偏振多級信號光學(xué)接收裝置、偏振多級信號光學(xué)發(fā)送裝置以及偏振多級信號光學(xué)傳輸裝置制造方法
【專利摘要】當(dāng)解調(diào)偏振多級信號光時，改進(jìn)了光的信噪比。光學(xué)偏振多級信號接收裝置被提供有偏振多級接收器，該偏振多級接收器被配置為通過利用在符號A之前先前接收的至少一個偏振多級符號的偏振態(tài)、決策變量的先前值、以及決策結(jié)果，來產(chǎn)生用于估計(jì)符號A的狀態(tài)的至少一個估計(jì)符號Al到AN，對估計(jì)符號Al到AN以及符號A取平均以計(jì)算參考符號Ar，并且使用計(jì)算的參考符號Ar代替符號A來計(jì)算對應(yīng)于所接收符號R的偏振態(tài)變化的決策變量，其中R是所接收符號，并且A是用作針對變化的參考的至少一個先前符號。
【專利說明】偏振多級信號光學(xué)接收裝置、偏振多級信號光學(xué)發(fā)送裝置以及偏振多級信號光學(xué)傳輸裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在光纖上傳輸光學(xué)偏振多級(multilevel)信號。
【背景技術(shù)】
[0002]在超高速光纖傳輸中，波長復(fù)用傳輸系統(tǒng)被廣泛使用，在該系統(tǒng)中具有不同波長的多個光學(xué)信號被捆綁在一起進(jìn)行傳輸從而有效地利用信號傳輸可用的波長范圍(或頻帶)。在該傳輸系統(tǒng)中，發(fā)送側(cè)捆綁并發(fā)送具有不同波長的多個光學(xué)信號，而接收側(cè)接收被分路到原始波長的該光學(xué)信號，并且因此做出信號傳輸。
[0003]而且，為了有效地利用頻帶，正在研究偏振復(fù)用傳輸。偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)使用利用光的不同偏振態(tài)的復(fù)用技術(shù)。根據(jù)該系統(tǒng)，在發(fā)送側(cè)，利用獨(dú)立信息信號來調(diào)制的兩對光學(xué)信號被轉(zhuǎn)換到相互正交的偏振態(tài)以被復(fù)用然后被發(fā)送到光纖。光學(xué)信號的偏振態(tài)可以表不為邦加球(Poincare sphere)表面上的點(diǎn)。
[0004]此外，已知的是，在經(jīng)由光纖的傳輸期間，光學(xué)信號的偏振態(tài)會發(fā)生改變。偏振態(tài)的改變可以表示為邦加球表面上的隨機(jī)轉(zhuǎn)變。應(yīng)當(dāng)注意，傳輸期間的該改變之后，偏振態(tài)的正交性會保持。通過利用該特性，接收側(cè)執(zhí)行偏振態(tài)的轉(zhuǎn)變操作以及偏振態(tài)的分路操作從而把接收的光學(xué)信號分路成在發(fā)送側(cè)被復(fù)用的兩個原始光學(xué)信號。像這樣，偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)與使用相同波長寬度的波長復(fù)用系統(tǒng)相比，實(shí)現(xiàn)了兩倍的信息傳輸。
[0005]下面描述了用于實(shí)現(xiàn)光學(xué)偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)的技術(shù)，即，發(fā)送器處的光學(xué)偏振復(fù)用技術(shù)以及接收器處的光學(xué)偏振分路技術(shù)。首先，將描述作為偏振復(fù)用光學(xué)接收器的常規(guī)技術(shù)之一的相干偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)。P.J.Winzer, “Spectrally Efficient Long-HaulOptical Networking Usingll2_Gb/s Polarization_Multiplexedl6-QAM”， JOURNAL OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY，第28卷，第4期，2月15日，2010，第547-556頁是公開了支持該類傳輸系統(tǒng)的裝置的構(gòu)造的文檔之一。
[0006]包括圖1A和圖1B的圖1不出了常規(guī)數(shù)字相干偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)的例子。圖1A表示系統(tǒng)的偏振復(fù)用光學(xué)多級發(fā)送器100的構(gòu)造，圖1B表示系統(tǒng)的偏振分集相干光學(xué)多級接收器120的構(gòu)造。
[0007]偏振復(fù)用光學(xué)多級發(fā)送器100在光學(xué)分路器105把來自傳輸激光源104的非調(diào)制激光束輸出分成2路，并把2路信號輸入到兩個正交光場調(diào)制器106-1以及106-2。正交光場調(diào)制器(或者稱為IQ調(diào)制器)被配置有在例如鈮酸鋰的基板上并行布置的兩對MZ調(diào)制器。響應(yīng)于被應(yīng)用到MZ調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端子的快速調(diào)制的電壓信號，可以獨(dú)立地調(diào)制從輸出端子輸出的輸出光的光場的同相分量(I分量或者實(shí)部)和正交分量(Q分量或者虛部)。
[0008]將被發(fā)送的輸入信息信號101-1和101-2分別被多級編碼電路102_1和102_2編碼為多級信號(例如16QAM)。多級信號的同相分量和正交分量被D/A轉(zhuǎn)換器103-1到103-4以快速操作轉(zhuǎn)換為模擬電波形并且然后被輸入到兩個正交光場調(diào)制器106-1和106-2的同相調(diào)制端子和正交調(diào)制端子。
[0009]結(jié)果是，來自各個正交光場調(diào)制器106-1和106-2的輸出的光分別被轉(zhuǎn)變?yōu)樵诙S復(fù)平面上調(diào)制的獨(dú)立的多級調(diào)制光。它們被轉(zhuǎn)換使得偏振態(tài)相互正交，并且作為S偏振的光學(xué)調(diào)制信號108以及P偏振的光學(xué)調(diào)制信號109被輸入到偏振復(fù)用電路107，并且作為偏振復(fù)用光學(xué)多級信號111從輸出光纖110輸出。
[0010]圖2A是根據(jù)光學(xué)多級調(diào)制和偏振復(fù)用傳輸?shù)男盘栃亲氖疽鈭D。圖2A示出了作為根據(jù)光學(xué)多級調(diào)制的信號星座的例子的16級的正交幅度調(diào)制(16QAM)。在16QAM中，以網(wǎng)格模式布置了信號星座并且每個符號發(fā)送4個比特的信息。圖中的例子表示Q坐標(biāo)軸上的2個高位比特的值(lOxx, llxx, Olxx, OOxx)以及I坐標(biāo)軸上的2個低位比特的值(xxlO,xxll, χχΟΙ, χχΟΟ) ο
[0011]可以通過把多級電信號(在該例子中為4級)分別輸入到圖1中同相分量調(diào)制信號的輸入端子以及正交分量調(diào)制信號的輸入端子，并且指定同相分量和正交分量的場坐標(biāo)(i(t)，q(t))來產(chǎn)生這樣的多級信號。這時，從正交光場調(diào)制器106-1和106-2輸出的X偏振的光學(xué)調(diào)制信號的光場表示為(i(t)+jq(t))eXp(jon)。這里，ω是傳輸激光源104的光學(xué)角頻率，j是虛數(shù)單元。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)產(chǎn)生復(fù)的光場信號時，可以使用超高速DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生復(fù)的場信號的實(shí)部i(t)和虛部q(t)的電壓信號，并把它們施加到用于同相分量調(diào)制信號的輸入端子和用于正交分量調(diào)制信號的輸入端子。
[0012]圖2B表不偏振復(fù)用的概念。光波是電磁波的一種。因此，根據(jù)相對于光波傳播方向的光場振動方向，在光波中存在兩個獨(dú)立的正交的偏振態(tài)(例如，水平偏振和垂直偏振)。因此，兩個光場分量(圖中的S偏振分量和P偏振分量)可以被利用單獨(dú)的信息信號來調(diào)制、被復(fù)用并被發(fā)送。
