解調(diào)器164。具體而言，當來自平均單元631的平均值a大于來自平均單元632 的平均值b時，選擇器640選擇并輸出奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)A。當來自平 均單元631的平均值a小于或等于來自平均單元632的平均值b時，選 擇器640選擇并輸出偶數(shù)位的量化數(shù)據(jù)B。結(jié)果，如圖4所示，2x(N/4):l下采樣單元312能夠在時段T1、 T3...內(nèi)釆樣作為由白色方塊表示的數(shù)據(jù)的量化數(shù)據(jù)，并在時段T2、 T4…內(nèi)采 樣作為由黑色方塊表示的數(shù)據(jù)的量化數(shù)據(jù)。由此，總是能夠從奇數(shù)位的 量化數(shù)據(jù)和偶數(shù)位的量化數(shù)據(jù)中選擇并采樣具有較高強度的量化數(shù)據(jù)。 因此，能夠提高輸出到解調(diào)器164的復數(shù)數(shù)字信號的信噪(SN)比。圖7是由圖5所示的FF電路進行的重定時的曲線圖。在圖7中，對 與圖4所示的部分相同的部分賦予相同的標號，并省略對其的描述。波 形412上的三角表示由FF電路530進行了重定時并從FF電路530輸出 的數(shù)據(jù)。由三角表示的數(shù)據(jù)對應(yīng)于由黑色和白色方塊表示的各個量化數(shù) 據(jù)項中的除了量化數(shù)據(jù)項422、 432和442之外的各量化數(shù)據(jù)項。相反，從FF電路530不輸出與量化數(shù)據(jù)項422、 432和442對應(yīng)的 數(shù)據(jù)。即，可以理解從按照波形411的每個碼元而采樣的三個量化數(shù) 據(jù)項(即量化數(shù)據(jù)項421至423、量化數(shù)據(jù)項431至433、量化數(shù)據(jù)項441 至443 (未示出量化數(shù)據(jù)項443))中，分別抽取出量化數(shù)據(jù)項421、 431 和441。圖8是來自數(shù)字信號處理電路中的各單元的輸出的圖。在圖8中， 對與圖4所示的部分相同的部分賦予相同的標號，并省略對其的描述。 數(shù)字信號811表示從波形失真補償器161輸出的復數(shù)數(shù)字信號。數(shù)字信 號811中的標號1至12表示的數(shù)據(jù)項是各個量化數(shù)據(jù)項。例如，由標號 10至12所表示的各量化數(shù)據(jù)項對應(yīng)于圖4所示的量化數(shù)據(jù)項421至423。 數(shù)字信號811的頻率為2xFc+a (a>0)。數(shù)字信號812表示從抽取/內(nèi)插單元311輸出的復數(shù)數(shù)字信號。由于 抽取/內(nèi)插單元311以頻率a從數(shù)字信號811中間除數(shù)據(jù)，因此數(shù)字信號 812的頻率為2xFc。在本示例中，在數(shù)字信號811中抽取出標號11表示 的數(shù)據(jù)(圖4中的量化數(shù)據(jù)項422)。數(shù)字信號813表示從2x(N/4): 1下采樣單元312輸出的復數(shù)數(shù)字信號。 2x(N/4):l下采樣單元312將數(shù)字信號812的頻率設(shè)定為碼率Fc。數(shù)字信 號813是通過在時段T1內(nèi)采樣奇數(shù)位的數(shù)據(jù)(標號l、 3、或5)、并且 在時段T2內(nèi)采樣偶數(shù)位的數(shù)據(jù)(標號8、 10、或12)而獲得的信號。圖9是圖3所示的抽取/內(nèi)插單元的第二示例的框圖。如圖9所示，16抽取/內(nèi)插單元311可以包括閾值判斷單元910、頻率計算器920、DCO 930 以及緩沖器940。閾值判斷單元910對由從相位差檢測器162輸出的信號 表示的相位差進行積分。當積分值超過預定閾值時，閾值判斷單元910向頻率計算器920和 緩沖器940輸出表示這一情況的信號。當閾值判斷單元910輸出表示積 分值超過預定閾值的信號時，閾值判斷單元910將積分值復位。從閾值判斷單元910輸出的信號的頻率為信號頻率Fc的二分之一的 整數(shù)倍的頻率Fc/2xN與采樣頻率Fs之間的差a。頻率計算器920根據(jù)從 閾值判斷單元910輸出的信號的頻率a和采樣頻率Fs，來計算作為信號 頻率Fc的二分之一的整數(shù)倍的頻率Fc/2xN。具體而言，頻率計算器920 計算Fs-a來獲得Fc/2xN。頻率計算器920將表示所獲得的頻率Fc/2xN的信號輸出到DCO 930。 DCO 930振蕩出頻率為由從頻率計算器920輸出的信號表示的頻率 Fc/2xN的時鐘信號，并將該時鐘信號輸出到緩沖器940。緩沖器940存 儲從波形失真補償器161輸出的復數(shù)數(shù)字信號。緩沖器940按照從DCO 930輸出的時鐘信號的定時，向2x(N/4):l 下采樣單元312逐項地輸出所存儲的數(shù)據(jù)。緩沖器940是按照存儲數(shù)據(jù) 的順序來輸出數(shù)據(jù)的先進先出(FIFO)型緩沖器。當從閾值判斷單元910輸出了表示積分值超過預定閾值的信號時， 緩沖器940清除一個所存儲的數(shù)據(jù)項。結(jié)果，能夠從頻率為Fc/2xN+a的 復數(shù)數(shù)字信號中以頻率a抽取出數(shù)據(jù)。例如，緩沖器940按照存儲數(shù)據(jù) 的順序來清除數(shù)據(jù)。圖10是圖9所示的抽取/內(nèi)插單元的變型例的框圖。在圖10中，對 與圖9所示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。在 本例中將說明如下結(jié)構(gòu)在抽取/內(nèi)插單元311的上游側(cè)并行排列有M個 (M=2、 3、 4...)