CN101218767B - 光学dqpsk接收器的相位监测装置、相位控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学DQPSK接收器的相位监测装置、相位控制装置及其方法。I支路设置有第一干涉仪、第一平衡光学检测器以及第一数据恢复电路。Q支路设置有第二干涉仪、第二平衡光学检测器以及第二数据恢复电路。在I支路中，混合器将第一数据恢复电路的输入信号与第二数据恢复电路的输出信号相乘。平均电路将该混合器的输出信号取平均。在Q支路中，混合器将第二数据恢复电路的输入信号与第一数据恢复电路的输出信号相乘。平均电路将该混合器的输出信号取平均。第一相位控制装置基于平均电路的输出信号控制第一干涉仪中包括的移相器的相位。第二相位控制装置按相同的方式控制第二干涉仪中包括的移相器的相位。

Description

光学DQPSK接收器的相位监测装置、相位控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及光学差分正交相移键控(光学DQPSK)接收器，更具体地说，涉及用于光学DQPSK接收器的相位监测装置、活动相位控制装置及其方法。

背景技术

尽管光学通信系统的能力在过去十年期间已经快速地增长，但在多数实现中采用的调制技术仍保持采用不归零制(NRZ)格式或归零制(RZ)格式的二进制幅移键控(还称为开关键控(OOK))。近来，在光学通信中已经采用了另选的调制和解调技术，如双二进制、载波抑制归零制(CSRZ)、差分相移键控(DPSK)。在DPSK格式中，通过两个相邻符号之间的相位变化来载送信息。相位变化在二进制DPSK中限于0和π。如果相位变化可以是0、π/2、π、3π/2，则称为差分正交相移键控(光学DQPSK)。与传统OOK相比，DPSK具有要求～3dB光学信噪比(OSNR)增益和针对非线性效应的鲁棒性的优点。因为光学DQPSK发送四级符号，所以使得光谱效率加倍，这放松了对电装置速度、光色散管理、极化模式色散等的要求。总之，光学DQPSK是用于下一代光学通信系统的期望候选。

如在OFC 2002中R.A.Griffin等人的论文“Optical DifferentialQuadrature Phase-Shift Key(oDQPSK)for High Capacity OpticalTransmission”中所述，典型的光学DQPSK接收器由分别与I支路和Q支路对应的一对马赫-曾德尔干涉仪组成，每一个干涉仪都具有等于发送系统的符号周期的光学延迟τ。干涉仪支路之间的差分光学相位被分别设置成针对I支路干涉仪的π/4和针对Q支路的-π/4。干涉仪的两个输出端子连接至平衡光学检测器，以恢复发送的数据。例如，在PCT申请WO2002/051041中还描述了光学DQPSK发送器和光学DQPSK接收器的构造和操作。

在接收器中，非常重要之处是将干涉仪支路之间的差分光学相位精确地设置为π/4和-π/4，否则，将造成过度OSNR恶化。为了实现这种设置，典型地采用控制反馈环路。它监测接收器相位误差，接着生成相位调节信号来调节接收器相位，以将相位锁定至目标值。一种典型控制反馈方法是所谓的抖动峰值检测方法。在这种方法中，接收器相位以固定频率f稍微失调，同时监测某种的差错信号的2f分量。当接收器相位被锁定至目标值时，该差错信号的2f分量达到最小。

然而，该抖动锋值检测方法具有自然缺陷，包括：

1、相位失调将造成过度OSNR恶化。

2、峰值检测仅判断实际相位是否为目标值。它不能判断实际相位是大于还是小于目标值。

3、峰值检测信号通常是相位误差的二次函数，从而峰值检测信号相对于实际相位误差的灵敏度在相位误差接近零时降低。结果，相位控制准确度不高。

4、相位控制速度受限于抖动频率。

根据前述，本领域中存在对于以有效、实用的方式克服前述缺点的新颖相位控制技术的迫切需要。

发明内容

针对现有技术中的前述问题，需要解决该问题的新相位控制技术。

本发明的一个目的是，提供一种不仅给出相位误差的振幅而且给出相位误差的符号的用于光学DQPSK接收器的相位监测装置。

本发明的另一目的是，提供一种解决了因现有技术的局限性和缺点而造成的一个或更多个问题的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置。

本发明的又一目的是，提供一种具有本发明中提供的相位控制装置的光学DQPSK接收器。

本发明的又一目的是，提供一种用于光学DQPSK接收器的相位监测方法，以使不仅监测相位误差的振幅，而且监测被监测相位误差的符号。

本发明的又一目的是，提供一种解决了因现有技术的局限性和缺点而造成的一个或更多个问题的用于光学DQPSK接收器的相位控制方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于光学DQPSK接收器的相位监测装置，该光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路。所述用于光学DQPSK接收器的相位监测装置用来监测所述光学DQPSK接收器的一个支路中的相位误差，所述用于光学DQPSK接收器的相位监测装置包括串联连接的一个混合器和一个平均电路，其中，所述混合器用来混合本支路中的数据恢复之前的信号和另一支路中的数据恢复之后的信号，并且所述平均电路用来对从所述混合器输入的信号取平均。优选的是，所述平均电路是低通滤波器或数字信号处理器。

根据本发明的另一方面，提供一种用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路。所述用于光学DQPSK接收器的相位控制装置包括分别与所述光学DQPSK接收器的所述第一支路和所述第二支路对应的第一相位控制支路和第二相位控制支路，其中，所述第一相位控制支路包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元，所述第二相位控制支路包括串联连接的第二相位监测装置、倒相电路以及第二相位调节单元，所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号，所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号，所述倒相电路用来基于该倒相电路的输入信号生成相位调节信号，所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元用来基于所述第一相位调节单元的输入信号和所述第二相位调节单元的输入信号，来调节所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。优选的是，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置分别包括串联连接的混合器和平均电路。

而且，所述平均电路被实现为低通滤波器或采用取平均方式的数字信号处理器。

优选的是，所述光学DQPSK接收器的第一支路是I支路，所述第二支路是Q支路，并且所述倒相电路是倒相器。所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元在该相位调节单元的输入信号为正时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在该相位调节单元的输入信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

而且，所述第一相位控制支路包括连接在所述第一相位监测装置与所述第一相位调节单元之间的放大器。

而且，所述第二相位控制支路包括连接在所述第二相位监测装置与所述第二相位调节单元之间的放大器。

优选的是，所述光学DQPSK接收器的第一支路是Q支路，所述第二支路是I支路，而所述倒相电路是倒相器。所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元在其输入信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为正时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

根据本发明的又一方面，提供一种用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路，其特征在于：所述用于光学DQPSK接收器的相位控制装置包括分别与所述光学DQPSK接收器的所述第一支路和所述第二支路对应的第一相位控制支路和第二相位控制支路；所述第一相位控制支路包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元，所述第二相位控制支路包括串联连接的第二相位监测装置和第二相位调节单元；所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号；所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号；所述第一相位调节单元在其输入信号为正时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位；所述第二相位调节单元在其输入信号为正时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

根据本发明的又一方面，提供一种光学DQPSK接收器，其具有第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一干涉仪、第一平衡光学检测器、第一数据恢复电路以及第一相位控制装置，所述第二支路包括第二干涉仪、第二平衡光学检测器、第二数据恢复电路以及第二相位控制装置，其中，所述第一相位控制装置包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元，所述第二相位控制装置包括串联连接的第二相位监测装置、倒相电路以及第二相位调节单元，所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号，所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号，所述倒相电路用来基于其输入信号生成相位调节信号，而所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元用来基于其输入信号来调节所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

