專利名稱：用于自適應(yīng)色散補償?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于自適應(yīng)色散補償?shù)姆椒ê脱b置。本發(fā)明可以用于包括偏振復(fù)用傳輸?shù)乃蟹N類的光傳輸形式。
背景技術(shù)：
為了滿足對于具有每年業(yè)務(wù)增長率約40-50%的因特網(wǎng)帶寬的增長需求，電信部件供應(yīng)商面對增加光纖利用的譜效率的任務(wù)。在10 (ibit/s系統(tǒng)(G-千兆)在二十世紀(jì)九十年代成功之后，在最近幾年中，針對40 (ibit/s的解決方案變得可用。標(biāo)準(zhǔn)化和研究現(xiàn)在關(guān)注于100 (ibit/s系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)具有作為下一代系統(tǒng)的最可能調(diào)制形式的相干偏振復(fù)用(CP)QPSK (正交相移鍵控)。由于偏振復(fù)用利用兩個光偏振，所以以每秒 25-28 G符號的速率發(fā)送信號是可能的，因此，很好地適應(yīng)了 DWDM (密集波長分集復(fù)用)光系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)50 GHz網(wǎng)格。E.g. Seb J. Savory 的"Digital filters for coherent optical receivers，，， Optics Express 16，No. 2，pp. 804-817，2008年1月9日描述了具有色散補償?shù)钠穹旨瘡?fù)用(polmux)傳輸系統(tǒng)的原理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于自適應(yīng)色散補償以及可以由傳遞函數(shù)集合描述的任意其他線性失真(例如，濾波器)的均衡的方法和裝置。該目的通過記載在方法權(quán)利要求1、2中和裝置權(quán)利要求12和13中的特征來實現(xiàn)。在權(quán)利要求18中描述了相干偏振分集復(fù)用接收器。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于自適應(yīng)色散補償?shù)姆椒?，包括下述步驟 -對接收的光信號進行解調(diào)并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣，
-將所述采樣饋送到補償濾波器， -根據(jù)色散值將所述補償濾波器設(shè)置為補償函數(shù)， -輸出經(jīng)修正的采樣， -根據(jù)所述經(jīng)修正的采樣來計算比較值，
-根據(jù)所述經(jīng)修正的采樣來計算誤差值并且存儲估計的最小誤差值， -根據(jù)預(yù)定色散范圍內(nèi)用變差改變的其他色散值來應(yīng)用其他補償函數(shù)，以及 -根據(jù)所述最小誤差值來設(shè)置最佳濾波器補償函數(shù)。因為時域均衡器的自適應(yīng)長度隨信號擴展而以指數(shù)方式增加，所以該方法對于適中的色散值和短傳輸鏈路例如長達(dá)200 km是合適的。還提供一種用于自適應(yīng)色散補償?shù)姆椒?，包括下述步驟 -對接收的光信號進行解調(diào)并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣，
-將N個采樣饋送到FFT單元， -將所述N個采樣轉(zhuǎn)換為譜函數(shù)，-根據(jù)色散值將補償單元設(shè)置為譜補償函數(shù)， -將經(jīng)過修正的譜函數(shù)轉(zhuǎn)換為經(jīng)過修正的采樣， -根據(jù)所述經(jīng)過修正的采樣來計算比較值，
-根據(jù)所述經(jīng)過修正的采樣來計算誤差值并且存儲估計的最小誤差值， -根據(jù)預(yù)定色散范圍內(nèi)用變差改變的其他色散值來應(yīng)用其他補償函數(shù)，以及 -根據(jù)所述最小誤差值來設(shè)置最佳濾波器補償函數(shù)。該方法適合例如200 km及以上的傳輸鏈路。在未決權(quán)利要求中描述了其他有利特征。相干接收使得使用數(shù)字信號處理來補償大的色度色散值成為可能，因此允許消除光色散補償光纖并且減少放大器數(shù)量，從而節(jié)省系統(tǒng)中的成本。色散是可以由全通傳遞函數(shù)分析地描述的線性效果。由以下等式給出了省略了高階項的近似
G(z, ) = esp(-j￡)--ζ)
2m 2