復數(shù)數(shù)字信號，抽取/內(nèi)插單元311在對這M個復數(shù) 數(shù)字信號進行并行處理時抽取或插入數(shù)據(jù)。在本例中，如圖IO所示，抽取/內(nèi)插單元311包括閾值判斷單元910、 頻率計算器920、 DC0 930、 1/M分頻器1010、 MxM個緩沖器弁ll、 #12、…、#1M、 #21、 #22、…、#2M、…、#M1、 #M2、…、# MM，以及M個選擇器井1至弁M。在圖10中，用虛線箭頭表示來自閾 值判斷單元910、頻率計算器920、 DCO930、 1/M分頻器1010的各個輸 出。假設(shè)輸入到抽取/內(nèi)插單元311的M個復數(shù)數(shù)字信號是數(shù)據(jù)項1、 2、 ...、 M。數(shù)據(jù)項1、 2、 ...、 M的頻率是作為信號頻率Fc的1/M的Fc/M。數(shù)據(jù)項1分別存儲在緩沖器#11、 #21.....弁M1中。數(shù)據(jù)項2分別存儲在緩沖器弁12、 #22.....弁M2中?？傊?，數(shù)據(jù)項M分別存儲在緩沖器弁1M、弁2M、…、弁MM中。閩值判斷部910向頻率計算器920、緩沖器弁ll、 #21、…和弁M1 以及選擇器弁1、弁2、 ...#M中的每一個輸出表示積分值超過預定閾值 的信號。DCO 930振蕩出頻率為由從頻率計算器920輸出的信號表示的 頻率Fc/2xN的時鐘信號，并將該時鐘信號輸出到1/M分頻器1010。1/M分頻器1010將從DCO 930輸出的時鐘信號的頻率分頻為1/M， 并將得到的頻率分別輸出到緩沖器#11、 #12、...、 #1M、 #21、弁22、...、 弁2M、...、井M1、弁M2、...、弁MM。本例同樣可以使用如下結(jié)構(gòu) 頻率計算器920計算頻率Fc/2xN/M; DCO振蕩器振蕩出頻率為Fc/2xN/M 的時鐘信號；而不設(shè)置1/M分頻器1010。緩沖器#11、 #12.....弁1M按照來自1/M分頻器1010的時鐘信號的定時，分別向選擇器弁l逐項地輸出所存儲的數(shù)據(jù)。緩沖器#21、 #22.....弁2M按照來自1/M分頻器1010的時鐘信號的定時，分別向選擇器#2逐項地輸出所存儲的數(shù)據(jù)?？傊彌_器弁M1、弁M2、…、弁MM按照來自1/M分頻器1010 的時鐘信號的定時，分別向選擇器井M逐項地輸出所存儲的數(shù)據(jù)。當從 閾值判斷單元910輸出了表示積分值超過預定閾值的信號時，緩沖器# 11、 #21.....井M1分別清除一個所存儲的數(shù)據(jù)項。選擇器#1至弁M在初始狀態(tài)下分別輸出數(shù)據(jù)項1至M。 gp，選擇 器#1向2x(N/4):l下采樣單元312輸出從緩沖器弁ll輸出的數(shù)據(jù)。選擇 器#2向2x(N/4):l下采樣單元312輸出從緩沖器#22輸出的數(shù)據(jù)。總之，選擇器弁M向2x(N/4):l下采樣單元312輸出從緩沖器弁MM輸出的數(shù) 據(jù)。當從閾值判斷單元910輸出了表示積分值超過預定閾值的信號時， 選擇器弁1至弁M逐項地對要輸出數(shù)據(jù)的通道(lane)進行移位。即，選 擇器#1輸出從緩沖器弁12輸出的數(shù)據(jù)，選擇器#2輸出從緩沖器#23 輸出的數(shù)據(jù)?？傊x擇器弁M向2x(N/4):l下采樣單元312輸出從緩沖 器M1輸出的數(shù)據(jù)。結(jié)果，抽取出數(shù)據(jù)項l，從而對輸出通道進行移位，分別從選擇器弁 1至弁M-1輸出數(shù)據(jù)項2至M。選擇器1輸出存儲在緩沖器# 11中的下 一個數(shù)據(jù)1。盡管這里說明了抽取數(shù)據(jù)項1的結(jié)構(gòu)，不過要抽取的數(shù)據(jù)不 限于數(shù)據(jù)項1。例如，當抽取出數(shù)據(jù)項M時，閾值判斷單元910向緩沖器W1M、 # 2M、...、弁MM中的每一個輸出表示積分值超過預定閾值的信號。當從 閾值判斷單元910輸出了表示積分值超過預定閾值的信號時，緩沖器# 1M、 #2M.....弁MM分別清除一個所存儲的數(shù)據(jù)項。圖11是圖3所示的2x(N/4):l下采樣單元312的第二示例的框圖。 將說明N=4、即執(zhí)行2:1下采樣的示例。如圖11所示，2x(N/4):l下釆 樣單元312可以包括1:2分離器1110和加法器1120。 1:2分離器1110對 從抽取/內(nèi)插單元311輸出的復數(shù)數(shù)字信號進行時間分離。具體而言，1:2分離器1110向加法器1120輸出從抽取/內(nèi)插單元311 輸出的復數(shù)數(shù)字信號中的奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)A。 1:2分離器1110還向加 法器1120輸出從抽取/內(nèi)插單元311輸出的復數(shù)數(shù)字信號中的偶數(shù)位的量 化數(shù)據(jù)B。加法器1120將從1:2分離器1110輸出的復數(shù)數(shù)字信號A (奇數(shù)位的 量化數(shù)據(jù))與從1:2分離器1110輸出的復數(shù)數(shù)字信號B (偶數(shù)位的量化 數(shù)據(jù))相加。加法器1120將表示相加結(jié)果的復數(shù)數(shù)字信號輸出到解調(diào)器 164。圖12是由圖ll所示的2x(N/4):l下采樣單元進行的下采樣的曲線圖。 在圖12中，對與圖4所示的部分相同的部分賦予相同的標號，并省略對19其的描述。圖11所示的2x(N/4):l下采樣單元312例如向解調(diào)器164輸 出表示圖12中的虛線1210包圍的量化數(shù)據(jù)1221與量化數(shù)據(jù)1222的相 加結(jié)果的復數(shù)數(shù)字信號。
