專利名稱：相干相移鍵控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于進(jìn)行相移鍵控的相干檢測(cè)方法以及執(zhí)行所述方法的設(shè)備。背景絲正交相移鍵控(QPSK)是比簡(jiǎn)單的開關(guān)調(diào)制方案更具有帶寬效率的調(diào) 制方案。在有線和無線通信系統(tǒng)中，QPSK接收器通常具有用于提供執(zhí)行 QPSK調(diào)制方案通常所需要的類型的相干儉測(cè)的衞以鎖相環(huán)(PLL) 。 PLL 提^f吏得能夠?qū)振蕩器發(fā)送的光載波進(jìn)行相位和頻率跟蹤的反饋。M 振蕩器提供用于對(duì)踏送H4^1t^的調(diào)制載波進(jìn)行向下混頻(down mixing) 的基準(zhǔn)信號(hào)，在M信系統(tǒng)中，已經(jīng)提議使用光PLL的方案來實(shí)SM目干檢測(cè)。在這樣 的方案中，光接收器有用于對(duì)所接收到的調(diào)制光載波進(jìn)行向下混頻的本地光 振蕩器，并JLii有光PLL。光PLL反饋用于對(duì)絲規(guī)蕩器與光載波進(jìn)粉目 位和頻率同步的信息。逸感的是，光PLL的構(gòu)架常常難以實(shí)現(xiàn)。例如，常規(guī)的激光源常常有大 的行寬。大的行寬使得以數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行^目位同步變得困難。實(shí)際上，帶寬的相干光通信系統(tǒng)的iO艮。 發(fā)明內(nèi)容盡管相干光檢測(cè)器的一些常規(guī)方案已經(jīng)提iiUt過鎖相環(huán)(PLL)對(duì)儉測(cè) 器的M光振蕩器，但是在it^iU^測(cè)器的各種實(shí)施例數(shù)字地^^目移鍵控 (PSK)調(diào)制方案中的相干檢測(cè)所需要的同步。這些i^測(cè)器具有有^k^ 供這樣的相位和頻率同步的數(shù)字模塊，而不是將本地光源嚴(yán)格^目位和頻率 鎖定到接收的調(diào)制光栽波。相干PSK檢測(cè)的這種數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式可以在沒有與 光PLL有關(guān)的許多困難的情況下提供高通信帶寬。在一個(gè)方面中，本發(fā)明為PSK調(diào)制光載波的相干檢測(cè)提[種接收器。 所述接收器包括緣測(cè)器、數(shù)鵬換器以及數(shù)字艦。it^測(cè)器被配置為對(duì) 調(diào)制光載波和基準(zhǔn)光載波的兩個(gè)相位^*進(jìn)行混頻，以及產(chǎn)生表示通過上述混頻產(chǎn)生的光信號(hào)的#^以輸出信號(hào)。連^:^^換器，以接》|^^斤^^%出信號(hào)并>^^斤接收的樹^%出信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。連m字員，以接il^斤述數(shù)字信號(hào)，并執(zhí)行以下多個(gè)操作中的一個(gè)對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行混頻分 量之間的共W目位失準(zhǔn)4M嘗；提取所接收的數(shù)字信號(hào)的相位；以及才娘所接 收的數(shù)字信號(hào)估算兩個(gè)栽波之間的頻率偏移。在另一方面中，本發(fā)明提供了一種方法。所財(cái)法包括以下步驟將PSK調(diào)制光載波和基準(zhǔn)光栽波的第一和第二相位^i:進(jìn)行混頻；和產(chǎn)生對(duì)通過所 述混頻步驟所形成的光信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量的電信號(hào)。所ii^r法還包括以下 步驟對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，以生成一系列數(shù)字信號(hào)；估算所述數(shù)字信 號(hào)的相位的導(dǎo)數(shù);以及基于所估算出的導(dǎo)數(shù)對(duì)所述PSK調(diào)制光載波進(jìn)4沐碼。 在另一方面中，本發(fā)明描述了一種包括數(shù)字模塊的設(shè)備的特征。所述數(shù) 字皿凈皮配置成對(duì)PSK符號(hào)序列進(jìn)行估算，所述PSK符號(hào)序列通it^"數(shù)字 信號(hào)流進(jìn)行解碼iMt接收到的載波進(jìn)行調(diào)制，所述數(shù)字信號(hào)流是通過將所述 載波與基準(zhǔn)栽波向下混頻而產(chǎn)生的。所述數(shù)字，被配置為批ft以下操作中 的一個(gè)在所述下行混頻期間對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行共4^目位失準(zhǔn)^M嘗；提取所述 數(shù)字信號(hào)的相位；以及,所述數(shù)字信號(hào)估算經(jīng)調(diào)制的栽波與所4準(zhǔn)載波 之間的頻率偏移。


在附圖和具體實(shí)施方式
中描述了各種實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為 各種形式，而不限于在附圖和具體實(shí)施方式
