光通信系統(tǒng)、光發(fā)送機(jī)和光接收的制造方法
【專利摘要】光通信系統(tǒng)、光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)。一種光通信系統(tǒng)包括光發(fā)送機(jī)以及經(jīng)由傳輸線連接到該光發(fā)送機(jī)的光接收機(jī)，在所述光通信系統(tǒng)中，所述光發(fā)送機(jī)發(fā)送連續(xù)波光信號，該連續(xù)波光信號在與所述光接收機(jī)中的本地振蕩信號組合時使得能夠?qū)崿F(xiàn)拍檢測，并且所述光接收機(jī)通過利用所述本地振蕩信號對所述光信號進(jìn)行檢波來通過數(shù)字采樣獲取拍波形，在解調(diào)之前對具有所述拍波形的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，并且基于拍頻控制本地振蕩頻率。
【專利說明】光通信系統(tǒng)、光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文討論的實(shí)施方式涉及光通信系統(tǒng)、該光通信系統(tǒng)中所使用的光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]在使用零差檢測的相干光通信中，發(fā)送側(cè)的發(fā)送信號頻率和接收側(cè)的本地振蕩頻率必須彼此一致。在技術(shù)上難以使光頻率彼此完全一致。在光接收機(jī)中，基于來自數(shù)字信號處理器的反饋信號，與數(shù)據(jù)同步地生成時鐘脈沖，以按照時鐘頻率對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。例如，參見日本特開2009-60309號公報。然而，如果信號被相位調(diào)制，則光波的相位可能根據(jù)信號分量而改變。在這種情況下，可能即使所接收到的信號與來自本地振蕩器的信號混合，也未獲取正弦波，并且無法檢測發(fā)送側(cè)的光源與本地振蕩器之間的頻率偏移。
[0003]傳統(tǒng)的時鐘提取電路是基于采用諸如二相相移鍵控(BPSK)、差分相移鍵控(DPSK)或四相相移鍵控(QPSK)的恒定包絡(luò)相位調(diào)制方案的假設(shè)設(shè)計的。當(dāng)使用在振幅方向上具有多個水平的多級相位調(diào)制(例如，16正交幅度調(diào)制(16-QAM)或64-QAM)時，來自耦合器的乘法結(jié)果提供多個值(例如，當(dāng)采用16-QAM時，四個振幅水平)。因此，為強(qiáng)度調(diào)制設(shè)計的時鐘提取電路無法提取時鐘脈沖。
[0004]內(nèi)差相干檢測容許發(fā)送側(cè)光源與接收側(cè)本地振蕩器之間的少量頻率偏移。例如，參見 P.J.Winzer 等人的 “56-Gbaud PDM-QPSK:Coherent Detect1n and2, 500-kmTransmiss1n”(EC0C2009)。對于內(nèi)差相干檢測，如圖1A所示，由于發(fā)送側(cè)光源與接收側(cè)本地振蕩器之間的頻差而發(fā)生符號旋轉(zhuǎn)(相位旋轉(zhuǎn))。為了補(bǔ)償符號旋轉(zhuǎn)，數(shù)字信號處理器如圖1B所示生成逆向旋轉(zhuǎn)，并且在圖1C所示的符號位置處停止旋轉(zhuǎn)。如果本地振蕩頻率在補(bǔ)償符號旋轉(zhuǎn)期間改變，則從符號旋轉(zhuǎn)估計的頻差也變化。因此，相位旋轉(zhuǎn)瞬間偏離在數(shù)字信號處理器處估計的頻率偏移補(bǔ)償值，并且發(fā)生突發(fā)錯誤。另外，當(dāng)本地振蕩頻率改變時，數(shù)據(jù)信號的相位也改變，時鐘提取電路可能發(fā)生故障。
[0005]提出了一種加寬頻率偏移補(bǔ)償范圍的技術(shù)。例如，參見H.Nakashima等人的“Novel Wide-range frequency Offset Compensator Demonstrated with Real-timeDigital coherent Receiver”(EC0C2008)。此技術(shù)稱為基于預(yù)先決策的角度差分頻率偏移估計器(PADE)算法。PADE可加寬補(bǔ)償范圍；然而，Q懲罰(penalty)隨著頻率偏移增大而變大。已確認(rèn)，即使執(zhí)行理想頻率偏移補(bǔ)償，也發(fā)生Q因子懲罰。
[0006]有人主張，在特征光網(wǎng)絡(luò)中，廣泛使用具有可變頻率網(wǎng)格間距的柔性網(wǎng)格技術(shù)或者最終為沒有頻率網(wǎng)格的無網(wǎng)格技術(shù)。例如，參見白皮書“Building a Fully FlexibleOptical Layer with Next-Generat1n ROADMs，，(HEAVY READING，2011 年 10 月)。在可變網(wǎng)格或無網(wǎng)格通信中，即使采用使用PADE的數(shù)字信號處理，也無法接收光信號。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目的在于提供一種光通信技術(shù)，其能夠與調(diào)制方案無關(guān)地使本地振蕩頻率與發(fā)送機(jī)光源的頻率一致或接近以建立通信，并且減小由頻率偏移引起的Q因子懲罰。
[0008]根據(jù)實(shí)施方式的一個方面，提供了一種光通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括光發(fā)送機(jī)以及經(jīng)由傳輸線連接到該光發(fā)送機(jī)的光接收機(jī)。所述光發(fā)送機(jī)發(fā)送連續(xù)波光信號，該連續(xù)波光信號在與所述光接收機(jī)中的本地振蕩信號組合時使得能夠?qū)崿F(xiàn)拍檢測。所述光接收機(jī)通過利用本地振蕩信號對所述光信號進(jìn)行檢波來通過數(shù)字采樣獲取拍波形，在解調(diào)之前對具有所述拍波形的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，并且基于拍頻控制本地振蕩頻率。
[0009]通過該結(jié)構(gòu)，不管調(diào)制方案如何，均使本地振蕩頻率與發(fā)送機(jī)光源的頻率一致或接近，并且可減小由頻率偏移引起的Q因子懲罰。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1A至圖1C是示出使用數(shù)字信號處理的頻率偏移補(bǔ)償?shù)氖緢D；
[0011]圖2A是根據(jù)第一實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光發(fā)送機(jī)的示意圖；
[0012]圖2B是根據(jù)第一實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光發(fā)送機(jī)的示意圖；
[0013]圖3是根據(jù)第一實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光接收機(jī)的示意圖；
[0014]圖4是根據(jù)第一實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光接收機(jī)的示意圖；
[0015]圖5A示出從光發(fā)送機(jī)發(fā)送并在光接收機(jī)處用于本地振蕩器調(diào)節(jié)的連續(xù)波(CW)信號;
[0016]圖5B示出在光接收機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)處通過對所檢測到的CW信號進(jìn)行采樣而獲得的拍(beat)波形；