根据本发明的另一方面，提供一种用于光学DQPSK接收器的相位监测方法，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路。所述用于光学DQPSK接收器的相位监测方法用来对光学DQPSK接收器的一个支路中的相位误差进行监测，所述相位监测方法包括以下步骤：对本支路中的数据恢复之前的信号和另一支路中的数据恢复之后的信号进行混合；以及对所述混合信号取平均。

本发明提供一种光学DQPSK接收器，其具有第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一干涉仪、第一平衡光学检测器、第一数据恢复电路以及第一相位控制装置，所述第二支路包括第二干涉仪、第二平衡光学检测器、第二数据恢复电路以及第二相位控制装置，其中，所述第一相位控制支路包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元，所述第二相位控制支路包括串联连接的第二相位监测装置和第二相位调节单元，所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号，所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号，所述第一相位调节单元在其输入信号为正时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，所述第二相位调节单元在其输入信号为正时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

而且，本发明提供一种用于光学DQPSK接收器的相位控制方法，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路，所述相位控制方法包括以下步骤：基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号；基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号，调节所述光学DQPSK接收器的所述第一支路的相位；基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号；基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号，调节所述光学DQPSK接收器的所述第二支路的相位。

本发明采用一种新颖的用于光学DQPSK接收器的相位控制技术，其中，相位监测装置不仅提供相位误差的振幅，而且提供相位误差的符号。这避免了对抖动峰值检测方法的需要。而且，相位监测装置生成与实际相位误差成比例的相位误差信号，使得即使相位误差本身接近于零，相位误差信号灵敏度也仍保持恒定。

另一方面的相位监测装置用于光学DQPSK接收器，所述DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括具有相移组件的延迟干涉仪、检测所述延迟干涉仪的光学输出的光学检测器，以及根据所述光学检测器的输出信号恢复数据的数据恢复电路，所述相位监测装置用于监测设置至所述第一支路的所述延迟干涉仪的所述相移组件的相位误差，所述相位监测装置包括：第一极性控制器，该第一极性控制器控制从所述第一支路的数据恢复电路的前一级获得的第一信号的极性；第二极性控制器，该第二极性控制器控制从所述第二支路的数据恢复电路的后一级获得的第二信号的极性；混合器，该混合器将极性受所述第一极性控制器控制的所述第一信号与极性受所述第二极性控制器控制的所述第二信号相乘；平均电路，该平均电路对所述混合器的输出信号取平均；以及计算器，该计算器用于计算相位误差，其中，所述计算器利用第一值、第二值、第三值以及第四值，根据公式1的计算结果来计算所述相位误差，所述第一值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为第一极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述平均电路获得的，所述第二值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为从所述第一极性反转得到的第二极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述平均电路获得的，所述第三值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为所述第二极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述平均电路获得的，所述第四值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为所述第一极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述平均电路获得的，所述公式1为：第一值-第二值+第三值-第四值。

本发明还提供一种用于光学DQPSK接收器的相位监测方法，该光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，每一个支路都包括具有相移组件的延迟干涉仪、检测所述延迟干涉仪的光学输出的光学检测器，以及根据所述光学检测器的输出信号恢复数据的数据恢复电路，所述相位监测方法用于监测设置至所述第一支路的所述延迟干涉仪的所述相移组件的相位误差，所述相位监测方法包括以下步骤：控制从所述第一支路的数据恢复电路的前一级获得的第一信号的极性和从所述第二支路的数据恢复电路的后一级获得的第二信号的极性；将极性受控的所述第一信号与极性受控的所述第二信号相乘；对通过相乘获得的信号取平均；以及计算相位误差，其中，利用第一值、第二值、第三值以及第四值，根据公式1的计算结果来计算所述相位误差，所述第一值是在将所述第一信号控制成为第一极性并且将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述取平均步骤获得的，所述第二值是在将所述第一信号控制成为从所述第一极性反转得到的第二极性并且将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述取平均步骤获得的，所述第三值是在将所述第一信号控制成为所述第二极性并且将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述取平均步骤获得的，所述第四值是在将所述第一信号控制成为所述第一极性并且将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述取平均步骤获得的，所述公式1为：第一值-第二值+第三值-第四值。

因而，本发明提供一个或更多个以下优点：

(1)通过采用新颖的相位误差监测，避免了相位抖动。结果，不会造成过度OSNR恶化。

(2)所述相位误差监测不仅提供相位误差的振幅，而且提供相位误差的符号。该符号表示相位差是大于希望值还是小于希望值。

(3)因为相位误差信号相对于相位误差的导数保持恒定，所以明显增加了相位误差控制准确度，使得即使误差本身较小也确保误差信号灵敏度保持恒定。

(4)因为相位控制速度不再受抖动频率限制，所以可以实现更高的相位锁定速度。

(5)因为从相位误差信号中去除了DC分量，所以可以高准确度地调节延迟干涉仪的相位差。结果，改进了接收质量。

应当明白，前述一般描述和下面的详细描述都是示范性和解释性的，并且旨在提供对要求保护的本发明的进一步阐释。

附图说明

图1示出了根据本发明第一实施方式的具有相位控制装置的光学DQPSK接收器的构造；

图2示出了根据本发明第二实施方式的具有相位控制装置的光学DQPSK接收器的构造；

图3示出了根据本发明第三实施方式的具有相位控制装置的光学DQPSK接收器的构造；

图4示出了第一实施方式的变型例；

图5示出了本发明的光学DQPSK接收器的特定实施方式的构造；

图6示出了相位监测信号的仿真结果；

图7是示出相位控制处理的流程图；

图8是示出修改方法中的相位控制处理的流程图；

图9A示出了用于将延迟干涉仪的相位收敛于希望值的操作的仿真结果；

图9B示出了用于将延迟干涉仪的相位收敛于希望值的操作的仿真结果；

图10说明了监测相位误差中的要解决的问题；

图11示出了相位监测装置的具体构造；

图12A示出了开关电路的实施方式；以及

图12B说明了相位监测装置的操作。

具体实施方式

参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。在全部附图中，尽可能使用相同标号来表示相同或相似部分。

<第一实施方式>

图1示出了根据本发明第一实施方式的具有相位控制装置的光学DQPSK接收器的构造。如图1所示，该接收器具有两个支路，即，I支路102和Q支路103。I支路102包括马赫-曾德尔干涉仪104、平衡光学检测器110、数据恢复电路111以及相位控制装置112。Q支路103包括马赫-曾德尔干涉仪107、平衡光学检测器113、数据恢复电路114以及相位控制装置115。干涉仪104/107的上支路具有光学延迟组件105/108。该延迟组件的持续时间为光学DQPSK系统的符号周期。DQPSK中的符号周期等于比特率除2。干涉仪104/107的下支路具有移相器106/109。在I支路中，移相器106的相位(即，移相器106的相移量)应当为π/4。在Q支路中，移相器109的相位(即，移相器109的相移量)应当为-π/4。它们是相位控制装置的目标值。

在I支路中，相位控制装置112的输入端子连接至数据恢复电路111的输入端子和数据恢复电路114的输出端子，相位控制装置112的输出端子连接至干涉仪104，更具体地说，连接至移相器106。在Q支路中，相位控制装置115的输入端子连接至数据恢复电路114的输入端子和数据恢复电路111的输出端子，相位控制装置115的输出端子连接至干涉仪107，更具体地说，连接至移相器109。即，I支路中的相位控制装置112的输入信号是来自平衡光学检测器110的输出信号124和来自数据恢复电路114的输出信号129，而Q支路中的相位控制装置115的输入信号是来自平衡光学检测器113的输出信号128和来自数据恢复电路111的输出信号125。

该接收器的干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路可以采用本领域技术人员所公知的装置。对本发明的相位控制装置详细说明如下。