中所描述的實(shí)施例。 圖1A示出了二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)的信號(hào)點(diǎn)的星座圖； 圖1B示出了正交相移鍵控(QPSK)的信號(hào)點(diǎn)的星座圖； 圖1C示出了 8相移鍵控(8PSK)的信號(hào)點(diǎn)的星座圖； 圖1D示出了 16相移^控(16PSK)的信號(hào)點(diǎn)的星座圖； 圖2 Ait接收器的示例性實(shí)施例的框圖，所述接收器,皮配置為采用差分 編碼對(duì)相移lt控(psk)調(diào)制光載波進(jìn)^^目干檢測(cè)；圖3是例示了圖2的光接收器的一個(gè)實(shí)施例中的光臉測(cè)器的特定實(shí)施例 的框圖；圖4a示出了由于共翻目位失準(zhǔn)、頻率偏移以及噪聲而導(dǎo)致失真之后的 qpsk調(diào)制值的計(jì)^4M^以分布；圖4b示出了圖4a的在進(jìn)行了4M嘗以消除平均共船目位失準(zhǔn)之后的 qpsk調(diào)制值的計(jì)算才;*^以分布；圖5a示出了存在頻率偏移和噪聲的qpsk信號(hào)值的計(jì)算4M^以分布；圖5b示出了對(duì)圖5a的在進(jìn)行了^M嘗以消除時(shí)間平均頻率偏移之后的 qpsk信號(hào)點(diǎn)的計(jì)^#擬；圖5c示出了由于共樹目位失準(zhǔn)、頻率偏移以及噪聲而導(dǎo)致失真之后的8psk調(diào)制值的計(jì)算才;^^以分布；圖5d示出了圖5c的在進(jìn)行^M嘗以消除平均共樹目位失準(zhǔn)和平均頻率偏 移之后的8psk調(diào)制值的計(jì)算才,以分布；圖5e示出了存在噪聲和頻率偏移的8psk調(diào)制值的相位的計(jì)^M^以分布；圖6例示了對(duì)光接收器進(jìn)4亍操怍的方法，所述方法4^供了采用差分編碼 對(duì)psk調(diào)制光栽波進(jìn)^^目干^"測(cè)；圖7a示出了圖2和圖3中的M收器的數(shù)字樓失(dm)的示例性實(shí)施例；圖7b示出了圖2和圖3中的M收器的dm的另選示例性實(shí)施例，其 中沒有數(shù)字地^^亍共糾目位失準(zhǔn)^H嘗。在各個(gè)圖中，相同的附圖標(biāo)iS^示具有相同功能的特征。務(wù)體實(shí)施方式圖1a到1d例示了各種類型相移鍵控(psk)的信號(hào)點(diǎn)，即符號(hào)。圖 1a示出了 >=^制psk (bpsk)星座圖，其中兩^H言號(hào)點(diǎn)0和1分別位于單 位圓上的0和7T方位角處。圖1b示出了正交psk (qpsk)星座圖，其中4個(gè)信號(hào)點(diǎn)o、 1、 2以及3分別位于單位圓上的0、 7T/2、 7T和37T/2方位角處。圖1c示出了 8psk星座圖，其中8 .^H言號(hào)點(diǎn)0、 1、 2、 3、 4、 5、 6以及7
分別位于單位圓上的M7i/4(M-0、 1、 2…7)方位角處。圖1D示出了 16PSK 星座圖，其中16憤號(hào)點(diǎn)0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 A、 B、 C、 D、 E以及F分別位于單位圓上的M7T/8 (M-O、 1、 2…15)方位角處。在圖1A到1D中，箭頭例示了釆用差分編碼的PSk信號(hào)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。在 BPSK、 QPSK、 8PSK以及16PSK中， 一個(gè)符號(hào)分別編碼l、 2、 3以及4比 特。這樣，箭頭包括多比特組的標(biāo)簽，多比特MA通過圖1A到1D的隱含的 BPSK、 QPSK、 8PSK和16PSK的信號(hào)點(diǎn)之間的^ft運(yùn)動(dòng)而編碼的。例如， 在差分QPSK方案中，可以例如通過比特對(duì)Ol、 00、 10和11對(duì)QPSK信號(hào) 點(diǎn)O到VhQPSK信號(hào)點(diǎn)O、 1、 2和3的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行差分編碼。在這里，各種類型的;5t^射器根據(jù)一個(gè)PSK方案(例如圖1A到1D的 采用差分編碼的PSK方案)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。然后，M收器10的各種實(shí) 施例還才緣同一 PSK方案(例如圖1A到1D的PSK方案中的一個(gè))通過差 分4支#經(jīng)調(diào)制的光載波進(jìn)^^碼。圖2示出了光栽波接收器10的示例，所述接收器被配置為對(duì)PSK調(diào)制 光栽波(例如，根據(jù)圖1A到1D的PSK方案中的一個(gè)PSK方案調(diào)制后的光 載波)扭/f勁目干差分^r測(cè)。光接收器10包括^光振蕩器12、 2x2光^r測(cè) 器14、差分放大器16A-16B、數(shù)模(D/A )轉(zhuǎn)換器18A和18B以及數(shù)字， (DM) 20。絲光振蕩器12將連續(xù)波(CW)基準(zhǔn)光栽》狄il!JiJ 2x2光檢測(cè)器14 的光腧入端B。 2x2光臉測(cè)器14的另一光腧入端A經(jīng)由光傳輸通道8從光 發(fā)送器6接收PSK調(diào)制光載波。光傳輸通道8可以是自由空間通道或光纖線 路。M光振蕩器12可以是例如CW相干光源，如^L管'^t管。CW基準(zhǔn)光載波在2 x 2光檢測(cè)器14中對(duì)PSK調(diào)制光載波進(jìn)行下行混頻。 為此，4^光振蕩器12被設(shè)計(jì)為生M準(zhǔn)光載波，所述載波的頻率^。近似 等于來自光發(fā)送器6的PSK調(diào)制光載波的頻率W。e 。但是，光接收器10沒 有光鎖相環(huán)(PLL) ， PLL將來自械光振蕩器12的基準(zhǔn)光載波的相位和頻 率嚴(yán)格地鎖定為來自itl送器6的PSK調(diào)制光載波的頻率。實(shí)際上，來自本 地光振蕩器12以;5Ut^送器6的光的行寬通常會(huì)產(chǎn)生足以破壞這種嚴(yán)格的光 同步的頻率變化。為此，相對(duì)于在光輸入端A處接收的PSK調(diào)制光栽波，本 地光振蕩器12的基準(zhǔn)光載波將通常同時(shí)具有相位偏移^和頻率偏移(即
