專利名稱：用于相干光系統(tǒng)中非線性損害監(jiān)視和減輕的載波相位估計(jì)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文涉及光傳輸系統(tǒng)。具體地，本文涉及用于估計(jì)載波相位以及用于估計(jì)在光傳輸信道中產(chǎn)生的非線性失真程度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
使用相干光接收機(jī)成為對(duì)于下一代光轉(zhuǎn)發(fā)器的要求，下一代光轉(zhuǎn)發(fā)器在基于間距50GHz的網(wǎng)格的光WDM(波分復(fù)用)網(wǎng)絡(luò)上提供100Gb/S的(和更高的)高頻譜密度的信道。事實(shí)上，相干檢測對(duì)于諸如色度色散和偏振模色散之類的線性光纖效應(yīng)提供了良好的容忍度。然而，WDM光傳輸系統(tǒng)的另一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)是對(duì)于直接影響可達(dá)到的范圍和/或可達(dá)到的傳輸容量的非線性損害的恢復(fù)。這種非線性光纖效應(yīng)例如是自相位調(diào)制(SPM)和/或交叉相位調(diào)制(XPM)。 US6600794B1描述了用于從光盤反射的激光的MLSE接收機(jī)。Bononi A等人，“Cross-Phase Modulation Induced by 00K Channels on Higher-Rate DQPSK andCoherent QPSK Channels，，，發(fā)表于 Journal of Lightwave Technology, IEEE ServiceCenter, NY, US, vol. PP, no. 18，5. 09. 2009，pages 3974-3983，描述了用于估計(jì)受 XPM 損害的高數(shù)據(jù)速率QPSK信道的性能的方法。非線性光纖效應(yīng)使得所發(fā)送的光信號(hào)的幅度和相位失真，并且補(bǔ)償這些失真的重要環(huán)節(jié)是可靠地并且正確地確定光信號(hào)的載波相位作為相位參考。因此，相干光接收機(jī)應(yīng)當(dāng)包括用于在對(duì)發(fā)送的符號(hào)進(jìn)行判決之前恢復(fù)載波相位的載波相位估計(jì)器。這樣，取決于在光傳輸信道中接收的光信號(hào)所遭受的非線性效應(yīng)的載波相位估計(jì)器的自動(dòng)優(yōu)化方案將是有利的，使得能夠得到載波相位良好的估計(jì)值，以及由此減輕所引起的非線性損害，并且由此改進(jìn)光傳輸系統(tǒng)的性能。而且，提供對(duì)于在光傳輸信道中存在的非線性效應(yīng)的程度的度量將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一方面，描述了用于測量光纖的光傳輸信道的非線性的方法。該方法可包括在接收機(jī)處提供連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本的步驟。多個(gè)信號(hào)樣本可以與允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)相位值的調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)。具體地，多個(gè)信號(hào)樣本可以與在對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)處的多個(gè)發(fā)送信號(hào)樣本相關(guān)聯(lián)。發(fā)送信號(hào)樣本可以使用調(diào)制方案(例如M-PSK)進(jìn)行編碼。隨后，發(fā)送信號(hào)樣本可被調(diào)制到具有該光載波相位的光載波信號(hào)上。實(shí)質(zhì)上，發(fā)送信號(hào)樣本可以通過光傳輸信道進(jìn)行發(fā)送，其中發(fā)送信號(hào)樣本可能遭受各種線性和/或非線性失真。非線性失真可能是由于SPM和/或XPM導(dǎo)致的。多個(gè)信號(hào)樣本，即接收信號(hào)樣本，可分別包括多個(gè)信號(hào)相位。具體地，信號(hào)樣本可包括同相和正交相位分量，它們可以在極坐標(biāo)上表不為信號(hào)幅度和信號(hào)相位。多個(gè)信號(hào)相位可分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位，其中數(shù)據(jù)相位與編碼的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。多個(gè)剩余相位可以與載波相位相關(guān)聯(lián)。另外，剩余相位可以與各種噪聲分量相關(guān)聯(lián)，例如ASE(放大的自發(fā)輻射)噪聲、(由于發(fā)送激光器和/或本地振蕩器激光器的相位噪聲所導(dǎo)致的)激光器噪聲、和/或(例如由于光傳輸信道中的非線性效應(yīng)所導(dǎo)致的)非線性噪聲。該方法可包括通過考慮調(diào)制方案而從多個(gè)信號(hào)相位中去除多個(gè)數(shù)據(jù)相位的步驟；由此產(chǎn)生多個(gè)剩余相位。如果調(diào)制方案對(duì)應(yīng)于M-PSK (相移鍵控)，該去除步驟可包括對(duì)多個(gè)信號(hào)相位求M次冪。如果調(diào)制方案對(duì)應(yīng)于x_QAM(正交幅度調(diào)制)，該去除步驟可包括對(duì)多個(gè)信號(hào)相位求冪，該冪對(duì)應(yīng)于與x-QAM調(diào)制方案相關(guān)聯(lián)的可能的數(shù)據(jù)相位值的數(shù)目。該方法可包括針對(duì)滯后值集合分別確定多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合的步驟；由此產(chǎn)生光傳輸信道的非線性度量。該滯后值集合可包括時(shí)刻或時(shí)隙的不同偏移。作為示例， 該滯后值集合可包括一定數(shù)目時(shí)隙或時(shí)刻的偏移。正如已經(jīng)提到的，多個(gè)剩余相位可分別包括多個(gè)非線性引起的相位噪聲值和多個(gè)激光器相位噪聲值。在這種情況下，該方法可包括針對(duì)于第一滯后值確定多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值的步驟；由此產(chǎn)生激光器相位噪聲的自相關(guān)值。