[0017]圖5C示出圖5B的拍信號的快速傅里葉變換(FFT)計算結(jié)果；
[0018]圖6A示出從光發(fā)送機(jī)發(fā)送并在光接收機(jī)處用于本地振蕩器調(diào)節(jié)的低調(diào)制信號；
[0019]圖6B示出在光接收機(jī)的ADC處通過對所檢測到的低調(diào)制信號進(jìn)行采樣而獲得的拍波形；
[0020]圖6C示出圖6B的拍信號的FFT計算結(jié)果；
[0021]圖7是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的光發(fā)送機(jī)的基本操作的流程圖；
[0022]圖8是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的光接收機(jī)的基本操作的流程圖；
[0023]圖9A是說明如何從放大自發(fā)發(fā)射(ASE)辨別發(fā)送的信號的示圖，所述示圖示出噪聲信號的時間波形；
[0024]圖9B是說明如何從ASE辨別發(fā)送的信號的示圖，所述示圖示出通過頻率分析獲得的圖9A的時間波形的功率譜；
[0025]圖10是從圖8的基本操作發(fā)展而來的光接收機(jī)的操作流程的修改；
[0026]圖11是圖10中對本地振蕩器的控制(S305)的詳細(xì)操作的流程圖；
[0027]圖12是根據(jù)第二實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光接收機(jī)的示意圖；
[0028]圖13是用于確定所檢測到的信號是否為來自發(fā)送側(cè)的發(fā)送信號的閾值表的示例；
[0029]圖14A示出通過ADC采樣的拍頻為1GHz，振幅為I (任意單位)的拍信號；
[0030]圖14B示出圖14A的拍信號的FFT計算結(jié)果；
[0031]圖15A示出通過ADC采樣的拍頻為1GHz，振幅為2 (任意單位)的拍信號；
[0032]圖15B示出圖15A的拍信號的FFT計算結(jié)果；
[0033]圖16A示出通過ADC采樣的拍頻為10GHz，振幅為I (任意單位)的拍信號；
[0034]圖16B示出圖16A的拍信號的FFT計算結(jié)果；
[0035]圖17是圖13的閾值表的修改；
[0036]圖18A是圖13的閾值表的另一修改；
[0037]圖18B是圖13的閾值表的另一修改；
[0038]圖19是根據(jù)第三實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光發(fā)送機(jī)的示意圖；
[0039]圖20是根據(jù)第三實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光接收機(jī)的示意圖；
[0040]圖21示出來自圖19的光發(fā)送機(jī)的發(fā)送信號的幀結(jié)構(gòu)；
[0041]圖22k是說明從圖20的光接收機(jī)的ADC獲取的信號的符號長度的示圖；
[0042]圖22B是說明從圖20的光接收機(jī)的ADC獲取的信號的符號長度的示圖；
[0043]圖23示出將來自ADC的采樣數(shù)據(jù)分成多個塊的示例；
[0044]圖24是由光接收機(jī)執(zhí)行的操作的流程圖；
[0045]圖25A是根據(jù)來自ADC的采樣數(shù)據(jù)的各個塊中所包含的分量獲得的功率譜的示例；
[0046]圖25B是根據(jù)來自ADC的采樣數(shù)據(jù)的各個塊中所包含的分量獲得的功率譜的示例；
[0047]圖25C是根據(jù)來自ADC的采樣數(shù)據(jù)的各個塊中所包含的分量獲得的功率譜的示例；
[0048]圖26是說明根據(jù)本地振蕩器的頻率改變確定頻率偏移補(bǔ)償?shù)牧康氖緢D；
[0049]圖27是由根據(jù)第四實(shí)施方式的光接收機(jī)執(zhí)行的操作的流程圖；
[0050]圖28是圖27的操作流程的修改；
[0051]圖29是圖27中對本地振蕩器的控制(S703)的詳細(xì)操作的流程圖；以及
[0052]圖30示出實(shí)施方式的有益效果。

【具體實(shí)施方式】
[0053]以下參照附圖描述實(shí)施方式。在這些實(shí)施方式中，在建立通信之前，在ADC中使用自運(yùn)行(自振蕩)采樣時鐘以利用非同步時鐘對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并且在解調(diào)之前從獨(dú)立于調(diào)制方案的功能塊獲取采樣數(shù)據(jù)。對采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，以對檢測到的信號的拍頻進(jìn)行檢測。基于所檢測到的拍頻，使本地振蕩頻率與發(fā)送機(jī)光源的頻率一致或接近。這種布置方式可以與調(diào)制方案無關(guān)地控制本地振蕩器(LO)，并且防止故障(減小Q因子懲罰)。
[0054]<第一實(shí)施方式>
[0055]圖2A以示意性框圖示出單偏振(SP)QPSK光發(fā)送機(jī)10A，圖2B以示意性框圖示出雙偏振(DP)QPSK光發(fā)送機(jī)10B。圖3以示意性框圖示出SP-QPSK光接收機(jī)20A，圖4以示意圖示出DP-QPSK光接收機(jī)。
[0056]無論是否采用偏振分割復(fù)用，實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)和方法均適用。實(shí)施方式還適用于任意調(diào)制方案(例如，多級幅度調(diào)制)，而不限于QPSK。實(shí)施方式的方法和結(jié)構(gòu)同樣適用于具有偏振分割復(fù)用的情況(圖2B和圖4)和沒有偏振分割復(fù)用的情況(圖2A和圖3)。因此，光發(fā)送機(jī)1A和1B統(tǒng)稱為“光發(fā)送機(jī)10”，光接收機(jī)20A和20B統(tǒng)稱為“光接收機(jī)20”。在以下描述中，以SP-QPSK光發(fā)送機(jī)1A和SP-QPSK光接收機(jī)20A為例進(jìn)行說明，省略對DP-QPSK發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的多余說明。
[0057]在圖2A中，選擇器14在控制器13的控制下選擇來自符號映射器11的輸出或來自信號源12的輸出中的任一個。符號映射器11接收2比特數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由同相(I)分量和正交(Q)分量表示的四個相位信息項(xiàng)。
[0058]選擇器14被設(shè)計為當(dāng)被激活時選擇來自信號源12的輸出。由信號源12生成的信號是非調(diào)制信號(連續(xù)波)或者具有低調(diào)制程度的信號。從非調(diào)制或低調(diào)制信號獲取的光信號將在下面參照圖5A至圖5C和圖6A至圖6C更詳細(xì)地描述。如果沒有使用選擇器14，則符號映射器11可被設(shè)計為在開始通信之前輸出相同的數(shù)據(jù)值達(dá)預(yù)定時間段，以生成連續(xù)波。
[0059]選擇器14的輸出連接到串行器15的輸入。由于選擇器14以相對低的速率操作，所以通過串行器15將來自選擇器14的輸出信號轉(zhuǎn)換為與符號速率對應(yīng)的高速率信號。代替串行器15，可使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。當(dāng)使用DAC時，信號速率增加至符號速率的幾倍。
