CN101803248A - 光信号场的两个极化分量的重构 - Google Patents

Abstract

利用数字信号处理使用双极化直接差分检测来发展接收的光信号的至少一个通用极化分量的幅度和相位两者的数字版本。将接收的信号分成各自分成三个副本的正交极化分量。对于各正交极化分量，a)使用副本来常规地获得强度分布，并且b)通过向其后跟随相应平衡式强度检测器的具有正交相位偏移的成对光延迟干涉仪中的相应一个干涉仪提供各其余副本来获得相位信息。将平衡式强度检测器的输出和强度分布转换成数字表示并且用来经由信号处理来发展接收的光信号的至少一个通用极化分量的光场信息。通过进一步处理来实现对如PMD之类的损伤的补偿。

Description

光信号场的两个极化分量的重构

相关申请的交叉引用

本申请要求对通过引用结合于此、于2007年9月14日提交的第60/993823号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及光信号场的两个极化分量的重构和对极化模式色散的补偿。

背景技术

众所周知，光信号可以具有各自可以具有不同性质的两个正交极化态。有时比如在创建极化复用信号时有意地引入这样的极化态，在极化复用信号中光载波的两个正交极化态被布置成使得各自承载不同数据以便倍增频谱效率。这样的极化复用信号具有各自承载单个数据调制的两个所谓的“通用”极化分量。注意，通用极化分量一般是指在该极化分量的调制完成时所在的点处的信号。应当理解，各通用极化分量可以初始地或者以别的方式与它以后将与之组合的另一通用极化分量分离地存在。

通用信号分量的极化定向一般在信号通过光路期间因光纤的双折射以及可能的其它光纤性质而改变。这样的改变可以随时间而改变，因为至少光纤双折射通常取决于可以随时间而变化并且在传输路径的各点处不同的诸如环境温度、机械应力等各种因素。因而，各通用信号分量的极化定向一般在接收器处是未知的。

有时所不希望的是，光纤双折射如此之大以至于造成极化模式色散(PMD)、即通用光信号分量沿着光纤的两个主极化态(PSP)轴分解成两个正交极化分量，其中光沿着一个轴以它最快的速度行进经过光纤，而光沿着另一个轴以它最慢的速度行进经过光纤。在这样的情况下，不仅在两个极化分量之间的相位关系可以随时间而变化，而且两个正交极化分量中的各极化分量可以由于在两个PSP轴之间的由PMD引起的差分群延迟(DGD)而在不同时间到达接收器。注意，实际上如上文提示的那样，光纤的各小段表现为如同正是它自己的小段光纤在两个PSP轴之间引入它自己的DGD。然而，出于简化考虑，可以基于PMD的一阶近似将光纤视为在两个轴之间引入某一DGD的单个DGD元件。因此，对于特定光纤或者光链路，PMD为随机效应，并且由PMD引起的DGD也可以随时间而变化。

其它线性效应使通过光纤传输的光信号失真。这样的效应包括色散(CD)。光补偿方法通常用来减少由于CD或者PMD而出现的信号失真。

电子色散补偿(EDC)近来已经作为一种可以用成本有效方式灵活减少由CD引起的失真的技术而出现。如M.S.O′Sullivan、K.Roberts和C.Bontu在″Electronic dispersion compensation techniquesfor optical communication systems″(ECOC′05，paper Tu3.2.1，2005)中说明的那样，可以在发送器处进行EDC。取而代之，可以在接收器处进行EDC。如S.Tsukamoto、K.Katoh和K.Kikuchi在″Unrepeated Transmission of 20-Gb/s Optical QuadraturePhase-Shift-Keying Signal Over 200-km Standard Single-Mode FiberBased on Digital Processing of Homodyne-Detected Signal forGroup-Velocity Dispersion Compensation″(IEEE PhotonicsTechnology Letters，Volume 18，Issue 9，1 May 2006，pp.1016-1018)中描述的那样，用相干检测接收器实施EDC。此外，如X.Liu和X.Wei于2006年9月22日提交并且向Lucent Technologies转让、标题为″Reconstruction and Restoration Of Optical Signal Field″的第11/525786号美国专利申请中说明的那样，可以用特殊直接差分检测接收器实施EDC，上述专利申请通过引用并入本文就如同在这里进行了完全阐述，并且下文将称为Liu-Wei的专利申请。

不同于CD，光纤链路中的PMD可以很快改变，并且通常必须在接收器中完成PMD补偿。电子PMD补偿(EPMDC)最近也已经由于它的潜在成本有效性而受到关注。如J.Hong、R.Saunders和S.Colaco在″SiGe equalizer IC for PMD Mitigation and SignalOptimization of 40 Gbits/s Transmission″(发表于Optical FiberCommunication Conference 2005，paper OWO2)中说明的那样。然而，常规直接检测接收器的EPMDC的能力很有限，因为PMD容限的改进通常仅约为50％。

发明内容

根据本发明的原理，通过运用如下双极化直接差分接收器部分在接收器处发展接收的光信号的两个正交极化分量中的各极化分量的例如以参考点为参照的复数场(即幅度和相位)的数字版本，该接收器部分使用直接差分检测以发展根据接收的光信号的两个正交极化分量中的各极化分量来导出的光信号的数字表示，这些极化分量随后使用数字信号处理(DSP)来处理以发展代表如在接收器处接收的极化的强度和相位分布的数字表示。然后，进一步联合处理如在接收器处接收的光信号的两个正交极化分量中的各极化分量的复数场的重构数字版本以发展接收的光信号的至少一个所谓“通用”极化分量。注意，由于光纤双折射或者PMD，在光纤传输之后如在接收器处接收的光信号的两个正交极化分量一般不是信号的通用极化分量。根据本发明一个方面，在联合处理期间确定在两个重构光场中所用的两个参考点之间的相对相位差。这可以通过运用搜索技术来实现。

在本发明的一个实施例中，极化光束分路器(PBS)首先用来将接收的光信号分离成两个任意正交极化分量E_x’和E_y’。向特殊的直接差分检测接收器提供各正交极化分量，该接收器运用比如在Liu-Wei的专利申请中描述的并且这里称为I/Q ODI对的相位延迟差约为π/2的特殊成对光延迟干涉仪(ODI)。各I/Q ODI对的至少四个输出随后由两个平衡式检测器(其两个输出由相应的模拟到数字转换器(ADC)采样)检测、然后加以处理以根据Liu-Wei的专利申请获得接收的信号光场沿着对应极化轴即x’或者y’的数字表示。