典型地，第一滯后值被選擇為相對(duì)較大的滯后值。作為示例，第一滯后值可以被選擇為滯后值集合中的最大值和/或最小值。該方法還可包括通過從多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合中減去激光器相位噪聲的自相關(guān)值而確定非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值集合。該方法可包括通過內(nèi)插針對(duì)不等于零的滯后值的非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值集合的多個(gè)自相關(guān)值而確定在為零的滯后值處的非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值的步驟。該方法可包括確定第二滯后值的步驟，針對(duì)第二滯后值的非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值集合中的值是非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值集合的最大值的一半；其中第二滯后值是光傳輸信道的非線性度量。這樣，第二滯后值還可以被稱為相關(guān)長度，可被光傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)控制層用來進(jìn)行傳輸信道分配。而且，第二滯后值可以在載波相位估計(jì)器的環(huán)境中使用，正如將在下面闡述的。典型地，第一滯后值應(yīng)當(dāng)大于第二滯后值。在一個(gè)實(shí)施例中，第一滯后值顯著大于第二滯后值。優(yōu)選地，第一滯后值應(yīng)當(dāng)充分大于第二滯后值，以便確保非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值在第一滯后值處是可忽略的。這樣，可以說，第一滯后值應(yīng)當(dāng)被選擇成使得它大于或顯著大于要確定的第二滯后值。同樣地，滯后值集合的極限應(yīng)當(dāng)被選擇成使得它們的絕對(duì)值大于或顯著大于要確定的第二滯后值。針對(duì)給定的滯后值確定多個(gè)相位值的自相關(guān)值集合的步驟包括將第一時(shí)刻處的多個(gè)相位值中的一個(gè)相位值乘以第二時(shí)刻處的多個(gè)相位值中的一個(gè)相位值的步驟；其中滯后值對(duì)應(yīng)于第二時(shí)刻與第一時(shí)刻之間的差值，即，對(duì)應(yīng)于第二時(shí)刻與第一時(shí)刻之間的偏移。該方法可包括針對(duì)為零的滯后值確定多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值的步驟；和由針對(duì)為零的滯后值的多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值來歸一化針對(duì)滯后值集合的多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合的步驟。根據(jù)另一方面，描述了用于確定在光纖的光傳輸信道上發(fā)送的信號(hào)的載波相位多個(gè)估計(jì)值的方法。該方法可包括在接收機(jī)處接收連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本的步驟。多個(gè)信號(hào)樣本可以與允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)相位值的調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)。在對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)處，多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)通過使用該調(diào)制方案而被編碼，被調(diào)制到具有該載波相位的光載波信號(hào)上，并且在該光傳輸信道上被發(fā)送。而且，多個(gè)信號(hào)樣本可分別包括多個(gè)信號(hào)幅度和信號(hào)相位。多個(gè)信號(hào)相位可分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位。多個(gè)剩余相位可以與該載波相位相關(guān)聯(lián)。
該方法可包括通過考慮調(diào)制方案而從多個(gè)信號(hào)相位中去除多個(gè)數(shù)據(jù)相位的步驟；由此產(chǎn)生多個(gè)剩余相位。而且，該方法可包括根據(jù)本文中闡述的任何方法和方法的方面確定第二滯后值或相關(guān)長度的步驟。該方法可包括用包括對(duì)應(yīng)于第二滯后值兩倍的多個(gè)濾波器抽頭的濾波器來濾波多個(gè)剩余相位的步驟；由此產(chǎn)生與連續(xù)時(shí)刻處的載波相位的多個(gè)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)的多個(gè)濾波后的剩余相位。濾波器抽頭的權(quán)重可以等于0或1，這取決于第二滯后值。具體地，對(duì)應(yīng)于第二滯后值兩倍的多個(gè)濾波器的權(quán)重可被設(shè)置為I，而其它濾波器權(quán)重被設(shè)置為O。第一時(shí)刻的濾波后的剩余相位值可以根據(jù)第一時(shí)刻之前和之后的時(shí)刻處的多個(gè)剩余相位中的剩余相位值確定。具體地，第一時(shí)刻的濾波后的剩余相位值可以根據(jù)第一時(shí)刻之前和之后的時(shí)刻處的多個(gè)剩余相位確定，其中該數(shù)目對(duì)應(yīng)于第二滯后值。換句話說，濾波器抽頭可以被集中于第一時(shí)刻周圍。該方法可包括將多個(gè)濾波后的剩余相位除以與調(diào)制方案相關(guān)聯(lián)的因子的步驟。在M-PSK調(diào)制中，該因子可以是M。而且，該方法可包括將多個(gè)已被除的濾波后的剩余相位展開的步驟；由此產(chǎn)生連續(xù)時(shí)刻處的載波相位的多個(gè)估計(jì)值。