A。-"。c)。實(shí)際上，由于兩個(gè)光源中的行寬的變化，所述頻率偏移應(yīng)當(dāng)及 時(shí)ll'漫地漂移。2 x 2光檢測(cè)器14在其光輸入端A和B處接收PSK調(diào)制光載波和CW 基準(zhǔn)光載波。^U&這些光栽波，2x2光儉測(cè)器在第一對(duì)電輸出端C和第二對(duì) 電輸出端D處生成模擬電信號(hào)。差介故大器16A和16B將這些電信號(hào)轉(zhuǎn)換為 模擬電壓V|和^ ，這些電壓攜帶有與在光腧入端A處接收的光載波上的PSK 相位調(diào)制相對(duì)應(yīng)的信息。例如，PSK調(diào)制光栽波的電場(chǎng)E,可以寫成 E,(,)-豐exp[/(汰+免+ to。c)]。對(duì)于所述PSK調(diào)制光栽波，2x2電it^"測(cè)器 14和差分放大器16A被配置為產(chǎn)生形式為 A'cos (汰+ fti+ t[dyoc — 的樹以 輸出電壓V,， 2x2電;5^^測(cè)器14和差分放大器16B被配置為產(chǎn)生形式為 A，sin + t[<yoc — <yi0]) 的^^^r出電壓v,。在這些形式中，沐具有期望的PSK相位調(diào)制信息，免是PSK調(diào)制光載波與CW M光栽波之間的相位偏移，-是共輒相位失準(zhǔn)。這里，沐在PSK星座圖中的取M由光發(fā)送器6發(fā)送并由光接收器10 #測(cè)的。對(duì)于對(duì)釆用BPSK、 QPSK、 8PSK和16PSK調(diào)制到接收光載波上的數(shù)據(jù)進(jìn)4沐碼的M收器10的實(shí)施例，變量ft將分別^U且(0，7t)、 {0，71/2,ti，3ti/2)、 {0，7t/4，7r/2，37r/4，71，57t/4，3tt/2，77t/4}以及{保|汰=1\171/8， M=0、 1...16} 中的值。這里，共輒相位失準(zhǔn)是7r/2與如下相對(duì)差之間的差光混頻器32A和32B 中的與所接收的光栽波相混頻的M光載波之間的差。共糾目位失準(zhǔn)是以2tt 為模定義的弧度角度。M來說，如果在光混頻器32A和32B中M光栽波的分量與調(diào)制光栽波以7t/2的相對(duì)相位差相混頻，那么不存在共樹目位失準(zhǔn)。圖3示出了圖2的光臉測(cè)器14的示例性實(shí)施例。光檢測(cè)器14可以例如 ^^常My^光臺(tái)(bench )技術(shù)例如在晶^:襯底上制造。M測(cè)器14包括光分離器30、 2x2光混頻器32A和32B、光波導(dǎo)34 和36、 M遲器38以;^對(duì)的平^^光電^l管40。光分離器30例如將接收 光的一個(gè)偏振^f 發(fā)^J'j每個(gè);^出端31。光分離器30的iW出端31經(jīng)由 光波導(dǎo)34、 36連接到光混頻器32A和32B。這兩個(gè)光混頻器32A和32B相 干iW在它們的光輸入端處接收的光進(jìn)行混頻，以在它們的輸出端處產(chǎn)生被 i^擇的';f^光。實(shí)際上，#^個(gè)光混頻器32A和32B都構(gòu)itA使得光混頻器32A和32B的ib渝出端上的所選擇的混合光的強(qiáng)度之間的差具有以上余弦和 正弦形式中的一個(gè)。光混頻器32A和32B可以例如是常規(guī)多模干涉(MMI) 器件。對(duì)于每個(gè)光混頻器32A和32B， 一對(duì)平衡光電4管40充當(dāng)針對(duì)發(fā)送 到光混頻器32A和32B的光輸出端的光的檢測(cè)器。在;5t^r測(cè)器14中，要么ife^38要么波導(dǎo)34、 36產(chǎn)生^光栽波的共 輒^fr之間的相對(duì)相^i^。 M,共輒襯是指基準(zhǔn)光栽波的、被傳遞到 光混頻器32A和32B的兩個(gè)^J:。相對(duì)相^4i^等于 即上至一l^數(shù) 的2;r倍的增加。小角度-是輸入到光混頻器32A和32B的^f之間的不期望 的共輒相位失準(zhǔn)。通常，可以認(rèn)為非#*^目位失準(zhǔn)角是對(duì)制造公差的限制 的結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換器18A和18B將A/D轉(zhuǎn)換器18A和18B的模擬電壓v,和V2數(shù) 字化為復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)序列r("。這里，丫(" = ^" + /^("，"廣，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換 器18A和18B處的采樣時(shí)間進(jìn)行索引。數(shù)字分量w"和^ot)滿足M才勤以 電壓V,和V2的上述余弦和正弦公式的數(shù)字化形式。這里，"T"表示A/D轉(zhuǎn)換 器18A和18B中的釆樣周期，"k"是用于對(duì)時(shí)間進(jìn)^t舉的整數(shù)變量，即l、 2、 3等。A/D轉(zhuǎn)換器18A和18B將復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)序列(即序列f(w)發(fā)送 到DM 20。DM 20對(duì)所述復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)y("序列進(jìn)行處理，以減小或消除不期望的 物理失真，然后對(duì)所得處理后信號(hào)進(jìn)，碼。這一處理減小了與i^t寬相關(guān) 的物理失真、ibf目位偏移、光頻率偏移以及可選的共糾目位失準(zhǔn)，所述共輒準(zhǔn)。