在本发明的第二实施例中，向单个极化独立I/Q ODI对直接提供接收的光信号，并且所得四个输出各自连接到均具有相同极化定向的四个PBS中的相应的关联的一个PBS。各PBS产生两个输出，从而共计有来自四个PBS的由根据第一极化导出的四个输出(例如x’极化输出)和根据第二极化导出的四个输出(例如y’极化输出)构成的八个输出。向其输出由四个对应ADC中的相应一个ADC采样的四个平衡式检测器中的相应一个检测器提供与单个光延迟干涉仪和单个极化对应的PBS的各对输出。然后，处理各所得采样波形以用Liu-Wei的专利申请中描述的方式获得接收的信号的光场沿着各极化轴x’和y’的数字表示。

尽管这一第二实施例与第一实施例相比需要使用三个附加PBS，但是由于I/Q ODI本身和与之关联的控制电子器件与PBS成本相比的相对成本而仍然有利，因为运用了仅一个I/Q ODI对，所以可以实现显著的成本节省。另外，可以更紧凑地实施第二实施例。

本发明的任一实施例可以用基于自由空间或者光纤的光器件或者其任何组合来实施。

虽然为了节省成本，预计实施者一般将根据接收的信号的一个或者多个极化分量的相应复数波形的绝对值来对它们的强度分布进行近似，但是他们可以代之以运用直接强度检测以获得强度分布的更准确测量。

本发明的技术适合于与各种类型的光差分相移键控(DPSK)信号一起运用，比如差分二进制相移键控(DBPSK)和差分正交相移键控(DQPSK)信号。它们也可以与幅移键控(ASK)、组合式DPSK/ASK和正交幅度调制(QAM)一起运用。

附图说明

在附图中：

图1示出了用于发展接收的光信号的至少一个所谓“通用”极化分量的根据本发明原理布置的通常在接收器中的示例装置；

图2示出了与图1中所示装置相似、但是其中省略了强度检测支路的本发明的一个实施例；

图3示出了与图1中所示装置相似、但是仅运用单个I/Q ODI对的本发明的另一实施例；

图4示出了在光信号通过造成PMD的典型光纤传输链路时的示例极化“演变”；

图5示出了根据本发明一个方面的用于进行为了从接收的光信号的两个正交极化分量的重构光场中恢复通用极化分量而需要的数字信号处理的示例布置；

图6示出了适合于用来组成图5的各处理单元的布置的示例高级框图；

图7示出了根据本发明一个方面的用于得到为了恢复E_x(t)和E_y(t)而需要的参数的最佳推测的以流程图形式表达的示例处理；

图8示出了本发明一个实施例中的由图6的实时子处理器602进行的以流程图形式表达的示例处理；

图9示出了一个布置的示例高级框图，该布置适合于用来组成图5的各处理单元、但是布置成与图6中所示布置相比能够加速处理；

图10示出了一个布置的示例高级框图，该布置适合于用来组成图5的各处理单元、但是布置成将光纤视为如同它由多段组成以便实现对PMD(包括更高阶PMD)的、比使用图6或者图9的布置可以实现的补偿更佳的补偿；

图11示出了一个布置的高级框图，该布置适合于用来组成图5的各处理单元、但是布置成将光纤视为如同它由各自具有各自固定为0.4T_S的DGD值的2段组成；

图12示出了根据本发明一个方面的一个布置的示例高级框图，该布置适合于用来组成图5的各处理单元、但是布置用于与相干检测接收器一起使用；并且

图13示出了本发明一个实施例中的在图12的实时子处理器中进行的以流程图形式表达的示例处理。

具体实施方式

下文仅举例说明本发明的原理。因此，将认识到本领域技术人员将能够设计虽然这里未明确描述或者示出、但是将本发明的原理具体化并且包含于其精神实质和范围内的各种布置。另外，这里记载的所有例子和条件性语句主要明确地旨在于仅用于教导目的以帮助读者理解本发明的原理和发明人为发展本领域而提出的概念并且应该理解为不限于这样的具体记载的例子和条件。另外，这里记载本发明原理、方面和实施例及其具体例子的所有陈述旨在于涵盖其结构和功能等效实施例。此外，旨在于使这样的等效实施例包括目前已知的等效实施例以及将来开发的等效实施例、即无论结构如何都实现相同功能的所开发的任何要素。

因此，本领域技术人员例如将认识到这里的任何框图代表将本发明的原理具体化的示例电路的概念图。类似地，将认识到任何流程图表、流程图、状态转变图、伪代码等代表可以实质上在计算机可读介质中代表的并且因而由计算机或者处理器执行的各种处理，无论是否明确地示出这样的计算机或者处理器。

可以通过使用专用硬件以及能够结合适当软件执行软件的硬件来提供图中所示各种要素(包括标记为“处理器”的任何功能块)的功能。在由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由其中一些可以共享的多个单独处理器提供。另外，明确使用术语“处理器”或者“控制器”不应理解为唯一地指代能够执行软件的硬件并且可以无限制地隐含包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储设备。也可以包括其它常规和/或定制硬件。类似地，图中所示任何开关仅为概念上的。可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互或者甚至手工实现它们的功能，具体技术如根据上下文更具体理解的那样可由实施者选择。

在其权利要求中，表达为用于执行指定功能的手段的任何要素旨在于涵盖执行该功能的任何方式。这可以例如包括：a)执行该功能的电的或者机械的要素的组合；或者b)任何形式的软件(因此包括固件、微代码等)，与用于执行该软件以执行功能的适当电路以及耦合到由软件控制的电路的机械要素(如果有的话)组合。如这样的权利要求限定的本发明存在于以权利要求所要求保护的方式将各种记载的装置所提供的功能组合和汇聚在一起这一事实中。因此，申请人认为可以提供那些功能的任何手段与这里所示手段等效。

软件模块或者简称为意指软件的模块可以在这里表示为流程图要素或者其它如下要素的任何组合，这些要素表明处理步骤的性能和/或文字描述。这样的模块可以由明确或者隐含示出的硬件执行。

除非这里另有明确指定，附图未按比例绘制。

在说明书中，在不同附图内的标号相同的部件指代相同部件。

图1示出了用于发展接收的光信号的至少一个所谓“通用”极化分量的根据本发明原理布置的通常在接收器中的示例装置。这通过以下方式来实现：结合数字信号处理通过运用直接差分检测来发展接收的光信号的整个复数光场的电子版本。还有可能补偿光信号在从它的源开始的行进过程中经受的各种损伤。图1示出了：a)极化光束分路器(PBS)101；b)1x3光分路器102和103；c)光延迟干涉仪(ODI)105、106、107和108；d)平衡式强度检测器111、112、113和114；e)单强度检测器115和116；f)可选放大器121、122、123、124、126和126；g)可选自动增益控制器(AGC)131、132、133、134、135和136；h)模拟到数字转换器(ADC)141、142、143、144、145和146；以及i)数字信号处理(DSP)单元150。