根據(jù)另一方面，描述了被配置成提供光纖的光傳輸信道的非線性度量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括接收單元，被配置成提供連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中多個(gè)信號(hào)樣本與允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)值的調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)；其中在對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)處，多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)通過使用該調(diào)制方案而被編碼，被調(diào)制到具有該載波相位的光載波信號(hào)上，并在該光傳輸信道上被發(fā)送；其中多個(gè)信號(hào)樣本分別包括多個(gè)信號(hào)幅度和信號(hào)相位；其中多個(gè)信號(hào)相位分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位；其中多個(gè)剩余相位與該載波相位相關(guān)聯(lián)。該系統(tǒng)還可包括數(shù)據(jù)相位去除單元，被配置成通過考慮該調(diào)制方案而從多個(gè)信號(hào)相位中去除多個(gè)數(shù)據(jù)相位；由此產(chǎn)生多個(gè)剩余相位；以及載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元，被配置成針對(duì)滯后值集合分別確定多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合；由此產(chǎn)生光傳輸信道的非線性度量。根據(jù)另一方面，描述了被配置成提供連續(xù)時(shí)刻處的載波相位的多個(gè)估計(jì)值的載波相位估計(jì)單元。該單元可包括接收單元，被配置成提供連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中多個(gè)信號(hào)樣本與允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)相位值的調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)；其中多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)通過使用該調(diào)制方案而被編碼，被調(diào)制到具有該載波相位的光載波信號(hào)上，并在光傳輸信道上被發(fā)送；其中多個(gè)信號(hào)樣本分別包括多個(gè)信號(hào)幅度和信號(hào)相位；其中多個(gè)信號(hào)相位分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位；其中多個(gè)剩余相位與該載波相位相關(guān)聯(lián)。載波相位估計(jì)單元還可包括數(shù)據(jù)相位去除單元，被配置成通過考慮該調(diào)制方案而從多個(gè)信號(hào)相位中去除多個(gè)數(shù)據(jù)相位；由此產(chǎn)生多個(gè)剩余相位；載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元，被配置成根據(jù)本文中描述的任何方法和方法的方面確定第二滯后值或相關(guān)長度；以及濾波單元，被配置成用包括對(duì)應(yīng)于第二滯后值兩倍的多個(gè)濾波器抽頭的濾波器來濾波多個(gè)剩余相位；由此產(chǎn)生與連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)載波相位估計(jì)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)濾波后的剩余相位。根據(jù)另一方面，描述了光接收機(jī)。該接收機(jī)可包括相干接收機(jī)，被配置成接收光信號(hào)的同相和正交分量；和/或光檢測單兀，被配置成將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；和/或多個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，被配置成將電信號(hào)的同相和正交分量轉(zhuǎn)換成包括連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本的數(shù)字信號(hào)；其中多個(gè)信號(hào)樣本與載波相位相關(guān)聯(lián)。
光接收機(jī)可包括載波相位估計(jì)單元，被配置成提供連續(xù)時(shí)刻處的載波相位的多個(gè)估計(jì)值。載波相位估計(jì)單元可包括在本文中闡述的任何方面。光接收機(jī)還可包括載波相位補(bǔ)償單元，被配置成基于載波相位的多個(gè)估計(jì)值來修改多個(gè)信號(hào)樣本。具體地，載波相位補(bǔ)償單元可以例如通過加法或減法而分別通過載波相位的多個(gè)估計(jì)值來對(duì)多個(gè)信號(hào)相位進(jìn)行偏置。應(yīng)當(dāng)指出，上述的方面可以各種方式互相組合或互相提取。具體地，所有可能的權(quán)利要求和特征組合被視為本文所公開的。而且，針對(duì)系統(tǒng)闡述的方面和特征同樣地可應(yīng)用于對(duì)應(yīng)的方法。


根據(jù)以下示例的描述，本發(fā)明的目的和特征將變得明顯。下面將參照在附圖中示意地示出的示例性實(shí)施例來描述本發(fā)明,其中圖I示出了示例性相干光接收機(jī)；圖2示出了在光接收機(jī)中的示例性信號(hào)處理；圖3示出了包括載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元的示例性光接收機(jī)；圖4示出了示例性載波相位估計(jì)器；圖5示出了用于載波相位估計(jì)器的示例性濾波器類型；圖6示出了 NL(非線性)相位噪聲的示例性自相關(guān)函數(shù)；以及圖7示出了使用所描述的載波相位估計(jì)方法的傳輸質(zhì)量的示例性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式在光纖通信中，波分復(fù)用(WDM)是通過使用不同波長(顏色)的激光承載不同信號(hào)而將多個(gè)光載波信號(hào)復(fù)用到單根光纖上的技術(shù)。這除了能夠在一束光纖上實(shí)現(xiàn)雙向通信以外，還使得容量加倍。