[0013]返回圖1A的說明，從上述偏振復(fù)用光學(xué)多級發(fā)送器100輸出的偏振復(fù)用光學(xué)多級信號111經(jīng)過幾十或者幾千km的光纖被發(fā)送。在這種情況下，偏振復(fù)用光學(xué)多級信號111由于光纖中的色散等會受到傳輸損傷并且被圖1B中的偏振分集相干光學(xué)多級接收器120接收。這里，相干接收表示以下系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，將接收器內(nèi)部的本振激光源124的輸出光用作用于檢測光學(xué)信號的場分量的參考。
[0014]從輸入光纖122輸入的所接收的偏振復(fù)用光學(xué)多級信號121在被光學(xué)放大器123等適當(dāng)放大后被輸入到偏振分路光學(xué)90度混合電路125。偏振分路光學(xué)90度混合電路125把輸入信號分路成X偏振分量(同相和正交分量)和Y偏振分量(同相和正交分量)的四組光學(xué)信號，并把它們分別輸出到4個均衡光學(xué)接收器126-1到126-4。
[0015]應(yīng)當(dāng)注意，位于接收器內(nèi)的本振激光源124的光學(xué)頻率被設(shè)置為基本上與接收的偏振復(fù)用光學(xué)多級信號121的頻率相同，并且其輸出光被連接到偏振分路光學(xué)90度混合電路125的一個輸入端口。本振激光源124的輸出信號還經(jīng)過偏振分路光學(xué)90度混合電路125被分發(fā)到均衡光學(xué)接收器126-1到126-4。
[0016]在各個均衡光學(xué)接收器126-1到126-4中，輸入信號光以及本振光進(jìn)行干涉，并且從干涉中獲得的光被轉(zhuǎn)換成電信號。電信號在A/D轉(zhuǎn)換器127-1到127-4中被采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并且輸出到數(shù)字信號處理器。
[0017]在數(shù)字信號處理器中，首先，在半固定色散補(bǔ)償電路128處施加對應(yīng)于光纖傳輸路徑中疊加的色散的逆函數(shù)的分量。因此，補(bǔ)償在光纖傳輸路徑處受到的波形退化。其中的退化已被補(bǔ)償?shù)男盘柋惶峁┑狡癫ㄊ致菲?29。偏振波束分路器129檢測傳輸期間的正交偏振分量以執(zhí)行偏振轉(zhuǎn)變，并且分路并提取發(fā)送側(cè)的原始S偏振分量和P偏振分量。S偏振分量被輸出到米樣電路130-1并且P偏振分量被輸出到米樣電路130-2。在米樣電路130-1和130-2中，提取在波形的中央時間處的數(shù)據(jù)。之后，在頻率和相位估計(jì)電路131-1和131-2中，移除IF偏置頻率分量和相位波動分量。然后，在多級信號決策電路132-1和132-2,執(zhí)行多級/[目號的決策和解碼過程,并且獲得輸出/[目息/[目號133-1和133-2。
[0018]應(yīng)當(dāng)注意，通常，在接收器(轉(zhuǎn)發(fā)器)的隨后階段中，布置調(diào)幀器和糾錯電路。調(diào)幀器和糾錯電路分析接收的信號，找出數(shù)據(jù)幀的報頭，并利用在傳輸之前預(yù)先提供的糾錯信息來執(zhí)行糾錯處理，以及通過讀取報頭中的信息執(zhí)行信道以及監(jiān)視信息的處理。
[0019]下面描述除了上述偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)之外的其中利用光學(xué)信號的偏振的調(diào)制系統(tǒng)。這里，將描述利用光學(xué)信號的多個偏振態(tài)進(jìn)行信息傳輸?shù)膫鬏斚到y(tǒng)，該系統(tǒng)稱為偏振多級調(diào)制系統(tǒng)。例如在 S.Benedetto 的“Multilevel polarization modulation using aspecifically designed LiNb03device，，，IEEE photonics Technology Letters,第 6 卷，第8期，第949-951頁中公開了偏振多級調(diào)制系統(tǒng)。
[0020]下面基于圖3A-3D的邦加球圖來描述偏振多級調(diào)制系統(tǒng)的原理。邦加球通常是如圖3A所示半徑被歸一化(例如被歸一化為“I”)的球，并且對于典型的光學(xué)信號(偏振度足夠高)，偏振態(tài)可以表示為球表面上的點(diǎn)。當(dāng)如圖3A所示，邦加球的3個軸表示為S1、S2以及S3并且測量信號點(diǎn)(白色的圓)的經(jīng)度和緯度時，經(jīng)度用作表示偏振平面上傾斜方式的參數(shù)，緯度用作表示橢圓度的參數(shù)。
[0021]從圖3B中可知，邦加球上的每個位置都對應(yīng)于實(shí)際偏振態(tài)。例如，在SI軸和球體平面表面的交叉處，正側(cè)表示TE偏振(例如S偏振)，負(fù)側(cè)表示TM偏振(例如P偏振)。此夕卜，在赤道上(S3 = 0)，具有不同傾斜度的線偏振排列有序。在北極和南極，排列有順時針和逆時針圓偏振，并且球面上上述位置之外的大部分表示具有任意傾斜度和橢圓率的偏振態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，插入球中心的位于相對位置的球面上的兩個點(diǎn)表示相互正交的偏振。
[0022]在 S.Benedetto 的 “Multilevel polarization modulation using aspecifically designed LiNb03device，，IEEE photonics Technology Letters,第 6 卷，第8期，第949-951頁中提出的多級偏振調(diào)制系統(tǒng)是其中被設(shè)置在邦加球上的多個偏振態(tài)中的一個偏振態(tài)被有選擇地發(fā)送的多級調(diào)制。例如，圖3C表示在12級偏振調(diào)制(12PolSK)的情形下偏振態(tài)(信號點(diǎn))的分布示例。應(yīng)當(dāng)注意，如圖3C所示，12個信號點(diǎn)被布置為在信號之間具有寬間隔并且相互之間均勻地接近。邦加球上的每個信號點(diǎn)可以通過任意地調(diào)制光場的幅度和相位來產(chǎn)生，并且可以被用于偏振多級調(diào)制和常規(guī)多級調(diào)制的組合中。
[0023]圖4A和圖4B是使用數(shù)字相干技術(shù)的常規(guī)偏振多級傳輸系統(tǒng)的構(gòu)造圖。圖4A表示偏振多級光學(xué)發(fā)送器140的構(gòu)造并且圖4B表示偏振多級相干光學(xué)接收器143的構(gòu)造。
[0024]偏振多級光學(xué)發(fā)送器140把輸入信息信號101全部一起輸入到偏振多級編碼器141 (POLENC)中并將其編碼為預(yù)期的偏振態(tài)和場態(tài)。通過在此的編碼，產(chǎn)生具有任意幅度和相位的S偏振分量的光學(xué)調(diào)制信號108以及具有任意幅度和相位的P偏振分量的光學(xué)調(diào)制信號109。偏振復(fù)用電路107相干地復(fù)用兩個光學(xué)調(diào)制信號108和109,產(chǎn)生任意的偏振多級和光學(xué)多級信號142。
[0025]圖4A所示的偏振多級光學(xué)發(fā)送器140的裝置構(gòu)造基本上與圖1A所示的偏振復(fù)用光學(xué)多級發(fā)送器100的構(gòu)造相同，區(qū)別在于由于S偏振光學(xué)調(diào)制信號108和P偏振光學(xué)調(diào)制信號109的相干疊加的需要，必須高精度地建立路徑長度和/或調(diào)制時間，因此裝置的構(gòu)造變得稍微復(fù)雜。
[0026]圖4B所示的偏振多級相干光學(xué)接收器143的裝置構(gòu)造與圖1所示的偏振分集相干光學(xué)多級接收器120的構(gòu)造相似。區(qū)別之一是偏振波束分路器129 (圖1B)被替換為偏振狀態(tài)估計(jì)電路144 (圖4B)。當(dāng)前使用的光學(xué)傳輸裝置和/或光纖傳輸路徑的內(nèi)部部分并不具有在恒定方向上保持偏振主軸的機(jī)構(gòu)。因此，所接收的偏振多級信號的信號點(diǎn)在邦加球上的映射呈現(xiàn)了在傳輸時受到相對于信號星座在任意方向上的三維旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，如圖3D所示那樣。在圖3D中，該狀態(tài)被表示為赤道平面(陰影部分)的任意旋轉(zhuǎn)。因此，偏振多級相干光學(xué)接收器143被提供有偏振態(tài)估計(jì)電路144，作為估計(jì)原始偏振主軸方向(在圖中由虛線不意的S1、S2和S3)的機(jī)構(gòu)。此外，另一區(qū)別是多級信號決策電路132_1和132-2 (圖1B)被替換為偏振多級解碼器145 (圖4B)。偏振多級解碼器145基于偏振態(tài)和/或所接收星座的幅度和相位全部恢復(fù)所有的信息信號。