具体而言，极化光束分路器101分离接收的光信号以从中产生两个正交极化分量E_x’和E_y’。向1x3光分路器102提供E_x’，而向1x3光分路器103提供E_y’。然而，正交极化分量E_x’和E_y’很可能不对应于原始传输的通用分量的极化，因为它们当前显然是在接收的信号中。

1x3光分路器102复制接收的光信号以便产生三个副本。向光延迟干涉仪(ODI)105提供由1x3光分路器102产生的三个光束之一，向ODI 106提供由1x3光分路器102产生的三个光束中的另一光束，而向光电二极管115提供最后一个光束。向来自原始输入的光信号的各副本分配的光功率取决于实施者。在本发明的一个实施例中，分割功率使得在约40％到45％之间的输入功率作为输出提供给各ODI 105和106、并且将其余功率，即在10％到20％之间的输入功率提供给光电二极管115。

如本领域普通技术人员将容易认识到的那样，光延迟干涉仪(ODI)105、106、107和108可以是具有所需特性的任一类干涉仪。例如，ODI可以基于公知的所谓Mach-Zehnder干涉仪。取而代之，ODI可以基于公知的所谓Michaelson干涉仪。优选地，成对制作ODI 105和106，从而例如使用比如在Christopher R.Doerr和Douglas M.Gill于2004年6月23日提交、标题为″Apparatus andMethod for Receiving a Quadrature Differential Phase Shift KeyModulated Optical Pulsetrain″、于2005年12月29日公布的第10/875016号美国专利申请和Xiang Liu于2005年10月8日提交、标题为″Optical Demodulating Apparatus and Method″、于2007年4月12日公布为2007/0081826的第11/163190号美国专利申请中公开的技术来自动保证它们的相位正交性(或者它们的差分相位在干涉臂之间的π/2偏移)。另外优选地，两个ODI对整体地集成与同一衬底上，从而使得它们的特征极化定向相同。注意，ODI的特征极化定向类似于光纤的PSP。

各ODI 105和107具有在它的相应两个臂之间的光路中约为ΔT的延迟以及相位差φ₀，其中：

$\mathrm{\ΔT}=\frac{T_S}{\mathrm{sps}},$

(1)

其中T_S是信号的符号周期，sps是模拟到数字转换器取得的每个符号的样本数目，而φ₀是优选地设置于π/4的任意选定数。如果是这样，则ODI的自由频谱范围(FSR)(即1/ΔT)与信号符号速率(SR)关联为FSR＝SR·sps。注意，基于数值仿真，已经发现sps优选地设置成值4。这是因为小于4的sps值在给定下文描述的过程的情况下往往不足以准确地充分代表信号波形，而大于4的sps仅提供可忽略不计的改进。

在本发明的一个实施例中，可以通过调节干涉仪的一个臂以具有粗略长度差ΔT*C/n(其中C是真空中的光速，而n是臂的介质折射率)、然后进一步调节长度以形成相位漂移φ₀来实现延迟差。注意，在实践中，由于相位漂移φ₀对应于很小的长度差，所以相位漂移部分实际上可以更长些或者更短些，从而使得总长度为φ₀加上或者减去2π的倍数。这样，即使长度不是精确地为φ₀，相位改变仍然有效地为φ₀。

用来实现有效长度改变φ₀的总长度改变可以是长度ΔT·C/n的某一百分比。尽管甚至多达25％可以起作用，但是该百分比优选地少于10％，并且当然的是，能够使得长度越准确地匹配实际所需长度，性能就将越佳。在本发明的其它实施例中，可以在臂之间划分所需延迟，只要实现所需延迟和相位差即可。本领域普通技术人员将容易认识到如何开发适当布置以实施ODI 105和107。

尽管任何值都可以用作相位偏移φ₀的值，但是如在下文中将看到的那样，为了兼容常规接收器，可以有利地运用φ₀的某些值。例如，φ₀的良好值对于DQPSK为π/4而对于DBPSK为0。

各ODI 106和108类似于ODI 105和107，因为它们各自具有在它们的相应两个臂之间的光路中的约为ΔT的延迟，但是在它们的臂之间，它们各自具有相位偏移φ₀-π/2。因此，ODI 105和106的相位偏移之差为π/2，因而ODI 105和106称为具有正交相位偏移。类似地，ODI 107和108的相位偏移之差为π/2，因而ODI 107和108称为具有正交相位偏移。

ODI 105和106一起组成所谓“I/Q ODI对”。由ODI 105和106组成的I/Q ODI对的四个输出随后以图1中所示方式分别由平衡式检测器111和112检测。平衡式检测器111和112的输出由放大器121和122中的相应一个放大器放大，它们随后可以由可选自动增益控制器(AGC)131和132之一归一化。

平衡式强度检测器111和112是常规的。通常，各平衡式强度检测器111和112由成对的良好匹配的光电二极管组成。平衡式强度检测器111和112将ODI 105和106的各臂的输出转换成电表示。因此，平衡式强度检测器111和112获得如下复数波形的实部和虚部的电版本，该复数波形包含与从PBS 101向1x3光分路器102提供的接收光信号的极化分量中的间隔为ΔT的两个时间位置之间的相位差有关的信息。

光电二极管115进行常规直接强度检测并且因此获得电子形式的强度分布E_x’。

放大器121、122和125分别放大如平衡式强度检测器111、平衡式强度检测器112和光电二极管115提供的信号。通常，放大器121、122和125将平衡式强度检测器111、平衡式强度检测器112和光电二极管115的各个光电二极管输出的电流转换成相应的对应电压。为此，放大器121、122和125可以是跨导放大器。另外，放大器121和122可以是差分放大器。在放大之后，各输出通常为单端的(single ended)。可选自动增益控制器(AGC)131、132和135可以用来在数字化之前将电子波形归一化。

模拟到数字转换器(ADC)141、142和143进行对放大信号的“数字采样”以发展放大信号的数字表示。ADC 141、142和145通常具有相同的分辨率，例如8比特。

类似于1x3光分路器102，1x3光分路器103复制接收的光信号以便产生三个副本。向光延迟干涉仪(ODI)107提供由1x3光分路器103产生的三个光束之一，向ODI 108提供由1x3光分路器103产生的三个光束中的另一光束，而向光电二极管116提供最后一个光束。

ODI 107和108一起组成I/Q ODI对。由ODI 107和108组成的I/Q ODI对的四个输出随后以图1中所示方式分别由两个平衡式检测器113和114检测。平衡式检测器113和114的输出由放大器123和124中的相应一个放大器放大，它们随后可以由可选自动增益控制器(AGC)133和134之一归一化。

