用于高階正交幅度調(diào)制信號的盲均衡的技術的制作方法
【專利說明】用于高階正交幅度調(diào)制信號的盲均衡的技術
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本專利文件要求于2014年3月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/955, 636的 優(yōu)先權權利。前述專利申請的全部內(nèi)容通過引用被并入，作為本文件的公開的一部分。
【背景技術】
[0003] 本專利文件涉及數(shù)字通信，且在一個方面中涉及光通信系統(tǒng)。
[0004] 存在對在應用領域中的數(shù)據(jù)通信例如無線通信、光纖通信等的日益增長的要求。 對核心網(wǎng)絡的要求尤其更高，因為不僅用戶設備例如智能電話和計算機由于多媒體應用而 使用越來越多的帶寬，而且設備（其數(shù)據(jù)通過核心網(wǎng)絡進行傳送）的總數(shù)日益增加。為了 盈利性并為了滿足日益增加的要求，設備制造商和網(wǎng)絡運營商繼續(xù)尋找可增加傳輸帶寬同 時可降低操作費用和基本建設費用的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文件除了別的以外還描述了用于高階正交幅度調(diào)制（QAM)信號的盲均衡技術 的多種技術。使用所公開的技術，可提高數(shù)字相干光學系統(tǒng)的性能。例如，與常規(guī)技術相比， 數(shù)字相干光學系統(tǒng)可提供快的收斂速度和低的反饋誤差。
[0006] 在一個方面中，提供了在光通信網(wǎng)絡中的接收機側(cè)實現(xiàn)的光通信方法。該方法包 括接收偏振復用光信號以及對所接收的光信號執(zhí)行兩步驟的偏振跟蹤過程以恢復由偏振 復用光信號攜帶的數(shù)據(jù)。
[0007] 在另一方面中，提供了在光通信網(wǎng)絡中的接收機側(cè)實現(xiàn)的光通信方法。該方法包 括接收偏振光傳輸；以及通過并行地應用兩種不同的算法來執(zhí)行偏振跟蹤過程。
[0008] 在另一方面中，公開了光接收機裝置。該裝置包括：接收機模塊，其接收光信號； 偏振跟蹤模塊，其通過對所接收的光信號執(zhí)行兩步驟的偏振跟蹤過程來計算反饋誤差并更 新FIR濾波器系數(shù)從而提供數(shù)字信號；以及載波恢復模塊，其接收數(shù)字信號并估計數(shù)字信 號的最佳相角。
[0009] 在又一方面中，提供了光接收機裝置且該光接收機裝置包括：接收機模塊，其接收 光信號；偏振跟蹤模塊，其通過并行地應用兩種不同的算法執(zhí)行偏振跟蹤過程來計算反饋 誤差并更新FIR濾波器系數(shù)；以及載波恢復模塊，其接收對應于經(jīng)均衡的碼元的數(shù)字信號 并估計該數(shù)字信號的最佳相角。
[0010] 在附圖、描述和權利要求中闡述了這些和其它方面及其實現(xiàn)和變化。
【附圖說明】
[0011] 圖1描繪光通信系統(tǒng)的例子。
[0012] 圖2描繪在光通信系統(tǒng)中的接收機側(cè)處的數(shù)字信號處理（DSP)的示例性過程。
[0013] 圖3描繪兩步驟的偏振跟蹤過程的第一步驟的方框圖。
[0014] 圖4描繪兩步驟的偏振跟蹤過程的第一步驟的示例性結(jié)構(gòu)。
[0015] 圖5描繪兩步驟的偏振跟蹤過程的第二步驟的示例性結(jié)構(gòu)。
[0016] 圖6、7、8、9和10示出使用利用兩步驟的偏振跟蹤過程的盲均衡的仿真結(jié)果的例 子。