[0027]下面，描述除了上述偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)之外的利用光學(xué)信號偏振的調(diào)制系統(tǒng)。這里，描述差分偏振調(diào)制系統(tǒng)。差分偏振調(diào)制系統(tǒng)是通過利用所接收的符號與緊接在前的符號之間的偏振改變來發(fā)送信息的系統(tǒng)。例如，US專利N0.4831663公開了發(fā)送二進(jìn)制信息的例子。
[0028]圖5A-5C示出了差分偏振調(diào)制系統(tǒng)。在差分偏振調(diào)制系統(tǒng)中，如圖5A所示，進(jìn)行傳輸從而交替切換兩個正交偏振。圖5B是示出被映射到邦加球上的狀態(tài)轉(zhuǎn)變的視圖。在該系統(tǒng)中，當(dāng)偏振被切換時發(fā)送數(shù)字信息“1”，而當(dāng)偏振未改變時發(fā)送數(shù)字信息“O”。因此，支持該系統(tǒng)的接收器通過所接收的差分偏振調(diào)制光的相干外差檢測來解調(diào)所接收的符號，通過計(jì)算所接收的符號與緊接在前的符號之間的乘積或者差值來檢測相位或幅度的改變，并且基于檢測結(jié)果來解調(diào)信息信號。差分偏振調(diào)制系統(tǒng)能夠在不需要嚴(yán)格檢測偏振態(tài)的情況下發(fā)送信息，并且具有即使在偏振態(tài)快速改變的傳輸路徑中也不太可能受到損傷的優(yōu)點(diǎn)。
[0029]此外，J.Blaikie 等的 “Multilevel differential Polarization ShiftKeying”，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS，第 45 卷，第 I 期，I 月 1997 提出了其中級數(shù)量增加的差分偏振多級系統(tǒng)。通常，在高階差分偏振調(diào)制中，僅僅根據(jù)緊接在前的符號的偏振態(tài)S(n-l)來得到偏振態(tài)到偏振態(tài)S(η)的改變存在不確定性。這是由于不能唯一確定從S(n-l)到S (η)的轉(zhuǎn)變中邦加球的旋轉(zhuǎn)。因此，J.Blaikie等的“Multileveldifferential Polarization Shift Keying”， IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS,第45卷，第I期，I月1997中所公開的系統(tǒng)還利用了前兩個符號的偏振態(tài)S(n-2)。在該系統(tǒng)，定義了在連續(xù)兩個符號中并不發(fā)送相同偏振或相互正交偏振的規(guī)則。在支持該系統(tǒng)的接收器中使用的兩個決策變量dl (η)和d2(n)被定義為J.Blaikie等的“Multileveldifferential Polarization Shift Keying”，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS，第45卷，第I期，I月1997中的以下方程式(8)。
[0030]dl(n) = S(n)S(n_2)/(|S(n) I |S(n_2) I )(方程式 I)
[0031]d2(n) = S(n)S(n-l) XS(n-2)/| (S(n) I I S (n_l) X S (n_2) I )(方程式 2)
[0032]這里，dl(n)是 S (η)和 S (η_2)的歸一化內(nèi)積，d2 (η)是 S (η)和 S (η_1)與 S (η_2)的歸一化外積向量的歸一化內(nèi)積。[0033]圖6A-6E示意了多級差分偏振調(diào)制的原理。圖6A示意了在時間上連續(xù)接收的三個符號S(n-2)、S(n-l)和S(n)之間的位置關(guān)系。方程式I提供的dl是所接收的符號s(n)沿著圖6B所示經(jīng)過原點(diǎn)和s(n-2)的Dl軸測量的坐標(biāo)值。在該例子的情形中，s (η)位于dl = O的表面上。因此，dl = O。
[0034]另一方面，方程式2提供的d2是沿如圖6C所示的D2軸(平行于外積向量8(11-1)\8(11-2)，即正交于8(11-1)和s(n-2)兩者的軸)上測量的歸一化內(nèi)積。在該例子的情形中，S(η)正好位于D2軸上并且因此d2 = I。
[0035]如圖6C所示，Dl軸和D2軸都經(jīng)過球的原點(diǎn)并且相互并不平行。因此，可以把所接收符號的位置S(n)唯一地確定為坐標(biāo)(dl，d2)。如上所述，從兩個符號的位置定義了 dl軸和d2軸，并且確認(rèn)了(dl，d2)是關(guān)于先前兩個符號位置的差分解調(diào)結(jié)果。尤其對于針對改進(jìn)的偏振多級傳輸?shù)膫鬏斝识黾有盘桙c(diǎn)數(shù)量的情形中，這樣的多級差分調(diào)制是很有用的。
[0036]通常，在偏振多級調(diào)制系統(tǒng)中，當(dāng)增加了信號點(diǎn)的數(shù)量時(當(dāng)在二維邦加球表面上密集地分布大數(shù)量的信號點(diǎn)時)，信號點(diǎn)的校正決策將是不可能的，即使利用邦加球的輕微傾斜(即使利用偏振主軸的輕微旋轉(zhuǎn))也是如此。此外，在偏振多級調(diào)制系統(tǒng)中，信號點(diǎn)數(shù)量的增加使得在接收后檢測主軸或者追蹤主軸的改變非常困難。尤其是，當(dāng)SN的退化較大或者當(dāng)在偏振態(tài)中廣生快速波動時，在偏振軸的檢測中或在追S示中的錯誤出現(xiàn)，這使得接收變得不可能。
[0037]相比之下，在上述差分多級偏振調(diào)制系統(tǒng)中，基于兩個連續(xù)接收的符號之間的偏振差異等來做出符號決策，從而并不需要準(zhǔn)確和快速的偏振追蹤并且因此改進(jìn)了對抗快速偏振波動的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0038]然而，現(xiàn)有的差分偏振調(diào)制系統(tǒng)具有下述問題。
[0039]問題之一是由于增大的噪聲所致的接收靈敏度的下降。在差分偏振調(diào)制中，之前剛接收的先前符號的偏振態(tài)用作參考點(diǎn)并且基于偏振態(tài)相對于參考點(diǎn)的改變量來發(fā)送信
肩、O
[0040]然而，在長距離光纖傳輸中，當(dāng)由于位于傳輸路徑中的光學(xué)放大器的噪聲等的影響導(dǎo)致光學(xué)SNR下降時，偏振態(tài)的波動被分別獨(dú)立地疊加到將作為參考點(diǎn)的先前符號的偏振態(tài)S(n-l)和S(n-2)以及將被測量的當(dāng)前接收符號S (η)中。圖5C示出了當(dāng)存在上述噪聲時的影響。圖5C示出了二進(jìn)制差分調(diào)制中噪聲的影響。在圖中，SO (η)和SO (n-Ι)表示信號點(diǎn)的理想位置。此外，信號點(diǎn)偏振態(tài)的波動范圍被表示為以理想信號點(diǎn)為其中心的小圓(用陰影描繪)。
[0041]例如，假設(shè)，受噪聲的影響，信號點(diǎn)S(n)和S(n-l)的偏振態(tài)波動以致相互靠近，例如S (η)和S(n-l)。在這種情況下，測量它們的偏振態(tài)的改變并且發(fā)現(xiàn)它們的偏振態(tài)縮短了兩倍的噪聲量。結(jié)果是，光學(xué)SNR靈敏度下降了大約3dB。在這種情況下，與典型二進(jìn)制偏振調(diào)制相比，可能的傳輸距離被預(yù)期下降大約一半。
[0042]此外，圖6D表示不存在光學(xué)噪聲影響的情況下差分多級偏振調(diào)制的例子，并且圖6E表示存在光學(xué)噪聲影響的情況下差分多級偏振調(diào)制的例子。沒有噪聲的影響，SO (n-2)、SO(n-l)和S(n)提供的接收符號首先沿著如圖6D所示的90度球面上的赤道移動，然后沿著90度球面上的經(jīng)線移動。
[0043]相反地，在具有噪聲影響的情況下，如圖6E所示，轉(zhuǎn)變的形狀顯著改變。在圖6E的例子的情形中，移動追蹤近似為曲線。事實(shí)上，還在J.Blaikie等的“Multileveldifferential Polarization Shift Keying”，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS，第45卷，第I期，I月1997中，報告了，在二進(jìn)制差分偏振調(diào)制的理論靈敏度中，與二進(jìn)制偏振調(diào)制相比，SNR靈敏度下降2.4dB,并且，在6值的差分偏振調(diào)制的理論靈敏度中，與二進(jìn)制偏振調(diào)制相比，SNR靈敏度下降5.4dB。