平衡式强度检测器113和114是常规的。通常，各平衡式强度检测器113和114由成对的良好匹配的二极管组成。平衡式强度检测器113和114将ODI 107和108的各臂的输出转换成电表示。因此，平衡式强度检测器113和114获得如下复数波形的实部和虚部的电版本，该复数波形包含与从PBS 101向1x3光分路器103提供的接收光信号的极化分量中的间隔为ΔT的两个时间位置之间的相位差有关的信息。

光电二极管116进行常规直接强度检测并且因此获得电子形式的强度分布E_y’。

放大器123、124和126分别放大如平衡式强度检测器113、平衡式强度检测器114和光电二极管116提供的信号。通常，放大器123、124和126将平衡式强度检测器113、平衡式强度检测器114和光电二极管116的各种光电二极管输出的电流转换成相应的对应电压。为此，放大器123、124和126可以是跨导放大器。另外，放大器123和124可以是差分放大器。在放大之后，各输出通常为单端的。可选自动增益控制器(AGC)133、134和136可以用来在数字化之前将电子波形归一化。

模拟到数字转换器(ADC)143、144和146进行对放大信号的“数字采样”以发展放大信号的数字表示。ADC 143、144和146通常具有相同的分辨率，例如8比特。

数字信号处理单元150接收从ADC 141-146提供的所有数字化信号的数字表示并且发展接收的光信号的至少一个所谓“通用”极化分量。注意，通用极化分量一般是指与接收信号对应的在用于传输的该极化分量的调制完成时所在的点处的原始信号。

根据本发明的一个方面，重构单元151-1接收从ADC 141、142和145提供的数字化信号并且发展接收的光信号的极化之一的幅度和相位分布的数字表示，例如x’。类似地，根据本发明的一个方面，重构单元151-2接收从ADC 143、144和146提供的数字化信号并且发展接收的光信号的其它极化之一的接收光信号场、即幅度和相位分布的数字表示，例如y’。为此，重构单元151-1将它的输入视为如同它们是光信号的全部并且在例如根据在Liu-Wei的专利申请中描述的处理结合其重构单元151对失真进行任何补偿之前根据Liu-Wei的专利申请例如使用m＝1来处理那些输入。在Liu-Wei的专利申请中称为E_R(t_s)的用于这一重构的所得输出在这里称为E_x’(t)。类似地，重构单元151-2将它的输入视为如同它们是光信号的全部并且在例如根据在Liu-Wei的专利申请中描述的处理结合其重构单元151对失真进行任何补偿之前根据Liu-Wei的专利申请例如使用m＝1来处理那些输入以发展接收的光信号场、即幅度和相位分布。在Liu-Wei的专利申请中称为E_R(t_s)的用于这一重构的所得输出在这里称为E_y’(t)。

由于光纤双折射或者PMD，在光纤传输之后如在接收器处接收的光信号的两个正交极化分量一般不是信号的通用极化分量。因此，根据本发明的一个方面，如下文将描述的那样，需要进一步联合处理处理如在接收器处接收的光信号的两个正交极化分量中的各极化分量的复数场的重构数字版本E_x’(t)和E_y’(t)以发展接收的信号的至少一个“通用”极化分量。

图4示出了在光信号通过造成PMD的典型光纤传输链路402时的示例极化“演变”。信号在沿着光纤的两个PSP轴的光纤传输之后的下文定义为E_‖ ^out和E_⊥ ^out的两个极化分量——将光纤视为引入两个轴之间某一DGD的单个DGD元件——可以与接收的信号场的两个正交分量E_x’和E_y’关联如下，

$\left[\begin{array}{c}{E}_{\left|\right|}^{\mathrm{out}}\left(t\right)\\ E_{\⊥}^{\mathrm{out}}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)& \sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\\ -\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{E}_{x^{,}}\left(t\right)\\ E_{y^{,}}\left(t\right)\·e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_2}\end{array}\right],$

$=\left[\begin{array}{c}\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{,}}\left(t\right)+\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{,}}\left(t\right)\·e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_2}\\ -\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{,}}\left(t\right)+\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{,}}\left(t\right)\·e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_2}\end{array}\right]$ (2)

其中θ₂是在PBS 101的两个特征定向与光纤402的两个PSP轴之间的角度，而δφ₂是如与两个接收的极化分量紧接在PBS 403之后的相位差相比的在两个重构信号场E_x’与E_y’之间的附加相位差。附加相位差包括在两个重构光场中所用的两个参考点之间的初始未知相对相位差。根据本发明的一个方面，在联合处理期间，通过运用比如下文描述的搜索技术来确定相位差δφ₂。E_x’和E_y’是如由极化光束分路器403分离的接收光信号的两个正交极化分量的重构光场。

信号在光纤402的输入处沿着光纤402的两个PSP轴的定义为E_‖ ⁱⁿ和E_⊥ ⁱⁿ的两个极化分量可以与E_‖ ^out和E_⊥ ^out相关如下：

$E_{\left|\right|}^{\mathrm{in}}\left(t\right)=E_{\left|\right|}^{\mathrm{out}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{\mathrm{j\δ\φ}},$

$E_{\⊥}^{\mathrm{in}}\left(t\right)=E_{\⊥}^{\mathrm{out}}\left(t\right),$ (3)

其中τ_DGD是由PMD引起的DGD，而δφ是在两个PSP之间的由PMD引起或者由双折射引起的可以例如由于环境如机械或者温度改变而随时间变化的相位差。常规地，‖和⊥轴分别称为快速PMD轴和慢速PMD轴。在PMD充分小的情况下，τ_DGD可以在方程(3)中近似为0，但是不能忽略由PMD引起或者由双折射引起的相位差δφ。

当极化复用从发送器401发射的原始信号以承载两个通用极化分量E_x和E_y时，这两个通用分量可以与E_‖ ⁱⁿ和E_⊥ ⁱⁿ关联如下：

$\left[\begin{array}{c}{E}_x\left(t\right)\\ E_y\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{E}_{\left|\right|}^{\mathrm{in}}\left(t\right)\\ E_{\⊥}^{\mathrm{in}}\left(t\right)\end{array}\right],---\left(4\right)$