其中々是以[ps/nm/km]為單位的光纖色散參數(shù)，λ是參考波長，ω是根據(jù)參考頻率的角頻率偏移，c是光速并且ζ是以km為單位的傳輸距離。如果由D*z[pS/nm]給出的總色散已知，則可以將濾波器設(shè)置為逆色散值并且如果信號至少是兩倍過采樣的，則可以補償任何任意的色散值而沒有損失。因此，在沒有任何傳輸?shù)挠?xùn)練符號的情況下估計接收器中的色散值D ·ζ是完全采用下一代相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)的能力的關(guān)鍵要素，一個本發(fā)明解決的問題。此外，本發(fā)明以相同的步驟提供相應(yīng)的濾波器補償函數(shù)?？梢葬槍r域均衡器或針對頻域均衡器實現(xiàn)估計算法并且遞送相同結(jié)果。這里， 約70-200 km的較短鏈路可能是適中長度TDE (時域均衡器)的候選，而以200/300km為開始的較長傳輸鏈路將需要FDE (頻域均衡器)，從而保持復(fù)雜度低。提出的解決方案的優(yōu)勢如下
-估計是盲目的并且不需要信號開銷、訓(xùn)練符號或到發(fā)射器的反饋信道， -不需要附加的相關(guān)濾波器， -估計精度非常高，
-預(yù)定義的濾波器函數(shù)立即補償估計的色度色散，因此使得利用較低數(shù)量的抽頭 (tap)實現(xiàn)時域(TD)有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器是可能的，從而降低了復(fù)雜度， -自適應(yīng)長度處于幾微秒范圍內(nèi)而不論色散的實際值， -與直接自適應(yīng)算法相反，色散補償器不會不收斂(misconverge)， -計算復(fù)雜度非常低，每個用于估計的符號需要一次乘法(可以忽略用于復(fù)雜度計算的加法和減法)，以及
-一旦設(shè)置了修正濾波器或修正單元，則不需要繼續(xù)更新。有時對信號進行抽分 (tapping)，可以以離線模式監(jiān)視色度色散的值。本發(fā)明適用于非相干和相干解調(diào)。相干接收在沒有偏振控制的情況下還實現(xiàn)了偏振分集信號的偏振分量信號的分離。因此，本發(fā)明尤其適于偏振復(fù)用分集系統(tǒng)。


參考附圖在下面描述了包括當(dāng)前優(yōu)選實施例的本發(fā)明的示例，其中圖1是接收器的示意性框圖2是時域色散補償單元的示意性框圖3示出了頻域色散補償單元的簡化框圖4示出了第一和第二迭代的圖示；
圖5示出了頻域色散補償單元的的性能圖示；
圖6是具有偏振解復(fù)用的相干接收器的示意性框圖；以及
圖7示出了色散補償單元和蝶式級的示意性框圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將描述適于不同種類系統(tǒng)的本發(fā)明的不同實施例。圖1示出了光接收器5、6、10的示意性框圖。在解調(diào)和轉(zhuǎn)換單元5中，將接收的光信號換為數(shù)字采樣P (Π)。在色散補償單元6中對該數(shù)字采樣進行數(shù)字修正并且將該數(shù)字采樣作為向判決單元10饋送的經(jīng)過修正的采樣q (η)輸出，所述判決單元10輸出
數(shù)據(jù)信號Dtm。本發(fā)明還可以應(yīng)用于相干解調(diào)。然后，恒定波信號CW由本地振蕩器2生成并且被饋送到足夠的解調(diào)和轉(zhuǎn)換單元5。在該情況中，ρ (η)和q (η)變成復(fù)值。圖2示出了用于時域色散補償?shù)纳⒀a償單元(均衡器)61/62的第一實施例。輸入采樣P (η)可以是實采樣或復(fù)采樣?；蛘撸绻麘?yīng)用偏振分集復(fù)用調(diào)制，則是正交采樣PX (n)/py (η)。將采樣饋送到數(shù)字M級HR補償濾波器11。該色散由逆濾波器函數(shù)補償。 通過應(yīng)用濾波器補償函數(shù)來確定并設(shè)置濾波器系數(shù)。在控制電路中確定最佳濾波器補償函數(shù)，該控制電路包括控制單元14、參考值Rl、R2計算單元12和比較器13。插入延遲元件 (D)16以指示修正定時。對應(yīng)于多個色散值的多個濾波器補償函數(shù)T (M)被存儲在函數(shù)存儲器15中(或被計算)?？刂茊卧?4的控制部分141從函數(shù)存儲器15 (查找表)讀取這些濾波器補償函數(shù)，并且通過比較經(jīng)過修正的采樣q (χ)與參考值R1、R2來由加法器13計算最小估計誤差值ε MIN并且將該最小估計誤差值ε ^存儲在計算部分142中，在這里其也是控制單元14的部件。選擇生成估計的最小誤差值ε ΜΙΝ的濾波器補償函數(shù)以用于補償。經(jīng)過修正的采樣q (η)或qx (η)以及qy (η)是補償濾波器11的輸出信號。代替允許濾波器系數(shù)自由地自適應(yīng)，因此引起不收斂的均衡器的高風(fēng)險，將針對相應(yīng)色度色散值的所有可能的補償函數(shù)預(yù)加載到函數(shù)存儲中作為查找表。在某些步驟中， 補償函數(shù)對應(yīng)于系統(tǒng)中范圍從最小值到可能的最大值的色度色散值。