[0044]另一問題是決策系數(shù)和/或識別值的方程式將根據(jù)差分多級偏振調(diào)制引起的信號點(diǎn)的位置和數(shù)量而改變。盡管J.Blaikie等的“Multilevel differential PolarizationShift Keying”，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS，第 45 卷，第 I 期，I 月 1997 新提出了用于檢測偏振平面中的改變的決策系數(shù)(例如dl和d2)，根據(jù)信號點(diǎn)的數(shù)量和/或布置來獨(dú)立地搜索合適的決策變量是非常麻煩的。此外，當(dāng)沒有得到合適的決策變量時，很可能顯著降低諸如接收靈敏度之類的性能。而且，決策變量的數(shù)量和/或方程式很可能根據(jù)緊在前的信號點(diǎn)S(n-l)與信號點(diǎn)s(n)的位置關(guān)系而發(fā)生改變，并且因此必須在實(shí)際接收器的實(shí)施中提供冗余計(jì)算和決策電路。此外，緊在前的符號的決策錯誤引起用于隨后符號的決策的決策方程式和電路中的錯誤，這很可能引起一連串的錯誤。
[0045]這里，提供了本發(fā)明的多個方面來解決上述問題。其一個例子是包括偏振多級接收器的偏振多級信號接收裝置，該偏振多級接收器被配置為從光學(xué)傳輸路徑被輸入其中在每個固定符號時間切換多個偏振態(tài)的偏振多級信號光，并且計(jì)算與每個符號時間接收的偏振態(tài)的改變對應(yīng)的決策變量從而解碼傳輸信息。
[0046]這里，R是接收符號，A是用作改變的參考的至少一個先前符號，偏振多級接收器通過利用在符號A之前先前接收的至少一個偏振多級符號的偏振態(tài)、決策變量的先前值以及決策結(jié)果來產(chǎn)生用于估計(jì)符號A的狀態(tài)的至少一個估計(jì)符號Al到AN，求估計(jì)符號Al到AN以及符號A的平均值來計(jì)算參考符號Ar，并且使用計(jì)算的參考符號Ar代替符號A來計(jì)算對應(yīng)于接收符號R的偏振態(tài)改變的決策變量。
[0047]本發(fā)明允許降低了可能在偏振多級信號光的接收中產(chǎn)生的SNR靈敏度的惡化。此夕卜，通過實(shí)施例的以下描述，除了已被描述的之外的目標(biāo)、構(gòu)造和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字相干偏振復(fù)用傳輸系統(tǒng)的構(gòu)造的圖；
[0049]圖2是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的可應(yīng)用到光纖通信中的光學(xué)多級調(diào)制和偏振復(fù)用的圖；
[0050]圖3是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)信號的偏振態(tài)和偏振多級調(diào)制的視圖；
[0051]圖4是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字相干偏振多級傳輸系統(tǒng)的構(gòu)造的圖；
[0052]圖5是示出二進(jìn)制差分偏振調(diào)制的原理的視圖；
[0053]圖6是示出多級差分偏振調(diào)制的原理的視圖；
[0054]圖7是示出根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置的構(gòu)造的圖；
[0055]圖8是示出根據(jù)第一實(shí)施例的偏振態(tài)的估計(jì)原理的視圖；[0056]圖9是示出根據(jù)第二實(shí)施例的多符號偏振估計(jì)電路152的構(gòu)造的圖；
[0057]圖10是示出根據(jù)第三實(shí)施例的多符號偏振估計(jì)電路152的構(gòu)造的圖；
[0058]圖11是示出根據(jù)第四實(shí)施例的差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180的構(gòu)造的圖；
[0059]圖12是示出用在根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)送器中的差分偏振預(yù)編碼電路181的構(gòu)造的圖；
[0060]圖13是示出根據(jù)第四實(shí)施例的差分偏振編碼和差分偏振解碼的操作的視圖；以及
[0061]圖14是示出用在根據(jù)第四實(shí)施例的接收器中的偏振差分提取電路190的構(gòu)造的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062]下面將基于附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明不限于稍后描述的實(shí)施例，并且各種變型可以落在本發(fā)明技術(shù)概念的范圍內(nèi)。
[0063]第一實(shí)施例
[0064]圖7示出了根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150的構(gòu)造。差分偏振多級信號151被從輸入光纖122輸入到數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150。數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150與常規(guī)差分偏振多級接收器的構(gòu)造基本相同。
[0065]也就是，數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150被配置有連接到輸入光纖122的光學(xué)放大器123,本振激光源124,偏振分路光學(xué)90度混合電路125,均衡光學(xué)接收器126-1到126-4，AD轉(zhuǎn)換器127-1到127-4，半固定色散補(bǔ)償電路128，偏振波束分路器129，采樣電路130-1到130-2，頻率和相位估計(jì)電路131-1和131-2，多符號偏振估計(jì)電路152，以及多級決策電路153。
[0066]根據(jù)該實(shí)施例的接收器與常規(guī)接收器的區(qū)別在于緊在多級決策電路153之前插入了多符號偏振估計(jì)電路152。多符號偏振估計(jì)電路152用于使用前幾個符號的決策變量的值以及決策結(jié)果進(jìn)行平均并移除前幾個符號的偏振態(tài)中所含的噪聲分量。電路的增加使得本實(shí)施例的接收器與常規(guī)接收器相比可以獲得具有較高準(zhǔn)確度的新決策變量。
[0067]下面描述符合差分偏振多級調(diào)制系統(tǒng)的光學(xué)信號經(jīng)輸入光纖122被輸入到數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150中的情形。
[0068]本實(shí)施例的多符號偏振估計(jì)電路152計(jì)算已降低噪聲的決策變量dlr(n)和d2r (η)。根據(jù)下面的方程式3和方程式4來提供決策變量dir (η)和d2r (η)。
[0069]dir (n) =S (η).Sr (η_2) / | S (η) I (方程式 3)
[0070]d2r (η) =S (η).Sr (η_1) X S (η_2) / | S (η) I (方程式 4)
[0071]本實(shí)施例的決策變量dir (η)和d2r(n)與常規(guī)決策變量dl (n)和d2 (η)相關(guān)聯(lián)。本實(shí)施例的決策變量dir (η)和d2r(n)與常規(guī)系統(tǒng)的不同在于使用平均的符號位置Sr (n_l)和 Sr(n-2)。
[0072]在本實(shí)施例中提出的平均符號位置Sr(n-l)和Sr(n_2)是減少了先前符號位置S(n-l)和S(n-2)中包含的噪聲的那些位置。在下面的說明中，對于每個平均符號位置Sr (η)，假設(shè)其幅度已經(jīng)被歸一化為“ I ”。
[0073]此外，盡管常規(guī)系統(tǒng)直接將先前檢測的接收的偏振態(tài)用作一個符號之前接收的符號S(n-l)，多符號偏振估計(jì)電路152利用進(jìn)一步先前的決策結(jié)果來估計(jì)一個符號之前接收的符號S(n-l)并使用估計(jì)的結(jié)果來計(jì)算平均符號位置。