在光發(fā)射機(jī)處，某個(gè)波長的光載波用某個(gè)調(diào)制方案進(jìn)行調(diào)制，以便將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)應(yīng)的光接收機(jī)。不同的調(diào)制方案可用于此用途，諸如將一比特?cái)?shù)據(jù)映射為一個(gè)符號(hào)的B-PSK( 二相相移鍵控)，將兩比特?cái)?shù)據(jù)映射為一個(gè)符號(hào)的Q-PSK(四相相移鍵控)，將Iog2(M)個(gè)比特的數(shù)據(jù)映射為一個(gè)符號(hào)的M-PSK。而且，可以使用x-QAM(正交幅度調(diào)制)方案，其中X代表在QAM網(wǎng)格上的星座點(diǎn)的數(shù)目。QAM的典型形式是16-QAM、64-QAM、128-QAM和256-QAM。QAM方案也依賴于載波相位估計(jì)，可以從中提取NL相位統(tǒng)計(jì)。因此，可以使用本文中闡述的NL相位統(tǒng)計(jì)確定方案。下面，假設(shè)使用M-PSK調(diào)制。在時(shí)隙n發(fā)送的符號(hào)可被寫為xT[ri\ = aT[n]ej^,lln]+^c> ^其中，aT[n]是幅度，對(duì)于M-PSK調(diào)制，它是常數(shù)aT ;小d[n]是發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)m的
相位，其中么M = i爪并且m = 0, . . . , M-I ;以及小。是光載波的相位。
M在調(diào)制之后,調(diào)制后的光載波信號(hào)在光傳輸網(wǎng)絡(luò)或光傳輸信道上被發(fā)送到對(duì)應(yīng)的接收機(jī)。典型地，光接收機(jī)是相干光接收機(jī)，其包括用于PSK調(diào)制信號(hào)的相干檢測的相干混頻器110。在圖I上示意地顯示了示例性相干接收機(jī)100。某個(gè)光載波頻率處的接收信號(hào)101和某個(gè)本地振蕩器頻率處的本地振蕩器(LO)的光信號(hào)102在相干混頻器110中被組合，產(chǎn)生用于四個(gè)輸出端口 111、112、113、114的四個(gè)光干涉信號(hào)?；祛l器110典型地被設(shè)計(jì)成使得從一個(gè)端口到下一個(gè)端口，接收光信號(hào)101與LO信號(hào)102之間的相對(duì)相位旋轉(zhuǎn)90°。端口 111和113以及112和114被饋送到兩組平衡式光電二極管121、122。使用相干混頻器110來生成光信號(hào),光信號(hào)在射到光電二極管之上后將產(chǎn)生同相I和正交Q分量。換句話說，相干混頻器110和光電二極管的組合生成I分量和Q分量。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明還可應(yīng)用于其它類型的相干接收機(jī)和涉及相位調(diào)制的其它調(diào)制格式。具體地，本發(fā)明可應(yīng)用于任何種類的I分量和Q分量生成方案。用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 123,124對(duì)光信號(hào)的模擬的電的同相和正交分量進(jìn)行采樣。然后，采樣后的數(shù)字信號(hào)在數(shù)字域中由數(shù)字信號(hào)處理器125進(jìn)行處理，以便對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并且最終對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
在圖2中更詳細(xì)地闡述了可以對(duì)數(shù)字接收信號(hào)執(zhí)行的處理步驟。圖2示出了用于偏振復(fù)用光信號(hào)的光接收機(jī)200的不例性情形，即，光信號(hào)包括兩個(gè)正交偏振的光信號(hào)分量206、207。如上所述，每個(gè)偏振的光信號(hào)分量包括同相206-1、207-1和正交206_2、207_2信號(hào)分量。為了易于說明，在下面只考慮其中一個(gè)偏振的光信號(hào)分量206。如上所述，使用ADC 201將模擬接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由此產(chǎn)生包括同相和正交分量的數(shù)字接收信號(hào)。在時(shí)隙n中，兩個(gè)數(shù)字信號(hào)分量的樣本可以在轉(zhuǎn)換單元202中從直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)。這樣，可以得到時(shí)隙n中的接收信號(hào)的樣本或符號(hào)，它們可以由幅度aK[n]和相位(^[n]描述。多個(gè)時(shí)隙的接收信號(hào)的樣本和符號(hào)在示圖210中繪出。作為數(shù)字信號(hào)處理的一部分，可以執(zhí)行線性失真效應(yīng)的補(bǔ)償，例如，色度色散(CD)和/或偏振模失真(PMD)。這可以在CD均衡單元203中執(zhí)行。均衡后的符號(hào)的結(jié)果在示圖211中示出。如果接收到正交偏振的光信號(hào)，則光接收機(jī)200可包括偏振解復(fù)用器204，其目的是使用自適應(yīng)均衡器解復(fù)用兩個(gè)正交復(fù)用的信號(hào)分量或偏振支路。均衡器可以使用例如恒定模算法(CM)，或判決引導(dǎo)算法。作為結(jié)果，得到如示圖212中所示的解復(fù)用后的符號(hào)。光接收機(jī)200還包括載波相位恢復(fù)和補(bǔ)償單元220。到載波相位恢復(fù)和補(bǔ)償單元220的輸入是包括幅度a[n]和相位的、可能被預(yù)處理的符號(hào)。如上所述，在發(fā)射機(jī)處，符號(hào)的相位包括光載波相位0。[11]。此載波相位(^[n]經(jīng)受了光傳輸信道內(nèi)的各種失真效應(yīng)。因此，在光接收機(jī)200處，此載波相位c^[n]是未知的，并且不斷地改變。這樣，載波相位恢復(fù)和補(bǔ)償單元220包括載波相位估計(jì)單元221，它不斷地估計(jì)載波相位。所估計(jì)的載波相位可用于相應(yīng)地同步本地振蕩器(LO)的相位，并且由此用于在相干光接收機(jī)100處在光域中對(duì)載波相位波動(dòng)進(jìn)行直接補(bǔ)償?？商鎿Q地或另外，載波相位波動(dòng)可以在補(bǔ)償單元222中在數(shù)字域中進(jìn)行補(bǔ)償。作為結(jié)果，得到如示圖213中所示的具有補(bǔ)償后的載波相位的符號(hào)?？梢钥吹?，在示圖213中顯示的接收的并且被數(shù)字處理的符號(hào)被分組為對(duì)應(yīng)于Q-PSK調(diào)制的星座點(diǎn)的四個(gè)團(tuán)。換句話說，符號(hào)狀態(tài)的星座已作為載波相位波動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果而被固定。