其中θ₁是在光纤的输入处，在来自发送器的原始信号的两个正交极化分量与光纤的两个PSP轴之间的角度。

组合方程(2)、(3)和(4)，两个通用极化分量E_x和E_y随后可以按照接收的极化分量表达为：

$\left[\begin{array}{c}{E}_x\left(t\right)\\ E_y\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{E}_{\left|\right|}^{\mathrm{in}}\left(t\right)\\ E_{\left|\right|}^{\mathrm{in}}\left(t\right)\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{E}_{\left|\right|}^{\mathrm{out}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{j\·\mathrm{\δ\φ}}\\ E_{\⊥}^{\mathrm{out}}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)E_{\left|\right|}^{\mathrm{out}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{j\·\mathrm{\δ\φ}}-\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)E_{\⊥}^{\mathrm{out}}\left(t\right)\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)E_{\left|\right|}^{\mathrm{out}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{j\·\mathrm{\δ\φ}}+\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)E_{\⊥}^{\mathrm{out}}\left(t\right)\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{,}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})+\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{,}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_1}]e^{j\·\mathrm{\δ\φ}}-\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[-\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{,}}\left(t\right)+\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{,}}\left(t\right)e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_2}]\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{,}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})+\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{,}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_2}]e^{j\·\mathrm{\δ\φ}}+\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[-\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{,}}\left(t\right)+\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{,}}\left(t\right)e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_2}]\end{array}\right].---\left(5\right)$

在单极化原始信号(即它在发送器处仅具有一个通用极化分量如E_x)的情况下，仅需要方程(5)中的一半计算。

如方程(5)中所示，一般需要五个参数θ₁、θ₂、δφ、δφ₂和τ_DGD以恢复可以是单极化也可以是极化复用的原有光信号场。当PMD充分小(例如由PMD引起的DGD比信号符号周期小得多)时，可以在导出原始信号场时将τ_DGD安全地设置成零从而留下四个待确定的参数θ₁、θ₂、δφ和δφ₂。由于这些参数一般随时间而变化，所以需要动态地得到这些参数的值。

可以在逐块基础上(各块具有多个样本)进行为了从接收的光信号的两个正交极化分量的重构光场中恢复通用极化分量而需要的数字信号处理。图5示出了根据本发明一个方面的用于进行为了从接收的光信号的两个正交极化分量的重构光场中恢复通用极化分量而需要的数字信号处理的示例布置。这一电路包括解复用器501和502、M个处理单元(PU)505以及复用器503和504。

图5的布置的输入为E_x’(t)和E_y’(t)，而其输出为E_x(t)和E_y(t)。各解复用器501和502划分它在M个并行路径之上接收的样本，由此降低对PU 505的处理速度要求。最终，复用器503和504复用经处理的样本以构造E_x(t)和E_y(t)。注意，在任何给定时间，向PU 505之一提供的成块样本可以具有与它的相邻PU的样本重叠的样本。还应注意，可以例如在Liu-Wei的专利申请中描述的那样与场重构处理共享复用器和解复用器。

图6示出了适合于用来组成各PU 505的布置600的示例高级框图。布置600在用作PU 505时对于每个时间段一次接收每块长度为N的两块对应成块样本。N通常大于4而小于40，具有约为10的适当值。为N选择的值代表在可实现的准确性与为了处理样本而需要的计算速度之间的权衡。向前馈子处理器601和实时子处理器602提供接收的样本。前馈子处理器601得到为了恢复E_x(t)和E_y(t)而需要的参数的最佳推测并且向实时子处理器602馈送除了δφ₂之外的这些参数。实时子处理器602接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本以及由前馈路径601确定的参数θ₁、θ₂、δφ和τ_DGD的最佳推测并且在如下文描述的那样处理接收的输入之后提供N对E_x(t)和E_y(t)作为输出。

图7示出了根据本发明一个方面的用于得到为了恢复E_x(t)和E_y(t)而需要的参数的最佳推测的以流程图形式表达的示例处理。可以在前馈子处理器601中进行这一处理。该处理在步骤702中开始，此时接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本。接着在步骤703中使用方程(5)为接收的N对E_x’(t)和E_y’(t)样本中的各对样本计算E_x(t)和E_y(t)的候选值。为了这样做，对于各对E_x’(t)和E_y’(t)，针对五个参数中的各参数在它们的相应物理上可允许范围内为各可能值组合计算候选值。例如，物理上可允许范围可以是θ₁∈[0，π)、θ₂∈[0，π)、δφ∈[0，2π)和δφ₂∈[0，2π)。对于τ_DGD，所用的范围可以从0到信号的符号周期，但是应当认识到τ_DGD实际上可以更大。

优选地，这通过选择用于五个参数中的各参数的值组合并且使用它们来计算E_x(t)和E_y(t)的N个候选值来实现。在本发明的一个实施例中，用于各参数的推测值均匀分布于它的允许范围内。通常，用于各参数的10至20个推测值应当是足够的。

一种进行计算的方式是实施双循环，其中外循环是参数值而内循环是N个样本对。这样布置的循环有助于步骤704的计算，其中选择五个参数的使N个候选E_x(t)的方差型的量最小的特定值。例如，将五个参数的使E_x(t)的候选集合的方差、即最小的值选择为最佳推测。取而代之，将五个参数的使E_y(t)的候选集合的方差、即

最小的值选择为最佳推测。取而代之，可以将两个方差的某一组合指定为待最小化的方差型的量。

对信号的通用极化分量、即E_x(t)和E_y(t)的前述选择假设如原始传输的通用极化分量本质上具有恒定强度，即幅度，对于至少包括DBPSK和DQPSK的DPSK型格式而言情况一般如此。取而代之，可以使用类似于或者基于恒模算法(CMA)的方式来得到这些参数的最佳推测。

在步骤705中，提供四个参数θ₁、θ₂、δφ和τ_DGD的最佳推测作为输出，并且控制返回到步骤702以处理接下来N对E_x’(t)和E_y’(t)样本。注意，四个参数θ₁、θ₂、δφ和τ_DGD的值通常倾向于以比信号符号速率慢得多的速率改变。因此，前馈子处理器601无需处理它接收的所有由N对E_x’(t)和E_y’(t)样本构成的块，因为这样做对于参数保持基本上不变的那些时间段将产生基本上相同的值。例如，光纤PMD的改变速率通常比10KHz(这是10-Gbaud信号的符号速率的1/10⁶)更慢。有利地，这显著地放缓了前馈子处理器601所需的计算速度。当然，如果有其中四个参数θ₁、θ₂、δφ和τ_DGD的值的改变速率更快的情形，则可以更频繁地或者甚至为每个块计算它们。

在本发明的另一实施例中，不同于针对各变化缓慢的参数θ₁、θ₂、δφ和τ_DGD的使用10至20次推测，对于每个参数仅运用三个推测值，一个是先前最佳推测值而另外两个是它的最近邻近推测值。对于角度参数，最近邻居推测值应当是循环邻居，其中循环邻居一般意味着参照适当值(例如对于δφ为2π而对于θ₁和θ₂为π)来取模。在两个最邻居推测值之间的循环间距应当比参数的可允许范围小得多。优选地，该间距为参数的可允许范围的1/10或者更小。对于τ_DGD，最近邻居是向上一个最小步骤和向下一个最小步骤的那些值，其中每个步骤明显小于符号周期。优选地，该间距是参数的可允许范围的1/5或者更小。这样做有利地减少了所需计算量。