在沒有這種校正的情況下，^t復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)y(/tn序列進(jìn)4沐碼的期間， 這些物理失真會(huì)引起系統(tǒng)誤差。解碼步驟修復(fù)已經(jīng)被調(diào)制到在ifc^入端A處 接收的光載波上的PSK信號(hào)點(diǎn)的與序列比特組(即Ww》)相對(duì)應(yīng)的序列估 算(即{7(")})。各種物理失真會(huì)影響復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)(即y&))的值。這些物理失真中的 幾個(gè)在圖2-3的DM 20中被4M嘗或校正。也就是說，通過光傳3^^^Ut^ 測(cè)產(chǎn)生的模擬失真是在數(shù)字域中而不是在其自身的模擬域中被^H嘗或校正 的。因此，光接收器10不需^ft^光振蕩器12嚴(yán)格同步于所接收到的調(diào) 制光載波的光PLL。
圖6例示了一種對(duì)PSK調(diào)制光栽波進(jìn)^^r測(cè)和解碼的方法72。例如可 以采用圖2-3的M收器10來旨所述方法72。方法72包括如下步驟通it^PSK調(diào)制光載波M相干光檢測(cè)，產(chǎn)生 與調(diào)制在接收光載^Lh的信息相對(duì)應(yīng)的樹以電信號(hào)(步驟74)。相干ibl^測(cè)^J:提取信息的步驟。所述光混頻，會(huì)將失真引A^^以電信號(hào)中，所述失 真涉及共樹目位失準(zhǔn)、相位偏移以及頻率偏移。所述失真會(huì)導(dǎo)致模擬電信號(hào) 偏離PSK星座圖。方法72包括將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)流的步驟(步驟75)。所述 數(shù)字信號(hào)由于在光傳,相干光檢測(cè)i^艮中產(chǎn)生的失真而失真。方法72包括 對(duì)數(shù)字信號(hào)執(zhí)行幾個(gè)步驟以消除M失真的步驟。的一個(gè)失真來自于基準(zhǔn)光栽波的^*之間的共一目位失準(zhǔn)，所述分 Ji^l于與調(diào)制后的光載波進(jìn)行光混頻。當(dāng)兩個(gè)被混頻的光^J:沒有71/2的 相對(duì)相位差時(shí)，所述共^目位失準(zhǔn)會(huì)失真PSK星座圖的形狀變形，輸出電檢 測(cè)信號(hào)將位于PSK星座圖上。脅來說，it^測(cè)和數(shù)字化會(huì)產(chǎn)生復(fù)數(shù)數(shù)字信 號(hào)流}^) = }^)"了#;)。由于所述共糾目位失準(zhǔn)，y("位于橢圓上而不是位 于關(guān)于圖1A到1D的PSK星座圖中信號(hào)點(diǎn)的圓上。為了明白這一點(diǎn)，我們 注意，y("的上iiX義為:YW^W—YsCAOKAOsinW + T^AOcosW)，其 中(A) = cos(汰+ + r 一oc 一 <wi0〗)，/ 2 (A)=爿，sin(汰+ + 7' &00C — t0 ])。才 這些式子得出<formula>formula see original document page 10</formula> w" —[i W]、[^("r+[i 2(W。 這樣，"0t)和f^)遵守一橢圓方程，所述橢圃的主軸相對(duì)于圖1的x軸被旋 轉(zhuǎn)45°。而且，當(dāng)共樹目位失準(zhǔn)角^非零時(shí)，所述橢圓有不為零的偏心率。由 此，基準(zhǔn)光載波的混頻分量的這種共輒相位失準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)偏離 PSK星座圖的信號(hào)點(diǎn)所在的圓。M調(diào)制光載波進(jìn)行編碼的過程中，被檢測(cè) 信號(hào)點(diǎn)的這種失真會(huì)引入系統(tǒng)誤差。方法72包括對(duì)復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)YW進(jìn)行變換以^M嘗在光混頻過程中共輒 相位失準(zhǔn)所引起的失真的步驟(步驟76)。 M來說，所述變換有以下形式^ — ^ (4) = K , F (/t) — Z2 0) = [T2 - ^ (A) . sin(^)] / cos(^)。 所述變換有皿斷^消除了 YW對(duì)平均共樹目位失準(zhǔn)角&的^ 性。也就 是說，所述變換有皿消除了 與基準(zhǔn)光載波的兩個(gè)光混頻分量的相對(duì)相 位之間的平均差之間的差。圖4A-4B示出的計(jì)算;M^以圖示意'I^例示了由共4^目位失準(zhǔn)引起的失 真以及在QPSK調(diào)制方案中上述變換的效果。圖4A分別例示了共糾目位失 準(zhǔn)、頻率偏移以及噪聲如何使檢測(cè)到的QPSK調(diào)制點(diǎn)分布失真。因?yàn)檫@^H^ 響，枱r測(cè)到的QPSK調(diào)制點(diǎn)看^iMi于橢圓形的環(huán)形區(qū)域中，所述橢圓有非 零偏心率。圖4B示出了對(duì)所;f^測(cè)到的QPSK調(diào)制點(diǎn)進(jìn)行變換步驟76的絲。 所述變換步驟將所檢測(cè)到的信號(hào)點(diǎn)移動(dòng)到圓形的環(huán)形區(qū)域，所述區(qū)域更好地 匹配QPSK星座圖的圓形形狀。YW的另一個(gè)失真是由狄送器和基準(zhǔn)光載波的斬寬引起的。通常， 這些欲寬具有近似高斯分布。所述分布具有常常隨時(shí)間緩'ltA動(dòng)的寬度。Y("的另 一個(gè)失真是由狄送器6與絲光振蕩器12之間的相位偏移$ 1 起的。相位偏移會(huì)將所抬r測(cè)到的數(shù)字信號(hào)的星座圖旋轉(zhuǎn)一固定角度。由此， 相位偏移會(huì)改變被調(diào)制到光載波上的PSK信號(hào)點(diǎn)的估算值。