如上所述，在2x(N/4):l下釆樣單元312中，在下釆樣后獲得的數(shù)字 信號為將連續(xù)的奇數(shù)位量化數(shù)據(jù)與偶數(shù)位量化數(shù)據(jù)相加的結(jié)果。因此， 在進行下采樣時，能夠提高在對光強度較低的量化數(shù)據(jù)進行釆樣時的復 數(shù)數(shù)字信號的SN比。
圖13是圖3所示的抽取/內(nèi)插單元的第三示例的框圖。這里將說明抽 取/內(nèi)插單元311的第三示例和針對該第三示例的相位差檢測器162。相 位差檢測器162包括1:2分離器1310、絕對值計算單元1321、絕對值計 算單元1322、 一位延遲電路1331、 一位延遲電路1332、減法電路1341 以及減法電路1342。
1:2分離器(1:2 DEMUX) 1310對從波形失真補償器161輸出的復 數(shù)數(shù)字信號進行時間分離，以獲得具有信號頻率Fc的復數(shù)數(shù)字信號。具 體而言，1:2分離1310向絕對值單元1321輸出從波形失真補償器161輸 出的復數(shù)數(shù)字信號中的奇數(shù)位的量化數(shù)據(jù)A。
此外，1:2分離器1310向絕對值單元1322輸出從波形失真補償器161 輸出的復數(shù)數(shù)字信號中的偶數(shù)位的量化數(shù)據(jù)B。絕對值計算單元1321、 絕對值計算單元1322、 一位延遲電路1331、一位延遲電路1332、減法電 路1341以及減法電路1342形成微分計算單元，該微分計算單元計算由 1:2分離器1310進行了時間分離的復數(shù)數(shù)字信號的微分。
絕對值計算(ABS)單元1321計算包括從1:2分離器1310輸出的復 數(shù)數(shù)字信號的信號I和信號Q的復數(shù)信號的絕對值，并將表示所計算出 的絕對值的信號分別輸出到一位延遲電路1331和減法電路1341。絕對值 計算單元1322計算包括從1:2分離器1310輸出的復數(shù)數(shù)字信號的信號I 和信號Q的復數(shù)信號的絕對值，并將表示所計算出的絕對值的信號分別 輸出到一位延遲電路1332和減法電路1342。
一位延遲電路(Z") 1331將從絕對值計算單元1321輸出的信號延 遲一位，并將延遲后的信號輸出到減法電路1341。 一位延遲電路1332將從絕對值計算單元1322輸出的信號延遲一位，并將延遲后的信號輸出到 減法電路1342。
減法電路1341對從絕對值計算單元1321輸出的信號和從一位延遲 電路1331輸出的信號進行相減。減法電路1341將表示相減結(jié)果的信號 輸出到抽取/內(nèi)插單元311。減法電路1342對從絕對值計算單元1322輸 出的信號和從一位延遲電路1332輸出的信號進行相減。減法電路1342 將表示相減結(jié)果的信號輸出到抽取/內(nèi)插單元311。
從減法電路1341輸出的信號表示復數(shù)數(shù)字信號中的奇數(shù)位的微分。 復數(shù)數(shù)字信號中的奇數(shù)位的微分相當于采樣時鐘與復數(shù)數(shù)字信號中的奇 數(shù)位之間的相位差。從減法電路1342輸出的信號表示復數(shù)數(shù)字信號中的 偶數(shù)位的微分。復數(shù)數(shù)字信號中的偶數(shù)位的微分相當于采樣時鐘與復數(shù) 數(shù)字信號中的偶數(shù)位之間的相位差。
抽取/內(nèi)插單元311包括符號反轉(zhuǎn)判斷單元1350、頻率計算器920、 DCO 930和緩沖器940。當來自減法電路1341的微分或來自減法電路 1342的微分中的任意一個的符號從負號變?yōu)檎枙r，符號反轉(zhuǎn)判斷單元 1350將表示該變化的信號輸出到頻率計算器920和緩沖器940。
從符號反轉(zhuǎn)判斷單元1350輸出的信號的頻率對應(yīng)于作為信號頻率Fc 的整數(shù)倍的頻率FcxN與采樣頻率Fs之間的差。頻率計算器920根據(jù)從 符號反轉(zhuǎn)判斷單元1350輸出的信號和采樣時鐘的頻率來計算作為信號頻 率Fc的整數(shù)倍的頻率FcxN。
當從符號反轉(zhuǎn)判斷單元1350輸出了表示微分從負值變?yōu)檎档男盘?時，緩沖器940清除存儲在緩沖器940中的一個數(shù)據(jù)項?？梢园搭l率a 從頻率為Fc/2xN+a的復數(shù)數(shù)字信號中抽取數(shù)據(jù)。例如，如圖4中的黑 色和白色方塊所示，各個量化數(shù)據(jù)項中的微分(相對于前一量化數(shù)據(jù)的 變化)從負值變?yōu)檎档牧炕瘮?shù)據(jù)是光強度較低的量化數(shù)據(jù)。
因此，每當從符號反轉(zhuǎn)判斷單元1350輸出表示微分從負值變?yōu)檎?的信號而緩沖器940清除存儲在其中的數(shù)據(jù)時，可以抽取出各個量化數(shù) 據(jù)中的光強度較低的量化數(shù)據(jù)。因此，能夠提高輸出到解調(diào)器164的復 數(shù)數(shù)字信號的SN比。
21圖14是圖3所示的數(shù)字信號處理電路的變型例的框圖。在圖14中， 對與圖3所示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。 如圖14所示，除了圖3所示的部件之外，數(shù)字信號處理電路160還可以 包括參數(shù)確定單元1410。采樣單元163向解調(diào)器164和參數(shù)確定單元1410 輸出所采樣的復數(shù)數(shù)字信號。
參數(shù)確定單元1410根據(jù)從采樣單元163輸出的復數(shù)數(shù)字信號來確定 波形失真補償器161所使用的補償參數(shù)。例如，當在波形失真補償器161 進行用于色散補償?shù)挠邢廾}沖響應(yīng)(FIR)濾波時，參數(shù)確定單元1410 確定用于FIR濾波的抽頭(tap)系數(shù)，作為補償參數(shù)。