[0017] 圖11示出就常規(guī)均衡過程和利用兩步驟的偏振跟蹤過程的盲均衡之間的解調(diào)性 能方面的實驗比較結(jié)果。
[0018] 圖12是光通彳目方法的流程圖表不。
[0019] 圖13是光通彳目方法的另一流程圖表不。
[0020] 圖14示出其中可實現(xiàn)面向判決的最小均方（DD-LMS)算法的系統(tǒng)的例子。
[0021] 在各個附圖中的相似的參考符號指示相似的元件。
【具體實施方式】
[0022] 圖1描繪光通信系統(tǒng)100,其中可體現(xiàn)目前公開的技術。一個或多個光發(fā)射機102 經(jīng)由光網(wǎng)絡104與一個或多個光接收機106通信地耦合。光網(wǎng)絡104可包括長度上從幾百 英尺（例如最后一英里距離）延伸到幾千千米（遠程傳送網(wǎng)絡）的光纖。所傳輸?shù)墓庑盘?可通過為了清楚而未在圖1中示出的中間光學設備，例如放大器、中繼器、開關等。
[0023] 對互聯(lián)網(wǎng)和專用線路服務的帶寬要求每年持續(xù)增長大約30%到50%，這由越來 越多的視頻流式傳輸和云計算、大數(shù)據(jù)、社會媒體和移動數(shù)據(jù)傳送的激增推動。與每Hz每 比特成本減少的希望相結(jié)合的這個趨勢使更高的頻譜效率（SE)和因而更大容量的基礎光 傳輸系統(tǒng)變得有吸引力。目前，l〇〇Gb/s的遠程傳送系統(tǒng)無論在發(fā)展中或在布置中都基于與 相干檢測和數(shù)字信號處理（DSP)相關的單載波偏分復用正交相移鍵控（PDM-QPSK)調(diào)制格 式。所實現(xiàn)的頻譜效率（SE)優(yōu)于常規(guī)50GHz光學光柵2bits/s/Hz，且因此系統(tǒng)容量在光纖 C波帶傳輸窗口中增加到大約lOTb/s。
[0024] 高階QAM調(diào)制可以是支撐業(yè)務增長的一種方式，因為較高階調(diào)制（例如大于16QAM 的星座）能夠?qū)崿F(xiàn)比PDM-QPSK的SE高得多的SE?？深A期以高階QAM調(diào)制格式的超過4bit/ s/Hz的SE，因此可預期通過充分利用單個光纖中在C和L波段上的有限帶寬的>40Tbit/S 的超大波分復用（WDM)容量。
[0025] 高階QAM廣泛用在數(shù)字電纜傳輸系統(tǒng)中，其中在電纜數(shù)據(jù)服務接口規(guī)范（DOCSIS 3.0)中規(guī)定了用于單載波系統(tǒng)的256QAM的調(diào)制格式，且結(jié)合低密度奇偶校驗（LDPC)糾錯 信道編碼提出了用于多載波情況的4096QAM的格式。提出了用于這樣的系統(tǒng)中的數(shù)字接收 機中的信號解調(diào)的盲自適應均衡器。然而，由于不同的信道損害和均衡機制例如偏振模色 散、偏振跟蹤、載波頻率偏移和激光器線寬導致的相位噪聲，目前不能直接在數(shù)字相干光學 系統(tǒng)中使用這些方法。
[0026] 在當前高階QAM光傳輸系統(tǒng)中使用面向判決的最小均方（DD-LMS)和級聯(lián)的多 模算法（MMA)。然而，純DD-LMS或MMA方法實現(xiàn)慢的收斂速度和穩(wěn)態(tài)下的高的均方誤差 (MSE)。新一代高階QAM光學相干系統(tǒng)不完全滿足于該性能。
[0027] 使用所公開的技術的實施可用于實現(xiàn)一個或多個優(yōu)點。例如，可提高數(shù)字相干光 學系統(tǒng)的性能，從而提供優(yōu)于常規(guī)DD-LMS和MMA技術的快的收斂速度和低的反饋誤差。