如图1所示，在I支路中，相位控制装置112由串联连接的在这个实施方式中包括混合器116和平均电路117在内的相位监测单元和相位调节单元119组成。在Q支路中，相位控制装置115由串联连接的在这个实施方式中包括混合器120和平均电路121在内的相位监测单元、倒相电路122以及相位调节单元123组成。在这个实施方式中，倒相电路122为倒相器。混合器用来混合输入信号，而平均电路用来对从混合器输入的信号取平均。它们都是本领域公知的装置。例如，混合器可以被实现为模拟混合器(如Spectrum Microwave公司的混合器)或者通过在AD转换器之后的数字信号处理器(DSP)进行乘法计算来实现。换句话说，混合器可以通过AD转换器和与该AD转换器串联的数字信号处理器来实现。AD转换器可以实现为Analog Devices公司的AD转换器。平均电路可以使用低通滤波器，利用该低通滤波器滤除输入信号的高频分量，而保留包含平均信息的低频信号，以实现滤波器的功能，或者该平均电路例如可以通过数字信号处理器(DSP)的平均计算来实现。

参照图1，对本发明的原理进行说明。如图1所示，光学DQPSK的调制信号101可以表达为：

s(t)＝A(t)exp(φ_n)exp(jωt)

其中，A(t)是一个符号的脉冲波形，φ_n是第n个符号的相位，而ω是光载波的角频率。φ_n的值可以是下面四个之一：

π/4、3π/4、5π/4、7π/4。

在光学DQPSK中，通过相邻符号之间的相位差传送信息。因而，相位差是下面四个值之一：0、π/2、π、3π/2。

根据光学DQPSK接收器理论：

在I支路中，平衡光学检测器110的输出124为：

A²(t)cos(Δφ+π/4+δ_I)。

在Q支路中，平衡光学检测器113的输出128为：

A²(t)cos(Δφ-π/4+δ_Q)。

这里，Δφ是两个相邻符号之间的相位差，δ_I是I支路移相器106的相位差，而δ_Q是Q支路移相器109的相位差。数据恢复电路111通过利用零阈值的判定来恢复I支路数据125。恢复数据125为cos(Δφ+π/4)＝-sin(Δφ-π/4)。类似的是，Q支路恢复信号129为cos(Δφ-π/4)＝sin(Δφ+π/4)。这些内容都是公知的。

在本发明的I支路中：

混合器116的输入是信号124和129。混合器116的输出126为：

A²(t)cos(Δφ+π/4+δ_I)cos(Δφ-π/4)

＝A²(t)cos(Δφ+π/4+δ_I)sin(Δφ+π/4)

＝A²(t)cos(Δφ+π/4)sin(Δφ+π/4)cos(δ_I)-A²(t)sin²(Δφ+π/4)sin(δ_I)

因为相位差Δφ均等分布在0、π/2、π、3π/2之间，所以可以通过平均电路117去除上述等式中的第一项。另一方面，无论相位差Δφ是多少，第二项在取平均之前始终为-A²(t)sin(δ_I)/2。因此，仅通过平均电路将A²(t)取平均为与传送信息无关的某一恒定值。因而，平均电路117的输出127与-sin(δ_I)成比例。当相位误差较小时，信号127可以近似为：-δ_I。

因而，相位监测单元不仅给出相位误差的振幅，而且给出了相位误差的符号。而且，相位误差信号127相对于相位误差的导数恒定，由此，即使相位误差本身为零，相位监测灵敏度也恒定。

在本发明的Q支路中：

混合器120的输入是信号125和128。混合器120的输出130为：

A²(t)cos(Δφ-π/4+δ_Q)cos(Δφ+π/4)

＝-A²(t)cos(Δφ-π/4+δ_Q)sin(Δφ-π/4)

＝-A²(t)cos(Δφ-π/4)sin(Δφ-π/4)cos(δ_Q)+A²(t)sin²(Δφ-π/4)sin(δ_Q)

因为相位差Δφ均等分布在0、π/2、π、3π/2之间，所以可以通过平均电路121去除上述等式中的第一项。另一方面，无论相位差Δφ是多少，第二项在取平均之前始终为A²(t)sin(δ_Q)/2。因此，仅通过平均电路将A²(t)取平均为与传送信息无关的某一恒定值。因而，平均电路121的输出131与sin(δ_q)成比例。当相位误差较小时，输出131可以近似为：δ_Q。

因而，相位监测单元不仅给出相位误差的振幅，而且给出了相位误差的符号。而且，相位误差信号131相对于相位误差的导数恒定，由此，即使相位误差本身为零，相位监测灵敏度也恒定。

如上所述，本发明的相位监测单元可以基于本支路(I或Q)中的数据恢复之前的信号和另一支路(Q或I)中的数据恢复之后的信号，在本支路中生成与相位误差本身成比例的误差监测信号。

在相位监测之后，将相位误差信号131反馈到作为倒相器的倒相电路122中。在倒相之后，生成相位调节信号133，并且将其输入至相位调节单元123。将相位误差信号127直接输入至相位调节单元119，作为相位调节信号。

相位调节单元119/123在相位调节信号为正时增大对应支路中的干涉仪的相位(移相器106/109的相移量)，而在相位调节信号为负时减小对应支路中的干涉仪的相位(移相器106/109的相移量)。相位调节单元在相位调节信号为零时不动作(即，保持移相器106/109的相移量)。相位调节单元可以采用本领域技术人员所公知的各种相位调节装置，如加拿大的ITF Optical Technologies公司的DPSK解调器提供包含相位调节装置的马赫-曾德尔干涉仪，其中，可以通过调节干涉仪的温度来实现针对干涉仪的相位调节。

因而，如果I支路移相器106的相位为π/4+δ_I，则其具有正相位误差δ_I＞0。这时，来自相位监测单元的输出127为-δ_I＜0。相位调节单元119因为输入信号为负，所以减小移相器的相位。由此，相位变得接近于目标值π/4。如果移相器106具有负相位误差，则相位监测单元的输出为正，从而相位调节单元增大移相器的相位。由此，相位也变成目标值。如果相位误差为零，则相位监测单元的输出也为零。相位调节单元不动作。由此，目标值得以保持。

对应的是，如果Q支路移相器109的相位为-π/4+δ_Q，则其具有正相位误差δ_Q＞0。这时，来自相位监测单元的输出131为δ_Q。相位调节信号133在倒相电路122之后为-δ_Q＜0。相位调节单元123因为输入信号为负，所以减小移相器的相位。由此，相位变得接近于目标值-π/4。如果移相器109具有负相位误差，则相位监测单元的输出为负，然而，相位调节信号因倒相电路122而变为正的，从而相位调节单元增大移相器的相位。由此，相位也变成目标值。如果相位误差为零，则相位监测单元的输出也为零。相位调节单元不动作。由此，目标值得到保持。

<第二实施方式>

参照图2，对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式除了将非倒相放大器G(G＞0)串联连接在I支路中的相位控制装置的平均电路117与相位调节单元119之间，而Q支路中的相位控制装置的倒相电路122由倒相放大器-G(G＞0)组成以外，其余与第一实施方式大体上相同。

在这种情况下，如果I支路移相器106的相位为π/4+δ_I，则其具有正相位误差δ_I＞0。这时，来自相位监测单元的输出127为-δ_I＜0。在非倒相放大器118之后，信号为-Gδ_I，并且仍然为负的。相位调节单元119因为输入信号为负，所以减小移相器的相位。由此，相位变得接近于目标值π/4。如果移相器106具有负相位误差，则相位监测单元的输出为正，那么，相位调节单元的输入为正，从而相位调节单元增大移相器的相位。由此，相位也变成目标值。如果相位误差为零，则相位监测单元的输出也为零。相位调节单元不动作。由此，目标值得以保持。