[0060]在驅(qū)動器16處將串行器15的輸出信號放大，從驅(qū)動器16生成的驅(qū)動信號用于驅(qū)動調(diào)制器17。調(diào)制器17是任意類型的光調(diào)制器，例如鈮酸鋰(LN)調(diào)制器或者使用半導(dǎo)體材料的光調(diào)制器。調(diào)制器17根據(jù)驅(qū)動信號調(diào)制由光源(未示出)生成的載波，并將調(diào)制的光信號輸出至傳輸線2。
[0061]圖2B的光發(fā)送機(jī)1B執(zhí)行類似于圖2A的光發(fā)送機(jī)1A的操作，不同的是將由兩比特表示的四個信息項(xiàng)分配給彼此正交的X偏振光分量和I偏振分量。
[0062]圖3示出光接收機(jī)20A。從傳輸線2接收的光信號輸入至90度混合光混頻器21，并利用來自本地振蕩源22的光信號檢測。通過一組光電二極管和跨阻放大器(未示出)將所檢測到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。由ADC24按照采樣時鐘源23所生成的采樣時鐘對模擬電信號進(jìn)行采樣。通常，按照符號速率的兩倍速率或兩倍以上速率來執(zhí)行采樣。
[0063]將采樣信號提供給波長色散補(bǔ)償器25，在波長色散補(bǔ)償器25中補(bǔ)償傳輸路徑中的波長色散。時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(⑶R) 26從數(shù)據(jù)恢復(fù)時鐘?？蓪ⅱ荝26的輸出反饋給ADC24或者采樣時鐘源2以調(diào)節(jié)頻率和相位。
[0064]⑶R26的輸出連接到偏振分離器(或跟蹤器)27，在偏振分離器27中減小偏振旋轉(zhuǎn)的影響。頻率偏移和相位(頻率偏移/相位)補(bǔ)償器28補(bǔ)償發(fā)送機(jī)光源與本地振蕩源22之間的頻率偏移和相位偏移。通過該操作，如圖1C所示確定符號位置。解碼器29執(zhí)行發(fā)送側(cè)符號映射的逆操作，以將數(shù)據(jù)解碼。
[0065]在實(shí)施方式的多個特征中的Iv中，米樣時鐘源23在啟動時自動振湯以自運(yùn)打，并且ADC24按照與數(shù)據(jù)采樣時鐘不同步的采樣時鐘對從發(fā)送側(cè)為本地振蕩器調(diào)節(jié)發(fā)送來的光信號(CW波或低調(diào)制波)執(zhí)行數(shù)字采樣。從諸如ADC24或波長色散補(bǔ)償器25的預(yù)解調(diào)塊(所述預(yù)解調(diào)塊獨(dú)立于調(diào)制方案)取出數(shù)字采樣信號的一部分，并將其提供給頻率分析器31。在以下描述中，利用ADC24的輸出為例說明頻率分析器31的操作；然而，如虛線所示，可同樣使用波長色散補(bǔ)償器25的輸出。
[0066]在光接收機(jī)20的ADC24處，從光發(fā)送機(jī)10發(fā)送來的CW信號被觀測為根據(jù)發(fā)送側(cè)光源與本地振蕩源22之間的頻差的拍波形。術(shù)語“拍”表示當(dāng)頻率彼此略微不同的兩個正弦波疊加時所生成的拍頻，所述頻率等同于這兩個正弦波之間的頻差。
[0067]如圖5A所示，如果在沒有幅度調(diào)制的情況下，從光發(fā)送機(jī)10發(fā)送恒定功率水平的連續(xù)波，則從光接收機(jī)20的ADC24輸出的采樣信號具有圖5B所示的拍波形。在此示例中，ADC24的采樣率為每秒100G樣本，頻率偏移(即，拍頻)為IGHz。當(dāng)在頻率分析器31處對此拍波形執(zhí)行快速傅里葉變換(FFT)計算時，如圖5C所示檢測到IGHz的頻率偏移。在圖5C中，在99GHz處還觀測到另一信號分量。此分量是折返分量?？赏ㄟ^監(jiān)測尼奎斯特頻率或以下(在此示例中，50GHz或以下)的頻帶來正確估計頻率偏移。
[0068]如圖6A所示，如果從光發(fā)送機(jī)10發(fā)送低調(diào)制連續(xù)波，則從光接收機(jī)20的ADC24輸出的采樣信號具有圖6B所示的拍波形。在此示例中，幅度調(diào)制率為250MHz，拍頻為1GHz。在發(fā)送側(cè)應(yīng)用的幅度調(diào)制程度低于用于數(shù)據(jù)調(diào)制的調(diào)制程度。當(dāng)在頻率分析器31處對通過ADC24獲得的拍波形執(zhí)行FFT計算時，如圖6C所示檢測到IGHz的頻率偏移。
[0069]在建立通信之前從光發(fā)送機(jī)10發(fā)送來的用于本地振蕩器調(diào)節(jié)的光信號可具有任意波形，只要接收側(cè)處檢測到拍波形即可。這種光信號不限于圖5A或圖6A中舉例說明的連續(xù)波。
[0070]在此示例中，頻率分析器31按照1024點(diǎn)執(zhí)行FFT計算?？稍黾硬蓸狱c(diǎn)的數(shù)量以更精確地估計頻率偏移，因?yàn)镕FT計算的頻率分辨率隨著采樣點(diǎn)數(shù)量增加而變高。只要執(zhí)行頻率分析，可采用FFT以外的任意方法。如果允許較低的頻率分辨率，則可執(zhí)行數(shù)據(jù)抽取以使來自ADC24的采樣數(shù)據(jù)變稀疏或者可改變采樣頻率，因?yàn)镕FT頻率分辨率由數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量和采樣頻率決定。將所檢測到的頻率偏移提供給頻率控制器32以控制本地振蕩源22。
[0071]在前文中，ADC24按照與數(shù)據(jù)時鐘不同步的自運(yùn)行時鐘操作，以獲取采樣結(jié)果。然而，可按照與數(shù)據(jù)時鐘不同步的采樣時鐘從設(shè)置在CDR26之前的波長色散補(bǔ)償器25獲取用于頻率分析的采樣數(shù)據(jù)。在這種情況下，由于CDR26無法按照拍頻提取時鐘，所以采樣時鐘自動運(yùn)行(自運(yùn)行)。
[0072]圖4不出光接收機(jī)20B。所述接收光信號被偏振分光器(未不出)分成X偏振和Y偏振，并輸入到90度混合光混頻器21。90度混合光混頻器32利用本地振蕩光的x偏振分量和I偏振分量檢測X偏振分量和I偏振分量。從90度光混頻器21輸出X偏振分量和y偏振分量中的每一個的同相(I)分量和正交(Q)分量。類似于圖3的光接收機(jī)20A，為了調(diào)節(jié)本地振蕩器，采樣時鐘源23在啟動時自動運(yùn)行，以按照與數(shù)據(jù)時鐘不同步的采樣定時來驅(qū)動ADC24。執(zhí)行頻率分析以檢測拍頻，并且基于該拍頻控制本地振蕩源22以使本地振蕩頻率與發(fā)送側(cè)光源的頻率一致或接近。這些操作與圖3的光接收機(jī)20A中執(zhí)行的那些操作相同。
[0073]圖7是示出由光發(fā)送機(jī)10執(zhí)行的操作的流程圖。首先，選擇發(fā)送光頻率(SlOl)。光發(fā)送機(jī)10的光源按照所選擇的頻率發(fā)射光。在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，控制器13 (圖2A或圖2B)使得光發(fā)送機(jī)10發(fā)送非調(diào)制光信號(例如，圖5A所示的CW)或低調(diào)制光信號(例如，圖6A所示的Cff)達(dá)“ α ”時間段(S103和S105)。
[0074]由于在普通光通信中頻率網(wǎng)格為50GHz或100GHz，所以按照任一頻率間隔設(shè)置發(fā)送光頻率。時間段“α ”是考慮接收側(cè)的頻率分析時間或本地振蕩器控制時間而確定的參數(shù)。
[0075]如果經(jīng)過時間“ α ” (S105中為“是”)，則開始發(fā)送調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(S107)，用于本地振蕩器調(diào)節(jié)的CW發(fā)送結(jié)束。
