相干光接收器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種相干光接收器和一種用于相干光接收器中的時(shí)鐘恢復(fù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長(zhǎng)途光纖系統(tǒng)的重要目標(biāo)是在最長(zhǎng)距離上傳輸最高數(shù)據(jù)吞吐量而不會(huì)在光電光 再生器中出現(xiàn)信號(hào)再生。假定通過(guò)光放大器并且最終通過(guò)纖維自身對(duì)帶寬施加的約束，重 要的是使頻譜效率最大化。大多數(shù)當(dāng)前的系統(tǒng)使用二進(jìn)制調(diào)制格式，例如對(duì)每個(gè)符號(hào)的一 位進(jìn)行編碼的斷續(xù)鍵控。
[0003] 先進(jìn)的調(diào)制格式結(jié)合相干接收器實(shí)現(xiàn)了高容量和頻譜效率。偏振復(fù)用、正交幅度 調(diào)制和相干檢測(cè)被視為用于下一代大容量光傳輸系統(tǒng)的優(yōu)勝組合，因?yàn)樗鼈冊(cè)试SW所有可 用自由度進(jìn)行信息編碼。
[0004] 使用正交幅度調(diào)制（qua化atureampli1:udemodulation,QAM)星座的商用設(shè)備 已經(jīng)在40和lOOGb/s光傳輸系統(tǒng)中可用。16-QAM很可能是用于400Gb/s光傳輸系統(tǒng)的候 選者。圖1中示出相干光接收器100的方塊圖。由于數(shù)字信號(hào)映射到兩個(gè)偏振中，因此使 用90?；旌?01來(lái)混合輸入信號(hào)102與本地振蕩器（localoscillator,LO)信號(hào)104,其 產(chǎn)生四個(gè)輸出信號(hào)1〇6(每個(gè)偏振兩個(gè)信號(hào)）。光信號(hào)102通過(guò)由光電二極管（單個(gè)PIN 或經(jīng)平衡的）和跨阻放大器（transimpedanceamplifier,TIA)構(gòu)成的光前端（optical 化ontend, 0陽(yáng)）103轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。由于信號(hào)功率可W隨時(shí)間而變化，因此快速自動(dòng)增益 控制塊105彌補(bǔ)信號(hào)功率變化。存在四個(gè)自動(dòng)增益控制（automaticgaincontrol,AGC) 塊105,其也可W是OFE塊103的組成部分。通常，歸因于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，一對(duì)AGC塊105通 過(guò)一個(gè)控制信號(hào)（VXwc用于X偏振，VYWC用于Y偏振；見(jiàn)圖1)來(lái)控制。然而，四個(gè)AGC塊 105可W通過(guò)4個(gè)獨(dú)立的控制電壓來(lái)控制。AGC塊105之后的信號(hào)108通過(guò)使用模數(shù)轉(zhuǎn)換 器（analog-t〇-digitalconve;rters，ADC)107 量化。 陽(yáng)0化]四個(gè)量化數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流110進(jìn)一步在數(shù)字信號(hào)處理（digitalsi即alprocessing DS巧塊109中處理，DSP塊109劃分成兩部分，即快速DSP硬件部分109a和慢速DSP軟件 部分109b。在DSP塊109中，一個(gè)補(bǔ)償色度色散（C虹omaticdispersion,CD)、偏振模色散 (polarizationmodedispersionPMD)、偏振旋轉(zhuǎn)、非線(xiàn)性效應(yīng)、LO噪聲、LO頻率偏移等。 慢速處理的估計(jì)（LO頻率偏移、CD等）可W在DSP電路109的軟件部分109b中進(jìn)行。 [0006] 圖2中呈現(xiàn)基本DSP塊200。在偏移和增益校正201之后，使用兩個(gè)快速傅立葉 變換（fastFouriertransformation,FFT)塊203在頻域中針對(duì)色度色散均衡四個(gè)信號(hào) 202。在頻率恢復(fù)塊205中去除頻率偏移。使用布置成蝶形結(jié)構(gòu)的有限脈沖響應(yīng)（finite impulseresponse,FIR)濾波器207在時(shí)域中進(jìn)行偏振追蹤、PMD補(bǔ)償和殘余CD補(bǔ)償。殘 余頻率偏移和載波相位恢復(fù)兩者在載波恢復(fù)塊209中進(jìn)行。當(dāng)在發(fā)送側(cè)應(yīng)用差分解碼時(shí)， 在解碼和帖檢測(cè)塊211中使用差分解碼器。在FFT塊203中有效補(bǔ)償CD。補(bǔ)償CD函數(shù)是