在本发明的又一实施例中，无需搜索用于τ_DGD的推测值。实际上，用于τ_DGD的推测值可以固定成符号周期的一小部分，例如0.4Ts，而仍然获得有用的PMD补偿。

图8示出了本发明一个实施例中的由实时子处理器602进行的以流程图形式表达的示例处理。在步骤802中，接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本以及由前馈子处理器601获得的参数θ₁、θ₂、δφ和τ_DGD的最佳推测。接着，步骤803使用方程(5)针对推测值集合δφ₂∈[0，2π)来计算E_x(t)和E_y(t)。

随后，在步骤804中得到δφ₂的最佳推测。在本发明的一个实施例中，最佳推测是用来使代表E_x(t)的N个量的方差(即

)和代表E_y(t)的N个量的方差(即

)中的至少一个最小的推测。注意，使代表E_x(t)的N个量的方差和代表E_y(t)的N个量的方差之一最小通常也会使得使另一方差最小。然而，情况并非总是如此，例如在存在噪声时就是如此，并且实施者可以代之以选择使代表E_x(t)的N个量的方差与代表E_y(t)的N个量的方差之差最小。

在步骤805中，提供与δφ₂的最佳推测对应的N对E_x(t)和E_y(t)样本作为输出，并且可以返回到步骤802以处理接下来N对E_x’(t)和E_y’(t)样本。

图9示出了适合于用来组成各PU 505、但是布置成与图6中所示布置相比能够加速处理的布置900的示例高级框图。图9的布置考虑如下事实：参数θ₁、θ₂和τ_DGD的改变通常比δφ的改变慢得多，因此可以以更慢的速率计算它们。为此，图6的前馈子处理器601进一步分成与图6的前馈子处理器601相比以更慢的速率进行计算的第一前馈子处理器901和以与图6的前馈子处理器601相同的速率进行计算的第二前馈子处理器903。

第一前馈子处理器901接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本作为输入并且提供参数θ₁、θ₂和τ_DGD的最佳推测作为输出。第二前馈子处理器903类似地接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本作为输入，并且它也接收如由第一前馈子处理器901提供以作为输出的参数θ₁、θ₂和τ_DGD的最佳推测作为输入。第二前馈子处理器903向实时子处理器602提供δφ的最佳值作为输出，并且它也传递θ₁、θ₂和τ_DGD的最佳推测。注意，取而代之，可以从第一前馈子处理器901向实时子处理器602直接提供θ₁、θ₂和τ_DGD的最佳推测。有利地，由于第一前馈子处理器901的更新速率可以比第二前馈子处理器903的更新速率更慢，所以总体上减少了前馈路径的计算速度要求。

实时子处理器602接收相同N对E_x’(t)和E_y’(t)样本，并且仍然如它在图6中完成的那样接收θ₁、θ₂、δφ和τ_DGD的最佳推测(虽然是从第二前馈子处理器903而不是前馈子处理器601)，并且基于如前文描述的信号处理来输出N对E_x(t)和E_y(t)样本。

可以通过将光纤视为如同它由各自具有它自己的“虚拟”DGD参数的多段组成来进一步提高上述电子PMD补偿(PMDC)的有效性。具体而言，不同于先前用来描述由光纤引起的PMD的三个参数θ₁、δφ和τ_DGD，可以将光纤链路视为M个PMD段(即各自用三个参数θ₁ ⁱ、δφⁱ和τ_DGD ⁱ描述的小段光纤，其中i＝1，2，...M是虚拟PMD段的索引)的级联。两个接收的极化分量一般可以与通用极化分量E_x和E_y关联如下：

$\left[\begin{array}{c}{E}_{x^{,}}\\ E_{y^{,}}\end{array}\right]=T\·\left[\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right]=P\·R_2\·\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Π}}}{\mathrm{PMD}}^{M-i+1}\·\left[\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right],---\left(6\right)$

其中矩阵T代表光纤链路的极化变换，R₂是与在光纤输出处沿着光纤PMD PSP轴的信号分量在接收器中所用的PBS的极化轴上的投影关联的旋转矩阵，PMDⁱ是对第i段的PMD影响进行描述的矩阵，而P是代表在接收器处进行极化光束分路之后两个重构场之间附加相位延迟的相位延迟矩阵。

使用图4中所示符号表示，旋转矩阵R₂可以记为：

$R_2=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\end{array}\right].---\left(7\right)$

相位延迟矩阵P可以记为：

$P=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_2}\end{array}\right].---\left(8\right)$

第i段的PMD矩阵PMDⁱ例如在从时域的傅里叶变换之后可以在频域中记为：

${\mathrm{PMD}}^i\left(\mathrm{\Δf}\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{j\·(2\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δf}\·{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}}}^i+\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}^i)}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}\cos \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)& \sin \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)\\ -\sin \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)& \cos \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)\end{array}\right],---\left(9\right)$

其中τ_DGD ⁱ和δφⁱ分别是差分群延迟(DGD)和在第i个PMD段的两个PSP轴之间的相位延迟，θ₁ ⁱ是在信号极化在第i个PMD段的输入处的定向与它的PSP轴之一之间的角度，而Δf是相对于信号中心频率的频率偏移。在时域中，PMD矩阵对输入信号的作用如下，

${\mathrm{PMD}}^i\·\left[\begin{array}{c}{E}_x^{i-1}\left(t\right)\\ E_y^{i-1}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)E_x^{i-1}\left(t\right)+\sin \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)E_y^{t-1}\left(t\right)\\ [-\sin \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)E_x^{i-1}(t-{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}}}^i)+\cos \left({{\mathrm{\θ}}_1}^i\right)E_y^{i-1}(t-{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}}}^i)]e^{j\·{\mathrm{\δ\φ}}^{,}}\end{array}\right],$

(10)

其中E_x ^i-1和E_y ^i-1是在i≥2时在PDM段i-1的输出处沿着它的两个PSP轴的两个正交信号极化分路或者在i＝1时的通用信号极化分量E_x和E_y。原则上，当极化变换矩阵T已知时，可以随后使用下式根据重构极化分量来导出通用信号极化分量：

$\left[\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right]=T^{-1}\·\left[\begin{array}{c}{E}_{x^{,}}\left(t\right)\\ E_{y^{,}}\left(t\right)\end{array}\right]=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Π}}}{\left({\mathrm{PMD}}^i\right)}^{-1}\·R_2^{-1}\·P^{-1}\left[\begin{array}{c}{E}_{x^{,}}\\ E_{y^{,}}\end{array}\right].$