[0074]在下文，Dl (η)和D2 (η)是用于決策變量dir (η)和d2r(n)的標(biāo)識決策的結(jié)果(決策結(jié)果)。這是由于先前的決策結(jié)果Dl (n-Ι)和D2(n-1)是使用作為參考的進(jìn)一步先前的符號位置S(n-2)和S(n-3)以及直到S(n_l)的偏振態(tài)的改變的估計(jì)而獲得的結(jié)果。然后，可以估計(jì)S(n-l)存在于在dl軸(S(n-3)軸)上的坐標(biāo)Dl(n_l)中并且存在于在d2軸(S (n-2) X S (n-3)軸)上的坐標(biāo) D2(n_l)中。
[0075]在這種情形中，可以通過下面的方程式5來得到使用S(n_2)和S(n_3)估計(jì)的S(n-l)的位置 S(n-llr_l。
[0076]S (η-1) r_l = Unit (Dl (η-1) *S (n-3) +D2 (n_l) *S (n-3) X S (n-2))(方程式 5)
[0077]這里，UnitO表示把幅度歸一化為“I”的函數(shù)，并且“_1”表示從被追蹤回之前一個的符號位置估計(jì)的偏振態(tài)。相似的，還可以如下來順序地定義S(n-2)、Sr(n-3)、……、Sr(n-1):
[0078]S (n-2) r_l = Unit (Dl (n-2) *S (n_4) +D2 (n-2) *Sr (n_4) X S (n-3))(方程式 6)
[0079]S (n-3) r_l = Unit (Dl (n-3) *S (n_5) +D2 (n-3) *Sr (n_5) X S (n_4))(方程式 7)
[0080]......[0081]S (n-1) r_l = Unit (Dl (n_i) *S (n-1_2)+D2 (n_i) *Sr (n-1_2) X S (n-1_l))(方程式8)
[0082]例如，通過把方程式6中的S (n-2) r_l代入方程式5中的S (n-2)，可以獲得使用進(jìn)一步先前的偏振態(tài)S(n_3)和S(n_4)來估計(jì)S(n_l)的下列方程式。
[0083]S (n-1) r_2 = Unit (Dl (η-1) *S (n-3) +D2 (η-1) *Sr (n_4) X S (n_l) r_l)(方程式 9)
[0084]此外，通過順序地將方程式7到方程式8代入方程式9而一個一個地增大i并且利用S(n-1)r_l代替S(n_i)，可以獲得用于S(n-l)的若干估計(jì)值S(n_l)r_l、S(n-l)r_2、......、S(n_l)r_k0
[0085]這些是通過使用在之前不同時間(準(zhǔn)確地，連續(xù)兩個時間獲得的偏振態(tài)來計(jì)算的用于S(n-l)的估計(jì)值。應(yīng)當(dāng)注意，由于這些值具有噪聲分量，如方程式10所示，一直到先前的k個位置對它們的位置進(jìn)行平均，以被減小噪聲的偏振態(tài)Sr(n-l)。
[0086]Sr (n-1) = Unit (S (η-1) +S (η-1) r_l+S (n-2) r_2+...S (n_l) r_k)(方程式 10)
[0087]相似的，可以根據(jù)方程式11估計(jì)S(n_2)的位置。
[0088]Sr (n-2) = Unit (S (n-2) +S (n-2) r_l+S (n-2) r_2+...S (n-2) r_k)(方程式 11)
[0089]然而，實(shí)際上，在方程式10和方程式11之間，觀察時間僅被偏移一個符號。因此，Sr (n-2)可以是通過對方程式10的計(jì)算結(jié)果延遲一個符號獲得的估計(jì)值。通過把以該方式獲得的Sr (n-Ι)和Sr (n-2)代入方程式3和方程式4獲得的結(jié)果dir (η)和d2r (η) 是根據(jù)本實(shí)施例的新決策變量。
[0090]圖8表示通過使用邦加球?qū)Ω鶕?jù)本實(shí)施例的偏振態(tài)的估計(jì)的展望。圖8示出了方程式10和方程式11估計(jì)的Sr (n-ι)和Sr (η_2)(在圖中灰色的兩個點(diǎn))的情形。
[0091]例如，通過對從先前接收的偏振態(tài)估計(jì)的S(n-l)r_l、S(n_l)r_2等等以及實(shí)際接收的偏振態(tài)S(n-l)進(jìn)行平均來獲得Sr (n-1)，并且如圖6D所示，Sr(n-l)更接近信號點(diǎn)SO(n-l)的真正位置。因此，更多了降低了噪聲，從而與直接使用接收的偏振態(tài)S(n)、S(n-l)和S (n-2)相比允許高度精確的信號決策。
[0092]應(yīng)當(dāng)注意，圖7所示的數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150采用了一旦在偏振波束分路器129處恢復(fù)發(fā)送側(cè)的偏振態(tài)的構(gòu)造。然而，原則上，由于差分偏振調(diào)制提取了偏振中的改變，并不必然需要在接收器中具有偏振波束分路器129。
[0093]然而，在常規(guī)數(shù)字相干接收器中，通常利用基于簡單算法(例如CMA (恒模算法))的通用適應(yīng)性蝴蝶FIR(有限脈沖響應(yīng))來實(shí)現(xiàn)偏振波束分路器129，并且在偏振分路的同時，偏振波束分路器129被用于使線性退化(例如傳輸路徑的殘余色散和偏振色散)均衡。
[0094]因此，在本發(fā)明中，如圖7所示，偏振波束分路器129被安裝在數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器中以補(bǔ)償退化。然而，不限于偏振波束分路器129，可以安裝對抗傳輸損傷的一些自適應(yīng)均衡器電路。
[0095]此外，盡管圖7示出了被配置為以數(shù)字相干方式接收被接收的信號并且檢測偏振態(tài)的接收器的構(gòu)造，但是還可以使用基于其它操作原理的光學(xué)接收器，只要其具有檢測偏振態(tài)的功能。例如，斯托克斯(Stokes)參數(shù)檢測器可以用作接收器，其把接收信號分成3路，并把各路信號輸入到具有檢測三個斯托克斯參數(shù)S1、S2和S3的功能的直接檢測接收器。這樣的斯托克斯參數(shù)檢測器被廣泛應(yīng)用在光學(xué)測量領(lǐng)域，以作為被配置為檢測光學(xué)信號的偏振態(tài)的偏振計(jì)。
[0096]第二實(shí)施例
[0097]圖9是示出多符號偏振估計(jì)電路152的構(gòu)造的圖。接收的偏振態(tài)S(n)作為偏振態(tài)輸入160被輸入到多符號偏振估計(jì)電路152。偏振態(tài)S(n)在符號延遲電路161-1、161-2、...、161-k處被順序地延遲。每個符號延遲電路161-1、161-2、...、161_k把每個輸入符號和輸出符號輸出到每個相應(yīng)的偏振態(tài)估計(jì)電路163-1到163-k。例如，偏振態(tài)估計(jì)電路163-1和163-2被實(shí)施有對應(yīng)于方程式8和方程式9的計(jì)算電路，從而基于先前兩個偏振態(tài)和決策結(jié)果Dl和D2來獲得在時間n-Ι的偏振態(tài)估計(jì)值S(n-l)r_i。如方程式10所示，在偏振態(tài)平均電路164處將這些值與S (n-Ι)的歸一化結(jié)果加在一起，并且，然后對它們進(jìn)行調(diào)整使得在偏振態(tài)平均電路164處幅度為恒定，從而產(chǎn)生參考符號Sr(n-l)。
[0098]延遲電路167-2、內(nèi)積電路166-1和166_2以及外積電路165是被配置為根據(jù)方程式3和方程式4從參考符號Sr(n-l)和歸一化接收符號S(n)/|S(n) I獲得決策變量dlr(n)和d2r(n)的電路。
[0099]決策電路168-1和168-2是被配置為分別確定決策變量dir (η)和d2r (η)并輸出該差分偏振解調(diào)的決策結(jié)果Dl (η)和D2 (η)的電路。
[0100]應(yīng)當(dāng)注意，盡管在該例子中利用的先前偏振態(tài)的數(shù)量是k，k可以是任意數(shù)量，只要其大于I。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，位于3到20的范圍內(nèi)的k提供了足夠的靈敏度改進(jìn)量。如本構(gòu)造圖所示，使用數(shù)字向量計(jì)算可以相對容易地實(shí)施多符號偏振估計(jì)電路152。
[0101]第三實(shí)施例