方法72包括對(duì)來自步驟76的變換后的數(shù)字信號(hào)(即ZW )相位P("進(jìn) 行差分的步驟(步驟77)。所述差分操作涉及取連續(xù)多個(gè)數(shù)字信號(hào)的相位差 (即P^-P(/t-1))的步驟。這些離散時(shí)間導(dǎo)lfc^^上不^L由行寬引起的走 動(dòng)失真,并且^J^上不會(huì)^Jt^送器6與本地振蕩器12之間的相位偏移失真。Y("的另一個(gè)失真是由PSK調(diào)制光載波與1^光栽波之間的光頻率偏 移it^的。光頻率偏移會(huì)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)(即Y^和Z^ )的星座圖的慢時(shí)間 旋轉(zhuǎn)。在解碼過程中，這種旋轉(zhuǎn)也會(huì)引起誤差。方法72包括對(duì)由步驟77的相位導(dǎo)數(shù)形成的星座圖的平均旋#^率進(jìn)行 測(cè)量的步驟(步驟78)。以離線的方式通過一大塊接收數(shù)字信號(hào)對(duì)所述旋轉(zhuǎn) 速率進(jìn)4于測(cè)量和取平均。方法72還包括對(duì)相位的導(dǎo)數(shù)(即P0t)-p(/t -1))進(jìn)行移位以4M嘗所述導(dǎo)數(shù) 的星座圖的平均旋#^率的步驟(步驟79) 。 M來說，才Mt相位p("的以 上形式， 相位差[P(k)-P(/t-1)]近似等于([沐("-汰(/t — 1)]+ —&(A: — l)] + r[ 0C(" — wi0(/t)])。在所勤目位差中，T是采樣周期的長(zhǎng)度，"71~州- (柳"是信號(hào)點(diǎn)的不期望的旋轉(zhuǎn)，即相位的
移位。所述失真會(huì)增長(zhǎng)，從而將相位差從PSK星座圖的信號(hào)點(diǎn)移開。在上述 步驟79處，移位是這樣一種^M嘗其14Ui消除了由于頻率偏移而導(dǎo)致的這 種失真，使得相位的導(dǎo)數(shù)^#在PSK星座圖的點(diǎn)附近。圖5A和5B示出的計(jì)算才M^真結(jié)果示意'1^例示了由頻率偏移和上述補(bǔ) 償所導(dǎo)致的失真。圖5A示出了頻率偏移和噪聲如何影響示例性的檢測(cè)到的 QPSK調(diào)制值的分布。檢測(cè)到的QPSK調(diào)制^lbt^Mi于圓形的環(huán)形區(qū)域。 圖5B例示了對(duì)頻率偏移的4hf嘗如何改變這種檢測(cè)到的調(diào)制點(diǎn)的星座圖，對(duì)星 座圖的旋轉(zhuǎn)的^W嘗^f吏得檢測(cè)到的調(diào)制點(diǎn)保持在QPSK星座圖信號(hào)點(diǎn)的位置的 附近的四個(gè)分離區(qū)域中。圖5C和5D示出的計(jì)算才/U^真結(jié)果例示了由于共樹目位失準(zhǔn)、頻率偏移 以及噪聲而導(dǎo)致的8PSK星座圖的失真，以;SJi述^M嘗的^。圖5C示出了 4M嘗之前的失真8PSK信號(hào)點(diǎn)的分布。失真8PSK信號(hào)點(diǎn)位于偏心橢圓形的 環(huán)形區(qū)域上而不是位于8PSK星座圖中的圓上。圖5D示出了對(duì)共to目位失準(zhǔn) 和平均頻率移位的^M嘗的效果。再一次，這些變換使檢測(cè)到的信號(hào)點(diǎn)移動(dòng)到 圓形的環(huán)形區(qū)域，并將這些點(diǎn)分離到明顯不同的組中，這些組位于原始8PSK 星座圖的8個(gè)信號(hào)點(diǎn)中的各信號(hào)點(diǎn)的附近。Y(yt)的另 一個(gè)失真是由光和電噪聲引起的。光噪聲近似為高信噪比 (SNR)的零平均值高斯噪聲，并近似為低SNR的均勻隨機(jī)噪聲。但A^斤述 噪聲會(huì)導(dǎo)^Wm。方法72涉;5L^于移位后的相位導(dǎo)數(shù)(即移位p("-p(n))來^W碼以 估算^L調(diào)制到調(diào)制光栽波上的PSK信號(hào)點(diǎn)的步驟(步驟80)。所述步4!K可 以包括以下步驟^f亍一種或更多種技術(shù)以^iM古算出的PSK信號(hào)點(diǎn)中的錯(cuò) 誤，從而顯著減少估，中的與噪聲相關(guān)的m的數(shù)目。圖7A示出了圖2-3的DM20的實(shí)施例，其中DM 20有4個(gè)級(jí)50、 52、 54和56的序列。級(jí)50、 52、 54和56數(shù)字iW在傳^T^/或銜以M測(cè)期間 使PSK調(diào)制光信號(hào)失真的物理影響進(jìn)M正或4M嘗。第一級(jí)50對(duì)1^光載波的共輒^*之間的共4^目位失準(zhǔn)進(jìn)M正。M 來說，第一級(jí)4M嘗相位;r/2與如下相位差之間的差模27r，即，光混頻器32A 與光混頻器32B中的基準(zhǔn)光栽波的^1:之間的相位差。第一級(jí)50將接收到的 復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)W/^轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的4M嘗復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)(ZW卜具體來說，DM