[0076]圖8是示出光接收機(jī)20的基本操作的流程圖。首先，選擇本地振蕩源22的頻率f0(S201和S202)。從本地振蕩源22發(fā)送連續(xù)波(CW) (S203)直至波長變穩(wěn)定(S204)。然后，從ADC24或波長色散補(bǔ)償器25獲取所檢測到的CW的采樣數(shù)據(jù)(S205)，并在頻率分析器31處執(zhí)行頻率分析(S206)。
[0077]通過頻率分析確定光接收機(jī)20是否正在接收從光發(fā)送機(jī)10發(fā)送來的光信號(S207)。在普通波長分割復(fù)用中，在傳輸線2中插入光放大器，因此在所接收到的信號中可能混有放大自發(fā)發(fā)射(ASE)噪聲。因此，確定所接收到的信號是從光發(fā)送機(jī)10發(fā)送來的CW
信號還是噪聲。
[0078]圖9A示出按照每秒10GHz樣本接收噪聲時觀測到的時間波形。如果對圖9A的時間波形應(yīng)用頻率分析，則如圖9B所示檢測到各種頻率分量。與圖5C或圖6C的頻譜不同，功率譜的峰值較低。因此，在S207中基于頻率分析結(jié)果確定正在接收的是所發(fā)送的光信號或ASE噪聲中的哪一個。如果正在接收ASE噪聲(S207為“否”)，則重復(fù)S205至S207的循環(huán)，直至從光發(fā)送機(jī)10接收到CW光信號為止。
[0079]為了在ASE噪聲和發(fā)送信號之間進(jìn)行區(qū)分，可計算具有最大功率水平的功率譜分量與具有第二大功率水平的功率譜分量之差。如果所述差大于規(guī)定的閾值，則可確定正在接收所發(fā)送的光信號。另選地，如果最大至第N分量的功率水平超過規(guī)定的閾值，則可確定正在接收所發(fā)送的光信號，其中N是等于或大于2并且等于或小于FFT點(diǎn)數(shù)的一半(1/2)的整數(shù)。沒有必要使用絕對值來表示功率譜的幅度，可使用通過最大值歸一化的相對值來進(jìn)行分析?？纱婀β首V使用振幅譜。
[0080]如果確定正在接收來自光接收機(jī)10的CW光信號(S207為“是”)，則基于頻率分析結(jié)果存儲具有最大功率譜水平的拍頻f_Bl (S208)，將插入本地振蕩源22的當(dāng)前頻率“f” (S209)。由于本地振蕩源22的頻率控制范圍是有限的，所以確定新的本地振蕩頻率“f”(等于f+f_Bl)是否在頻率偏移的可接受控制范圍內(nèi)(S210)。如果新設(shè)置的本地振蕩頻率超出可接受范圍(S210為“否”)，則在S222中將本地振蕩頻率“f”設(shè)置回初始值(f=f-f_BD，同時生成警告(S223)，操作終止。
[0081]如果本地振蕩頻率“f”在可接受控制范圍內(nèi)(S210為“是”)，則將本地振蕩頻率“f”設(shè)置為f+f_Bl(S211)，保持操作直至波長變穩(wěn)定。通常，波長受溫度控制，波長變穩(wěn)定之前需要花費(fèi)一定時間。
[0082]然后，從ADC24再次獲取采樣數(shù)據(jù)項(xiàng)(S213)以用于頻率分析(S214)。將頻率分析結(jié)果中具有最大功率譜水平的拍頻f_B2存儲在存儲器中(S215)。將當(dāng)前獲取的拍頻f_B2與先前的拍頻f_Bl進(jìn)行比較，以檢查本地振蕩頻率的調(diào)節(jié)方向(S216)。假設(shè)發(fā)送側(cè)光源的頻率為f0，并且本地振蕩源22的頻率相對于f0偏移了 -1GHz或+IGHz，則在任一情況下，所檢測到的采樣數(shù)據(jù)的拍頻(即，頻率偏移)變?yōu)?GHz。僅從拍頻無法檢測出改變方向(即，在正方向還是負(fù)方向上控制本地振蕩源22的頻率偏移)。為此，將f_B2與f_Bl進(jìn)行比較以確定控制方向。
[0083]如果f_B2等于或小于f_Bl (S216為“否”)，則頻率偏移減小，因此，處理終止，因?yàn)橐言谡_方向進(jìn)行了調(diào)節(jié)。
[0084]如果f_B2大于f_Bl (S216為“是”)，則意味著在調(diào)節(jié)本地振蕩頻率之后拍頻增大。在這種情況下，重新調(diào)節(jié)本地振蕩頻率使其相對于初始頻率f0減小f_Bl (S217)。由于在S216處，本地振蕩頻率已變?yōu)閒 = f+f_Bl，所以在S217中從當(dāng)前“f”中減去f_B2的兩倍，使得 f 變?yōu)?fO_f_Bl (f = f-2*f_Bl)。
[0085]然后，確定所調(diào)節(jié)的本地振蕩頻率“f”是否為可接受控制范圍內(nèi)的容許偏移(S218)。如果所調(diào)節(jié)的值在控制范圍內(nèi)(S218為“是”)，則將本地振蕩頻率固定為“f”(S219)，處理終止。如果所調(diào)節(jié)的值在控制范圍之外(S218為“否”)，則在S221中將“f ”設(shè)置回初始值(f = f+2*f_Bl)，同時生成警告(S223)，并且處理終止。
[0086]為了簡化，圖8的操作流程僅示出一輪本地振蕩頻率調(diào)節(jié)。實(shí)際中期望重復(fù)控制循環(huán)，直至頻率偏移變?yōu)榱慊蜃钚≈禐橹埂?br> [0087]圖10示出本地振蕩頻率的重復(fù)控制流程的示例。與圖8所示的步驟相同的步驟用相同的符號指代，省略多余說明。
[0088]首先，在S301中將控制計數(shù)器值N初始化(N = O)。然后，選擇本地振蕩頻率f0 (S201)。隨后的步驟S202至S207，即，從本地振蕩源22輸出CW光，使波長穩(wěn)定，從ADC24獲取采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行頻率分析以及確定是否正在接收從對應(yīng)光發(fā)送機(jī)發(fā)送來的光信號，與圖8中所示的步驟相同，省略多余說明。
[0089]如果輸入信號是來自發(fā)送側(cè)的CW光信號，并且如果從頻率分析結(jié)果獲取的頻率偏移(即，拍頻)在可接受范圍內(nèi)(S303為“是”)，則正確進(jìn)行了本地振蕩頻率的調(diào)節(jié)，并且處理終止。如果所檢測到的頻率偏移在可接受范圍之外(S303為“否”)，則再次控制本地振蕩頻率的調(diào)節(jié)(S205)，將控制計數(shù)器值N遞增(S306)。然后確定N是否小于規(guī)定的數(shù)(S307)。重復(fù)步驟S204至S306，直至計數(shù)器值達(dá)到規(guī)定的數(shù)。如果計數(shù)器值已達(dá)到規(guī)定的數(shù)(S307為“否”)，則處理終止。
[0090]圖11示出圖10中的本地振蕩器控制步驟S305的詳細(xì)操作。本地振蕩器控制與圖8的從S208至S222的操作流程相同。從對來自ADC24的第一組采樣數(shù)據(jù)的頻率分析獲取功率譜中具有最大峰值的拍頻f_Bl，并且將本地振蕩頻率f設(shè)置為f0+f_BI (S208-S212)。將功率譜中具有最大峰值的拍頻f_B2與f_Bl進(jìn)行比較，以確認(rèn)頻率調(diào)節(jié)的方向(S213-S216)。如果頻率調(diào)節(jié)在增加方向上進(jìn)行，則在正確方向上調(diào)節(jié)控制方向(S217-S218)。如果調(diào)節(jié)的本地振蕩頻率f在本地振蕩器控制范圍內(nèi)，則將本地振蕩頻率設(shè)置為調(diào)節(jié)的頻率(S219)。如果調(diào)節(jié)的頻率在控制范圍之外，則發(fā)出警告，并且處理終止(S221-S223)。
[0091]當(dāng)對本地振蕩器的控制如圖10所示重復(fù)時，可從拍頻的平均值估計頻率偏移。