[0102]圖10示出了多符號偏振估計(jì)電路152的構(gòu)造的另一示例。在圖10中，與圖9相同的附圖標(biāo)記被提供給對應(yīng)的部分。本實(shí)施例與第二實(shí)施例之間的區(qū)別在于是否存在被配置為在對估計(jì)的偏振態(tài)進(jìn)行平均時提供加權(quán)的加權(quán)電路172以及最優(yōu)加權(quán)計(jì)算電路170。
[0103]通常，利用先前的信息來估計(jì)偏振態(tài)將導(dǎo)致增大的誤差。因此，以相同的比率對偏振態(tài)估計(jì)電路163-1、163-2到163-k的輸出偏振態(tài)進(jìn)行相加并不是最佳的。因此，以對較新的數(shù)據(jù)提供較大的加權(quán)值的方式來進(jìn)行相加，能夠以高質(zhì)量估計(jì)偏振態(tài)。
[0104]本實(shí)施例的最優(yōu)加權(quán)計(jì)算電路170被輸入有決策變量dl和d2、它們的決策結(jié)果Dl和D2、所接收的偏振態(tài)S (η)等，并且輸出加權(quán)信號171來優(yōu)化加權(quán)電流172的加權(quán)變量wl到wk，從而使決策誤差最小化。對于用于這樣的優(yōu)化的算法，可以利用被廣泛用于通信領(lǐng)域中的數(shù)字濾波器優(yōu)化的LMS(最小均方誤差)等。
[0105]應(yīng)當(dāng)注意，盡管在本實(shí)施例中示出了應(yīng)用適應(yīng)性最優(yōu)加權(quán)的例子，但是權(quán)重wl到wk可以被設(shè)定為固定值或者可以被人工調(diào)整。此外，盡管在實(shí)施例中由于需要保持幅度值恒定而插入了歸一化電路，當(dāng)計(jì)算結(jié)果被均衡時可以忽略歸一化電路。
[0106]此外，當(dāng)接收的偏振多級信號S(η)具有幅度調(diào)制分量時，幅度的大小可以被反映到S(n-l)以及偏振態(tài)估計(jì)值S(n-l)r_l、S(n_l)r_2、...、S(n_l)r_k。因此，在加權(quán)相加中，利用具有較大幅度的先前符號來估計(jì)的估計(jì)值被以較大的幅度來相加。結(jié)果是，在估計(jì)中，具有較大幅度較少噪聲的符號具有優(yōu)先權(quán)，從而能夠進(jìn)一步降低噪聲。
[0107]第四實(shí)施例
[0108]下面描述用作與上述數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150成對的差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器的例子。
[0109]圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180的構(gòu)造的圖。在圖11中，與圖4相同的附圖標(biāo)記被提供給對應(yīng)的部分。
[0110]差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180配置有偏振多級編碼器(POLENC) 141，差分偏振預(yù)編碼電路181，D/A轉(zhuǎn)換器103-1到103-4，傳輸激光源104，光學(xué)分路器105，正交光場調(diào)制器106-1和106-2，以及偏振復(fù)用電路107。本實(shí)施例的特征在于緊在偏振多級編碼器141之后提供差分偏振預(yù)編碼電路181。然而，用作與數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150成對的差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器并不限于圖11所示的構(gòu)造。
[0111]圖12是差分偏振預(yù)編碼電路181的不意圖。差分偏振預(yù)編碼電路181被一個符號接一個符號地順序輸入有由偏振多級編碼器141產(chǎn)生的偏振多級信號182。這里，S(η)表不符號序號為η的偏振多級信號182。偏振多級信號182是對應(yīng)于以數(shù)字值表不的偏振態(tài)的多維量。任何指示形式是有用的，只要其可以與任意偏振態(tài)(即邦加球上的點(diǎn))相關(guān)聯(lián)，并且其可以由三維斯托克斯向量、復(fù)瓊斯向量、邦加球上的經(jīng)度和緯度對等進(jìn)行指示。
[0112]S(η)被輸入到旋轉(zhuǎn)矩陣變換電路185并且輸出逐一與邦加球上的每個偏振態(tài)相關(guān)聯(lián)的R(η)，即，偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183。偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183是一個指示邦加球表面上剛體旋轉(zhuǎn)變換的變換矩陣。例如，當(dāng)斯托克斯向量用于表示s (η)時，s (η)是3列向量并且R(n)是3X3斯托克斯矩陣。
[0113]偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183 (R(n))被輸入到偏振旋轉(zhuǎn)計(jì)算電路186。偏振旋轉(zhuǎn)計(jì)算電路186將偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183 (R(η))與從另一端子輸入的偏振態(tài)T(η-1)相乘，并輸出T(n) ( = R(n)T(n-l))作為偏振預(yù)編碼信號184。
[0114]同時，T(η)在一個符號延遲電路187被延遲一個符號并作為一個符號之前的T(n-Ι)反饋回偏振旋轉(zhuǎn)計(jì)算電路186的輸入端子。因此，輸出信號Τ(η)得到了以連續(xù)累計(jì)的方式應(yīng)用偏振旋轉(zhuǎn)矩陣R(η)的信號。
[0115]下面描述在傳輸系統(tǒng)中執(zhí)行的差分偏振編碼和差分偏振解碼，在該傳輸系統(tǒng)中，本實(shí)施例的差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180用作發(fā)送器并且數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150用作接收器。
[0116]圖13A-C的圖示出了旋轉(zhuǎn)矩陣變換電路185的操作。圖13A中的白色圓圈形成輸入到旋轉(zhuǎn)矩陣變換電路185的S (η)的信號星座。圖13Α示出了其中8個信號點(diǎn)均勻連續(xù)地分布在邦加球上的8級偏振多級調(diào)制的例子。對于每個符號，S(n)位于白色圓圈的任意一個點(diǎn)上。
[0117]當(dāng)輸入有S(n)時，旋轉(zhuǎn)矩陣變換電路185輸出偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183，例如，該偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183使得圖中的黑色圓圈(坐標(biāo)點(diǎn)(S1，S2，S3) = (1,0,0))旋轉(zhuǎn)到S(n)。用于獲得這樣的旋轉(zhuǎn)的偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183并不限于一個矩陣。例如，考慮引起黑色圓圈沿著穿過該黑色圓圈和S(n)的較大圓圈(例如圖中以灰線示意的較大圓圈)以最短距離移動到S(n)的旋轉(zhuǎn)矩陣。此外，考慮提供相對于作為軸的S3的旋轉(zhuǎn)以及相對于作為軸的SI的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣的組合矩陣。
[0118]輸出偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183 (R(η))被輸出到偏振旋轉(zhuǎn)計(jì)算電路186。偏振旋轉(zhuǎn)計(jì)算電路186將偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183 (R(η))與從另一端子輸入的偏振態(tài)T(η_1)相乘并輸出Τ(η)(=R(η)T(η-1))作為偏振預(yù)編碼信號184。
[0119]同時，T(η)在一個符號延遲電路187被延遲一個符號并且作為一個符號之前的T(n-Ι)反饋回偏振旋轉(zhuǎn)計(jì)算電路186。因此，輸出信號Τ(η)得到了以連續(xù)累計(jì)方式應(yīng)用偏振旋轉(zhuǎn)矩陣R(n)的信號。下面的方程式提供偏振旋轉(zhuǎn)矩陣從時間O到時間η的累計(jì)結(jié)果。