的第一級(jí)包括一個(gè)提供共樹目位失準(zhǔn)角度^的估M^的# 62和一個(gè)基于所估算出的角度夂^i復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)Y(w)的微63。第一,62 ^#估##& 。所述估^t^要么在M收器10的校準(zhǔn)期間被預(yù)設(shè)要么在辦期間動(dòng)態(tài)確定。所述估^M:這樣獲取的通秋各種PSK調(diào)制光載波值的復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)Y(W序列進(jìn)行測(cè)量，然后不定期地(occasionally)更新估算值&。 M來說，u("和V(A:)的上述公式意味著在沒有噪聲時(shí)[t/0t)]2和『("]2滿足以下線性公式<formula>formula see original document page 13</formula> 在糾期間，^6+2"V以測(cè)量作為[c/ot)]2的函數(shù)的[幣)]2的斜率b。才N^所述斜率，sin(么)(即"c，，)的值可以才Mtc-[1—|6|]/[1+|6|]這個(gè)關(guān)系式來確定。 作為示例，斜率b可以根據(jù)[一)]2 = /([咖)]2)例如通過線性回歸或最小二乘法 來找到。"c"的值還可以通過將一橢圓擬合到數(shù)據(jù)值uw和v(w來確定。為了it^噪聲導(dǎo)致的誤差，可以在低噪聲*下在校準(zhǔn)測(cè)試中確定^。然后，第 一模夾62僅旨賭^的固定校準(zhǔn)值。這樣一個(gè)固定值可能M夠了，因?yàn)?在其它實(shí)i例中，模塊62可以在光接收器10的,過程中按等間隔來重新 確定A 。第^T^ 63基于所確定的共糾目位失準(zhǔn)值A(chǔ) 4^it復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)Y("。 M來說，第J^^63^f亍以下變換<formula>formula see original document page 13</formula>和 <formula>formula see original document page 13</formula> 這些變換可以包括以下步驟例如在ROM表中^f亍表查詢，以才緣Y,("、Y, W以及sin(^)的測(cè)量值來確定丫2 W的變換值。如果共樹目位失準(zhǔn)角度^及^f古雞^相等，則以上變換將YW替換為具有以下形式的復(fù)數(shù)<formula>formula see original document page 13</formula> 即，當(dāng)在;5t^測(cè)器14中不存在共fef目位失準(zhǔn)時(shí)，Z("^l數(shù)數(shù)字信號(hào) Y(/t)的形式。第二級(jí)52包樹目位確定才莫塊64和相位差分塊65。相位估，塊64從每 一個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)字信號(hào)早)(即，按波特率)提Wt字相位值P(yt)。 M來說， 對(duì)于Z("的上述形式，每一相位p(w都有這樣的形式^M目位(P(&》中，變量 汰、ftt 仏廣以及^。的值可以隨離散時(shí)間變量"k"而變化，即按波特率變化。對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器18A和18B 的一個(gè)釆樣周期，差分塊65包括數(shù)字加法器66和延J^t件z-'。差分塊65 對(duì)相位PW進(jìn)行差分。蔣來說，按所述波特率，差分塊65輸出相位的離散導(dǎo)數(shù)，即一組值([p(k)-P(/t-1)]}。在所述導(dǎo)數(shù)中，差[&(yt)-l)]與PSK 調(diào)制光載波和CW基準(zhǔn)光栽波之間的相位偏移無關(guān)。也就是說，差 [6K"-6K"l)]近似為零平均值噪聲信號(hào)，因此，來自第二級(jí)52的數(shù)字輸出 信號(hào)^I4Ui與;^送器和光接收器10的光源之間的相位偏移無關(guān)。在一些實(shí)施例中，可以將第一級(jí)50的共fef目位失準(zhǔn)^M嘗處理與模塊64 的相位確定處理組合到一個(gè)表查找處理中。所述表查找處理可以基于 [Y, W + 的接收值來直接確定P(A:)。第三級(jí)包括頻率偏移估算器模塊67和頻率偏移4M嘗器模塊68。 頻率偏移估算器模塊67在取平均的時(shí)段中對(duì)關(guān)于相位差UP(k)-POt-卯 的數(shù)據(jù)進(jìn)行累積。如果頻率偏移的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的量值增大，那么縮短取平均的 時(shí)段。對(duì)于合適的統(tǒng)計(jì)，相位偏移的峰值由于頻率偏移(即7>。^)-a。W]) 而位于PSK信號(hào)點(diǎn)的移位值附近。由此，對(duì)頻率偏移的估算包括以下步驟 對(duì)相位差數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)折疊(circular folding) ， 4吏得適當(dāng)?shù)腜SK星座圖的 不同點(diǎn)的峰似目重合。圖5E例示了在對(duì)8PSK調(diào)制載波的折疊操作中使用的 樹財(cái)目位差數(shù)據(jù)。所述折疊操作將不同8PSK信號(hào)點(diǎn)的8個(gè)<%值重疊起來， 以增加頻率偏移的估算值的統(tǒng)計(jì)量。具體來說，這些峰值的寬度由與 [6KW-6KA-l)]相關(guān)的零平均值噪聲來確定。才娥這些峰值位置的角度移位， 頻率偏移估算器模塊67確定平均頻率偏移，即a vOt)，其為[w。c("-a。W] 的平均值。在計(jì)算峰值的平均位置時(shí)，考慮相位差的間隔的周期性質(zhì)是有好處的。 M來說，峰值的尾部可f汰生在間隔的一側(cè)，而峰值的大部分位于所述間 隔的另一側(cè)。用于在包裹(wrapped)的相位值的分布上找出平均值的一種 過程包括以下步驟例如才娥有許多點(diǎn)的區(qū)域的存在，對(duì)峰值位置進(jìn)行粗略 估算；將所述分布移位，使#^值遠(yuǎn)離間隔的邊界；對(duì)移位后的分布的點(diǎn)進(jìn)行平均；以及減去所述移位以估算頻率偏移。所逸基于移位的過程消除了峰值點(diǎn)位于間隔的兩側(cè)的情況，即，所述移位步驟#%值的所有信號(hào)點(diǎn)移動(dòng)到