对应的是，如果Q支路移相器109的相位为-π/4+δ_Q，则其具有正相位误差δ_Q＞0。这时，来自相位监测单元的输出131为δ_Q。在倒相放大器122之后，相位调节信号133为-Gδ_Q＜0。相位调节单元123因为输入信号为负，所以减小移相器的相位。由此，相位变得接近于目标值-π/4。如果移相器109具有负相位误差，则相位监测单元的输出为负，然而，相位调节信号因倒相放大器122的倒相而变为正的，从而相位调节单元增大移相器的相位。由此，相位也变成目标值。如果相位误差为零，则相位监测单元的输出也为零。相位调节单元不动作。由此，目标值得以保持。

<第三实施方式>

参照图3，对本发明的第三实施方式进行说明。第三实施方式除了将倒相电路122′串联连接在I支路中的相位控制装置的平均电路117与相位调节单元119之间，而Q支路中的相位控制装置不包括倒相电路122以外，其余与第一实施方式大体上相同。另外，对应的是，相位调节单元119′/123′在相位调节信号为正时减小移相器的相位，而在相位调节信号为负时增大移相器的相位。如果相位调节信号为零，则相位调节单元不动作。

在这种情况下，如果I支路移相器106的相位为π/4+δ_I，则其具有正相位误差δ_I＞0。这时，来自相位监测单元的输出127为-δ_I＜0。在通过倒相电路122′倒相之后，信号为δ_I＞0。相位调节单元119′因为输入信号为正，所以减小移相器的相位。由此，相位变得接近于目标值π/4。如果移相器106具有负相位误差，则相位监测单元的输出为正，这样，在倒相之后，相位调节单元的输入为负，从而相位调节单元增大移相器的相位。由此，相位也变成目标值。如果相位误差为零，则相位监测单元的输出也为零。相位调节单元不动作。由此，目标值得以保持。

对应的是，如果Q支路移相器109的相位为-π/4+δ_Q，则其具有正相位误差δ_Q＞0。这时，来自相位监测单元的输出131为δ_Q。相位调节单元123′因为输入信号为正，所以减小移相器的相位。由此，相位变得接近于目标值-π/4。如果移相器109具有负相位误差，则相位监测单元的输出为负，从而相位调节单元123′增大移相器的相位。由此，相位也变成目标值。如果相位误差为零，则相位监测单元的输出也为零。相位调节单元不动作。由此，目标值得以保持。

显见的是，在I支路中，倒相电路122′可以实现为倒相放大器，而在Q支路中，可以将非倒相放大器串联连接在相位控制装置115的相位调节单元123′与平均电路121之间。这在本领域技术人员阅读本说明书之后将显见，从而在本说明书中不对其进行详细说明。

上述非倒相放大器、倒相放大器等可以采用本领域技术人员所公知的装置，如Maxim公司的放大器系列芯片。

<第一到第三实施方式的变型例>

本发明不限于上述描述，本领域技术人员可以想到各种修改例和变型例。例如，放大器可以串联连接在混合器与平均电路之间。可以将具有不同增益的放大器应用至两个支路。而且，在上述实施方式中，两个支路中的相位调节单元相同，然而，相位调节单元也可以不同。当采用两个不同的相位调节单元时，一个支路中的相位调节单元在该相位调节单元的输入信号为正时增大本支路中的干涉仪的移相器的相位，而另一支路中的相位调节单元在该相位调节单元的输入信号为时减小对应支路中的干涉仪的移相器的相位。

显见的是，与第一实施方式相比，如果相位控制装置112的相位调节单元119被图3所示相位调节执行装置119′代替，则平均电路117应当串联连接有倒相器。类似的是，如果第一实施方式中的相位调节单元123被参照图3所示的相位调节单元123′代替，则应当省略倒相电路122。

而且，可以在混合器之前增加低通滤波器，以对两个输入信号进行滤波，所述低通滤波器连接至本支路的数据恢复电路的输入和另一支路的数据恢复电路的输出。在这种情况下，低通滤波器应当刚好放置在本支路的数据恢复电路之前(刚好在平衡光学检测器之后)，并刚好放置在另一支路的数据恢复电路之后。即，如图4所示，在I支路102中，可以分别设置用于对信号124和129进行滤波的低通滤波器151和152。在Q支路103中，可以分别设置用于对信号128和125进行滤波的低通滤波器153和154。尽管在图4中，将低通滤波器151-154设置在第一实施方式的接收器中，但它们也可以设置在第二或第三实施方式的接收器中。这应当广泛理解而不应限于刚好在本支路的数据恢复之前的信号和刚好在另一支路的数据恢复之后的信号。本领域技术人员在他或她阅读并理解本发明的原理之后和在具体实践本发明之后应当明白这些解决方案。

另外，根据上述实施方式，本发明提供一种用于光学DQPSK接收器的相位控制方法，该光学DQPSK接收器具有第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路。该方法包括以下步骤：基于第一支路中的数据恢复之前的信号和第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得该光学DQPSK接收器的第一支路中的带符号的相位误差信号；基于该光学DQPSK接收器的第一支路中的带符号的相位误差信号，调节该光学DQPSK接收器的第一支路中的相位；基于第二支路中的数据恢复之前的信号和第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得该光学DQPSK接收器的第二支路中的带符号的相位误差信号；基于该光学DQPSK接收器的第二支路中的带符号的相位误差信号，调节该光学DQPSK接收器的第二支路中的相位。

尽管出于适于公开的完整和清楚的目的，参照第一到第三实施方式对本发明进行了说明，但所附权利要求不限于这些实施方式，而是包括在此所述的基本教导之内的本领域技术人员所能想到的所有修改例和变型例。

<特定实施方式>

图5示出了本发明的光学DQPSK接收器的特定实施方式的构造。在下面的说明中，将I支路和Q支路中的任一个称为“A支路”，而将I支路和Q支路中的另一个称为“B支路”。

在图5中，将输入DQPSK信号(或RZ-DQPSK信号)分成两个，一个被引导至A支路中设置的延迟干涉仪11a，而另一个被引导至B支路中设置的延迟干涉仪11b。延迟干涉仪11a和11b中的每一个都分别对应于干涉仪104和107。换句话说，延迟干涉仪11a包括光学延迟组件105和移相器106，而延迟干涉仪11b包括光学延迟组件108和移相器109。在这个实施方式中利用温度变化来调节移相组件106/109的相位。在这种情况下，例如，如果移相器106/109的温度上升，则相位增大。然而，本发明不限于上述，例如可以采用电压改变等来调节移相器106/109的相位。光学检测器(Twin-PD)12a和12b分别对应于平衡光学检测器110和113，并且生成与延迟干涉仪11a和11b的光学输出对应的电流信号。互阻抗放大器(TIA)13a/13b分别将光学检测器12a/12b生成的电流信号转换成电压信号。TIA 13a/13b的输出信号分别对应于如图1到3所示的信号124/128。

将TIA 13a的输出信号经由低通滤波器14a引导至混合器15a，并且还经由限幅放大器(LIA)16a引导至判决电路17a。将TIA 13b的输出信号经由低通滤波器14b引导至混合器15b，并且还经由限幅放大器(LIA)16b引导至判决电路17b。这里，混合器15a和15b分别对应于混合器116和120。低通滤波器14a和14b中的每一个的截止频率例如大约为100MHz。

判决电路17a和17b分别对应于数据恢复电路111和114，并且每一个电路都包括一个或更多个D触发(flip-flop)电路。判决电路17a和17b中的每一个都采用根据接收信号恢复的时钟，来执行对LIA 16a和16b的输出信号的逻辑判定。基于从判决电路17a输出的数据A和从判决电路17b输出的数据B恢复传送数据。