[0092]如上所述，在建立通信之前從光發(fā)送機(jī)10發(fā)送用于本地振蕩器調(diào)節(jié)的連續(xù)波信號。在光接收機(jī)20A(或20B)處，采樣時鐘自動運(yùn)行，以按照與數(shù)據(jù)不同步的定時對所接收到的CW信號進(jìn)行采樣，從而將本地振蕩源與發(fā)送側(cè)光源之間的頻率偏移消除或最小化。這種布置方式允許零差檢測。另外，可防止數(shù)據(jù)傳輸期間的突發(fā)錯誤或者時鐘提取電路的故障，并且可在內(nèi)差檢測中減小由頻率偏移引起的Q因子懲罰。
[0093]當(dāng)偏振平面在傳輸路徑上旋轉(zhuǎn)時，拍信號的振幅在采用SP-QPSK時可能根據(jù)偏振而變小。在這種情況下，從開始執(zhí)行圖8或圖10的操作流程，或者另選地，可在預(yù)定的等待時間之后從ADC24獲取采樣數(shù)據(jù)。在DP-QPSK中，從四個通道獲得具有相同頻率的拍信號；然而，輸出至X方向通道與輸出至I方向通道的拍信號的振幅可能根據(jù)偏振狀態(tài)而彼此不同。在這種情況下，在具有最大振幅的通道處執(zhí)行頻率分析以檢測拍頻(即，頻率偏移)。對于DP-QPSK，在發(fā)送側(cè)生成的用于拍檢測的CW信號可以是X方向偏振信號或y方向偏振信號中的任一個。
[0094]如果即使在經(jīng)過特定時間段之后在頻率分析器31處仍無法檢測到拍頻，則可經(jīng)由控制面向光發(fā)送機(jī)10發(fā)送請求，以使得再次輸出CW信號。
[0095]代替在啟動時在圖2中的選擇器14處選擇信號源12，符號映射器11可被設(shè)計為輸出相同的數(shù)據(jù)以生成連續(xù)波。
[0096]在此實(shí)施方式中，通過ADC24處每秒100G樣本的采樣率，可測量低于50GHz的拍信號。換言之，當(dāng)建立通信時，可使本地振蕩源22的頻率與遠(yuǎn)離現(xiàn)有50GHz網(wǎng)格達(dá)25GHz之間的頻率一致。這種布置方式有利于特征可變網(wǎng)格或無網(wǎng)格架構(gòu)。
[0097]由于本地振蕩頻率符合發(fā)送側(cè)光源的頻率，所以可減小Q因子懲罰。
[0098]<第二實(shí)施方式>
[0099]圖12是根據(jù)第二實(shí)施方式的光接收機(jī)40的示意性框圖。發(fā)送側(cè)的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中說明的結(jié)構(gòu)相同，例如，使用圖2A的光發(fā)送機(jī)10A。盡管圖12示出SP-QPSK光接收機(jī)，但是主要操作同樣適用于DP-QPSK光接收機(jī)，省略其說明。
[0100]修改部分包括接收前端，其連接到將光信號分割的耦合器53、將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電(OE)轉(zhuǎn)換器54、監(jiān)測光功率的功率監(jiān)測器55以及控制器(第二控制器)56，這些部件是添加的。
[0101]所述接收光信號被稱合器53分割。一個分量輸入到90度混合光混頻器41,另一分量輸入至OE轉(zhuǎn)換器54。功率監(jiān)測器55測量OE轉(zhuǎn)換器54的輸出的強(qiáng)度，以獲取接收的功率水平，所述功率水平被提供給頻率控制器52。第二控制器56控制設(shè)置在90度混合光混頻器41中的跨阻放大器(TIA)的增益。為TIA設(shè)置的增益還被報告給頻率控制器52。頻率分析器51從來自ADC44的采樣數(shù)據(jù)通過峰到峰或均方根(RMS)方法計算拍振幅。將所計算出的拍振幅與通過FFT計算獲取的拍頻(頻率偏移)一起提供給頻率控制器52。
[0102]如果拍頻不同，則即使振幅相同，在ADC44處采樣的拍信號的功率譜水平也變化。拍信號的振幅由輸入至90度混合光混頻器41的接收光的功率水平、本地振蕩源42的光功率、90度混合光混頻器41中的TIA增益等來確定。
[0103]頻率控制器52在確定是否正在接收來自光發(fā)送機(jī)的CW光信號時，從圖13的閾值表61選擇適當(dāng)?shù)拈撝?。閾值?1描述與所接收到的光功率、本地振蕩器功率水平、TIA增益和后FFT拍頻關(guān)聯(lián)的閾值P。除了這些參數(shù)之外，可考慮印刷電路板的布線特性。代替閾值表61，可使用限定閾值表61中描述的參數(shù)之間的關(guān)系的近似公式。
[0104]當(dāng)ADC44的采樣率為(例如)每秒100G樣本時，如圖14A所示觀測到拍頻為1GHz、振幅為1(任意單位)的信號。通過在頻率分析器51處對拍信號執(zhí)行頻率分析，如圖14B所示檢測到IGHz的頻率偏移。
[0105]圖15A示出拍頻為1GHz、振幅為2 (任意單位)的拍信號，圖15B示出頻率分析器51的FFT計算結(jié)果。將圖14A和圖14B與圖15A和圖15B進(jìn)行比較，將理解功率譜水平(在垂直軸)響應(yīng)于拍波形的振幅而變化。
[0106]圖16A示出拍頻為10GHz、振幅為I (任意單位)的拍信號，圖16B示出頻率分析器51的FFT計算結(jié)果。將圖14A和圖14B與圖16A和圖16B進(jìn)行比較，將理解，即使在相同的振幅處，功率譜水平(在垂直軸)也響應(yīng)于拍頻而變化。
[0107]因此，圖13的閾值表61描述根據(jù)拍振幅、拍頻等的不同閾值P，使用適當(dāng)?shù)拈撝礟來確定是否正在接收CW光信號。在相同的接收光功率下(例如，P_S1)，本地振蕩器功率水平可隨不同的TIA增益(例如，G1、G2、G3等)而變化(例如，P_L1和P_L2)，并且通過頻率分析檢測的拍頻(頻率偏移)不同。
[0108]在圖13中，閾值表61在各行中具有功率譜的最大分量的單個閾值P。代替表61，可使用圖17所示的閾值表62，在該表中針對功率譜的第I至第N大的分量設(shè)置多個閾值Pl-PN0
[0109]圖18A和圖18B分別示出其它閾值表63A和63B。在圖18A中，閾值P與拍頻和拍振幅關(guān)聯(lián)。拍頻是在頻率分析器51處獲取的ADC采樣數(shù)據(jù)的FFT計算結(jié)果。從來自ADC44的采樣數(shù)據(jù)通過峰至峰或RMS方法計算拍振幅。通過將閾值P與拍頻和拍振幅關(guān)聯(lián)，可在確定來自發(fā)送側(cè)的CW光信號的存在時選擇適當(dāng)?shù)拈撝礟。
[0110]如圖18B所示，可在表63B中輸入用于功率譜的第I至第N大的分量的多個閾值(Pl-PN)，或者另選地，可代替表使用限定閾值P、拍頻和拍振幅之間的關(guān)系的近似公式。如第一實(shí)施方式中一樣，如果即使在經(jīng)過特定時間段之后在頻率分析器51處仍無法檢測到拍頻，則可經(jīng)由控制面將重發(fā)CW光信號的請求提供給光接收機(jī)10。
[0111]采樣時鐘源43、波長色散補(bǔ)償器45、⑶R46、偏振分離器47、頻率偏移和相位補(bǔ)償器48和解碼器49的結(jié)構(gòu)和操作與第一實(shí)施方式中相同，省略其說明。
[0112]〈第三實(shí)施方式〉
[0113]圖19是根據(jù)第三實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光發(fā)送機(jī)70的示意性框圖。在第三實(shí)施方式中，在發(fā)送側(cè)插入用于頻率偏移的訓(xùn)練圖案。
[0114]光發(fā)送機(jī)70具有符號映射器71、訓(xùn)練圖案生成器73和數(shù)據(jù)組合器72。在數(shù)據(jù)組合器72處將由訓(xùn)練圖案生成器73生成的訓(xùn)練圖案與符號映射器71的輸出組合。設(shè)置在數(shù)據(jù)組合器72之后的串行器75、驅(qū)動器76和調(diào)制器77具有與第一實(shí)施方式中所示相同的結(jié)構(gòu)并執(zhí)行相同的操作。