[0120]T(n) =R(n)R(n-1)R(n-2)R(n-3)...R(I)T(O)
[0121]應(yīng)當(dāng)注意，由于接收側(cè)執(zhí)行差分檢測，初始狀態(tài)T(O)并不特別重要。
[0122]圖13B是從差分偏振預(yù)編碼電路181輸出并且因此從差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180輸出的偏振多級信號的信號星座。通常，信號點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)輸入的偏振多級信號182增加并且被轉(zhuǎn)變成復(fù)雜的信號。
[0123]應(yīng)當(dāng)注意，偏振旋轉(zhuǎn)矩陣183的必要條件是R和Q相等，其中接收器的決策變量的提取操作在矩陣計(jì)算中用Q(η)表示。該條件允許取消接收側(cè)的差分偏振檢測以及發(fā)送側(cè)的偏振預(yù)編碼。因此，如圖13C所示，可以獲得與圖13Α相同的信號星座。
[0124]通過參考圖14，將描述偏振差分提取電路190，當(dāng)被安裝在數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收器150的多符號偏振估計(jì)電路152的輸入階段處時，其是優(yōu)選的。
[0125]偏振差分提取電路190被輸入有來自頻率和相位估計(jì)電路131-1和131_2的偏振預(yù)編碼信號191 (Τ(η))。偏振預(yù)編碼信號191在偏振差分提取電路190中被分成兩路，一路作為偏振旋轉(zhuǎn)檢測電路193的y信號。另一路被輸入到參考偏振估計(jì)電路192。參考偏振估計(jì)電路192對偏振預(yù)編碼信號191進(jìn)行平均來降低噪聲并且將其輸出為在時間n-Ι處的估計(jì)信號Tr (n-Ι)。估計(jì)信號Tr (n-Ι)被輸入作為偏振旋轉(zhuǎn)檢測電路193的χ信號。
[0126]偏振旋轉(zhuǎn)檢測電路193被輸入有兩個偏振向量X和y并且計(jì)算沿著大圓圈從X移動到I的偏振態(tài)的改變，并且產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換矩陣y/x作為輸出信號。這里，由于發(fā)送側(cè)的偏振預(yù)編碼電路181的操作，存在y = T(n) =R(η)T(η-1)的關(guān)系。因此，偏振旋轉(zhuǎn)檢測電路193的輸出信號將是R (η)。
[0127]向量變換電路195以一個接一個的方式輸出對應(yīng)于輸入偏振旋轉(zhuǎn)變換R(η)的偏振態(tài)向量r。如果向量變換電路195的旋轉(zhuǎn)操作被預(yù)先定義為位于發(fā)送側(cè)的旋轉(zhuǎn)矩陣變換電路185的逆變換，則輸出偏振多級信號196等于輸入到發(fā)送側(cè)的差分偏振預(yù)編碼電路181的原始S (η)。結(jié)果是，在差分偏振多級信號中，可以在不引起信號點(diǎn)改變或者分布失真的情況下發(fā)送幾乎任何偏振態(tài)。
[0128]需要指出，作為對于差分偏振多級調(diào)制信號所需要的條件，如圖13Α所示，必須避開作為旋轉(zhuǎn)矩陣的參考的點(diǎn)(1，0，0)的相反側(cè)的點(diǎn)(_1，0，0)的附近。這是由于從(1，0，0)到(-1，0，0)的旋轉(zhuǎn)矩陣未定義。這里，偏振多級信號196被輸入到圖7所示的多符號偏振估計(jì)電路152。
[0129]結(jié)論
[0130]最后，將描述上述數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150以及差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180的處理功能的特征。需要注意，如上所述，數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150 (圖7)并不必須需要差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180 (圖11)的存在。
[0131]當(dāng)接收的符號被表示為R，并且用作改變參考的多個先前符號串被表示為A和B時，數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150通過利用在符號A和B之前先前接收的多個偏振多級符號的偏振態(tài)、決策變量的先前值、以及決策結(jié)果，來產(chǎn)生多個估計(jì)符號Al到AN以及BI到ΒΝ，用于估計(jì)符號A和B的狀態(tài)，將估計(jì)符號Al到AN以及符號A進(jìn)行平均以計(jì)算參考符號Ar和Br，并使用這些來代替符號A和B從而計(jì)算對應(yīng)于所接收的符號R的偏振態(tài)變化的決策變量。這允許數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150降低了決策變量中的噪聲。
[0132]因此，數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150通過對分別產(chǎn)生的估計(jì)符號Al到AN以及BI到BN進(jìn)行平均，降低了在差分多級偏振調(diào)制信號的解調(diào)過程期間用作偏振態(tài)變化的參考的參考符號Al和AN中包括的噪聲。因此，降低了噪聲對決策變量的影響，這允許更高的靈敏度。
[0133]這里，可以通過連續(xù)地組合進(jìn)一步先前接收的偏振多級符號的多個偏振態(tài)、決策變量的先前值、以及決策結(jié)果，來產(chǎn)生估計(jì)符號Al到AN以及BI到ΒΝ，從而各個估計(jì)符號具有相互獨(dú)立的噪聲，從而該取平均允許噪聲的降低。
[0134]此外，當(dāng)從符號A和B以及多個估計(jì)符號Al到AN以及BI到BN產(chǎn)生參考符號Ar和Br時，數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150計(jì)算加權(quán)平均，從而能夠?qū)崿F(xiàn)噪聲的進(jìn)一步降低。
[0135]在用于進(jìn)行平均的多個參考符號中，從進(jìn)一步先前接收的信息中估計(jì)的那些參考符號逐漸地失去其與真正的參考符號的相關(guān)性，因此，可以通過應(yīng)用加權(quán)加法使得較新參考符號具有較大權(quán)重，來進(jìn)一步改進(jìn)SN比。在這種情況下，如果使用被配置為通過最小均方誤差來使輸出誤差最小化的自適應(yīng)均衡濾波器來判定權(quán)重，則可以自動地最大化SN。
[0136]此外，數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150在用于計(jì)算加權(quán)平均的權(quán)重產(chǎn)生中采用自適應(yīng)均衡濾波器，從而自動確定最大化SN比的最優(yōu)權(quán)重。
[0137]此外，數(shù)字相干差分偏振多級光學(xué)接收裝置150執(zhí)行編碼，使得決策變量空間等同于(equalized to)邦加球表面上的位置，并且決策變量空間中的信號星座等于發(fā)送側(cè)的原始偏振多級信號的信號點(diǎn)位置，從而必須考慮差分編碼的影響，并且接收側(cè)的決策空間中的決策操作完全等同于典型邦加球上的偏振多級信號的多級決策，從而較容易地實(shí)現(xiàn)決策電路。
[0138]此外，由于決策變量空間中信號點(diǎn)的數(shù)量總是等于原始多級信號的信號星座或者信號點(diǎn)數(shù)量，如果布置原始信號點(diǎn)以便獲得最佳靈敏度，則能夠總是獲得最佳決策結(jié)果。
[0139]此外，這樣的差分偏振調(diào)制與具有相同信號星座的典型多級偏振調(diào)制相比，具有對抗作為光纖非線性效應(yīng)的相互偏振調(diào)制效應(yīng)的較強(qiáng)實(shí)力。由于即使產(chǎn)生相互偏振調(diào)制，參考符號和接收符號兩者遭受相同的偏振旋轉(zhuǎn)，從而基于兩者之間差異的決策變量不太可能改變。