[000引其中A。是信號(hào)波長(zhǎng)，fS是采樣頻率、N是FFT大小，C是光速，n是抽頭數(shù)目，L是 纖維長(zhǎng)度并且D是色散系數(shù)。
[0009] 歸因于復(fù)雜度原因，針對(duì)每個(gè)偏振應(yīng)用僅使用復(fù)輸入的一個(gè)FFT塊301 (圖3)。逆 FFT(inverseFFT，IFFT)303與FFT301相同，但是在輸入和輸出處交換了實(shí)部和虛部。
[0010] 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，每個(gè)接收器的中屯、部分是時(shí)鐘恢復(fù)電路，其從傳入數(shù)據(jù)提取 頻率和相位并且促使本振時(shí)鐘源控制ADC的采樣率和采樣相位。第二特征在過(guò)采樣系統(tǒng) 中不太重要，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理塊對(duì)采樣相位不太敏感。對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)提出若干檢相器 (phasedetector,PD)。其中的一些頻繁用于實(shí)用系統(tǒng)：[K.H.米勒0(.H.Mueller)和M.穆 勒（M.Milller),IE邸通信會(huì)報(bào)（I邸ETransactiononComm.)，24 期，516-531 頁(yè)（1976 年）] 中描述了米勒和穆勒檢相器。[J.D.H.亞歷山大化化H.Alexander)，電子快報(bào)巧Iectron. Lett. )，111期，541-542頁(yè)（1975年）]中描述了亞歷山大檢相器。[F.加德納（F.Gar化er)， IE邸通信會(huì)報(bào)（I邸ETransactiononComm. )，34 期，423-429 頁(yè)（1986 年）]中描述了加 德納檢相器。[D.戈達(dá)德值.Godard)，IE邸通信會(huì)報(bào)（I邸ETransactiononComm. )，26 期，517-523頁(yè)（1978年）]中描述了戈達(dá)德檢相器。對(duì)于所有檢相器常見(jiàn)的是定時(shí)誤差檢 測(cè)器特性（跨符號(hào)間隔的PD輸出）極類(lèi)似于正弦函數(shù)。一個(gè)例外是亞歷山大的"開(kāi)關(guān)式" 檢相器（"bang-bang"phasedetector),其TEDC在存在噪聲的情況下同樣具有正弦形狀。
[0011] 米勒和穆勒PDW每個(gè)符號(hào)一個(gè)樣本起作用。其它PD用于雙重過(guò)采樣。
[0012] 針對(duì)復(fù)信號(hào)加德納PD的TEDC可W描述為：
[0013] T邸C(T) =E[real(X化T-T/化T)(巧化T+T)-巧化T-T+T))) ] (1)
[0014] 其中T是符號(hào)間隔，X是輸入信號(hào)，T是采樣時(shí)刻（在0與T之間），E是預(yù)期運(yùn) 營(yíng)商，并且*表示復(fù)共輛運(yùn)算。戈達(dá)德PD可W在FFT域中簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)譯為
(2)
[0016] 其中N是FFT大?。ǜ道锶~變換的大?。?，并且X是X化T/化T))，k= 0, 1，…N-I 的FFT。接收到的信號(hào)是過(guò)采樣的（每個(gè)符號(hào)兩個(gè)樣本）。
[0017] 基于奈奎斯特（Nyquist)脈沖的奈奎斯特傳輸用W頻率限制信道帶寬。運(yùn)允許更 好的信道包裝和自動(dòng)更高的頻譜效率。升余弦濾波器是低通奈奎斯特濾波器的實(shí)施方式， 良P，具有殘留對(duì)稱(chēng)的屬性的濾波器。運(yùn)意味著其頻譜呈現(xiàn)約1/2T的奇對(duì)稱(chēng)，其中T是通信 系統(tǒng)的符號(hào)周期。其頻域描述通過(guò)W下公式給出：
[0018]
[0019] 0《0《1 做
[0020] 并且W兩個(gè)值為特征：e，滾降系數(shù)；W及T，采樣周期。此類(lèi)濾波器的脈沖響應(yīng)通 過(guò)W下公式給出：
(4)
[0022] 依據(jù)歸一化的辛格函數(shù)。滾降系數(shù)0是濾波器的多余帶寬的量度，即所占用的超 出1/2T的奈奎斯特帶寬的帶寬。