[0115]訓(xùn)練圖案生成器73生成圖案，所述圖案使得調(diào)制器77能夠輸出連續(xù)波達(dá)預(yù)定時間段并且使得接收機(jī)能夠檢測拍波形。對于QPSK，連續(xù)輸出具有相同符號的相同數(shù)據(jù)。
[0116]圖20是根據(jù)第三實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)中所使用的光接收機(jī)80的示意性框圖。與第一實(shí)施方式中相同的元件用相同符號指代，省略多余說明。頻率分析器81從ADC24獲取具有預(yù)定符號長度的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)，并且通過將各個塊逐符號地移位來將采樣數(shù)據(jù)分成多個恒定長度的塊。通過在將塊逐符號地移位的同時將采樣數(shù)據(jù)分成多個塊，確保無誤地將整個訓(xùn)練圖案包含在多個塊中的一個中。頻率分析器81對各個塊執(zhí)行FFT計算，并且從FFT功率譜選擇包含完整訓(xùn)練圖案的塊以檢測頻率偏移。頻率控制器82基于所檢測到的頻率偏移控制本地振蕩源22的頻率。
[0117]頻率控制器82從頻率偏移和相位補(bǔ)償器28讀取頻率偏移補(bǔ)償值，并確定本地振蕩源22的頻率是小于還是大于發(fā)送側(cè)光源的頻率。與對本地振蕩源22的控制同時地，頻率控制器82控制頻率偏移和相位補(bǔ)償器28以避免過度補(bǔ)償。
[0118]圖21不出圖19的光發(fā)送機(jī)70的巾貞結(jié)構(gòu)的不例。發(fā)送巾貞90包括具有符號長度Lp的訓(xùn)練圖案91以及具有符號長度Ld的數(shù)據(jù)塊92。按照規(guī)則或不規(guī)則的間隔將訓(xùn)練圖案92插入待發(fā)送數(shù)據(jù)中。訓(xùn)練圖案91是使得光發(fā)送機(jī)70能夠輸出連續(xù)波(CW)(在QPSK中等同于傳輸相同的符號)的圖案。訓(xùn)練圖案91是使得接收機(jī)能夠檢測正弦波拍信號的任意信號，可使用第一實(shí)施方式中使用的低調(diào)制信號(參見圖6A)。
[0119]如果符號速率為50G符號/秒(I符號周期為20ps)，并且如果訓(xùn)練圖案91的長度為100符號，則接收機(jī)可監(jiān)測最大周期為2ns (20ps乘以100符號)的正弦波。由于2ns對應(yīng)于500MHz，所以可檢測500MH或以上的頻率偏移。
[0120]圖22A和圖22B示出由光接收機(jī)80的頻率分析器81獲取的來自ADC24的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)的大小。如果在圖22A中從ADC24獲取長度為(Lp+Pd)(是訓(xùn)練圖案91的符號長度Lp與數(shù)據(jù)塊92的符號長度Ld的總和)的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)，則根據(jù)獲取定時可能未監(jiān)測到訓(xùn)練圖案91。
[0121]為了避免這種情況，如圖22B所示從ADC24獲取長度為2*LP+LD的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)，以監(jiān)測整個訓(xùn)練圖案91。如果ADC24執(zhí)行M倍過采樣(其中M是等于或大于I的整數(shù))，則從ADC24獲取(2*LP+LD)*M采樣數(shù)據(jù)。由于FFT頻率分辨率由數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量和采樣頻率決定，所以可根據(jù)所需的分辨率使來自ADC24的數(shù)據(jù)變稀疏。
[0122]圖23示出從ADC24獲取的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)的分組。頻率分析器81將來自ADC24的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)分成多個塊，各個塊的長度為N個符號(N是等于或小于Lp的整數(shù))，并且移位I符號。通過這種布置方式，無誤地將整個訓(xùn)練圖案包含在任一個塊中。
[0123]圖24是由光接收機(jī)80的頻率分析器81執(zhí)行的操作的流程圖?；趶腁DC24或波長色散補(bǔ)償器25輸出的采樣數(shù)據(jù)，執(zhí)行圖23所示的通過在逐符號移位的同時將采樣數(shù)據(jù)分組的塊生成(S501)。然后，對各個塊應(yīng)用FFT計算(S503)。然后，從塊當(dāng)中選擇最大功率譜的拍頻。
[0124]如果塊中包含除訓(xùn)練圖案之外的數(shù)據(jù)分量，則對除正弦波之外的信號執(zhí)行FFT，無法檢測到第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中所示的拍頻功率譜。
[0125]圖25A至圖25C示出具有最佳功率譜的塊的選擇。在圖25A的塊#1和圖25B的塊#2中，第一大的分量與第二大的分量之差較小，包含各種頻率分量。這些頻譜指示塊中包含除訓(xùn)練圖案之外的數(shù)據(jù)。
[0126]相比之下，在圖25C的塊#P中(其中P是表示第一塊與最后一塊之間的塊數(shù)的整數(shù))，第一大的分量與第二大的分量之差較大。在這種情況下，塊#P中包含整個訓(xùn)練圖案或其相當(dāng)大一部分，清楚地檢測到拍頻。
[0127]可如第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中一樣利用閾值來確定是否包含訓(xùn)練圖案。為了減少控制時間，可逐塊地進(jìn)行頻率分析以及與閾值的比較，并且可在檢測到拍頻時終止分析。在這種情況下，在不分析剩余塊的情況下控制本地振蕩頻率。如果在發(fā)送側(cè)處按照不規(guī)則的間隔插入訓(xùn)練圖案，則僅當(dāng)基于閾值檢測到拍時才執(zhí)行圖8的拍頻的存儲(S208)以及對本地振蕩器的控制(S209-S219)。
[0128]在第三實(shí)施方式中，本地振蕩頻率中不影響頻率偏移補(bǔ)償?shù)奈⑿〔▌涌蓛H在建立數(shù)據(jù)通信之前啟動時校正，但是也可在操作期間校正(即，在建立線路同步之后的數(shù)據(jù)發(fā)送期間)。
[0129]如已描述的，頻率控制器82在操作期間從頻率偏移和相位補(bǔ)償器28讀取當(dāng)前頻率偏移補(bǔ)償值，以確定本地振蕩頻率是小于還是大于發(fā)送側(cè)光源的頻率。頻率控制器82改變本地振蕩源22的頻率以對由頻率分析器81從訓(xùn)練圖案檢測到的頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償。同時，頻率控制器82控制頻率偏移和相位補(bǔ)償器28的頻率偏移補(bǔ)償值以避免過度補(bǔ)償。
[0130]圖26示出響應(yīng)于本地振蕩頻率的改變來調(diào)節(jié)頻率偏移補(bǔ)償?shù)牧?。?dāng)本地振蕩源22的頻率受溫度控制時，本地振蕩頻率無法立即移位至目標(biāo)頻率，信號通信可能受到影響。為了解決該問題，可根據(jù)實(shí)線所示的本地振蕩頻率的改變來如虛線所示調(diào)節(jié)頻率偏移和相位補(bǔ)償器28處的頻率偏移補(bǔ)償量?？深A(yù)先獲取關(guān)于本地振蕩源22中的頻率變化的時間數(shù)據(jù)。
[0131]如果采用偏振分割復(fù)用，則可為了接收側(cè)的檢測將訓(xùn)練圖案插入X偏振波和y偏振波中的一者或二者中。