例如，可以使用恒模算法(CMA)來確定抽頭系數(shù)。參數(shù)確定單元 1410將所確定的補償參數(shù)輸出到波形失真補償器161。波形失真補償器 161使用從參數(shù)確定單元1410輸出的補償參數(shù)來進行波形失真補償。結(jié) 果，能夠在波形失真補償器161精確進行波形失真補償。
圖15是由采樣單元進行的采樣的另一曲線圖。在圖15中，對與圖4 所示的部分相同的部分賦予相同的標號，并省略對其的描述。盡管上面 說明了aX)的示例，不過圖15示出了aO(即，從自運行采樣觸發(fā)源140 輸出的采樣時鐘的頻率小于信號頻率Fc的二分之一的整數(shù)倍)的示例。
當a>0時，按頻率a出現(xiàn)只允許采樣一個量化數(shù)據(jù)項的碼元。在該 情況下，抽取/內(nèi)插單元311以頻率a向數(shù)字信號811插入數(shù)據(jù)。例如， 抽取/內(nèi)插單元311在波形411中由標號1511、 1512、 1513以及1514表 示的位置插入數(shù)據(jù)。結(jié)果，數(shù)字信號812的頻率變?yōu)镕c/2xN。所要插入 的數(shù)據(jù)可以是0或1，或者可以是前一位的副本。
圖16是來自數(shù)字信號處理電路中的各單元的輸出的另一圖。在圖16 中，對與圖8所示的部分相同的部分賦予相同的標號，并省略對其的描 述。數(shù)字信號811的頻率為Fc/2xN+a (a<0)。由于抽取/內(nèi)插單元311以 頻率a對數(shù)字信號811插入數(shù)據(jù)，因此數(shù)字信號812的頻率變?yōu)镕c/2xN， 即信號頻率的二分之一的整數(shù)倍。
在本例中，在數(shù)字信號812中，在由標號1表示的數(shù)據(jù)與由標號2 表示的數(shù)據(jù)之間插入由標號1表示的數(shù)據(jù)的副本1611。副本1611是在圖15中的標號1511表示的位置處插入的數(shù)據(jù)。緊接著由標號10表示的數(shù) 據(jù)之后插入由標號IO表示的數(shù)據(jù)的副本1612。副本1612是在圖15中的 標號1512表示的位置處插入的數(shù)據(jù)。
當作為信號頻率的二分之一的整數(shù)倍的Fc/2xN與采樣頻率Fs之差a 遠小于信號頻率Fc時，a對波形失真補償器161中的波形失真補償?shù)挠?響很大，并且波形失真補償?shù)慕Y(jié)果不會收斂于理想值。因此，希望采樣 頻率Fs低于信號頻率的二分之一的整數(shù)倍Fc/2xN。即，希望cx〉0。
當信號光的頻率(波特率)為10千兆赫時，設(shè)定(x-近似10兆赫(波 特率的1/1000)可以防止波形失真補償器161的誤操作。設(shè)定a-100兆 赫(波特率的1/100)或更高能夠加快在波形失真補償器161收斂于理想 值。
如上所述，根據(jù)第一實施方式的光接收裝置100，使用自運行時鐘信 號使得能夠與信號光的波形失真狀態(tài)無關(guān)地進行穩(wěn)定的數(shù)字轉(zhuǎn)換。當以 信號頻率Fc的整數(shù)倍的頻率再次對數(shù)字轉(zhuǎn)換后的復數(shù)數(shù)字信號進行采樣 時，即使在信號碼率Fc與采樣頻率Fs之間存在差a，也能夠?qū)⒂糜诮庹{(diào) 的復數(shù)數(shù)字信號的頻率設(shè)定為信號碼率Fc。
通過針對經(jīng)過了波形失真補償?shù)膹蛿?shù)數(shù)字信號計算信號頻率Fc，即 使信號光的波形發(fā)生失真，也能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的信號碼率Fc。由于使用 自運行時鐘信號，因此不必使來自ADC 151和152下游側(cè)的恢復時鐘形 成環(huán)，從而防止了ADC151和152中的采樣延遲。
這樣，能夠減少解調(diào)中的誤差，并且能夠提高接收特性。由于使用 自運行時鐘，因此執(zhí)行數(shù)字轉(zhuǎn)換的ADC 151和152以及數(shù)字信號處理電 路160可以具有彼此獨立的結(jié)構(gòu)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)ADC151和152以及 數(shù)字信號處理電路160的設(shè)計和性能保證，從而提高了接收特性并降低 了成本。
由于ADC 151和152以及數(shù)字信號處理電路160具有獨立的結(jié)構(gòu)， 因此僅僅使得能夠改變由自運行采樣觸發(fā)源140振蕩出的時鐘信號的頻 率，就可以應(yīng)對信號光的多種速率?？梢杂欣趯?shù)字信號處理電路160 追加功能或者替換ADC 151和152，因此可擴展性提高。由于在數(shù)字信號處理電路160中無需進行復雜的運算(例如SINC內(nèi) 插)即可提高接收特性，因此能夠減小電路規(guī)模，并能夠精確地接收具 有光比特率的信號光。
圖17是根據(jù)第二實施方式的光接收裝置的框圖。在圖17中，對與 圖1所示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。如圖 17所示，根據(jù)第二實施方式的光接收裝置100中的數(shù)字信號處理電路160 除了圖1所示的部件之外，還包括數(shù)字電路的LPF 1510。
波形失真補償器161向LFP 1510輸出波形經(jīng)過了失真補償?shù)膹蛿?shù)數(shù) 字信號。低通濾波器(LPF) 1510僅允許從波形失真補償器161輸出的 復數(shù)數(shù)字信號中的低頻分量通過。通過了 LPF 1510的復數(shù)數(shù)字信號分別 輸出到相位差檢測器162和采樣單元163。
當復數(shù)數(shù)字信號通過LPF 1510時，可以提高當由ADC 151和ADC 152以從碼元中心有所偏移的相位來對數(shù)據(jù)進行采樣時的復數(shù)數(shù)字信號 的SN比。