将判决电路17a的输出信号(数据A)经由低通滤波器20b提供给混合器15b。按相同的方式，将判决电路17b的输出信号(数据B)经由低通滤波器20a提供给混合器15a。判决电路17a和17b的输出信号分别对应于信号125和129。低通滤波器20a和20b中的每一个的截止频率例如大约为100MHz。

混合器15a将低通滤波器14a的输出信号和低通滤波器20a的输出信号相乘。按相同的方式，混合器15b将低通滤波器14b的输出信号和低通滤波器20b的输出信号相乘。将通过低通滤波器21a和21b去除了高频分量之后的混合器15a和15b的输出信号分别通过A/D转换器22a和22b转换成数字数据。低通滤波器21a和21b分别对应于平均电路117和121，并且这些电路的截止频率例如大约为100Hz。

如上所述，混合器15a将从A支路的判决电路17a的前一级获得的信号和从B支路的判决电路17b的后一级获得的信号相乘。按相同的方式，混合器15b将从B支路的判决电路17b的前一级获得的信号和从A支路的判决电路17a的后一级获得的信号相乘。

微控制器23a对从A/D转换器22a输出的数字信号执行规定计算，并且生成针对A支路的相位调节信号。按相同的方式，微控制器23b对从A/D转换器22b输出的数字信号执行规定计算，并且生成针对B支路的相位调节信号。微控制器23a和23b可以通过一个处理器来实现。为了实现第一实施方式，可以通过微控制器23b的计算来提供倒相电路122的功能。为了实现第二实施方式，可以通过微控制器23a的计算来提供非倒相放大器118的功能，并可以通过微控制器23b的计算来提供倒相放大器122的功能。另外，为了实现第三实施方式，可以通过微控制器23a的计算来提供倒相电路122′的功能。

通过D/A转换器24a和24b将微控制器23a和23b生成的相位调节信号中的每一个分别转换成模拟信号，并且将转换后的信号提供给加热器25a和25b。换句话说，通过微控制器23a和23b控制加热器25a和25b。结果，单独地调节A支路的延迟干涉仪11a的移相器的温度和B支路的延迟干涉仪11b的移相器的温度。延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位取决于温度。从而，根据微控制器23a和23b生成的相位调节信号来调节延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位(即，移相器的相移量)。

温度检测器26检测延迟干涉仪11a和11b周围的温度。温度控制器27基于温度检测器26的检测结果，生成用于维持延迟干涉仪11a和11b周围的规定温度的温度控制信号。珀耳帖装置28根据该温度控制信号维持延迟干涉仪11a和11b周围的规定温度。如果可以单独通过加热器25a和25b将延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位调节至希望值，则不需要设置温度检测器26、温度控制器27以及珀耳帖装置28。

在具有上述构造的光学DQPSK接收器中，微控制器23a控制加热器25a，以使从低通滤波器21a输出的A支路监测信号变为零。按相同的方式，微控制器23b控制加热器25b，以使从低通滤波器21b输出的B支路监测信号变为零。这时，在延迟干涉仪11a的移相器的相位误差为“δ_A”的前提下，A支路监测信号与参照图1所述的“-sin(δ_A)”成比例。类似的是，在延迟干涉仪11b的移相器的相位误差为“δ_B”的前提下，B支路监测信号与“sin(δ_B)”成比例。另外，如参照图1所述，当延迟干涉仪11a的移相器的相位维持在希望值(例如，π/4)时，从低通滤波器21a输出的A支路监测信号变为零，而当延迟干涉仪11b的移相器的相位维持在希望值(例如，-π/4)时，从低通滤波器21b输出的B支路监测信号变为零。

根据上述操作可知，混合器15(15a和15b)、低通滤波器21(21a和21b)以及微控制器23(23a和23b)用作(第一到第三实施方式中所述的)相位监测单元。另外，混合器15(15a和15b)、低通滤波器21(21a和21b)以及微控制器23(23a和23b)和加热器25(25a和25b)用作(第一到第三实施方式中所述的)相位控制装置。

图6示出了相位监测信号的仿真结果。在图6中，示出了通过以A支路中设置的延迟干涉仪11a的移相器的相位和B支路中设置的延迟干涉仪11b的移相器的相位为参数而获得的相位监测信号。

在图6中，每一个圆符号都表示A支路监测信号和B支路监测信号稳定地变为零的组合。换句话说，当将延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位调节成下列八个组合中的任一个时，A支路监测信号和B支路监测信号都稳定地变为零。

组合模式1：

A支路的相位为45度，B支路的相位为-45度

组合模式2：

A支路的相位为-135度，B支路的相位为-45度

组合模式3：

A支路的相位为-135度，B支路的相位为135度

组合模式4：

A支路的相位为45度，B支路的相位为135度

组合模式5：

A支路的相位为-45度，B支路的相位为-135度

组合模式6：

A支路的相位为135度，B支路的相位为-135度

组合模式7：

A支路的相位为-45度，B支路的相位为45度

组合模式8：

A支路的相位为135度，B支路的相位为45度

判决电路17a和17b判定的数据(0/1)可以根据组合模式而改变。然而，如果恰当地改变用于根据判决电路17a和17b的输出数据恢复传送数据的处理，则可以恰当地恢复传送数据。因此，在上述实施方式中，A支路的相位的希望值是“π/4”，而B支路的相位的希望值是“-π/4”；然而，本发明不限于这种组合。

图7是示出图5所示光学DQPSK接收器中的相位控制处理的流程图。微控制器23a和23b按规定时间间隔重复该处理。

在步骤S1中，获得作为低通滤波器21a的输出信号的A支路监测信号。当延迟干涉仪11a的移相器的相位(即，移相器的相移量)相对于希望值偏离“δ_A”时，A支路监测信号为如上所述的“-sin(δ_A)”。换句话说，如果延迟干涉仪11a的移相器的相位小于希望值(δ_A＜0)，则A支路监测信号具有正值。与此相反，如果延迟干涉仪11a的移相器的相位大于希望值(δ_A＞0)，则A支路监测信号具有负值。

从而，如果A支路监测信号为零或为负，则延迟干涉仪11a的移相器的相位被确定为大于希望值。在这种情况下，为了在步骤S2中减小相位，生成指令降低加热器25a的温度的相位调节信号。如果A支路监测信号为正，则延迟干涉仪11a的移相器的相位被确定为小于希望值。在这种情况下，为了在步骤S3中增大相位，生成指令升高加热器25a的温度的相位调节信号。

在步骤S4中，获得作为低通滤波器21b的输出信号的B支路监测信号。当延迟干涉仪11b的移相器的相位(即，移相器的相移量)相对于希望值偏离“δ_B”时，B支路监测信号为如上所述的“sin(δ_B)”。换句话说，如果延迟干涉仪11b的移相器的相位小于希望值(δ_B＜0)，则B支路监测信号具有负值。与此相反，如果延迟干涉仪11b的移相器的相位大于希望值(δ_B＞0)，则B支路监测信号具有正值。

从而，如果B支路监测信号为零或为负，则延迟干涉仪11b的移相器的相位被确定为小于希望值。在这种情况下，为了在步骤S5中减小相位，生成指令升高加热器25b的温度的相位调节信号。如果B支路监测信号为正，则延迟干涉仪11b的移相器的相位被确定为大于希望值。在这种情况下，为了在步骤S6中减小相位，生成指令降低加热器25b的温度的相位调节信号。

通过重复上述步骤S1-S6中的处理，使延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位收敛于希望值。可以并行执行步骤S1-S3中的处理和步骤S4-S6中的处理。

如果相位监测信号(A支路监测信号和B支路监测信号)大致为零，则延迟干涉仪的相位被确定为收敛于希望值。在这种情况下，不执行步骤S2、S3、S5或S6中的处理就可以维持对应加热器的状态。