[0132]〈第四實(shí)施方式〉
[0133]圖27是示出根據(jù)第四實(shí)施方式的光接收機(jī)的基本操作的流程圖。第四實(shí)施方式中所使用的光發(fā)送機(jī)是第一實(shí)施方式的輸出連續(xù)波的光發(fā)送機(jī)1A或1B或者第三實(shí)施方式的將訓(xùn)練圖案插入待發(fā)送數(shù)據(jù)中的光發(fā)送機(jī)70。
[0134]在第四實(shí)施方式中，代替外部設(shè)置本地振蕩頻率，本地振蕩頻率按照頻率步長a (GHz)從本地振蕩源22的最小頻率到最大頻率進(jìn)行掃描，以自動使本地振蕩頻率與發(fā)送側(cè)光源的頻率一致或接近。
[0135]頻率步長α是由光接收機(jī)的90度混合光混頻器中的ΤΙΑ(未示出)的頻帶和ADC的頻帶確定的參數(shù)。如果頻率偏移很大，即，如果β信號是高頻信號，則無法檢測到拍信號。更精確地講，如果TIA和ADC的總頻帶為fc，并且如果拍頻為fb，則當(dāng)拍頻fb遠(yuǎn)大于總頻帶fc (fb?fc)時，ADC無法監(jiān)測拍信號。
[0136]在圖27中，選擇最小頻率fmin(S601)，并將本地振蕩頻率“f”設(shè)置為fmin(S602)。本地振蕩源輸出連續(xù)波(S603)，并且等待直至波長穩(wěn)定(S604)。從ADC獲取采樣數(shù)據(jù)并執(zhí)行頻率分析(S606)。從頻率分析結(jié)果確定是否正在從發(fā)送側(cè)接收光信號(S607)。此確定可如第一實(shí)施方式中所說明的利用閾值來進(jìn)行。
[0137]如果沒有檢測到拍信號(S607為“否”)，則將本地振蕩頻率增加a GHz (S608)，并設(shè)置為下一值(S609)。重復(fù)步驟S604-S609，直至檢測到拍信號。
[0138]當(dāng)檢測到拍信號時(S607為“是”)，將拍頻f_Bl存儲為頻率偏移(S610)，并將本地振蕩頻率“f”設(shè)置為f+f_Bl(S611)。然后，確定新設(shè)置的頻率是否在本地振蕩頻率的控制范圍內(nèi)(S612)。根據(jù)確定結(jié)果，執(zhí)行必要操作。
[0139]后續(xù)的步驟S613-S624包括以下步驟:從ADC獲取采樣數(shù)據(jù)并且基于f_Bl和f_B2之間的比較來確定改變方向(S613-S621)，以及當(dāng)所檢測到的頻率偏移超出可接受范圍時終止處理(S622-S624)。這些步驟與圖8的S211-S223相同，省略多余說明。
[0140]在圖27的流程中，當(dāng)通過按照步長α對頻率進(jìn)行掃描來檢測拍頻時僅進(jìn)行一次微小調(diào)節(jié)。
[0141]圖28示出圖27的修改，其中多次執(zhí)行微小調(diào)節(jié)。與圖27中的步驟相同的步驟由相同符號指代，省略多余說明。
[0142]首先，將控制計數(shù)值N初始化(N = O) (S701)。然后，選擇最小頻率fmin(S601)，并將本地振蕩頻率“f”設(shè)置為fmin(S602)。后續(xù)的步驟S603-S609，即，從本地振蕩源輸出連續(xù)波、使波長穩(wěn)定、從ADC獲取采樣數(shù)據(jù)、進(jìn)行頻率分析以及按照步長α對頻率進(jìn)行掃描直至檢測到拍信號，這些步驟與圖27中相同，省略多余說明。
[0143]當(dāng)檢測到拍信號時(S607為“是”)，確定頻率偏移是否在可接受范圍內(nèi)(S702)。如果頻率偏移在可接受范圍內(nèi)(F702為“是”)，則由于適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了本地振蕩頻率的調(diào)節(jié)，所以處理終止。如果頻率偏移超出可接受范圍(F702為“否”)，則在正確方向上控制本地振蕩頻率的調(diào)節(jié)(S703)，并且將控制計數(shù)值N遞增(S704)。然后，確定N是否已達(dá)到預(yù)定數(shù)(S705)，并且將S604-S704重復(fù)所述預(yù)定數(shù)的次數(shù)。當(dāng)N已達(dá)到預(yù)定數(shù)時(F705為“否”)，處理終止。
[0144]圖29示出圖28的S703的詳細(xì)操作。對本地振蕩頻率調(diào)節(jié)的控制與圖27的S610-S623相同。從ADC采樣數(shù)據(jù)的第一頻率分析結(jié)果獲取具有最大峰值的第一拍頻f_BI，并且在可接受偏移范圍內(nèi)將本地振蕩頻率“f”設(shè)置為f+f_Bl(S610-S614)。然后，將第二拍頻^82與^81進(jìn)行比較，以檢查頻率調(diào)節(jié)的方向(S615-S618)。如果正在偏移頻率增加的方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)，則在正確方向上控制操作(S619-S620)。如果調(diào)節(jié)的本地振蕩頻率在可接受范圍內(nèi)，則將調(diào)節(jié)的頻率固定(S621)。如果調(diào)節(jié)的本地振蕩頻率超出可接受范圍，則處理終止，同時生成警告(S622-S624)。
[0145]通過按照步長α對本地振蕩頻率進(jìn)行掃描直至檢測到拍信號，可在可接受偏移范圍內(nèi)細(xì)化本地振蕩頻率。
[0146]類似于第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式，如果即使在經(jīng)過規(guī)定的時間段之后頻率分析器仍沒有檢測到拍信號，則經(jīng)由控制面對發(fā)送側(cè)做出輸出連續(xù)波信號的請求。
[0147]圖30是用于說明實(shí)施方式的有利效果的曲線圖。圖30的曲線圖表示歸一化頻率偏移與Q因子懲罰之間的關(guān)系。由曲線圖中的三角形標(biāo)記表示的m次冪算法(所述算法是普通頻率偏移估計方法)可在±0.1的范圍內(nèi)補(bǔ)償歸一化頻率偏移。由曲線圖中的黑色正方形標(biāo)記表示的PADE方法(由Nakashima等人提出)可將頻率偏移補(bǔ)償范圍擴(kuò)展至±0.4 ；然而，在該補(bǔ)償范圍的邊緣附近，Q因子懲罰增大。即使對于由曲線圖中的圓形標(biāo)記表示的理想補(bǔ)償，Q因子懲罰隨頻率偏移的絕對值增加而增大。
[0148]相比之下，通過實(shí)施方式的方法，對從獨(dú)立于調(diào)制方案的功能塊(例如，ADC或波長色散補(bǔ)償器)獲取的采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，以使本地振蕩頻率與發(fā)送側(cè)光源的頻率一致或接近。因此，不管調(diào)制方案如何，可將歸一化頻率偏移最小化為零或接近零。對于任何類型的調(diào)制方案，很少發(fā)生Q因子懲罰。
[0149]另外，與由數(shù)字信號處理器執(zhí)行的頻率偏移補(bǔ)償相比，基于拍信號的頻率偏移估計的范圍較寬。例如，如果對50G符號/秒的數(shù)據(jù)執(zhí)行兩倍過采樣，則采樣率為100G樣本/秒。通過FFT計算，可檢測拍信號分量最高至奈奎斯特頻率(即，采樣頻率的一半)，因此，可補(bǔ)償小于50GHz的頻率偏移。
[0150]在光互聯(lián)論壇(OIF)中，初始啟動時光源的頻率偏移被標(biāo)準(zhǔn)化至范圍±2.5GHz。即使考慮由老化相關(guān)劣化引起的最大5GHz(50G符號/秒)偏移，無論補(bǔ)償方法如何(例如，m次冪算法或PADE方法)，歸一化頻率偏移為0.1，并且很少發(fā)生Q因子懲罰。