圖18是圖17所示的光接收裝置的變型例的框圖。在圖18中，對與 圖17所示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。如圖 18所示，光接收裝置100可以包括模擬電路的LPF 1811和LPF 1812來 代替圖17所示的LPF1510。
O/E轉(zhuǎn)換器131向LPF 1811輸出與接收光的強度對應(yīng)的電信號。0/E 轉(zhuǎn)換器132向LPF 1812輸出與接收光的強度對應(yīng)的電信號。LPF 1811僅 允許從0/E轉(zhuǎn)換器131輸出的復數(shù)數(shù)字信號中的低頻分量通過，并將該 分量輸出到ADC 151。 LPF 1812僅允許從0/E轉(zhuǎn)換器132輸出的復數(shù)數(shù) 字信號中的低頻分量通過，并將該分量輸出到ADC152。
當電信號通過位于ADC 151和ADC 152上游側(cè)的LPF 1811和LPF 1812時，可以提高當由ADC 151和ADC 152以從碼元中心有所偏移的 相位來進行采樣時的數(shù)字信號的SN比。
如上所述，根據(jù)第二實施方式的光接收裝置100，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)第一 實施方式的光接收裝置100的效果，并且LFP 1510或者LPF 1811和1812 能夠提高當在ADC 151和ADC 152中以從碼元中心有所偏移的相位來進行采樣時的數(shù)字信號的SN比。
圖19是根據(jù)第三實施方式的光接收裝置的框圖。在圖19中，對與 圖1所示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。如圖 19所示，根據(jù)第三實施方式的光接收裝置100包括本地振蕩器110、偏 振分集混合電路1910、 0/E轉(zhuǎn)換器1921至1924、自運行采樣觸發(fā)源140、 ADC 1931至1934以及數(shù)字信號處理電路160。
本地振蕩器110向偏振分集混合電路1910輸出本地光。偏振分集混 合電路1910接收所輸入的信號光和從本地振蕩器IIO輸出的本地光。偏 振分集混合電路1910使用所輸入的本地光，將作為與輸入信號光正交的 偏振波分量的第一偏振波分量和第二偏振波分量相組合，并提取與各偏 振波分量對應(yīng)的接收光信號復數(shù)電場信息。
偏振分集混合電路1910向O/E轉(zhuǎn)換器1921輸出具有與信號光中的 第一偏振波分量的復數(shù)電場的實部對應(yīng)的強度的光(信號1)。偏振分集 混合電路1910向O/E轉(zhuǎn)換器1922輸出具有與信號光中的第一偏振波分 量的復數(shù)電場的虛部對應(yīng)的強度的光(信號Q)。
偏振分集混合電路1910向O/E轉(zhuǎn)換器1923輸出具有與信號光中的 第二偏振波分量的復數(shù)電場的實部對應(yīng)的強度的光(信號1)。偏振分集 混合電路1910向O/E轉(zhuǎn)換器1924輸出具有與信號光中的第二偏振波分 量的復數(shù)電場的虛部對應(yīng)的強度的光(信號Q)。
O/E轉(zhuǎn)換器1921至1924分別接收從偏振分集混合電路1910輸出的 光，并向ADC 1931至1934輸出與接收光的強度對應(yīng)的電信號。自運行 采樣觸發(fā)源140將振蕩出的時鐘信號分別輸出到ADC 1931至1934。
ADC 1931至1934按照從自運行采樣觸發(fā)源140輸出的時鐘信號的 定時，分別對分別從O/E轉(zhuǎn)換器1921至1924輸出的電信號進行采樣， 并對各采樣信號進行量化，由此進行數(shù)字轉(zhuǎn)換。ADC 1931至1934分別 向數(shù)字信號處理電路160輸出經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換的復數(shù)數(shù)字信號。
數(shù)字信號處理電路160中的波形失真補償器161分別補償從ADC 1931至1934輸出的復數(shù)數(shù)字信號的波形的失真。當光接收裝置100接收 到的信號光是進行了偏振復用的信號時，波形失真補償器161進行偏振
25分離，然后對經(jīng)偏振分離的復數(shù)數(shù)字信號進行并行處理以進行解調(diào)。
圖20是圖19所示的偏振分集混合電路的概念圖。如圖20所示，偏 振分集混合電路1910包括偏振分束器(PBS) 2011、 PBS2012、分支單 元2021至2024、90。相移單元2031、90。相移單元2032以及干涉單元2041 至2044。
從外部源向PBS 2011輸入信號光。PBS 2011將輸入的信號光分成第 一偏振波分量和第二偏振波分量。PBS2011向分支單元2021輸出第一偏 振波分量，并向分支單元2023輸出第二偏振波分量。從本地振蕩器IIO 向PBS 2012輸入信號光。PBS 2012將所輸入的本地光分成第一偏振波分 量和第二偏振波分量。PBS2012向分支單元2022輸出第一偏振波分量， 并向分支單元2024輸出第二偏振波分量。
分支單元2021對從PBS 2011輸出的信號光的第一偏振波分量進行 分支，并將其輸出給干涉單元2041和干涉單元2042。分支單元2022對 從PBS2012輸出的信號光的第一偏振波分量進行分支，并將其輸出給干 涉單元2041和90。相移單元2031 。
分支單元2023對從PBS 2011輸出的信號光的第二偏振波分量進行 分支，并將其輸出給干涉單元2043和干涉單元2044。分支單元2024對 從PBS 2012輸出的信號光的第二偏振波分量進行分支，并將其輸出給干 涉單元2043和90。相移單元2032。
90。相移單元2031將從分支單元2022輸出的本地光相移90°，并向 干涉單元2042輸出相移后的本地光。90。相移單元2032將從分支單元 2024輸出的本地光相移90°，并向干涉單元2044輸出相移后的本地光。