[0140]另一方面，差分偏振多級光學(xué)發(fā)送器180具有安裝在其中的被配置為執(zhí)行編碼的差分偏振預(yù)編碼電路181，從而利用決策變量形成的決策空間等同于邦加球表面上的位置，并且決策變量空間內(nèi)的信號星座等于發(fā)送側(cè)的原始偏振多級信號的信號星座。在此的差分偏振預(yù)編碼電路181具有被配置為將用于傳輸?shù)姆柕钠駪B(tài)看做邦加球上的偏振旋轉(zhuǎn)變換R以執(zhí)行連續(xù)累計(jì)相加的電路。應(yīng)當(dāng)注意，由差分光學(xué)偏振多級接收器提取的決策變量具有等于旋轉(zhuǎn)變換Q的量，并且通過旋轉(zhuǎn)變換Q的逆變換給出偏振旋轉(zhuǎn)變換R。
[0141]對于這樣的編碼，特別地，假設(shè)差分偏振編碼電路被提供作為偏振旋轉(zhuǎn)變換R以及作為用于連續(xù)累計(jì)相加的電路，并且差分光學(xué)偏振多級接收器的決策變量提取操作等同于從旋轉(zhuǎn)變換Q到R的逆變換，發(fā)送側(cè)的差分編碼R抵消了接收側(cè)的差分偏振接收器中的差分操作Q，從而多級信號點(diǎn)的位置改變可以被抑制，這允許容易并有效地實(shí)施本發(fā)明。
[0142]此外，差分偏振調(diào)制信號的幅度和相位或者復(fù)數(shù)域可以被多級調(diào)制或者差分多級調(diào)制。在這種情況下，它們的結(jié)合使用允許增加的信息傳輸量，從而與上述實(shí)施例相比，可以實(shí)現(xiàn)具有進(jìn)一步更大的容量和更高效率以及對抗非線性的更高實(shí)力的傳輸系統(tǒng)。特別地，與差分多級調(diào)制的結(jié)合使用允許抑制相互相位調(diào)制和相互偏振調(diào)制，從而可以獲得具有對抗非線性的尤其更高實(shí)力的傳輸系統(tǒng)。
[0143]其它實(shí)施例
[0144]應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例并且因此包括各種變型。例如，為了更好地描述本發(fā)明，已詳細(xì)描述了上述實(shí)施例，并且因此，其并不必須受限于包括上述所有部件的實(shí)施例。此外，可以將一個實(shí)施例的部件替換為另一實(shí)施例的部件，并且還可以將一個實(shí)施例的部件增加到另一實(shí)施例的部件中。此外，對于每個實(shí)施例中的部分部件，可以增加其它部件、刪除或替換。
[0145]此外，對于上述相應(yīng)部件、功能、處理單元、處理模塊等，其部分或全部可以被實(shí)現(xiàn)為集成電路或其它硬件。此外，上述相應(yīng)部件、功能等可以由被配置為解釋并執(zhí)行實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的程序的處理器來實(shí)施。即，其可以被實(shí)施為軟件。實(shí)現(xiàn)每個功能的信息(例如程序，表格，文件等)可以被存儲在存儲器和/或硬盤、諸如SSD (固態(tài)驅(qū)動器)之類的存儲設(shè)備、以及例如IC卡、SD卡、DVD等的存儲介質(zhì)中。
[0146]此外，控制線路和信息線路指示了描述所必須的那些線路，因此并不表示產(chǎn)品所必須的所有控制線路和信息線路。在實(shí)際中可以認(rèn)為幾乎所有的部件都相互連接。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)偏振多級信號接收裝置，包括偏振多級接收器，所述偏振多級接收器被配置為從光學(xué)傳輸路徑被輸入有其中在每個固定符號時間內(nèi)切換了多個偏振態(tài)的偏振多級信號光，并且被配置為計(jì)算與每個符號時間內(nèi)的接收的偏振態(tài)變化對應(yīng)的決策變量，以解碼傳輸信息， 其中，當(dāng)R是所接收的符號并且A是用作針對變化的參考的至少一個先前符號時，所述偏振多級接收器通過利用在所述符號A之前先前接收的至少一個偏振多級符號的偏振態(tài)、決策變量的先前值、以及決策結(jié)果，來產(chǎn)生用于估計(jì)所述符號A的狀態(tài)的至少一個估計(jì)符號Al到AN，并且對所述估計(jì)符號Al到AN以及所述符號A取平均，以計(jì)算參考符號Ar，并且使用所計(jì)算的參考符號Ar來代替所述符號A來計(jì)算與所接收的符號R的偏振態(tài)的變化對應(yīng)的決策變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)偏振多級信號接收裝置，其中，當(dāng)從所述符號A以及至少一個估計(jì)符號Al到AN來產(chǎn)生所述參考符號Ar時，所述偏振多級接收器執(zhí)行加權(quán)平均。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)偏振多級信號接收裝置，其中，使用適應(yīng)性均衡濾波器來執(zhí)行所述加權(quán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)偏振多級信號接收裝置，其中，所述偏振多級信號光的幅度和相位或者復(fù)數(shù)域已被多級調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)偏振多級信號接收裝置，其中，所述偏振多級信號光的幅度和相位或者復(fù)數(shù)域已被差分多級調(diào)制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)偏振多級信號接收裝置，其中，當(dāng)將發(fā)送側(cè)的用于傳輸?shù)姆柕钠駪B(tài)視為邦加球上的旋轉(zhuǎn)變換R并且執(zhí)行連續(xù)累計(jì)相加來產(chǎn)生所述偏振多級信號光時，所述偏振多級接收器提取旋轉(zhuǎn)變換Q作為所述決策變量，所述旋轉(zhuǎn)變換Q的量等于所述旋轉(zhuǎn)變換R。
7.一種光學(xué)偏振多級信號發(fā)送裝置，包括被配置為對偏振多級信號進(jìn)行編碼的差分偏振預(yù)編碼電路，在所述偏振多級信號中，在每個恒定符號時間內(nèi)切換了多個偏振態(tài)，其中，所述差分偏振預(yù)編碼電路執(zhí)行編碼，使得決策變量空間等同于邦加球表面上的位置，并且決策變量空間內(nèi)的信號星座等于所述偏振多級信號的信號點(diǎn)位置，所述決策變量空間形成有與在接收側(cè)計(jì)算的在每個符號時間內(nèi)的所接收的偏振態(tài)的變化對應(yīng)的決策變量，用于對與所述偏振多級信號對應(yīng)的光學(xué)信號進(jìn)行解碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)偏振多級信號發(fā)送裝置，其中，所述差分偏振預(yù)編碼電路是被配置為將用于傳輸?shù)姆柕钠駪B(tài)視為邦加球上的旋轉(zhuǎn)變換R以執(zhí)行連續(xù)累計(jì)相加的電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)偏振多級信號發(fā)送裝置，其中，所述偏振多級信號的幅度和相位或者復(fù)數(shù)域已被多級調(diào)制。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)偏振多級信號發(fā)送裝置，其中，所述偏振多級信號的幅度和相位或者復(fù)數(shù)域已被差分多級調(diào)制。
11.一種光學(xué)偏振多級信號傳輸裝置，包括: 光學(xué)偏振多級信號發(fā)送裝置，其被配置為向傳輸路徑發(fā)送偏振多級信號光，在所述偏振多級信號光中，在每個固定符號時間內(nèi)切換了多個偏振態(tài)；以及 光學(xué)偏振多級信號接收裝置，其具有偏振多級接收器，所述偏振多級接收器被配置為從光學(xué)傳輸路徑被輸入所述偏振多級信號光，并被配置為計(jì)算與在每個符號時間內(nèi)的所接收的偏振態(tài)的變化對應(yīng)的決策變量，以解碼傳輸信息，其中，當(dāng)R是所接收的符號并且A是用作針對變化的參考的至少一個先前符號時，所述偏振多級接收器通過利用在所述符號A之前先前接收的至少一個偏振多級符號的偏振態(tài)、決策變量的先前值、以及決策結(jié)果，來產(chǎn)生用于估計(jì)所述符號A的狀態(tài)的至少一個估計(jì)符號Al到AN，并且對所述估計(jì)符號Al到AN以及所述符號A取平均，以計(jì)算參考符號Ar，并且使用所計(jì)算的參考符號Ar代替所述符號A來計(jì)算對應(yīng)于所接收的`符號R的偏振態(tài)變化的決策變量。
【文檔編號】H04B10/532GK103532628SQ201310336412
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】菊池信彥 申請人:株式會社日立制作所