在图7所示实施方式中呈现的构造中，如果A支路中的相位监测信号为“正”，则升高对应加热器的温度，而如果B支路中的相位监测信号为“正”，则降低对应加热器的温度。然而，本发明不限于上述构造。换句话说，本发明包括这样的构造，即，其在A支路中的相位监测信号为“正”时，降低对应加热器的温度，而在B支路中的相位监测信号为“正”时，升高对应加热器的温度。

图9A和9B示出了用于将延迟干涉仪的相位收敛于希望值的操作的仿真结果。下面的说明以相位控制开始时延长干涉仪11a和11b的相位分别为“132度”和“120度”为前提。转换成延长干涉仪11a和11b的相位的控制步骤为“两度”。控制步骤表示每当执行图7或图8所示流程图中的处理时获得的相位改变量。

所述实施方式的相位控制装置重复图7或图8所示流程图中的处理，以使A支路和B支路相位监测信号都收敛于零处。结果，延迟干涉仪11a和11b的相位分别逼近于希望值，45度和135度。

接下来，对本发明的相位监测方法的详细实施方式进行说明。在本发明的相位监测方法中，检测相对于延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位的希望值的误差。

图10说明了在监测相位误差中要解决的问题。图10所示的采样和保持电路31是临时保持A/D转换器22(22a和22b)中转换的模拟数据的电路，并且在图5中被省略了。

为了生成表示相位误差的相位监测信号，利用如上所述的混合器15(15a和15b)，将低通滤波器14(14a和14b)的输出信号x乘以低通滤波器20(20a和20b)的输出信号y。混合器15的输出信号理想上为“xy(＝(X1-X2)×(Y1-Y2))”。然而，信号x和信号y中的每一个都包含DC分量(DC_A和DC_B)。在混合器15中也生成了DC分量，由此，混合器15的实际输出信号w为“xy+DC_OUT”。

希望把延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位调节在希望值(例如，π/4、-π/4)±1度的范围内，以便获得有利的光学接收特性。然而，即使在恰当地调节混合器15的输入电平的情况下，通过低通滤波器21(21a和21b)对混合器15的输出信号进行滤波而获得的相位监测信号也变得相当小。例如，当将Analog Device制造的AD835用作混合器15时，相位监测信号的电压电平响应于相位误差的变化近似为1mV/度。即，相位监测信号的电压电平必须被监控为1mV或以下的精度，以便获得有利的光学接收特性。

然而，混合器15中生成的DC偏压“DC_OUT”随装置而不同，并且依赖于温度。另外，上述AD835的DC偏压近似为±75mV。因此，不容易准确地检测相位监测信号。即，必须去除混合器15中生成的DC偏压的影响，以便准确地检测相位监测信号。

图11示出了所述实施方式的相位监测装置的构造。该相位监测装置的构造和操作在A支路和B支路中基本相同。

所述实施方式的相位监测装置包括低通滤波器14、20与混合器15之间的开关电路32。开关电路32根据来自微控制器23的控制信号来控制低通滤波器14和20的输出信号的极性，如后面详细所述。采样和保持电路31按微控制器23生成的触发信号的定时保持输入信号。这时，触发信号与向开关电路32提供的控制信号同步。微控制器23通过对A/D转换器22的输出信号执行规定计算来生成相位监测信号。

微控制器23生成控制信号，以使开关电路32循环地重复下面的状态1到状态4。

状态1：将低通滤波器14的输出信号提供给混合器15，并且将低通滤波器20的输出信号提供给混合器15

状态2：将低通滤波器14的输出信号倒相并提供给混合器15，并且将低通滤波器20的输出信号提供给混合器15

状态3：将低通滤波器14的输出信号倒相并提供给混合器15，并且将低通滤波器20的输出信号倒相并提供给混合器15

状态4：将低通滤波器14的输出信号提供给混合器15，并且将低通滤波器20的输出信号倒相并提供给混合器15

在状态1到状态4中的每一种状态下，混合器15的输出信号W1到W4分别提供如下。

W1＝DC_OUT+(A1-A2+DC_A)×(B1-B2+DC_B)

W2＝DC_OUT+(A2-A1+DC_A)×(B1-B2+DC_B)

W3＝DC_OUT+(A2-A1+DC_A)×(B2-B1+DC_B)

W4＝DC_OUT+(A1-A2+DC_A)×(B2-B1+DC_B)

微控制器23利用按上述方式获得的输出信号W1-W4，通过执行下面的计算来生成相位监测信号。

相位监测信号＝W1-W2+W3-W4＝4(A1-A2)(B1-B2)

在上述计算中，“A1-A2”是低通滤波器14的输出信号的电压，而“B1-B2”是低通滤波器20的输出信号的电压。因此，通过上述计算，获得去除了DC分量(DC_A、DC_B以及DC_OUT)的相位监测信号。

图12A示出了开关电路32的实施方式。在这个实施方式中的开关电路32包括设置在低通滤波器14与混合器15之间的四个开关SW_A1-SW_A4，和设置在低通滤波器20与混合器15之间的四个开关SW_B1-SW_B4。开关SW_A1-SW_A4和SW_B1-SW_B4没有特别限制；然而，开关例如是包括晶体管的模拟开关。

开关SW_A1和SW_A2受A开关信号控制，而开关SW_A3和SW_A4受通过将A开关信号的逻辑倒相而获得的倒相A开关信号控制。按相同的方式，开关SW_B1和SW_B2受B开关信号控制，而开关SW_B3和SW_B4受通过将B开关信号的逻辑倒相而获得的倒相B开关信号控制。A开关信号、倒相A开关信号、B开关信号以及倒相B开关信号都由微控制器23生成。

在具有上述构造的开关电路32中，如果A开关信号为“ON(通)”，则开关SW_A1和SW_A2被控制成ON状态，而开关SW_A3和SW_A4被控制成OFF状态。在这种情况下，获得“X1＝A1”和“X2＝A2”，从而没有任何修改地将低通滤波器14的输出信号提供给混合器15。如果A开关信号为“OFF(断)”，则开关SW_A1和SW_A2被控制成OFF状态，而开关SW_A3和SW_A4被控制成ON状态。在这种情况下，获得“X1＝A2”和“X2＝A1”，从而将低通滤波器14的输出信号倒相并提供给混合器15。按相同的方式，如果B开关信号为“ON”，则开关SW_B1和SW_B2被控制成ON状态，而开关SW_B3和SW_B4被控制成OFF状态。在这种情况下，获得“Y1＝B1”和“Y2＝B2”，从而没有任何修改地将低通滤波器20的输出信号提供给混合器15。如果B开关信号为“OFF”，则开关SW_B1和SW_B2被控制成OFF状态，而开关SW_B3和SW_B4被控制成ON状态。在这种情况下，获得“Y1＝B2”和“Y2＝B1”，从而将低通滤波器20的输出信号倒相并提供给混合器15。

图12B说明了相位监测装置的操作。微控制器23通过利用A开关信号和B开关信号循环地生成四种状态(状态1到状态4)来生成相位监测信号。

状态1：将A开关信号和B开关信号设置成“ON”。在这种情况下，没有任何修改地将低通滤波器14和20的输出信号提供给混合器15。从而，混合器15的输出W1如下：

W1＝DC_OUT+(A1-A2+DC_A)×(B1-B2+DC_B)

状态2：将A开关信号设置成“OFF”，而将B开关信号设置成“ON”。在这种情况下，将低通滤波器14的输出信号倒相并提供给混合器15，而没有任何修改地将低通滤波器20的输出信号提供给混合器15。从而，混合器15的输出W2如下：

W2＝DC_OUT+(A2-A1+DC_A)×(B1-B2+DC_B)