[0151]由于可測量小于50GHz的拍信號，所以可利用與遠(yuǎn)離現(xiàn)有50GHz網(wǎng)格達(dá)25GHz之間的頻率一致的本地振蕩頻率建立光通信。即使當(dāng)前采用的網(wǎng)格間隔在未來改變，采用柔性網(wǎng)格或無網(wǎng)格技術(shù)，也可通過本發(fā)明的實(shí)施方式的技術(shù)來控制頻率偏移以建立通信。
[0152]在第一實(shí)施方式至第四實(shí)施方式的光接收機(jī)中，用于從ADC、頻率分析器和頻率控制器獲取數(shù)據(jù)的接口可通過具有可按照與ADC相同的速度操作的高速接口的大規(guī)模集成電路(LSIC)(例如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC))來實(shí)現(xiàn)。如果使用低速電路，則ADC的接口可并行布置以低速獲取采樣數(shù)據(jù)，以用于頻率分析和頻率控制?？稍贏DC、頻率分析器和頻率控制器的相鄰塊之間插入存儲器以消除處理速度的差異。
【權(quán)利要求】
1.一種光通信系統(tǒng)，該光通信系統(tǒng)包括: 光發(fā)送機(jī)；以及 光接收機(jī)，其經(jīng)由傳輸線連接到所述光發(fā)送機(jī)， 其中，所述光發(fā)送機(jī)發(fā)送連續(xù)波光信號，該光信號在與所述光接收機(jī)中的本地振蕩信號組合時使得能夠?qū)崿F(xiàn)拍檢測，并且 其中，所述光接收機(jī)通過利用所述本地振蕩信號對所述光信號進(jìn)行檢波來通過數(shù)字采樣獲取拍波形，在解調(diào)之前對具有所述拍波形的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，并且基于拍頻控制本地振蕩頻率。
2.—種用在光通信系統(tǒng)中的光發(fā)送機(jī)，該光發(fā)送機(jī)包括: 信號圖案生成器，其被配置為生成用于本地振蕩器調(diào)節(jié)的信號圖案；以及 調(diào)制器，其基于所述信號圖案輸出光信號， 其中，所述信號圖案是在所述光信號與接收側(cè)的本地振蕩光組合時能夠?qū)崿F(xiàn)拍檢測的連續(xù)信號圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)送機(jī)，其中，所述信號圖案生成器生成非調(diào)制連續(xù)信號圖案或者調(diào)制程度低于數(shù)據(jù)調(diào)制的低調(diào)制連續(xù)信號圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)送機(jī)，該光發(fā)送機(jī)還包括: 信號組合器，其被配置為將所述信號圖案與數(shù)據(jù)信號組合， 其中，所述信號圖案生成器生成使得所述調(diào)制器能夠輸出連續(xù)波的所述光信號的訓(xùn)練圖案，并且 其中，所述信號組合器將所述訓(xùn)練圖案附加到所述數(shù)據(jù)信號上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)送機(jī)，其中，在設(shè)置了所述調(diào)制器中使用的光源頻率之后，持續(xù)預(yù)定時間地輸出基于所述信號圖案的所述光信號。
6.一種用在光通信系統(tǒng)中的光接收機(jī)，該光接收機(jī)包括: 檢波器，其被配置為利用本地振蕩光來對接收光信號進(jìn)行檢波，以獲取電信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其被配置為對所述電信號執(zhí)行數(shù)字采樣，以輸出數(shù)字采樣數(shù)據(jù)；以及 頻率分析器，其被配置為對所述數(shù)字采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，以檢測拍頻， 其中，基于所檢測到的拍頻來控制所述本地振蕩光的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光接收機(jī)，其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器按照與數(shù)據(jù)時鐘不同步的時鐘執(zhí)行數(shù)字采樣。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光接收機(jī)， 其中，所述接收光信號包括符號長度為Ld的數(shù)據(jù)信號和符號長度為Lp的訓(xùn)練圖案，其中，所述頻率分析器被配置為獲取長度為(Ld+2*Lp)的所述數(shù)字采樣數(shù)據(jù)，通過將塊逐符號移位來將所述數(shù)字采樣數(shù)據(jù)分成固定長度的多個塊，并且對各個塊執(zhí)行頻率分析以選擇檢測到所述拍頻的塊，并且 其中，基于在所選擇的塊中檢測到的所述拍頻來控制所述本地振蕩光的頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光接收機(jī)，該光接收機(jī)還包括: 補(bǔ)償器，其被配置為通過對所述數(shù)字采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)字信號處理來對頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償；以及 控制器，其被配置為基于由所述頻率分析器檢測到的所述拍頻以及從所述補(bǔ)償器獲取的補(bǔ)償量來控制所述本地振蕩光的頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光接收機(jī)，其中，所述控制器控制所述本地振蕩光的頻率，并且同時，控制所述補(bǔ)償器不執(zhí)行頻率偏移補(bǔ)償。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光接收機(jī)，該光接收機(jī)還包括: 可變本地振蕩源，其被配置為在預(yù)定范圍內(nèi)改變所述本地振蕩光的頻率，并且在所述預(yù)定范圍內(nèi)按照規(guī)定的步長對所述本地振蕩光的頻率進(jìn)行掃描， 其中，所述頻率分析器對各個經(jīng)掃描的頻率執(zhí)行拍檢測，并且 其中，所述可變本地振蕩源按照檢測到所述拍頻的頻率來輸出所述本地振蕩光。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光接收機(jī)，其中，所述頻率分析器將所述數(shù)字采樣數(shù)據(jù)的獲取和頻率分析執(zhí)行兩次，以確定由所述拍頻表示的所述本地振蕩光的頻率偏移的方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光接收機(jī)，其中，當(dāng)頻率分析結(jié)果超過規(guī)定的閾值時，所述頻率分析器檢測到所述拍頻。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光接收機(jī)，該光接收機(jī)還包括: 監(jiān)測器，其被配置為監(jiān)測所述接收光信號的功率水平， 其中，所述頻率分析器根據(jù)下述的表或者根據(jù)規(guī)定了該表中的參數(shù)之間的關(guān)系的近似式來選擇所述閾值，其中在所述的表中，多個閾值與所述接收光信號的所述功率水平、所述拍頻、所述本地振蕩光的功率水平和所述檢波器處的增益中的至少一個關(guān)聯(lián)。
【文檔編號】H04J14/02GK104135324SQ201410183251
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月1日
【發(fā)明者】坂井良男, 赤司保 申請人:富士通光器件株式會社