干涉單元2041使從分支單元2021輸出的信號光與從分支單元2022 輸出的本地光彼此干涉，并向0/E轉(zhuǎn)換器1921輸出干涉得到的光，作為 信號光中的第一偏振波分量的信號I。干涉單元2042使從分支單元2021 輸出的信號光與從90。相移單元2031輸出的本地光彼此干涉，并向0/E 轉(zhuǎn)換器1922輸出干涉得到的光，作為信號光中的第一偏振波分量的信號Q。
干涉單元2043使從分支單元2023輸出的信號光與從分支單元2024輸出的本地光彼此干涉，并向O/E轉(zhuǎn)換器1923輸出干涉得到的光，作為 信號光中的第二偏振波分量的信號I。干涉單元2044使從分支單元2023 輸出的信號光與從90。相移單元2032輸出的本地光彼此干涉，并向O/E 轉(zhuǎn)換器1924輸出干涉得到的光，作為信號光中的第二偏振波分量的信號Q。
如上所述，根據(jù)第三實施方式的光接收裝置100,光接收裝置100釆 用了使用偏振分集混合電路1910的相干方案，與根據(jù)第一實施方式的光 接收裝置100 —樣，能夠通過使用自運行時鐘信號來實現(xiàn)高精度的數(shù)字 轉(zhuǎn)換。這樣，能夠減少解調(diào)中的誤差，并且能夠提高接收特性。
圖21是根據(jù)第四實施方式的光接收裝置的框圖。在圖21中，對與 圖1所示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。如圖 21所示，根據(jù)第四實施方式的光接收裝置100包括延遲干涉儀2110、 O/E 轉(zhuǎn)換器2121至2123、自運行采樣觸發(fā)源140、 ADC 2131至2133、以及 數(shù)字信號處理電路160。
將接收的信號光輸入到延遲干涉儀2110。延遲干涉儀2110是通過組 合相位差為90。的兩個延遲干涉儀而獲得的延遲干涉儀。延遲干涉儀2110
輸出使得能夠重構(gòu)輸入信號光中的分量I和分量Q的信號。延遲干涉儀 2110向0/E轉(zhuǎn)換器2121輸出基于一碼時前的信號光相位的信號光分量。 延遲干涉儀2110向O/E轉(zhuǎn)換器2122輸出基于從一碼時前的信號光相位 偏移了 90。的相位的信號光分量。
O/E轉(zhuǎn)換器2121接收從延遲干涉儀2110輸出的光，并向ADC 2131 輸出與接收光的強度對應(yīng)的電信號。O/E轉(zhuǎn)換器2122接收從延遲干涉儀 2110輸出的光，并向ADC2132輸出與接收光的強度對應(yīng)的電信號。O/E 轉(zhuǎn)換器2123接收所接收的信號光，并向ADC 2133輸出與接收光的強度 對應(yīng)的電信號。
自運行采樣觸發(fā)源140分別向ADC 2131至2133輸出振蕩時鐘信號。 ADC 2131至2133按照來自自運行采樣觸發(fā)源140的時鐘信號的定時， 分別對從O/E轉(zhuǎn)換器2121至2123輸出的電信號進行采樣，并對各采樣 信號進行量化，由此實現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)換。O/E轉(zhuǎn)換器2121至2123分別向數(shù)字信號處理電路160輸出經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換的復數(shù)數(shù)字信號。
數(shù)字信號處理電路160除了圖1所示的部件外，還包括電場重構(gòu)單 元2140。電場重構(gòu)單元2140對從ADC 2131和ADC 2132輸出的復數(shù)數(shù) 字信號進行電場重構(gòu)。具體而言，電場重構(gòu)單元2140將從ADC 2131和 ADC 2132輸出的復數(shù)數(shù)字信號除以從ADC 2133輸出的復數(shù)數(shù)字信號， 以重構(gòu)與電場相關(guān)的復數(shù)電場信息。電場重構(gòu)單元2140將由電場重構(gòu)得 到的復數(shù)數(shù)字信號輸出到波形失真補償器161。
圖22是圖21所示的光接收裝置的變型例的框圖。在圖22中，對與 圖21所示的部件相同的部件賦予相同的標號，并省略對其的描述。光接 收裝置100可以包括PBS 2210、延遲干涉儀2221、延遲干涉儀2222、 O/E轉(zhuǎn)換器2231至2236、自運行采樣觸發(fā)源140、 ADC 2241至2246、 以及數(shù)字信號處理電路160。
接收的信號光輸入到PBS 2210。 PBS 2210將輸入的信號光分成彼此 正交的兩個偏振波分量。PBS 2210向延遲干涉儀2221和O/E轉(zhuǎn)換器2233 輸出第一偏振波分量。PBS 2210向延遲干涉儀2222和O/E轉(zhuǎn)換器2236 輸出第二偏振波分量。
延遲干涉儀2221、 O/E轉(zhuǎn)換器2231至2233和ADC 2241至2243的 結(jié)構(gòu)與圖21所示的延遲干涉儀2110、 O/E轉(zhuǎn)換器2121至2123和ADC 2131至2133相同。延遲干涉儀2221 、O/E轉(zhuǎn)換器2231至2233和ADC 2241 至2243向數(shù)字信號處理電路160輸出一復數(shù)數(shù)字信號，該復數(shù)數(shù)字信號 表示的信號使得能夠重構(gòu)與具有從PBS 2210輸出的第一偏振波分量的信 號光相關(guān)的復數(shù)電場信息。
延遲干涉儀2222、 O/E轉(zhuǎn)換器2234至2236和ADC 2244至2246的 結(jié)構(gòu)與圖21所示的延遲干涉儀2110、 O/E轉(zhuǎn)換器2121至2123和ADC 2131至2133相同。延遲干涉儀2222、0/E轉(zhuǎn)換器2234至2236和ADC 2244 至2246向數(shù)字信號處理電路160輸出一復數(shù)數(shù)字信號，該復數(shù)數(shù)字信號 表示的信號使得能夠重構(gòu)與具有從PBS 2210輸出的第二偏振波分量的信 號光相關(guān)的復數(shù)電場信息。