状态3：将A开关信号和B开关信号设置成“OFF”。在这种情况下，将低通滤波器14和20的输出信号都倒相并提供给混合器15。从而，混合器15的输出W3如下：

W3＝DC_OUT+(A2-A1+DC_A)×(B2-B1+DC_B)

状态4：将A开关信号设置成“ON”，而将B开关信号设置成“OFF”。在这种情况下，没有任何修改地将低通滤波器14的输出信号提供给混合器15，而将低通滤波器20的输出信号倒相并提供给混合器15。从而，混合器15的输出W4如下：

W4＝DC_OUT+(A1-A2+DC_A)×(B2-B1+DC_B)

微控制器23响应于上述状态1到状态4中的每一个状态生成触发信号。采样和保持电路31每当提供触发信号时就保持混合器15的输出信号。这样，微控制器23获得信号W1-W4。接着，微控制器23根据上述计算，基于信号W1-W4获得相位监测信号。

如上所述，根据所述实施方式的相位监测装置，可以生成不包含DC分量的相位监测信号。因而，利用相位监测信号来控制加热器25a和25b，使得能够以准确地将延迟干涉仪11a和11b的移相器的相位维持在希望值。结果，改进了光学DQPSK接收器的接收特性。参照图11和12所述的相位监测装置可以应用于上述第一到第三实施方式中的任一实施方式。

除了包括上述第一到第三实施方式以及特定实施方式以外，本发明还包括接下来描述的相位监测装置、相位控制装置、光学DQPSK接收器、相位监测方法以及相位控制方法。

Claims (37)

1.一种用于光学DQPSK接收器的相位监测装置，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路，所述用于光学DQPSK接收器的相位监测装置用于监测所述光学DQPSK接收器的一个支路中的相位误差，其特征在于：

所述用于光学DQPSK接收器的相位监测装置包括串联连接的混合器和平均电路；

所述混合器用来混合本支路的数据恢复之前的信号和另一支路的数据恢复之后的信号；

所述平均电路用来对来自所述混合器的信号取平均。

2.根据权利要求1所述的用于光学DQPSK接收器的相位监测装置，其特征在于，所述平均电路被实现为低通滤波器或采用取平均方式的数字信号处理器。

3.根据权利要求1所述的用于光学DQPSK接收器的相位监测装置，其特征在于，所述混合器被实现为模拟混合器，或者通过A/D转换器和与该A/D转换器串联的数字信号处理器来实现。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于光学DQPSK接收器的相位监测装置，其特征在于，在所述混合器与所述平均电路之间串联连接有放大器。

5.根据权利要求1、2或3所述的用于光学DQPSK接收器的相位监测装置，其特征在于包括：

第一低通滤波器，该第一低通滤波器用于对向所述混合器输入的本支路中的数据恢复之前的信号进行低通滤波；和

第二低通滤波器，该第二低通滤波器用于对向所述混合器输入的另一支路中的数据恢复之后的信号进行低通滤波。

6.一种用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路，其特征在于：

所述用于光学DQPSK接收器的相位控制装置包括分别与所述光学DQPSK接收器的所述第一支路和所述第二支路对应的第一相位控制支路和第二相位控制支路；

所述第一相位控制支路包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元；所述第二相位控制支路包括串联连接的第二相位监测装置、倒相电路以及第二相位调节单元；

所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号；所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号；

所述倒相电路用来基于该倒相电路的输入信号生成相位调节信号；

所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元用来基于所述第一相位调节单元的输入信号和所述第二相位调节单元的输入信号，来调节所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

7.根据权利要求6所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置分别包括串联连接的混合器和平均电路。

8.根据权利要求7所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于，所述平均电路被实现为低通滤波器或采用取平均方式的数字信号处理器。

9.根据权利要求7所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于，所述混合器被实现为模拟混合器，或者通过A/D转换器和与该A/转换器串联的数字信号处理器来实现。

10.根据权利要求7、8或9所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置还分别包括：

第一低通滤波器，该第一低通滤波器用于对向所述混合器输入的本支路中的数据恢复之前的信号进行低通滤波；和

第二低通滤波器，该第二低通滤波器用于对向所述混合器输入的另一支路中的数据恢复之后的信号进行低通滤波。

11.根据权利要求6到9中的任一项所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于：

所述光学DQPSK接收器的所述第一支路是I支路，所述第二支路是Q支路，所述倒相电路是倒相器；

所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元在输入信号为正时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在输入信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

12.根据权利要求11所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于：

所述第一相位控制支路包括一个或更多个第一放大器，所述一个或更多个第一放大器连接在所述第一相位监测装置与所述第一相位调节单元之间，或者连接在所述第一相位监测装置的所述混合器与所述平均电路之间；

所述第二相位控制支路包括一个或更多个第二放大器，所述一个或更多个第二放大器连接在所述第二相位监测装置与所述第二相位调节单元之间，或者连接在所述第二相位监测装置的所述混合器与所述平均电路之间。

13.根据权利要求6到9中的任一项所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于：

所述光学DQPSK接收器的所述第一支路是Q支路，所述第二支路是I支路，所述倒相电路是倒相器；

所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元在输入信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在输入信号为正时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

14.根据权利要求13所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于：

所述第一相位控制支路包括一个或更多个第一放大器，所述一个或更多个第一放大器连接在所述第一相位监测装置与所述第一相位调节单元之间，或者连接在所述第一相位监测装置的所述混合器与所述平均电路之间；

所述第二相位控制支路包括一个或更多个第二放大器，所述一个或更多个第二放大器连接在所述第二相位监测装置与所述第二相位调节单元之间，或者连接在所述第二相位监测装置的所述混合器与所述平均电路之间。

15.一种用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路，其特征在于：

所述用于光学DQPSK接收器的相位控制装置包括分别与所述光学DQPSK接收器的所述第一支路和所述第二支路对应的第一相位控制支路和第二相位控制支路；

所述第一相位控制支路包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元，所述第二相位控制支路包括串联连接的第二相位监测装置和第二相位调节单元；

所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号；所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号；

所述第一相位调节单元在其输入信号为正时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位；所述第二相位调节单元在其输入信号为正时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

16.根据权利要求15所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置分别包括串联连接的混合器和平均电路。

17.根据权利要求16所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置还分别包括：

第一低通滤波器，该第一低通滤波器用于对向所述混合器输入的本支路中的数据恢复之前的信号进行低通滤波；和

第二低通滤波器，该第二低通滤波器用于对向所述混合器输入的另一支路中的数据恢复之后的信号进行低通滤波。

18.根据权利要求16或17所述的用于光学DQPSK接收器的相位控制装置，其特征在于：

所述第一相位控制支路包括一个或更多个第一放大器，所述一个或更多个第一放大器连接在所述第一相位监测装置与所述第一相位调节单元之间，或者连接在所述第一相位监测装置的所述混合器与所述平均电路之间；

所述第二相位控制支路包括一个或更多个第二放大器，所述一个或更多个第二放大器连接在所述第二相位监测装置与所述第二相位调节单元之间，或者连接在所述第二相位监测装置的所述混合器与所述平均电路之间。

19.一种光学DQPSK接收器，该光学DQPSK接收器具有第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一干涉仪、第一平衡光学检测器、第一数据恢复电路以及第一相位控制装置，所述第二支路包括第二干涉仪、第二平衡光学检测器、第二数据恢复电路以及第二相位控制装置，其特征在于：

所述第一相位控制装置包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元，而所述第二相位控制装置包括串联连接的第二相位监测装置、倒相电路以及第二相位调节单元；

所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号；所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号；所述倒相电路用来基于其输入信号生成相位调节信号；所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元用来基于其输入信号来调节所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