(11)，

其中-1表明标准矩阵逆运算、即矩阵与它的逆矩阵的乘积是单位矩阵I。

图10示出了布置1000的示例高级框图，该布置适合于用来组成各PU 505、但是布置成将光纤视为如同它由多段组成以便实现对PMD(包括更高阶PMD)的、比使用图6或者图9的布置可以实现的补偿更佳的补偿。用于进行这样的电子PMDC的处理假设光纤由M个“虚拟”PMD要素组成。前馈子处理器1001接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本作为输入并且提供参数θ₁ ¹、δφ¹、τ_DGD ¹...θ₁ ^M、δφ^M和τ_DGD ^M的最佳推测作为它的输出。实时子处理器1002接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本以及由前馈子处理器1001提供的参数的最佳推测作为输入并且使用如上文描述的方法提供N对E_x(t)和E_y(t)样本作为输出。

随着M增加，PMDC能力也增加。然而，用于进行PMDC计算的所需计算能力也增加。因此，存在在所需计算能力与所进行的PMDC之间的权衡。注意，通常，设置M＝2就足以提供比一阶PMD更佳的补偿而无需明显增加处理能力。为求进一步简化，如上文所言可以将用于τ_DGD ¹...τ_DGD ^M的推测值固定成符号周期的一小部分。

图11示出了布置1100的高级框图，该布置适合于组成各PU505、但是布置成将光纤视为如同它由各自具有各自固定成0.4Ts的DGD值的2段组成。

注意，根据本发明一个方面，上述数字PMD补偿方案也可以与所谓“双极化相干检测”接收器一起运用，其中获得接收的光信号的两个正交极化分量的数字表示。在Fludger等人的″UncompensatedTransmission of 86Gbit/s Polarization Multiplexed RZ-QPSK over100km of NDSF Employing Coherent Equalisation″(发表为ECOC′06post-deadline paper Th4.3.3)中示出了具有DSP的典型双极化相干检测接收器，通过参考将该论文并入本文，如同在这里进行了完全阐述。图12示出了根据本发明一个方面的布置1200的示例高级框图，该布置适合于用来组成各PU 505、但是布置用于与相干检测接收器一起使用。

众所周知，这样的相干检测接收器运用如下光本地振荡器(OLO)，该OLO为两个接收的极化分量提供绝对相位参考。因而，在附加相位差δφ₂中没有由于场重构处理所致的不确定性。因而，无需在实时子处理器1202中估计δφ₂，而代之以可以在前馈子处理器1201中估计δφ₂，从而实时子处理器中的计算工作大为减少。通常，δφ₂以很低的速度(例如小于1KHz)改变，因而前馈子处理器1201仅需以比信号数据速率低得多的速度更新δφ₂。

类似于图8，图13示出了根据本发明一个实施例的在实时子处理器1202中进行的以流程图形式表达的示例处理。在步骤1302中，接收N对E_x’(t)和E_y’(t)样本以及前馈子处理器1201针对M个虚拟段中的各段获得的参数θ₁、θ₂、δφ、δφ₂和τ_DGD的最佳推测。接着，步骤1301使用方程(11)来计算E_x(t)和E_y(t)。在步骤1305中，提供N对E_x(t)和E_y(t)样本作为输出，并且控制返回到步骤1302以处理接下来N对E_x’(t)和E_y’(t)样本。

如上文提到的那样，为了简化，可以固定DGD值，例如各自等于约0.4Ts。也可以将M选择为2。

一旦获得原始信号场，则可以使用针对其它损伤的补偿单元152、解调单元154和数据恢复单元155，执行针对其它损伤(例如色散和/或自相位调制)的进一步补偿，并且在适当解调之后执行数据恢复，以从至少一个通用极化中提取数据内容。

使用差分检测的一个实际问题在于它运用了ODI，ODI通常表现极化依赖相关的相位漂移(PDPS)。换而言之，一般而言，在ODI的两个臂之间的相位偏移φ依赖于光信号的极化态。当信号极化与ODI的两个特征极化定向之一对准时，相位偏移φ达到它的最大值或者它的最小值。PDPS是最大与最小相位偏移之差。

有三种常见类型的ODI：1)基于光纤，2)基于平面光波电路(PLC)和3)基于自由空间光器件。基于光纤的ODI的PDPS通常归因于机械应力所致的光纤双折射。基于PLC的ODI的PDPS通常归因于PLC的波导结构的双折射。基于自由空间光器件的ODI的PDPS通常归因于在形成两个光干涉路径时所用的光束分路器的极化相关的相位延迟。PDPS的范围可以从2度(0.035弧度)至约20度(0.35弧度)，任何ODI的PDPS的具体值依赖于它的设计。

如这里描述的场重构处理依赖于在多个采样位置的相位差估计。如果信号极化与ODI的两个特征极化定向之一未对准，则PDPS将随着采样点数目增加而累积并且有碍于准确相位估计。因此，优选以两个分路信号、即E_x’和E_y’中的各信号的极化与ODI的两个特征极化定向之一对准这样的方式对准PBS 101。这可以通过例如1)使用具有适当定向的维持极化的光纤以将PBS 101的两个输出与ODI对105-160和107-108的两个输入连接或者2)在ODI基于自由空间光器件时使用在PBS 101与ODI对105-16和107-108的两个输入之间的维持极化的自由空间光连接来实现。

图2示出了与图1中所示装置相似、但是其中省略了强度检测支路的本发明的一个实施例。根据本发明一个方面，根据每个极化分量的相应一个复数波形的绝对值来近似该极化分量的强度分布而不是根据接收的光信号来直接恢复该强度分布。

图3示出了与图1中所示装置相似、但是仅运用单个I/Q ODI对的本发明的另一实施例。这通过去除图1的PBS 101而代之以在第一I/Q ODI的四个输出处运用四个PBS 301来实现。另外，如在图2中一样，省略强度检测支路，并且对各极化分量的强度分布进行近似而不是从接收的光信号中直接恢复各极化分量的强度分布。有利地，参照图1的布置而言显著地减少了整个布置的成本。

在图3的实施例中，向由ODI 305和306组成的单个极化独立I/Q ODI对直接提供接收的信号，其中这些ODI的四个输出各自连接到具有相同极化定向的PBS 301中的相应一个PBS。然后，以与图1的I/Q ODI对的输出相同的方式(即由平衡式检测器检测，这些检测器的输出在可选放大和增益控制之后由相应ADC采样)对待来自PBS 301的由四个x’极化输出和四个y’极化输出构成的八个输出。然后，处理经采样的波形以获得如上文描述的信号光场的数字表示。