自運行采樣觸發(fā)源140向ADC 2241至2246輸出振蕩時鐘信號。數(shù)字信號處理電路160中的電場重構(gòu)單元2140對從ADC 2241和ADC 2242 中的每一個輸出的復數(shù)數(shù)字信號以及從ADC 2244和ADC 2245中的每一 個輸出的復數(shù)數(shù)字信號進行電場重構(gòu)。
具體而言，電場重構(gòu)單元2140通過將從ADC 2241和ADC 2242中 的每一個輸出的復數(shù)數(shù)字信號除以從ADC 2243輸出的復數(shù)數(shù)字信號，來 重構(gòu)電場。電場重構(gòu)單元2140通過將從ADC 2244和ADC 2245中的每 一個輸出的復數(shù)數(shù)字信號除以從ADC 2246輸出的數(shù)字信號，來重構(gòu)電 場。
如上所述，根據(jù)第四實施方式的光接收裝置100，光接收裝置100采 用使用了延遲干涉儀2110或者延遲干涉儀2221和2222的自相干方案， 與根據(jù)第一實施方式的光接收裝置100 —樣，能夠通過使用自運行時鐘 信號來實現(xiàn)高精度的數(shù)字轉(zhuǎn)換。這樣，能夠減少解調(diào)中的誤差，并且能 夠提高接收特性。
如上所述，根據(jù)上述實施方式，能夠提高數(shù)字相干接收器的性能。 盡管在各個上述實施方式中說明了其中光接收裝置100接收的信號光是 RZ-脈沖信號光的示例，不過該光接收裝置100同樣也可以用于并非RZ 脈沖的信號光。
此處描述的所有示例和條件語言旨在用于教導目的，以幫助讀者理 解發(fā)明人貢獻的本發(fā)明和概念以促進技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)理解為不限于這些 具體描述的示例和條件，說明書中的這些示例的組織也不涉及表示本發(fā) 明的優(yōu)勢和劣勢。盡管己經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的實施方式，應(yīng)當注意， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以對其進行各種修改、替換 和變更。
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權(quán)利要求
1、一種光接收裝置，該光接收裝置包括組合單元，其組合信號光和參考光；光電轉(zhuǎn)換單元，其將能夠重構(gòu)由所述組合單元獲得的信號光的復數(shù)電場信號的兩個或更多個光信號轉(zhuǎn)換為電信號；采樣時鐘產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生采樣時鐘，所述采樣時鐘具有基于所述信號光的碼率而預設(shè)的頻率并且與所述信號光異步；數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，其按照所述采樣時鐘信號的頻率對由所述光電轉(zhuǎn)換單元獲得的電信號進行采樣，并將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及數(shù)字信號處理單元，其基于從由所述數(shù)字轉(zhuǎn)換單元獲得的數(shù)字信號而獲得的復數(shù)數(shù)字信號，對接收的信號進行解調(diào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收裝置，其中， 所述數(shù)字信號處理單元包括檢測單元，其檢測所述信號光的碼率與所述采樣時鐘信號之間 的相位差，以及采樣單元，其基于由所述檢測單元檢測到的相位差，按照作為采樣率的二分之一的整數(shù)倍的頻率，對所述復數(shù)數(shù)字信號進行采樣，并 且所述數(shù)字信號處理單元使用由所述采樣單元釆樣的復數(shù)數(shù)字信號， 來對接收的信號進行解調(diào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光接收裝置，其中，所述數(shù)字信號處理單元包括補償單元，該補償單元對所述復數(shù)數(shù)字 信號進行波形失真補償，所述采樣單元基于由所述補償單元進行了波形失真補償?shù)膹蛿?shù)數(shù)字 信號來進行采樣，并且，所述檢測單元基于由所述補償單元進行了波形失真補償?shù)膹蛿?shù)數(shù)字 信號來檢測相位差。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光接收裝置，其中，所述采樣單元包括抽取/內(nèi)插單元，該抽取/內(nèi)插單元從所述復數(shù)數(shù)字信號中間除信號或者向所 述該復數(shù)數(shù)字信號中插入信號，以按照作為所述信號光的頻率的二分之 一的整數(shù)倍的頻率來進行采樣。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光接收裝置，其中，所述采樣單元包括下 采樣單元，該下采樣單元進行下采樣，以使得所述復數(shù)數(shù)字信號具有所 述信號光的采樣率。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光接收裝置，其中，所述抽取/內(nèi)插單元包括計算單元，其基于由所述檢測單元檢測到的相位差和所述采樣時鐘 信號的頻率來計算所述信號光的頻率，以及觸發(fā)器電路，其按照由所述計算單元計算出的頻率，對所述復數(shù)數(shù) 字信號進行重定時。