20.根据权利要求19所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置分别包括串联连接的混合器和平均电路。

21.根据权利要求20所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述平均电路被实现为低通滤波器或采用取平均方式的数字信号处理器。

22.根据权利要求20所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述混合器被实现为模拟混合器，或者通过A/D转换器和与该A/D转换器串联的数字信号处理器来实现。

23.根据权利要求20所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置还分别包括：

第一低通滤波器，该第一低通滤波器用于对向所述混合器输入的本支路中的数据恢复之前的信号进行低通滤波；和

第二低通滤波器，该第二低通滤波器用于对向所述混合器输入的另一支路中的数据恢复之后的信号进行低通滤波。

24.根据权利要求19-23中的任一项所述的光学DQPSK接收器，其特征在于：

所述光学DQPSK接收器的所述第一支路是I支路，所述第二支路是Q支路，所述倒相电路是倒相器；

所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元在其输入信号为正时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

25.根据权利要求19-23中的任一项所述的光学DQPSK接收器，其特征在于：

所述光学DQPSK接收器的所述第一支路是Q支路，所述第二支路是I支路，所述倒相电路是倒相器；

所述第一相位调节单元和所述第二相位调节单元在其输入信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为正时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

26.一种光学DQPSK接收器，该光学DQPSK接收器具有第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一干涉仪、第一平衡光学检测器、第一数据恢复电路以及第一相位控制装置，所述第二支路包括第二干涉仪、第二平衡光学检测器、第二数据恢复电路以及第二相位控制装置，其特征在于：

所述第一相位控制装置包括串联连接的第一相位监测装置和第一相位调节单元，所述第二相位控制装置包括串联连接的第二相位监测装置和第二相位调节单元；

所述第一相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号；所述第二相位监测装置用来基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号；

所述第一相位调节单元在其输入信号为正时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位；所述第二相位调节单元在其输入信号为正时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位，而在其输入信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

27.根据权利要求26所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置分别包括串联连接的混合器和平均电路。

28.根据权利要求27所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述平均电路被实现为低通滤波器或采用取平均方式的数字信号处理器。

29.根据权利要求27所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述混合器被实现为模拟混合器，或者通过A/D转换器和与该A/D转换器串联的数字信号处理器来实现。

30.根据权利要求27、28或29所述的光学DQPSK接收器，其特征在于，所述第一相位监测装置和所述第二相位监测装置还分别包括：

第一低通滤波器，该第一低通滤波器用于对向所述混合器输入的本支路中的数据恢复之前的信号进行低通滤波；和

第二低通滤波器，该第二低通滤波器用于对向所述混合器输入的另一支路中的数据恢复之后的信号进行低通滤波。

31.一种用于光学DQPSK接收器的相位监测方法，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路，所述用于光学DQPSK接收器的相位监测方法用于对所述光学DQPSK接收器的一个支路中的相位误差进行监测，所述相位监测方法包括以下步骤：

混合步骤，该混合步骤对本支路中的数据恢复之前的信号和另一支路中的数据恢复之后的信号进行混合；和

平均步骤，该平均步骤对所述混合信号取平均。

32.根据权利要求31所述的相位监测方法，所述相位监测方法还包括在所述混合步骤之前对本支路中的数据恢复之前的所述信号和另一支路中的数据恢复之后的所述信号进行滤波的步骤。

33.一种用于光学DQPSK接收器的相位控制方法，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括干涉仪、平衡光学检测器以及数据恢复电路，所述相位控制方法包括以下步骤：

基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号；

基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号，调节所述光学DQPSK接收器的所述第一支路的相位；

基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号；

基于所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的带符号的相位误差信号，调节所述光学DQPSK接收器的所述第二支路的相位。

34.根据权利要求33所述的相位控制方法，其特征在于，所述基于所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的数据恢复之前的信号和所述光学DQPSK接收器的所述第二支路中的数据恢复之后的信号，来获得所述光学DQPSK接收器的所述第一支路中的带符号的相位误差信号的步骤，包括以下步骤：

对向第一支路输入的数据恢复之前的信号和第二支路中的数据恢复之后的信号进行混合；和

对所述混合信号取平均。

35.根据权利要求33或34所述的相位控制方法，其特征在于，所述光学DQPSK接收器的所述第一支路是I支路，所述第二支路是Q支路；所述调节所述光学DQPSK接收器的所述第一支路的相位的步骤是，在所述光学DQPSK接收器的对应支路中的带符号的相位误差信号为正时增大该对应支路中的所述干涉仪的相位，而在所述带符号的相位误差信号为负时减小所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位；所述调节所述光学DQPSK接收器的所述第二支路的相位的步骤是，在所述光学DQPSK接收器的对应支路中的带符号的相位误差信号为正时减小该对应支路中的所述干涉仪的相位，而在所述带符号的相位误差信号为负时增大所述光学DQPSK接收器的对应支路中的所述干涉仪的相位。

36.一种用于光学DQPSK接收器的相位监测装置，所述光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，并且每一个支路都包括具有相移组件的延迟干涉仪、检测所述延迟干涉仪的光学输出的光学检测器，以及根据所述光学检测器的输出信号恢复数据的数据恢复电路，所述相位监测装置用于监测设置至所述第一支路的所述延迟干涉仪的所述相移组件的相位误差，所述相位监测装置包括：

第一极性控制器，该第一极性控制器控制从所述第一支路的数据恢复电路的前一级获得的第一信号的极性；

第二极性控制器，该第二极性控制器控制从所述第二支路的数据恢复电路的后一级获得的第二信号的极性；

混合器，该混合器将极性受所述第一极性控制器控制的所述第一信号与极性受所述第二极性控制器控制的所述第二信号相乘；

平均电路，该平均电路对所述混合器的输出信号取平均；以及

计算器，该计算器用于计算相位误差，

其中，

所述计算器利用第一值、第二值、第三值以及第四值，根据公式1的计算结果来计算所述相位误差，

所述第一值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为第一极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述平均电路获得的，

所述第二值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为从所述第一极性反转得到的第二极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述平均电路获得的，

所述第三值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为所述第二极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述平均电路获得的，

所述第四值是在所述第一极性控制器将所述第一信号控制成为所述第一极性并且所述第二极性控制器将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述平均电路获得的，

所述公式1为：第一值-第二值+第三值-第四值。

37.一种用于光学DQPSK接收器的相位监测方法，该光学DQPSK接收器包括第一支路和第二支路，每一个支路都包括具有相移组件的延迟干涉仪、检测所述延迟干涉仪的光学输出的光学检测器，以及根据所述光学检测器的输出信号恢复数据的数据恢复电路，所述相位监测方法用于监测设置至所述第一支路的所述延迟干涉仪的所述相移组件的相位误差，所述相位监测方法包括以下步骤：

控制从所述第一支路的数据恢复电路的前一级获得的第一信号的极性和从所述第二支路的数据恢复电路的后一级获得的第二信号的极性；

将极性受控的所述第一信号与极性受控的所述第二信号相乘；

对通过相乘获得的信号取平均；以及

计算相位误差，

其中，

利用第一值、第二值、第三值以及第四值，根据公式1的计算结果来计算所述相位误差，

所述第一值是在将所述第一信号控制成为第一极性并且将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述取平均步骤获得的，

所述第二值是在将所述第一信号控制成为从所述第一极性反转得到的第二极性并且将所述第二信号控制成为所述第一极性时从所述取平均步骤获得的，

所述第三值是在将所述第一信号控制成为所述第二极性并且将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述取平均步骤获得的，

所述第四值是在将所述第一信号控制成为所述第一极性并且将所述第二信号控制成为所述第二极性时从所述取平均步骤获得的，

所述公式1为：第一值-第二值+第三值-第四值。

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