初始地，應(yīng)用來自于查找表的補償函數(shù)中的每個并且利用下面定義的誤差標(biāo)準(zhǔn)的輔助來選擇最佳匹配濾波器函數(shù)。圖3示出了適于較高色散值的頻域的色散均衡器61F/62F的實施例。對于較高色散值，該裝置相對于時域色散補償器具有復(fù)雜度優(yōu)勢。實或復(fù)輸入采樣ρ (η)或px (n)/py (η)存儲在快速傅里葉變換(FFT)單元16 中，并且將N個采樣一起轉(zhuǎn)換為譜Ω(η)。表示該譜的N個系數(shù)在補償單元17中與譜補償函數(shù)C (N)相乘。補償單元17對應(yīng)于時域均衡器中的補償濾波器11。補償?shù)淖VQC (N) =Ω (N)-C (N)繼而由快速傅里葉逆變換(IFFT)單元轉(zhuǎn)換為經(jīng)過修正的實或復(fù)時域采樣 q (η)或 qx (η) /qy (η)。
8
在接收到例如N/2個新采樣ρ (η)、ρχ (η) /py (η)之后，重復(fù)轉(zhuǎn)換過程，但是利用對應(yīng)于不同色散的另一補償函數(shù)C (N)0而且，控制單元14的控制部分141從函數(shù)存儲器15讀取這些譜補償函數(shù)，并且所有譜補償函數(shù)在預(yù)定義的色散范圍內(nèi)被測試。選擇生成估計的最小誤差值ε ΜΙΝ的譜補償函數(shù)用于補償。相同的算法被應(yīng)用于TDE (時域均衡)和FDE (頻域均衡)。為了計算估計的誤差“ ε ”，至少從經(jīng)過修正的采樣q (η)(分別是ρχ (η), py (η))導(dǎo)出參考值，該經(jīng)過修正的采樣是補償濾波器11的輸出信號。針對信號的兩倍過采樣情況，根據(jù)以下文章導(dǎo)出誤差標(biāo)準(zhǔn)Dominique N. Godard 的"Self-Recovering Equalization and Carrier Tracking in Two-Dimensional Data Communication Systems", IEEE Transactions on Communications, vol. COM—28，No. 11，pp. 1867—1875，1980 年 11 月。
權(quán)利要求
1.一種用于自適應(yīng)色散補償?shù)姆椒ǎㄏ率霾襟E-對接收的光信號(SIN JH，Sv)進行解調(diào)并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣(ρ (n);px (η), py (η)),-將所述數(shù)字采樣(P (η) ；px (n)，py (η))饋送到補償濾波器(11)， -根據(jù)色散值(CD)將所述補償濾波器(11)設(shè)置為濾波器補償函數(shù)(T(M))， -輸出經(jīng)過修正的采樣(q (η) ；qx (η), qy (η)), -根據(jù)所述經(jīng)過修正的采樣(q (η))來計算比較值(R1A2),-根據(jù)所述經(jīng)過修正的采樣q (η)來計算估計的誤差值(ε )并且存儲估計的最小誤差值 C ￡ MIN^'-根據(jù)預(yù)定色散范圍內(nèi)用變差(S CD)改變的其他色散值(CD)來應(yīng)用其他補償函數(shù)(Τ (Μ))，以及-將所述補償濾波器(11)設(shè)置為分配給所述最小誤差值(εΜΙΝ)的最佳濾波器補償函數(shù)(Τ (Μ))。
2.一種用于自適應(yīng)色散補償?shù)姆椒?，包括下述步驟-對接收的光信號(SIN JH，Sv)進行解調(diào)并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣(ρ (n);px (η), py (η)),-將所述數(shù)字采樣(P (n);px (n),py (η))饋送到FFT (快速傅里葉變換)單元(16)， -將所述數(shù)字采樣(P (η) ；px (n),py (η))轉(zhuǎn)換為譜函數(shù)(Ω (N)), -根據(jù)色散值(⑶)將補償單元(17)設(shè)置為譜補償函數(shù)C (N)， -由所述補償單元(17)修正所述譜函數(shù)(Ω (N))并且輸出經(jīng)過修正的譜函數(shù)(Ω (N)-C (N)),-通過IFFT (快速傅里葉變換逆變換)將所述經(jīng)過修正的譜函數(shù)(Ω (N) · C (N))轉(zhuǎn)換為經(jīng)過修正的采樣(q (η) ；qx (η), qy (η)),-根據(jù)所述經(jīng)過修正的采樣(q (n);qx (η), qy (η))來計算比較值(R1,&)， -根據(jù)所述經(jīng)過修正的采樣(q (n);qx (n),qy (η))來計算估計的誤差值(ε )并且存儲估計的最小誤差值(εΜΙΝ)，-根據(jù)預(yù)定色散范圍內(nèi)用變差(S CD)改變的其他色散值(CD)來應(yīng)用其他譜補償函數(shù) (C (N))，以及-將所述補償單元(11)設(shè)置為分配給所述最小誤差值(εΜΙΝ)的最佳譜補償函數(shù)(C (N))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括下述步驟-至少執(zhí)行具有較高分辨率的第二迭代過程，其應(yīng)用之前迭代過程的最小誤差值 (ε ΙΝ)范圍中的較小色散變差(δ 2⑶)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括下述步驟-計算滑動平均誤差值并且根據(jù)與計算的最小誤差值(ε MINe)相關(guān)聯(lián)的最佳色散值 (⑶)來設(shè)置所述補償濾波器(11)或補償單元(18 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括下述步驟存儲0. 25N-0. 75N個新采樣并且將所述新采樣和0. 75N-0. 25N個之前的采樣轉(zhuǎn)換為下一譜函數(shù)(Ω (N)) ;Ν=存儲的采樣的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括下述步驟-應(yīng)用兩倍過采樣并且從奇采樣的平均功率導(dǎo)出第一比較值(R1),并且從偶采樣的平均功率導(dǎo)出第二比較值α2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括下述步驟-根據(jù)
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括下述步驟-從函數(shù)存儲器(15)讀取所述補償函數(shù)(Τ (M)5C (N))。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括下述步驟-根據(jù)預(yù)定范圍中的不同色散值(CD)來計算所述補償函數(shù)(Τ (M) ；C (N))。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的其中一項所述的方法，其中-將接收的光信號(Sin)相干地解調(diào)并且轉(zhuǎn)換為復(fù)采樣(px (n) =X1, &)，其被修正為經(jīng)過修正的復(fù)采樣(qx (η))。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的其中一項所述的方法，其中-接收光偏振分集復(fù)用信號(Sin=Sih，Siv)并且將其轉(zhuǎn)換為正交χ-分量(Xl，xQ)和y_分MCj1, Jq),-對所述正交X-分量(Xl，XQ)和y_分量(yi，yQ)進行采樣并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字復(fù)采樣 (px (η) = X1 (η), Xq (η)) ；py (η) = (Y1 (η), Yq (η))；以及-分別修正所述數(shù)字復(fù)采樣(px (η) = X1 (η), Xq (η) ；py (η) = (Y1 (η), Yq (η))。
12.一種用于接收器(2，5，6，10 ；1-10)中色散補償?shù)难b置，包括輸出接收的光(Sin)信號的數(shù)字采樣(P (n);px (n),py (η))的解調(diào)和轉(zhuǎn)換器單元(5)以及至少一個色散補償器 (6，61，62)，所述裝置包括-補償濾波器(11)，其接收所述數(shù)字采樣(P (η);ρχ (η), py (η))并且輸出經(jīng)過修正的采樣(q (η) ；qx (η), qy (η)),-參考值計算單元(12)，其接收所述經(jīng)過修正的采樣(q (η) ；qx (η), qy (η))并且計算至少兩個比較值(R1A2),-比較單元(13)，其將所述經(jīng)過修正的采樣(q (η))與所述比較值(R1A2)進行比較并且輸出估計的誤差值(ε )，以及-控制單元(14)，其根據(jù)其他色散值(CD)將所述補償濾波器(11)設(shè)置為其他濾波器補償函數(shù)(Τ (M))，計算估計的誤差值(ε )并且存儲估計的最小誤差值(εΜΙΝ)，以及-所述控制單元(14)選擇分配給所述最小誤差值(εΜΙΝ)的最佳濾波器補償函數(shù)(Τ (Μ))。