最終，數(shù)字處理后的符號(hào)被提交到符號(hào)識(shí)別單元205，它執(zhí)行數(shù)字處理后的符號(hào)到基本調(diào)制方案的星座點(diǎn)的映射?？梢钥吹?，在光纖通信中非線性效應(yīng)影響使用相移鍵控(PSK)調(diào)制格式的相干系統(tǒng)的載波相位。這樣，載波相 位估計(jì)器(CPE) 221應(yīng)當(dāng)考慮這種非線性失真效應(yīng)。用于減輕非線性損害的可能的措施是改變載波相位估計(jì)器221中使用的濾波器的長度。在一個(gè)實(shí)施例中，使用等抽頭-權(quán)重濾波器進(jìn)行載波相位估計(jì)，并且改變等抽頭-權(quán)重濾波器的長度，即濾波器抽頭的數(shù)目。改變等抽頭-權(quán)重濾波器長度的方面可被稱為Viterbi & Viterbi算法。圖5中顯示了這種等抽頭-權(quán)重濾波器502。等抽頭-權(quán)重可以取值為0和I。為了示例起見，圖5還顯示具有可調(diào)抽頭-權(quán)重的濾波器501。使用長度可修改的等抽頭-權(quán)重濾波器來估計(jì)載波相位時(shí)的一個(gè)技術(shù)問題是要規(guī)定一種監(jiān)視方法，該方法允許根據(jù)光信號(hào)在光傳輸信道中所經(jīng)歷的非線性損害而自適應(yīng)地調(diào)節(jié)在載波相位估計(jì)器221中使用的濾波器的長度。這在導(dǎo)致載波相位快速失真的非線性損害環(huán)境中特別重要。針對(duì)這個(gè)技術(shù)問題所提出的解決方案是監(jiān)視載波相位的相關(guān)長度。載波相位的相關(guān)長度可以在低速DSP(數(shù)字信號(hào)處理)中得到，只需要較低的計(jì)算工作量。載波相位統(tǒng)計(jì)可以在低速數(shù)字信號(hào)處理中進(jìn)行評(píng)估這一事實(shí)的原因是，只要光傳輸網(wǎng)絡(luò)中沒有發(fā)生重新配置，發(fā)送的信號(hào)經(jīng)歷的非線性效應(yīng)所引起的劣化的統(tǒng)計(jì)就可被視為常數(shù)。光網(wǎng)絡(luò)可能的重新配置可能是由于改變?cè)诓煌墓鈧鬏斝诺乐械墓β屎?或切換光傳輸信道而導(dǎo)致的。圖3中示出了所提出的包括載波相位估計(jì)器221的光接收機(jī)300的示例性結(jié)構(gòu)。圖3顯示了具有附加載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元301的光接收機(jī)200。雖然在光接收機(jī)200中的處理涉及數(shù)據(jù)速率為例如100Gbit/S的高速處理，但在載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元301中的處理可以減小的速度進(jìn)行。作為示例，可以針對(duì)初始的信號(hào)樣本塊確定載波相位統(tǒng)計(jì)，然后可以在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)使用。這歸因于如下事實(shí)雖然接收的載波相位不斷地波動(dòng)，但載波相位的統(tǒng)計(jì)，即造成載波相位波動(dòng)的非線性效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)，在穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可被視為恒定的。圖4示出了圖3的細(xì)節(jié),包括載波相位估計(jì)單元221和載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元301。載波相位估計(jì)單元221包括數(shù)據(jù)相位去除單元401，它通過對(duì)接收的信號(hào)求M次冪(即對(duì)應(yīng)于基本M-PSK調(diào)制方案的冪)而去除信號(hào)相位。而且，載波相位估計(jì)單元221包括濾波單元402，它基于接收的符號(hào)提供載波相位的估計(jì)值。在一個(gè)實(shí)施例中，濾波單元402包括可變長度的等權(quán)重的抽頭濾波器502。另夕卜，載波相位估計(jì)單元221包括除法單元403，它將所確定的載波相位估計(jì)值除以對(duì)應(yīng)于基本M-PSK調(diào)制方案的值M。這個(gè)“除法”運(yùn)算是“求M次冪”運(yùn)算的結(jié)果，其導(dǎo)致信號(hào)相位乘以因子M的乘法。因此，估計(jì)的相位應(yīng)當(dāng)被因子M除，以便產(chǎn)生載波相位的估計(jì)值。類似地，除法運(yùn)算應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償在x-QAM環(huán)境中執(zhí)行的“求冪”運(yùn)算。最終，載波相位估計(jì)單元221包括展開單元404，它將載波相位的估計(jì)值展開，即重新構(gòu)建相位信號(hào)的連續(xù)性。載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元301包括自相關(guān)確定單元405，它被配置成基于信號(hào)相位的樣本& ]確定自相關(guān)統(tǒng)計(jì)。另外，載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元301可包括相關(guān)長度估計(jì)單元或相關(guān)長度估計(jì)器406，它被配置成確定非線性效應(yīng)引起的相位噪聲的相關(guān)長度。這個(gè)長度值可以是用于確定濾波單元402內(nèi)所包括的濾波器的長度的基礎(chǔ)。