相鄰的間隔。頻率偏移4M嘗器模塊68使用估算出的頻率偏移(即Aww )來按波特率 州嘗接收到的相位差(即[P(k)-P(yt-1)] ) 。 M來說，頻率偏移4hf嘗器, 68如下所定義的那樣對(duì)每個(gè)相位差進(jìn)行移位[岸)-岸-1)] 4腦=[単)--1)] - :TA (A:)如果頻率偏移在A^v的取平均時(shí)段上是恒定的，那么D0t)近似等于[(汰("-汰("l)+ 6K"1)]。這樣，如果各種#^嘗是精確的，則數(shù)字值(D("〉將表示差分編碼PSK信號(hào)點(diǎn)(即[(汰("-斷卜l)]),其JJ^上僅由于零平均噪聲(即([(6K"-6h("l川)而引起失真。第四級(jí)56包括一個(gè)或更多個(gè)解碼器，所^碼l^f吏用來估算對(duì)接 收到的光載波進(jìn)行調(diào)制的PSK信號(hào)點(diǎn)序列{X( n 。這樣的解碼器可以并皿 作，使得一個(gè)解碼器對(duì)每個(gè)PSK符號(hào)中的特定比特進(jìn)儲(chǔ)碼。這樣的解碼器 還可以按PSK逐符號(hào)的方式串行itkii摘碼。在進(jìn)行了解碼以產(chǎn)生x(")之后，其它設(shè)備(未示出)扭軒常規(guī)的镅誤校 正(例如向前4^^校正)，并利用幀信息來生成已發(fā)送PSK符號(hào)序列的最終 估算值。例如，這樣的幀信息可以用于消RM目對(duì)于發(fā)送器6已經(jīng)通過差分編 石g作編碼過的PSK信息的任何歧義之處。圖7B示出了圖2-3的DM 20的另選實(shí)施例。所述另選的DM 20只有三 個(gè)級(jí)52、 54和56，這些級(jí)用于數(shù)字JW"在傳^^/或樹^^測(cè)期間使得PSK 調(diào)制光信號(hào)失真的物理影響進(jìn)^it或4M嘗。M來說，所述另選的DM20 沒有用于對(duì)共糾目位失準(zhǔn)^f^M嘗的級(jí)50。作為替代，在^^域中例M過 在制造過程中對(duì)光檢測(cè)器14進(jìn)fr歐準(zhǔn)，M正所迷失真。由此，圖7B的DM 20接收輸入數(shù)字信號(hào)(即)，已經(jīng)針對(duì)共 目位失準(zhǔn)對(duì)所述輸入數(shù)字信 號(hào)進(jìn)行了妙。在一些實(shí)施例中，光接收器10包括可選的電子反饋回路42,所述回路 通過控制設(shè)備44松^控制^光振蕩器12的頻率。M來說，反饋回路 42監(jiān)控一對(duì)或更多對(duì)光電^ L管40的功率輸出。M在大的頻率偏移時(shí)，這 些光電^ l管對(duì)40的輸出功率會(huì)降低。反饋回路42可以提供光電^管40 的輸出功率的模擬測(cè)量值，或者例如通過DM 20提m字信號(hào)Y("的振幅的 測(cè)量值。在任一情況下，對(duì)CW基準(zhǔn)光載波的頻率叫。的這種松反饋控制僅 將^。設(shè)定在-HS^擇范圍內(nèi)，即，光電4管40具有不是很低的輸出功率的范圍。這樣的松反饋控制有助于##光電4管的高性能，但是沒有消除對(duì)DM進(jìn)一步有^^Jt數(shù)字相位和頻率偏移的需要。在一些實(shí)施例中，將圖2-3、 7A和7B的DM20實(shí)l Ufe^件或硬件與軟 件的結(jié)合體中。DM20可以包括輸A/輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)^i殳備、總線、 器以及"fif的數(shù)字處理器。數(shù)據(jù)^i殳備可以^f^幾器可^t指令的考1^， 和當(dāng)在"fit數(shù)字處理器中^Wt級(jí)50、 52和54的功能時(shí)用于扭/f亍這些功能的 數(shù)據(jù)。在其它實(shí)施例中，圖2-3 、 7A和7B的數(shù)字模塊20還可以是數(shù)字信號(hào)處 理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。這 些技術(shù)中的不同技術(shù)可以提高DM 20的按所需^fti^L進(jìn)行數(shù)字處理的性 能。參照?qǐng)D7A-7B,可以將方法72和DM 20并入其它類型的電磁輻射的接 收器中。例如，DM20的實(shí)施例可以是相干無線檢測(cè)器的一部分。在這樣的 實(shí)施例中，DM 20同樣可以提供對(duì)其它相干檢測(cè)器共有的共樹目位失準(zhǔn)、相 位偏移以及頻率偏移的^jEWM嘗。在沒有將M振蕩器的相位嚴(yán)^4貞定到接 iji^的調(diào)制栽波的相位的PLL的情況下，也可以扭軒這樣的數(shù)字4M嘗。才M^兌明書、附圖和權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1、一種接收器，用于對(duì)PSK調(diào)制光載波進(jìn)行相干檢測(cè)，包括光檢測(cè)器，被配置為對(duì)所述調(diào)制光載波與基準(zhǔn)光載波的不同相位分量進(jìn)行混頻，產(chǎn)生表示通過所述混頻操作所產(chǎn)生的光信號(hào)的模擬輸出信號(hào)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，被連接以接收所述模擬輸出信號(hào)，并根據(jù)所述接收的模擬輸出信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)；數(shù)字模塊，被連接以接收所述數(shù)字信號(hào)，并執(zhí)行以下操作中的一個(gè)針對(duì)所述混頻分量之間的共軛相位失準(zhǔn)，對(duì)所述接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償；提取所述接收的數(shù)字信號(hào)的相位；以及根據(jù)所述接收的數(shù)字信號(hào)估計(jì)所述兩個(gè)載波之間的頻率偏移。
