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鐘恢復(fù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長途光纖系統(tǒng)的重要目標(biāo)是在最長距離上傳輸最高數(shù)據(jù)吞吐量而不會在光電光 再生器中出現(xiàn)信號再生。假定通過光放大器并且最終通過纖維自身對帶寬施加的約束，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，例如對每個符號的一 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)制和相干檢測被視為用于下一代大容量光傳輸系統(tǒng)的優(yōu)勝組合，因為它們允許W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)字信號映射到兩個偏振中，因此使 用90?；旌?01來混合輸入信號102與本地振蕩器（localoscillator,LO)信號104,其 產(chǎn)生四個輸出信號1〇6(每個偏振兩個信號）。光信號102通過由光電二極管（單個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）103轉(zhuǎn)化成電信號。由于信號功率可W隨時間而變化，因此快速自動增益 控制塊105彌補信號功率變化。存在四個自動增益控制（automaticgaincontrol,AGC) 塊105,其也可W是OFE塊103的組成部分。通常，歸因于實現(xiàn)復(fù)雜度，一對AGC塊105通 過一個控制信號（VXwc用于X偏振，VYWC用于Y偏振；見圖1)來控制。然而，四個AGC塊 105可W通過4個獨立的控制電壓來控制。AGC塊105之后的信號108通過使用模數(shù)轉(zhuǎn)換 器（analog-t〇-digitalconve;rters，ADC)107 量化。 陽0化]四個量化數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流110進(jìn)一步在數(shù)字信號處理（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，一個補償色度色散（C虹omaticdispersion,CD)、偏振模色散 (polarizationmodedispersionPMD)、偏振旋轉(zhuǎn)、非線性效應(yīng)、LO噪聲、LO頻率偏移等。 慢速處理的估計（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，使用兩個快速傅立葉 變換（fastFouriertransformation,FFT)塊203在頻域中針對色度色散均衡四個信號 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在時域中進(jìn)行偏振追蹤、PMD補償和殘余CD補償。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， 在解碼和帖檢測塊211中使用差分解碼器。在FFT塊203中有效補償CD。補償CD函數(shù)是
[000引其中A。是信號波長，fS是采樣頻率、N是FFT大小，C是光速，n是抽頭數(shù)目，L是 纖維長度并且D是色散系數(shù)。
[0009] 歸因于復(fù)雜度原因，針對每個偏振應(yīng)用僅使用復(fù)輸入的一個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部和虛部。
[0010] 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，每個接收器的中屯、部分是時鐘恢復(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鐘源控制ADC的采樣率和采樣相位。第二特征在過采樣系統(tǒng) 中不太重要，因為數(shù)據(jù)處理塊對采樣相位不太敏感。對于數(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用系統(tǒng)：[K.H.米勒0(.H.Mueller)和M.穆 勒（M.Milller),IE邸通信會報（I邸ETransactiononComm.)，24 期，516-531 頁（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)，電子快報巧Iectron. Lett. )，111期，541-542頁（1975年）]中描述了亞歷山大檢相器。[F.加德納（F.Gar化er)， IE邸通信會報（I邸ETransactiononComm. )，34 期，423-429 頁（1986 年）]中描述了加 德納檢相器。[D.戈達(dá)德值.Godard)，IE邸通信會報（I邸ETransactiononComm. )，26 期，517-523頁（1978年）]中描述了戈達(dá)德檢相器。對于所有檢相器常見的是定時誤差檢 測器特性（跨符號間隔的PD輸出）極類似于正弦函數(shù)。一個例外是亞歷山大的"開關(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每個符號一個樣本起作用。其它PD用于雙重過采樣。
[0012] 針對復(fù)信號加德納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是符號間隔，X是輸入信號，T是采樣時刻（在0與T之間），E是預(yù)期運 營商，并且*表示復(fù)共輛運算。戈達(dá)德PD可W在FFT域中簡單轉(zhuǎn)譯為
(2)
[0016] 其中N是FFT大?。ǜ道锶~變換的大小），并且X是X化T/化T))，k= 0, 1，…N-I 的FFT。接收到的信號是過采樣的（每個符號兩個樣本）。
[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。運允許更 好的信道包裝和自動更高的頻譜效率。升余弦濾波器是低通奈奎斯特濾波器的實施方式， 良P，具有殘留對稱的屬性的濾波器。運意味著其頻譜呈現(xiàn)約1/2T的奇對稱，其中T是通信 系統(tǒng)的符號周期。其頻域描述通過W下公式給出：
[0018]
[0019] 0《0《1 做
[0020] 并且W兩個值為特征：e，滾降系數(shù)；W及T，采樣周期。此類濾波器的脈沖響應(yīng)通 過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。對于等于0的滾降系 數(shù)，實現(xiàn)了最小信號帶寬。
[0024] 減小滾降系數(shù)（roU-offfactor,R0F，0)破壞了時鐘音品質(zhì)。TEDC變得極小， 其產(chǎn)生較大且不受控制的抖動。加德納PD針對在化/NO= 3地下的QPSK調(diào)制格式的TEDC 模擬結(jié)果500顯示出對于小ROF值存在嚴(yán)重時鐘音退化，如從圖5可見。對于大于0. 3的 ROF值，正弦TEDC變得可接受。 陽0巧]對于相同情況，針對ROF= 0模擬更多TEDC特性600 (每512個符號一個）。圖6 中示出的結(jié)果說明時鐘恢復(fù)問題。TEDC極小且不同步。
[0026] [T.T.豐燈.T.Fang)，E邸通信會報（I邸ETransactiononComm. )，1 期，133-140 頁（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來濾出時鐘音。其 實現(xiàn)對于小ROF值的時鐘提取但是對于更高ROF值未能實現(xiàn)時鐘提取。在模擬域中實現(xiàn)完 整的系統(tǒng)700,其中關(guān)于采樣頻率和時鐘提取之前的信號數(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)的時鐘恢復(fù)的技術(shù)。
[0028] 此目的通過獨立權(quán)利要求的特征得W實現(xiàn)。其它實施形式通過附屬權(quán)利要求、描 述W及圖式清楚可見。
[0029] 用于改進(jìn)的時鐘恢復(fù)的技術(shù)可W通過使用前饋和后饋時鐘恢復(fù)來實現(xiàn)，所述時鐘 恢復(fù)通過提供定時誤差檢測特性（timingerrordetectioncharacteristic,TDEC)信號 用于時鐘偏移和相位偏移補償?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、縮寫和符號： 陽03UQAM:正交幅度調(diào)制，
[0032] QPSK:正交相移鍵控， W33] LO:本地振蕩器， 陽〇34] 0陽：光前端，
[0035] PIN:正-本征-負(fù)，
[0036] AGC:自動增益控制， W37] ADC:模數(shù)轉(zhuǎn)換器，
[0038] DSP:數(shù)字信號處理，
[0039] CD:色度色散， W40]PMD:偏振模色散，
[0041]FFT:快速傅里葉變換， 陽0創(chuàng)FIR:有限脈沖響應(yīng)， 陽0創(chuàng)PD:檢相器， W44]T邸C:定時誤差檢測特性， W45]ROF:滾降系數(shù)，
[0046]TR:定時恢復(fù)， W47]FF-TR:前饋定時恢復(fù)， W48]FB-TR:后饋定時恢復(fù)， W49]CR:時鐘恢復(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05引UI:單元間隔，
[0054]CDU:時鐘分布單元， 陽化日]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