下面，推導(dǎo)可以在載波相位統(tǒng)計(jì)單元301中確定的參數(shù)。在CPE級(jí)221的輸入端處，在第n個(gè)時(shí)隙，接收的經(jīng)M-PSK調(diào)制的信號(hào)可表示如下x[n] = a[n\ej^n] = a[f ( ]—"["])，其中x[n]是在時(shí)隙n接收的信號(hào)的樣本，小d[n]表示發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)的相位，[n]表不要被恢復(fù)的載波相位，以及cKlin]表不放大的自發(fā)福射(ASE)噪聲引起的相位波動(dòng)。ASE噪聲引起的相位波動(dòng)4>n[n]典型地可以用加性白色高斯噪聲建模。項(xiàng)a[n]表示接收信號(hào)的符號(hào)的幅度。CPE處理的目的是盡可能精確地估計(jì)載波相位小Jn]，以便從輸入信號(hào)中去除它，并且由此將發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)的相位c^[n]隔離。載波相位項(xiàng)(^[n]典型地可被分解如下4>c[n]=小 NL [n] + LW [n],其中c^[n]表示非線性(NL)效應(yīng)引起的相位噪聲，即，由諸如SPM和/或XPM之 類的非線性效應(yīng)引起的相位噪聲。0M[n]表示作為本地振蕩器使用的激光器的相位噪聲。在不存在NL引起的相位噪聲時(shí)，例如，如果非線性光效應(yīng)可被忽略，則載波相位項(xiàng)減小為激光器相位噪聲波動(dòng)。由于激光器相位噪聲以幾MHz的量級(jí)變化(與100Gb/S的數(shù)據(jù)速率形成對(duì)照)，這些相位波動(dòng)典型地在大范圍的連續(xù)樣本上可被視為恒定的。在這種情況下，載波相位可以使用大的等抽頭-權(quán)重濾波器來估計(jì)。換句話說，如果非線性引起的相位噪聲可被忽略，則濾波器長度的增加將提高載波相位估計(jì)器的性能。然而，當(dāng)NL引起的相位噪聲變?yōu)檎贾鲗?dǎo)時(shí)，例如當(dāng)進(jìn)入光纖的光輸入功率增加時(shí)，載波相位波動(dòng)要快得多，并且在大范圍的樣本上不再是相關(guān)的。在這種情況下，增加用于估計(jì)載波相位的濾波器的長度不能提高所確定的載波相位估計(jì)值的質(zhì)量。事實(shí)上，可以看到，增加濾波器長度實(shí)際上降低了載波相位估計(jì)值的質(zhì)量。所以，提出了基于在光傳輸信道中光信號(hào)所遭受的非線性失真程度來選擇用于載波相位估計(jì)的濾波器的長度。為此，在下面推導(dǎo)光傳輸信道的非線性失真程度的度量或準(zhǔn)貝U。這種準(zhǔn)則可以是NL引起的相位噪聲的相關(guān)長度。NL引起的相位噪聲NL [n]的自相關(guān)函數(shù)RNIj[k] = E[ 4>NL[n]小NIj[n+k]],其中k是自相關(guān)滯后，可以根據(jù)接收信號(hào)的相位石[ ]的自相關(guān)函數(shù)確定。如上所述，接收信號(hào)的相位樣本巧《]可以在數(shù)據(jù)相位去除單元401中使用“求M次冪”運(yùn)算來處理，由此產(chǎn)生不再包括數(shù)據(jù)符號(hào)相位的相位樣本0[n]。所以,在數(shù)據(jù)相位去除單元401的輸出端處的相位樣本小[n]由小[n] = 4)c[n] + 4)n[n]給出。典型地，可以假設(shè)NL引起的相位噪聲Ct1Jn]、激光器相位噪聲(K [n]和ASE噪聲小 [11]是獨(dú)立的。結(jié)果，在數(shù)據(jù)相位去除單元401的輸出端處的相位樣本0 [n]的自相關(guān)函數(shù)R[k]可被寫為R [k] = E [小[n]小[n+k] ] -E2 [小[n]]= E[ 4)nl[n] 4)nl[n+k]]-E2[ NL[n]] +E[ Lff[n] LW[n+k]]-E2[ LW[n]]+E[ 4>n[n] 4>n[n+k] ] -E2 [ n[n]]= RNL[k]+RLW[k]+Rn[k]其中RNL[k]是NL引起的相位噪聲的自相關(guān)，Rlw[k]是激光器相位噪聲的自相關(guān)，以及Rn[k]是ASE相位噪聲的自相關(guān)。
鑒于ASE相位噪聲典型地被視為E[ [n]] = 0的靜態(tài)白噪聲的事實(shí)，其針對(duì)k古0的自相關(guān)函數(shù)Rn[k]是零。而且，如果ASE相位噪聲被視為高斯噪聲，則針于k = 0的自相關(guān)函數(shù)對(duì)應(yīng)于ASE噪聲的方差，即Rn
=Var ((K)。因此，NL引起的相位噪聲的自相關(guān)函數(shù)可被寫為
權(quán)利要求
1.一種用于測量光纖的光傳輸信道的非線性的方法，所述方法包括 -在接收機(jī)處，提供連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中 -所述多個(gè)信號(hào)樣本與調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)，所述調(diào)制方案允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)相位值； -在對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)處，所述多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)使用所述調(diào)制方案進(jìn)行編碼，調(diào)制到具有所述載波相位的光載波信號(hào)上，并且在所述光傳輸信道上進(jìn)行發(fā)送； -所述多個(gè)信號(hào)樣本分別包括多個(gè)信號(hào)幅度和信號(hào)相位； -所述多個(gè)信號(hào)相位分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位； -所述多個(gè)剩余相位與所述載波相位相關(guān)聯(lián)； -通過考慮所述調(diào)制方案而從所述多個(gè)信號(hào)相位中去除(401)所述多個(gè)數(shù)據(jù)相位；由此產(chǎn)生所述多個(gè)剩余相位；以及 -針對(duì)滯后值集合分別確定(301)所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合；由此產(chǎn)生所述光傳輸信道的非線性度量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個(gè)剩余相位分別包括多個(gè)非線性引起的相位噪聲值和多個(gè)激光器相位噪聲值，所述方法還包括 -針對(duì)第一滯后值確定所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值；由此產(chǎn)生激光器相位噪聲的自相關(guān)值；以及 -通過從所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合中減去所述激光器相位噪聲的自相關(guān)值，確定非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值集合(601)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括 -通過對(duì)所述非線性引起的相位噪聲的所述自相關(guān)值集合中針對(duì)不等于零的滯后值的多個(gè)自相關(guān)值進(jìn)行內(nèi)插，確定在為零的滯后值處的非線性引起的相位噪聲的自相關(guān)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2到3中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 -確定第二滯后值￠11)，所述非線性引起的相位噪聲的所述自相關(guān)值集合中針對(duì)所述第二滯后值的值￠11)是所述非線性引起的相位噪聲的所述自相關(guān)值集合中的最大值的一半；其中所述第二滯后值是所述光傳輸信道的非線性度量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一滯后值大于所述第二滯后值。
6.根據(jù)任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中 -所述調(diào)制方案對(duì)應(yīng)于M-PSK，以及所述去除步驟(401)包括對(duì)所述多個(gè)信號(hào)相位求M次冪；或者 -所述調(diào)制方案對(duì)應(yīng)于x-QAM，以及所述去除步驟(401)包括對(duì)所述多個(gè)信號(hào)相位求冪，所述冪與所述調(diào)制方案的可能的數(shù)據(jù)相位值的數(shù)目相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中針對(duì)滯后值確定所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合的步驟包括 -將第一時(shí)刻處的所述多個(gè)剩余相位中的一個(gè)剩余相位乘以第二時(shí)刻處的所述多個(gè)剩余相位中的一個(gè)剩余相位；其中所述滯后值對(duì)應(yīng)于所述第二時(shí)刻與所述第一時(shí)刻之間的差值。
8.根據(jù)任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，還包括 -針對(duì)為零的滯后值確定所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值；以及-通過針對(duì)所述為零的滯后值的所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值，歸一化針對(duì)所述滯后值集合的所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合。
9.一種用于確定在光纖的光傳輸信道上發(fā)送的信號(hào)的載波相位的多個(gè)估計(jì)值的方法，所述方法包括 -在接收機(jī)處，接收連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中 -所述多個(gè)信號(hào)樣本與調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)，所述調(diào)制方案允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)相位值； -在對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)處，所述多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)使用所述調(diào)制方案進(jìn)行編碼，調(diào)制到具有所述載波相位的光載波信號(hào)上，并且在所述光傳輸信道上進(jìn)行發(fā)送； -所述多個(gè)信號(hào)樣本分別包括多個(gè)信號(hào)幅度和信號(hào)相位； -所述多個(gè)信號(hào)相位分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位； -所述多個(gè)剩余相位與所述載波相位相關(guān)聯(lián)； -通過考慮所述調(diào)制方案而從所述多個(gè)信號(hào)相位中去除(401)所述多個(gè)數(shù)據(jù)相位；由此產(chǎn)生所述多個(gè)剩余相位； -根據(jù)權(quán)利要求4到8中的任一項(xiàng)所述的方法，確定(301)第二滯后值￠11);以及-利用包括對(duì)應(yīng)于所述第二滯后值兩倍的多個(gè)濾波器抽頭的濾波器來濾波(402)所述多個(gè)剩余相位；由此產(chǎn)生多個(gè)濾波后的剩余相位，所述濾波后的剩余相位與所述連續(xù)時(shí)刻處的所述載波相位的多個(gè)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述濾波器抽頭的權(quán)重是相等的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的任一項(xiàng)所述的方法，其中根據(jù)所述第一時(shí)刻之前和之后的時(shí)刻處的多個(gè)剩余相位中的剩余相位值，確定第一時(shí)刻的濾波后的剩余相位值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 -將所述多個(gè)濾波后的剩余相位除以與所述調(diào)制方案相關(guān)聯(lián)的因子；以及-將所述多個(gè)已被除的濾波后的剩余相位展開；由此產(chǎn)生所述連續(xù)時(shí)刻處的所述載波相位的多個(gè)估計(jì)值。