[0028] 圖2示出示例性的解調(diào)過程。如圖2所示，在前端的不完全補償、色散估計補償和 定時恢復之后應用盲均衡技術。盲均衡技術可用于64QAM和甚至更高階的調(diào)制格式（256、 1024或4096QAM)。此外，盲均衡技術可應用于相干光學系統(tǒng)。在一些實施方式中，盲均衡 技術包括兩步驟的偏振跟蹤和線寬容忍載波相位恢復。
[0029] 兩步驟的偏振跟蹤算法的一些實施方式如下進行。在第一步驟中，兩種不同算法 的組合在同一循環(huán)中應用，用于快速預收斂到穩(wěn)態(tài)和低的時間平均反饋誤差（MSE)。例如， 可在第一步驟中應用恒模算法（CMA)和DD-LMS算法的組合。這兩種算法共享具有多輸入 多輸出（MIMO) "蝴蝶"結(jié)構(gòu)的T/2間隔的時域FIR濾波器。改進的DD-LMS算法作為偏振 跟蹤的第二步驟繼續(xù)以進一步最小化MSE。
[0030] 對于載波恢復，可在兩步驟的偏振跟蹤算法的循環(huán)中估計并補償頻率偏移和載波 相位。它們也可在兩步驟偏振跟蹤算法之后在自相干光學系統(tǒng)中進行處理。單階段盲相位 搜索（BPS)方法或混合的BPS和最大似然（ML)算法可用于激光器線寬容忍的相位恢復。
[0031] 圖3是兩步驟的偏振跟蹤過程的第一步驟的方框圖表示。如圖3所示，位于信號 濾波塊310之后的誤差估計器塊300包括面向判決的誤差計算塊320和基于恒模的誤差計 算塊330。在一些實施中，面向判決的誤差計算塊320使用DD-LMS算法，且基于恒模的誤差 計算塊330使用CMA算法。不同于獨立的CMA或DD-LMS或級聯(lián)的CMA和DD-LMS的常規(guī)過 程，在信號濾波之后的誤差估計器塊300在循環(huán)中以并行方式依賴CMA和DD-LMS。此外，誤 差估計器塊300包括載波恢復塊340。因此，誤差估計器塊300可涉及DD-LMS部分中的載 波恢復，以用于更準確的判決輸出。因此，經(jīng)均衡的信號將朝著兩個模量和最近的判決點收 斂，這提供快的收斂速度和低的反饋誤差。
[0032] 組合的誤差計算塊提供組合的反饋誤差的輸出以更新FIR濾波器系數(shù)。當均衡過 程達到穩(wěn)態(tài)時，第二步驟以繼承的系數(shù)作為初始條件而繼續(xù)。
[0033] 圖4描述第一步驟的均衡過程的示例性結(jié)構(gòu)。在圖4中，e1 (i)表示在第一步驟 中的誤差信號，而Zx，y(i)表示經(jīng)均衡的所接收的碼元。此外，"i"是碼元時間指數(shù)，且"x" 和"y"分別表示兩個輸入的正交偏振信號。恒模Rx，y被設置為：
[0034]
[0035] 其中E表示統(tǒng)計期望值，而Z表示判決點。
[0036] 反饋誤差函數(shù)由下列公式給出：
[0037] 具有實部、虛部和組合的實部、虛部的偏振X被設置為：
[0040] e lx⑴=e lx，實部⑴+li ? e lx，虛部⑴[0041] 具有實部、虛部和組合的實部、虛部的偏振Y被設置為：[0042]
[0038]
[0039]
[0043]
[0044] ely(i) =ely，實部（i)+li?ely，虛部⑴
[0045] 圖5描繪兩步驟的偏振跟蹤過程的第二步驟的示例性結(jié)構(gòu)。在圖5中，e2(i)表 示在第二步驟中的誤差信號，而Zx，y(i)表示經(jīng)均衡的所接收的碼元。此外，"i"是碼元 時間指數(shù)，"x"和"y"分別表示兩個輸入的正交偏振信號。
[0046] 在第一步驟的預收斂到穩(wěn)態(tài)之后，增強的DD-LMS算法被應用以實現(xiàn)較低的MS