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光接收裝置，其中，所述抽取/內(nèi)插單元包括閾值判斷單元，其對由所述檢測單元檢測到的相位差進行積分，并且每當積分值超過預定閾值時輸出信號；計算單元，其基于由所述閾值判斷單元輸出的信號的頻率和所述采樣時鐘信號的頻率，來計算所述信號光的頻率；以及緩沖器，其存儲所述復數(shù)數(shù)字信號，按照由所述計算單元計算出的頻率輸出所存儲的數(shù)字信號，并且每當所述閾值判斷單元輸出信號時清 除所存儲的復數(shù)數(shù)字信號，由此來間除信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光接收裝置，其中，所述下釆樣單元包括 分離單元，其將所述復數(shù)數(shù)字信號時間分離為兩個信號； 平均計算單元，其對由所述分離單元進行時間分離而得到的各個信號的信號強度進行平均；以及選擇器，其在由所述分離單元進行時間分離而得到的信號中選擇并 采樣出由所述平均計算單元計算出的平均信號強度較大的信號。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光接收裝置，其中，所述下采樣單元包括: 分離單元，其將所述復數(shù)數(shù)字信號時間分離為兩個信號；以及加法單元，其將由所述分離單元進行時間分離而得到的信號相加。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光接收裝置，該光接收裝置還包括 分離單元，其將所述復數(shù)數(shù)字信號時間分離為具有所述信號光的頻率的數(shù)字信號；以及微分計算單元，其計算由所述時間分離單元進行了時間分離的復數(shù)數(shù)字信號的微分，其中，所述抽取/內(nèi)插單元包括符號反轉(zhuǎn)判斷單元，每當由所述微分計算單元計算出的各微分中的 任一個從負值變?yōu)檎禃r，該符號反轉(zhuǎn)判斷單元輸出一信號，計算單元，其基于由所述符號反轉(zhuǎn)判斷單元輸出的信號的頻率和所述時鐘信號的頻率，來計算所述信號光的碼率，以及緩沖器，其存儲由所述數(shù)字轉(zhuǎn)換單元獲得的數(shù)字信號，按照由所述 計算單元計算出的碼率輸出所存儲的復數(shù)數(shù)字信號，并且每當所述符號判斷單元輸出信號時清除所存儲的復數(shù)數(shù)字信號。
11、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光接收裝置，該光接收裝置還包括 確定單元，該確定單元基于由所述采樣單元采樣的復數(shù)數(shù)字信號來確定補償參數(shù)，其中，所述補償單元使用由所述確定單元確定的補償參數(shù)來進行波形失真 補償。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收裝置，該光接收裝置還包括 低通濾波器，該低通濾波器讓所述復數(shù)數(shù)字信號中的低頻分量通過，其中，所述數(shù)字信號處理單元對通過所述低通濾波器的低頻分量進行解調(diào)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收裝置，該光接收裝置還包括 低通濾波器，該低通濾波器讓由所述光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換出的電信號中的低頻分量通過，其中，所述數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對通過所述低通濾波器的信號進行采樣。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收裝置，其中，所述采樣時鐘產(chǎn)生單元振蕩出時鐘信號，該時鐘信號的頻率大于所述信號光的頻率的二分 之一的整數(shù)倍。
15、 一種數(shù)字接收電路，該數(shù)字接收電路通過使用一復數(shù)數(shù)字信號 來對接收的信號進行解調(diào)，所述復數(shù)數(shù)字信號是通過按照與信號光的碼 率的二分之一的整數(shù)倍不同的頻率對能夠重構(gòu)所述信號光的復數(shù)電場信 號的電信號進行采樣而獲得的，所述數(shù)字接收電路包括-采樣單元，其按照作為所述信號光的碼率的二分之一的整數(shù)倍的頻率，對從所述數(shù)字信號獲得的復數(shù)數(shù)字信號進行采樣；以及解調(diào)單元，其通過使用由所述采樣單元采樣的復數(shù)數(shù)字信號，對接收的信號進行解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光接收裝置和數(shù)字接收電路。光接收裝置包括組合單元，其組合信號光和參考光；光電轉(zhuǎn)換單元，其將能夠重構(gòu)由所述組合單元獲得的信號光的復數(shù)電場信號的兩個或更多個光信號轉(zhuǎn)換為電信號；以及采樣時鐘產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生采樣時鐘，所述采樣時鐘具有基于所述信號光的碼率而預設(shè)的頻率并且與所述信號光異步。光接收裝置還包括數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，其按照所述采樣時鐘信號的頻率對由所述光電轉(zhuǎn)換單元獲得的電信號進行采樣，并將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及數(shù)字信號處理單元，其基于從由所述數(shù)字轉(zhuǎn)換單元獲得的數(shù)字信號而獲得的復數(shù)數(shù)字信號，對接收的信號進行解調(diào)。
文檔編號H04B10/148GK101610114SQ20091013748
公開日2009年12月23日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者中島久雄, 玲 劉, 星田剛司, 磊 李, 谷村崇仁 申請人:富士通株式會社