如本领域普通技术人员将理解的那样，本发明可以应用于光差分相移键控(DPSK)信号，比如差分二进制相移键控(DBPSK)和差分正交相移键控(DQPSK)信号，因为一个或者多个ODI和平衡式检测共同用于DPSK检测。另外，本发明也可以应用于幅移键控(ASK)、组合式DPSK/ASK和差分QAM。

Claims (15)

1.一种光接收器，包括：

双极化直接差分接收器部分，其提供两个复数波形的实部和虚部的电子模拟表示作为输出，各复数波形包含与针对接收的光信号的两个正交极化分量中的各相应一个极化分量的间隔为指定量的多个时间位置之间的相位差有关的信息；以及

信号处理器，耦合到所述双极化直接差分检测接收器部分，用于发展代表所述接收的光信号的至少一个通用极化分量的强度和相位分布的数字表示。

2.如权利要求1所述的光接收器，其中所述信号处理器使用来自所述两个复数波形的所述实部和虚部的所述电子模拟表示二者来发展代表所述接收的光信号的至少一个通用极化分量的强度和相位分布的所述数字表示。

3.如权利要求1所述的光接收器，其中所述信号处理器还包括：

用于发展所述接收的光信号的所述两个正交极化分量中的各极化分量的所述光场的数字表示的装置；以及

用于通过联合处理所述接收的信号的所述两个正交极化分量的所述光场的所述数字表示来发展所述光信号的至少一个通用极化分量的所述光场的数字表示的装置。

4.如权利要求1所述的光接收器，其中所述信号处理器还包括用于针对所述接收的光场已经行进经过的信道对所述接收的光信号施加的传输损伤，补偿代表所述接收的光信号的至少一个所述通用极化分量的强度和相位分布的所述数字表示的装置。

5.如权利要求1所述的光接收器，其中所述信号处理器还包括用于响应于代表所述接收的光信号的至少一个所述通用极化分量的强度和相位分布的所述数字表示来进行解调和数据恢复的装置。

6.如权利要求1所述的光接收器，其中所述信号处理器还包括：

多个并行处理单元，各处理单元的输入耦合到数据解复用器而输出耦合到数据复用器。

7.如权利要求6所述的光接收器，其中各所述处理单元在逐块基础上操作，其中各块包括来自所述接收的信号的所述两个正交极化分量中的各极化分量的多个样本。

8.如权利要求6所述的光接收器，其中各所述处理单元并行操作从而处理与时间段对应的成块样本，并且其中由所述处理单元之一处理的各块可以包含由另一所述处理单元正在处理、已经处理或者将要处理的样本。

9.如权利要求1所述的光接收器，其中所述信号处理器还包括：

处理单元，在逐块基础上操作，其中各块包括来自所述接收的信号的所述两个正交极化分量中的各极化分量的多个样本，所述处理单元还包括至少一个前馈处理器和至少一个实时处理器。

10.如权利要求9所述的光接收器，其中所述前馈处理器以比所述实时处理器使用所述前馈处理器输出来进行计算的速率更慢的速率更新它提供的用于由所述实时处理器用作输入的输出。

11.如权利要求9所述的光接收器，其中所述前馈处理器确定用于θ₁，τ_DGD，δφ，θ₂，δφ₂的值，其中：

θ₁是在光纤的输入处，在来自发送器的原始信号的所述两个正交极化分量与所述光纤的两个PSP轴之间的角度，

τ_DGD是由PMD引起的DGD，

δφ是在所述两个PSP之间的由PMD引起或者由双折射引起的相位差，

θ₂是在接收器处，在用来分离所述接收的信号的正交分量的极化光束分路器的两个特征定向与从其接收所述接收的信号的光纤的两个主极化态轴之间的角度，并且

δφ₂是在两个重构信号场E_x′与E_y′之间的相位差，

但是仅向所述实时处理器提供用于θ₁，τ_DGD，δφ，θ₂的值。

12.如权利要求1所述的光接收器，其中所述信号处理器还包括用于通过联合处理所述接收的光信号的所述两个正交极化分量的所述数字表示来发展所述接收的光信号的所述至少一个通用极化分量的电子极化解复用装置。

13.一种用于在光接收器中使用的方法，所述方法包括以下步骤：

将在接收时具有两个极化分量的光信号转换成包括用于各所述极化分量的同相和正交分量的数字表示；并且

联合处理用于各所述极化分量的所述同相和正交分量的所述数字表示以从中发展代表所述接收的光信号的至少一个通用极化分量的强度和相位分布的数字表示。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述联合处理步骤还包括以下步骤：将用于所述各极化分量的所述同相和正交分量的所述数字表示的样本分组成块，其中各块包括来自所述接收的信号的各所述极化分量的多个样本；并且

其中在所述联合处理步骤中在逐块基础上处理所述样本。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述联合处理步骤确定所述接收的光信号的两个通用极化分量E_x(t)和E_y(t)，

$\left[\begin{array}{c}{E}_x\left(t\right)\\ E_y\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{\′}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})+\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{\′}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{j\·{\mathrm{\δ\φ}}_1}]e^{j\·\mathrm{\δ\φ}}-\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[-\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{\′}}\left(t\right)+\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{\′}}\left(t\right)e^{j\·\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}_1}]\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{\′}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})+\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{\′}}(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DGD}})\·e^{j{\·\mathrm{\δ\φ}}_2}]e^{j\·\mathrm{\δ\φ}}+\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)[-\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{x^{\′}}\left(t\right)+\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)E_{y^{\′}}\left(t\right)e^{j\·{\mathrm{\δ\φ}}_2}]\end{array}\right],$

其中E_x′和E_y′是在由极化光束分路器进行分离之后所述接收的光信号的所述正交极化分量的重构光场，

θ₁是在来自发送器的原始信号的所述两个正交极化分量之间的角度，其中信号通过在其输入处具有两个主极化态轴的光纤发送并被接收作为所述接收的信号，

τ_DGD是由极化模式色散(PMD)引起的差分群延迟(DGD)，

δφ是在所述两个PSP之间的由PMD引起或者由双折射引起的相位差，

θ₂是在所述极化光束分路器的两个特征定向与所述光纤的两个主极化态轴之间的角度，并且

δφ₂是在所述两个重构信号场E_x′与E_y′之间的相位差，

θ₁是在所述极化光束分路器的输入处的所述极化复用信号的所述两个通用正交极化分量之一与所述极化光束分路器的定向之间的角度，并且

φ₁是在所述极化光束分路器输入处所述两个通用极化分量之间的光相位差。

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