[0023] 圖4中示出奈奎斯特濾波器的頻率400a和脈沖響應(yīng)40化。對(duì)于等于0的滾降系 數(shù)，實(shí)現(xiàn)了最小信號(hào)帶寬。
[0024] 減小滾降系數(shù)（roU-offfactor,R0F，0)破壞了時(shí)鐘音品質(zhì)。TEDC變得極小， 其產(chǎn)生較大且不受控制的抖動(dòng)。加德納PD針對(duì)在化/NO= 3地下的QPSK調(diào)制格式的TEDC 模擬結(jié)果500顯示出對(duì)于小ROF值存在嚴(yán)重時(shí)鐘音退化，如從圖5可見(jiàn)。對(duì)于大于0. 3的 ROF值，正弦TEDC變得可接受。 陽(yáng)0巧]對(duì)于相同情況，針對(duì)ROF= 0模擬更多TEDC特性600 (每512個(gè)符號(hào)一個(gè)）。圖6 中示出的結(jié)果說(shuō)明時(shí)鐘恢復(fù)問(wèn)題。TEDC極小且不同步。
[0026] [T.T.豐燈.T.Fang)，E邸通信會(huì)報(bào)（I邸ETransactiononComm. )，1 期，133-140 頁(yè)（1991年）]描述的方案700在PAM系統(tǒng)中使用第4功率操作W產(chǎn)生在波特率下的時(shí)鐘 音，如圖7中所圖示。此方法使用特殊的預(yù)濾器701和窄帶濾波器703來(lái)濾出時(shí)鐘音。其 實(shí)現(xiàn)對(duì)于小ROF值的時(shí)鐘提取但是對(duì)于更高ROF值未能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘提取。在模擬域中實(shí)現(xiàn)完 整的系統(tǒng)700,其中關(guān)于采樣頻率和時(shí)鐘提取之前的信號(hào)數(shù)字化不存在任何限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027] 本發(fā)明的目的是提供一種用于相干光接收器中的改進(jìn)的時(shí)鐘恢復(fù)的技術(shù)。
[0028] 此目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征得W實(shí)現(xiàn)。其它實(shí)施形式通過(guò)附屬權(quán)利要求、描 述W及圖式清楚可見(jiàn)。
[0029] 用于改進(jìn)的時(shí)鐘恢復(fù)的技術(shù)可W通過(guò)使用前饋和后饋時(shí)鐘恢復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述時(shí)鐘 恢復(fù)通過(guò)提供定時(shí)誤差檢測(cè)特性（timingerrordetectioncharacteristic,TDEC)信號(hào) 用于時(shí)鐘偏移和相位偏移補(bǔ)償?shù)臋z相器禪合。
[0030] 為了詳細(xì)描述本發(fā)明，將使用W下術(shù)語(yǔ)、縮寫(xiě)和符號(hào)： 陽(yáng)03UQAM:正交幅度調(diào)制，
[0032] QPSK:正交相移鍵控， W33] LO:本地振蕩器， 陽(yáng)〇34] 0陽(yáng)：光前端，
[0035] PIN:正-本征-負(fù)，
[0036] AGC:自動(dòng)增益控制， W37] ADC:模數(shù)轉(zhuǎn)換器，
[0038] DSP:數(shù)字信號(hào)處理，
[0039] CD:色度色散， W40]PMD:偏振模色散，
[0041]FFT:快速傅里葉變換， 陽(yáng)0創(chuàng)FIR:有限脈沖響應(yīng)， 陽(yáng)0創(chuàng)PD:檢相器， W44]T邸C:定時(shí)誤差檢測(cè)特性， W45]ROF:滾降系數(shù)，
[0046]TR:定時(shí)恢復(fù)， W47]FF-TR:前饋定時(shí)恢復(fù)， W48]FB-TR:后饋定時(shí)恢復(fù)， W49]CR:時(shí)鐘恢復(fù)，
[0050]LPF:低通濾波器，
[00川DAC:數(shù)模轉(zhuǎn)換器 |；0052]VCO:壓控振蕩器， 陽(yáng)05引UI:單元間隔，
[0054]CDU:時(shí)鐘分布單元， 陽(yáng)化日]OFDM:正交頻分多路復(fù)用。
[0056] 根據(jù)第一方面，本發(fā)明設(shè)及一種相干光接收器，所述相干光接收器包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換