13.—種被配置成提供光纖的光傳輸信道的非線性度量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 -接收單元，被配置成提供連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中 -所述多個(gè)信號(hào)樣本與調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)，所述調(diào)制方案允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)相位值； -在對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)處，所述多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)使用所述調(diào)制方案進(jìn)行編碼，調(diào)制到具有所述載波相位的光載波信號(hào)上，并且在所述光傳輸信道上進(jìn)行發(fā)送； -所述多個(gè)信號(hào)樣本分別包括多個(gè)信號(hào)幅度和信號(hào)相位； -所述多個(gè)信號(hào)相位分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位； -所述多個(gè)剩余相位與所述載波相位相關(guān)聯(lián)； -數(shù)據(jù)相位去除單元(401)，被配置成通過考慮所述調(diào)制方案而從所述多個(gè)信號(hào)相位中去除所述多個(gè)數(shù)據(jù)相位；由此產(chǎn)生所述多個(gè)剩余相位；以及 -載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元(301)，被配置成針對(duì)滯后值集合分別確定所述多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合；由此產(chǎn)生所述光傳輸信道的非線性度量。
14.一種被配置成提供連續(xù)時(shí)刻處的載波相位的多個(gè)估計(jì)值的載波相位估計(jì)單元(221),所述單元(221)包括 -接收單元，被配置成提供所述連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中 -所述多個(gè)信號(hào)樣本與調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)，所述調(diào)制方案允許多個(gè)可能的數(shù)據(jù)相位值； -所述多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)使用所述調(diào)制方案進(jìn)行編碼，調(diào)制到具有所述載波相位的光載波信號(hào)上，并且在光傳輸信道上進(jìn)行發(fā)送； -所述多個(gè)信號(hào)樣本分別包括多個(gè)信號(hào)幅度和信號(hào)相位； -所述多個(gè)信號(hào)相位分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位； -所述多個(gè)剩余相位與所述載波相位相關(guān)聯(lián)； -數(shù)據(jù)相位去除單元(401)，被配置成通過考慮所述調(diào)制方案而從所述多個(gè)信號(hào)相位中去除所述多個(gè)數(shù)據(jù)相位；由此產(chǎn)生所述多個(gè)剩余相位； -載波相位統(tǒng)計(jì)確定單元(301)，被配置成根據(jù)權(quán)利要求4到8中的任一項(xiàng)所述的方法確定第二滯后值￠11);以及 -濾波單元(402)，被配置成利用包括對(duì)應(yīng)于所述第二滯后值(611)兩倍的多個(gè)濾波器抽頭的濾波器來濾波所述多個(gè)剩余相位；由此產(chǎn)生多個(gè)濾波后的剩余相位，所述濾波后的剩余相位與所述連續(xù)時(shí)刻處的所述載波相位的多個(gè)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)。
15.一種光接收機(jī)(300)，包括 -相干接收機(jī)(100)，被配置成接收光信號(hào)的同相和正交分量； -光檢測單元(121、122)，被配置成將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； -多個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(123、124)，被配置成將所述電信號(hào)的同相和正交分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)包括連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中所述多個(gè)信號(hào)樣本與載波相位相關(guān)聯(lián)； -根據(jù)權(quán)利要求14所述的載波相位估計(jì)單元(221)，被配置成提供所述連續(xù)時(shí)刻處的所述載波相位的多個(gè)估計(jì)值；以及 -載波相位補(bǔ)償單元(222)，被配置成基于所述載波相位的多個(gè)估計(jì)值修改所述多個(gè)信號(hào)樣本。
全文摘要
本文獻(xiàn)涉及光傳輸系統(tǒng)。具體地，本文涉及用于估計(jì)載波相位和用于估計(jì)在光傳輸信道中產(chǎn)生的非線性失真程度的方法和裝置。該方法包括提供在連續(xù)時(shí)刻處的多個(gè)信號(hào)樣本；其中多個(gè)信號(hào)樣本與調(diào)制方案和載波相位相關(guān)聯(lián)；其中多個(gè)信號(hào)樣本已經(jīng)在光傳輸信道上進(jìn)行發(fā)送；其中多個(gè)信號(hào)樣本分別包括多個(gè)信號(hào)相位；其中多個(gè)信號(hào)相位分別包括多個(gè)數(shù)據(jù)相位和多個(gè)剩余相位；其中多個(gè)剩余相位與載波相位相關(guān)聯(lián)。該方法還包括通過考慮調(diào)制方案而從多個(gè)信號(hào)相位中去除(401)多個(gè)數(shù)據(jù)相位；由此產(chǎn)生多個(gè)剩余相位；以及針對(duì)滯后值集合分別確定(301)多個(gè)剩余相位的自相關(guān)值集合；由此產(chǎn)生對(duì)于光傳輸信道的非線性度量。
文檔編號(hào)H04B10/079GK102656824SQ201080057575
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者A·沃伊西拉, J·勒諾迪爾, S·比戈 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