2、 才N^權(quán)利要求l所述的接收器，其中所述數(shù)字^^被配置為對(duì)所述 PSK調(diào)制光載波進(jìn)4憤碼，以獲取具有至少四個(gè)信號(hào)點(diǎn)的PSK星座圖中的信 號(hào)點(diǎn)。
3、 才緣權(quán)利要求2所述的接收器，其中所述數(shù)字皿被配置為^f亍以下 多個(gè)操作中的兩個(gè)辦針對(duì)所述混頻相位^*的共樹目位失準(zhǔn)，對(duì)所述接 收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行外M嘗；從所述接收的數(shù)字信號(hào)中的每一個(gè)中提糾目位；以 及根悟所述接收的數(shù)字信號(hào)估計(jì)所述兩個(gè)載波的頻率偏移。
4、 才Nt權(quán)利要求2所述的接收器，其中所述數(shù)字^^:被配置為針對(duì)所述混頻分量的共輒相位失準(zhǔn)，對(duì)所述接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行^M嘗；對(duì)所述接收的 數(shù)字信號(hào)的相位進(jìn)行差分；以及根據(jù)所述接收的數(shù)字信號(hào)估計(jì)所述兩個(gè)載波 的頻率偏移。
5、 才Mt權(quán)利要求2所述的接收器，其中所述數(shù)字a包^^皮配置為^^J所述接收的數(shù)字信號(hào)估計(jì)所述兩個(gè)載波之間的頻率偏移的模塊；其中所述數(shù)字模塊包括被配置為佳月所述估計(jì)的頻率偏移，才Mt所述接 收的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移4W嘗后的數(shù)字信號(hào)的模塊； 其中所述數(shù)字^fe故配置為從所述頻率偏移4M嘗后的數(shù)字信號(hào)中提取調(diào) 制在所述光栽波中的數(shù)據(jù)。
6、 才緣權(quán)利要求2所述的接收器，其中所述;5t^r測(cè)器進(jìn)一步包括第一和 第二光混頻器，每個(gè)光混頻器都被連接以將所述接收的光栽波和所述基準(zhǔn)光 栽波的相位分量中的一個(gè)相位^1:進(jìn)#^頻。
7、 一種方法，其包括以下步驟將PSK調(diào)制光載波和基準(zhǔn)光載波的第一和第^f目位^f:進(jìn)fr^頻； 通過測(cè)量所述混頻步驟所形成的光信號(hào)的強(qiáng);tA產(chǎn)生電信號(hào)； 對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，以生成一系列的數(shù)字信號(hào)； 對(duì)所述數(shù)字信號(hào)的相位的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估算；以及 基于所述估算的導(dǎo)數(shù)，對(duì)所述PSK調(diào)制光載波進(jìn)4沐調(diào)。
8、 #4^權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟 對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字變換，以4M嘗所述第一分量與第二^f:之間的共扼相位失準(zhǔn)，并且其中所述估算步g于所述變換后的數(shù)字信號(hào)。
9、 ,權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟 從每一個(gè)所述數(shù)字信號(hào)中提擬目位；并且其中所述估算步驟確定所勤目位的導(dǎo)數(shù)。
10、 才緣權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟 基于所述估算的導(dǎo)數(shù)，估算所述多個(gè)光載波之間的頻率偏移。
全文摘要
一種接收器，用于對(duì)PSK調(diào)制光載波進(jìn)行相干檢測(cè)，包括光檢測(cè)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和數(shù)字模塊。所述光檢測(cè)器被配置為對(duì)調(diào)制光載波和基準(zhǔn)光載波的兩個(gè)相位分量進(jìn)行混頻，并產(chǎn)生表示通過上述混頻操作所產(chǎn)生的光信號(hào)的模擬輸出信號(hào)。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器被連接以接收模擬輸出信號(hào)，并根據(jù)所接收的模擬輸出信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。所述數(shù)字模塊被連接以接收數(shù)字信號(hào)，并執(zhí)行以下動(dòng)作中的一個(gè)針對(duì)混頻分量之間的共軛相位失準(zhǔn)，對(duì)所述接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償；提取所述接收的數(shù)字信號(hào)的相位；以及根據(jù)所述接收的數(shù)字信號(hào)估算所述兩個(gè)載波之間的頻率偏移。
文檔編號(hào)H04L27/22GK101213806SQ200680023426
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月15日
發(fā)明者A·B·萊文, 郭悅?cè)A, 陳陽(yáng)闿 申請(qǐng)人:朗迅科技公司