13.一種用于接收器(2，5，6，10 ；1-10)中色散補償?shù)难b置，所述接收器(2，5，6，10 ； 1-10)包括輸出數(shù)字采樣(P (n);px (n),py (η))的解調(diào)和轉(zhuǎn)換器單元(5)以及至少一個色散補償器單元(61，62)，所述至少一個色散補償器單元(61，62)包括-FFT (快速傅里葉變換)單元(16)，其將所述數(shù)字采樣(ρ (η) ；px (η), py (η))轉(zhuǎn)換成譜函數(shù)(Ω (N)),-修正單元(17)，其接收所述譜函數(shù)(Ω (N))并且輸出經(jīng)過修正的譜函數(shù)(Ω (N)-C (N)),-IFFT (快速傅里葉逆變換)單元，其將所述經(jīng)過修正的譜函數(shù)(Ω (N)· C (N))轉(zhuǎn)換為經(jīng)過修正的采樣(q (η) ；qx (η), qy (η)),-參考值計算單元(12)，其接收所述經(jīng)過修正的采樣(q (η) ；qx (η), qy (η))并且計算比較值(R1A2),-比較單元(13)，其將被補償?shù)牟蓸?q (n);qx (η), qy (η))與所述比較值(R1,進行比較并且輸出估計的誤差值(ε )，-控制單元(14)，其根據(jù)其他色散值(CD)將所述補償單元(11)設(shè)置為其他譜補償函數(shù) (C (N))，計算估計的誤差值(ε )并且存儲估計的最小誤差值(εΜΙΝ)，以及-所述控制單元(14)選擇分配給所述最小誤差值(ε ΜΙΝ)的最佳譜補償函數(shù)(C (N))。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的裝置，包括函數(shù)存儲器(15)，其存儲多個補償函數(shù)(Τ (M)5C (N))。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14所述的裝置，其中控制 電路 (1 2 ， 1 3 ， 1 4 2 ) 根據(jù)
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15中的其中一項所述的裝置，其中所述控制單元(14)在預(yù)定的色散范圍上執(zhí)行第一迭代，并且在包括所述估計的最小誤差值(ε ΜΙΝ)的范圍上執(zhí)行至少第二迭代，所述控制單元(14)計算滑動平均誤差并且根據(jù)所述估計的最小誤差值(ε ΜΙΝ)來設(shè)置所述補償函數(shù)(Τ (Μ), C (N))。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16中的其中一項所述的裝置，其中所述色散補償單元(6 ;61，62)被設(shè)計用于處理并修正復(fù)數(shù)字采樣(ρ (η) ；ρχ (η), py (η))。
18.一種用于接收偏振分集復(fù)用信號( , Sv)并輸出數(shù)據(jù)信號(Hott^ot)的相干接收器 (1-10)，包括-偏振分束器(1)，其接收所述偏振復(fù)用分集信號( ，Sv)并輸出第一和第二分量信號 (Sx, Sy),-第一和第二 90°混合器(3，4)，其將所述第一和第二分量信號(Sx，Sy)轉(zhuǎn)換為正交 X-分量(X1, Xq)和正交y_分量(yI; yQ),-解調(diào)和轉(zhuǎn)換器單元(51，52 ；53，M)，其接收正交χ-分量(Xl，xQ)和正交y_分量(yI; yQ)并且輸出復(fù)采樣(ρχ (Ii)=X1 (η), Xq (η) ；py (η)= (Y1 (η), Yq (η)),-根據(jù)權(quán)利要求12-17中的其中一項所述的第一色散補償單元(61)和第二色散補償單元(62)，其接收所述復(fù)采樣(X1 (n),Xq (H)5Yi (η), Yq (η))并且輸出經(jīng)過修正的復(fù)采樣(q (χ) = XIC，XQC)和(q (y)=YIC (η), Yqc (η))。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的相干接收器，還包括-蝶式濾波器(8)，其重構(gòu)接收的偏振分集復(fù)用信號( ，Sv)的正交信號；以及 -符號估計單元(10)，其接收作為復(fù)采樣(H1 (n), Hq (Ii)5V1 (η), Vq (η))的重構(gòu)正交信號并且輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(H。UT，Vout)0
全文摘要
將接收的光信號相干地解調(diào)并且轉(zhuǎn)換為電復(fù)采樣(p(n);(px(n),py(n))，在補償濾波器(11)中對它們進行色散補償。控制電路(12，13，14，15)根據(jù)經(jīng)過修正的采樣q(n)和估計的誤差值(MIN)來計算比較值(R1,R2)。根據(jù)預(yù)定的色散(CD)范圍應(yīng)用多個補償函數(shù)(T(M))，并且在第二迭代之后補償濾波器(11)被設(shè)置為最佳補償函數(shù)(T(M))。
文檔編號H04B10/69GK102326343SQ200980157141
公開日2012年1月18日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者蘭克爾 B., 斯平勒 B., 豪斯克 F., 庫施內(nèi)羅夫 M. 申請人:諾基亞西門子通信有限責(zé)任兩合公司