CN102835045B - 可调谐接收器 - Google Patents
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Abstract
提供用于光通信的实施例，其中可调谐接收器选择和解调WDM信号的第一信道。一种示例接收器包括用于生成近似地以第一信道波长为中心的本地振荡器信号的可调谐本地振荡器。接收器的光混合结构在第一输入处接收具有M进制调制方案的波分复用(WDM)信号，其中M为大于2的整数，并且在第二输入处接收本地振荡器信号。多个检测器检测光混合结构的第一信道波长输出的由多个模数转换器数字化的同相和正交分量。数字信号处理器处理数字化的同相和正交分量以便恢复WDM信号的第一信道携带的数据。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求对2010年3月21日提交序列号为61/315961的临时申请的优先权。
技术领域
本发明涉及光传输系统并且具体地涉及用于多信道光信号的数字相干检测的系统、装置和技术。
背景技术
现有波分复用(WDM)网络在两个节点之间创建点到点通信信道，如果连接需要少于全波长带宽则这会浪费带宽。
现有网络也使用时分复用(TDM)或者基于分组的架构(比如因特网或者弹性分组环(RPR))以在节点之间共享波长。这一解决方案在共享波长的每个节点需要光到电到光的转换。这一解决方案限制了可以在每个节点加入的带宽，因为中转业务必须由发射机应答器(transponder)处理，从而耗尽可用加入/引出带宽。
数字相干检测由于它的高接收器灵敏度和补偿传输削弱(比如色散(CD)和极化模式分散(PMD))(这些传输削弱关键地影响高速传输性能)的能力而被视为一种用于未来高速光传输的有前途的技术。尽管目前在为下一代光传送系统研究和开发100-Gb/s以太网，但是已经提到兆兆位/秒(Terabit/s)的以太网作为光传送系统的未来方向。
发明内容
下文呈现公开的主题内容的简化发明内容以便提供对公开的主题内容的一些方面的理解。本发明内容不是公开的主题内容的穷举概览并且并非旨在于标识公开的主题内容的重要或者关键元素、也不是为了限制公开度字体内容的范围。它旨在于以简化形式呈现一些概念作为后文讨论的更具体描述的前序。
提供用于可以在容纳突发数据业务并且具有多播能力的网络上的多个节点之间共享波长带宽的系统、装置和方法的实施例。
提供用于光通信的实施例，在这些实施例中，可调谐接收器选择和解调WDM信号的第一信道。一种示例接收器包括用于生成近似地以第一信道波长为中心的本地振荡器信号的可调谐本地振荡器。接收器的光混合结构在第一输入处接收具有M进制调制方案的波分复用(WDM)信号，其中M为大于2的整数，并且在第二输入处接收本地振荡器信号。多个检测器检测光混合结构输出的第一信道波长输出的由多个模数转换器数字化的同相和正交分量。数字信号处理器(DSP)处理数字化的同相和正交分量以便恢复WDM信号的第一信道携带的数据。
在一个实施例中，可调谐本地振荡器被配置成基于波长调度生成本地振荡器信号。波长调度可以基于从光系统节点接收的输入队列长度信息。波长调度可以基于介质访问控制协议(MAC)。
在一个实施例中，光混合结构是极化分集90度光混合结构。在另一实施例中，多个检测器是平衡式检测器、单端式检测器或者其组合。DSP可以包括配置成执行前端校正、色散补偿、时钟恢复、上采样、自适应均衡、频率恢复和定时恢复中的至少一项的至少一个模块。
在一个实施例中，WDM信号是极分复用(PDM)，并且DSP包括自适应均衡模块，自适应均衡模块被配置成执行用于混合的信号极化到正交发送极化的源分离的滤波。滤波可以是有限冲激响应(FIR)滤波器。滤波可以是无限冲激响应(IIR)滤波。
在一个实施例中，自适应均衡模块包括恒模算法(CMA)模块，CMA模块被配置成执行三级CMA以适配有限冲激响应(FIR)滤波器系数而无需训练序列(盲适配)。CMA模块可以包括：第一级子模块，用于在单独支路中同时处理光混合结构的第一信道波长输出的每个极化；第二级子模块，用于优化每个支路中的第一信道波长输出的两个极化直至一个支路收敛；以及第三级子模块，用于利用来自收敛的支路的FIR滤波器系数来处理两个极化。
在另一实施例中，接收器还包括用于存储模数转换器输出的数字化的同相和正交分量中的至少部分分量的存储器。在又一实施例中，DSP被配置成在自适应均衡工作造成收敛之后使用数字化的同相和正交分量中的被存储的部分分量来恢复WDM信号的第一信道携带的数据。
一种示例方法包括：将本地振荡器调谐至多个信道波长中的近似第一信道波长；获得具有M进制调制方案的波分复用(WDM)信号，其中M为大于2的整数；并且基于本地振荡器选择WDM信号的第一信道。该示例方法也包括：检测第一信道的同相和正交分量；数字化同相和正交分量；并且处理数字化的同相和正交分量以便恢复WDM信号的第一信道携带的数据。
该方法可以基于波长调度来调谐。在一个实施例中，波长调度基于从光系统节点接收的输入队列长度信息。在另一实施例中，波长调度基于介质访问控制协议(MAC)。
处理数字化的同相和正交分量可以包括执行前端校正、补偿色散、恢复时钟、上采样、执行自适应均衡、恢复频率和恢复定时中的至少一项。在一个实施例中，WDM信号被极分复用(PDM)，并且处理数字化的同相和正交分量包括执行用于混合的信号极化到正交发送极化的源分离的滤波。滤波可以是有限或者无限冲激响应滤波。
在一个实施例中，执行的滤波是用于在没有训练序列的情况下适配有限冲激响应(FIR)滤波器系数的三级CMA。滤波器可以包括：在单独支路中同时处理第一信道的每个极化；独立优化每个支路中的第一信道的两个极化直至一个支路收敛；并且利用来自收敛的支路的FIR滤波器系数来处理第一信道的两个极化。
在一个实施例中，该方法还包括：存储第一信道的数字化的同相和正交分量中的至少部分分量。该方法还可以包括：处理数字化的同相和正交分量中的被存储的部分分量以便在对第一信道执行自适应均衡之后恢复该部分分量携带的数据。
附图说明
示例实施例将从下文给出的具体描述和附图中变得被更完全理解，在附图中，相似元素由相似标号代表，附图仅通过示例来给出，因此并未限制本发明，并且在附图中：
图1是根据本发明原理的示例可调谐接收器可以部署于其中的示例光分组环的示意图；
图2是用于接收多信道光信号的根据本发明原理的示例接收器的示意图；并且
图3是根据本发明原理的三级盲恒模算法模块的图示。
具体实施方式
现在将参照附图更完全地描述各种示例实施例，注意这里公开的具体结构和功能细节出于描述示例实施例的目的而仅仅是代表性的。示例实施例可以用许多替代形式来实现而不应解释为仅限于这里阐述的实施例。
将理解虽然术语第一、第二等这里可以用来描述各种元素，但是这些元素不应受这些措词限制，因为这样的措词仅用来区分一个元素与另一元素。例如，在不脱离示例实施例的范围的前提下，第一元素可以称为第二元素，并且类似地，第二元素可以称为第一元素。如这里在此描述中所用，措词“和/以及/并且”在联合和分离意义上加以使用并且包括关联列举项中的一项或者多项中的任一项或者所有组合。还将理解措词“包括”在这里使用时指定存在陈述的特征、整件、步骤、操作、元件和/或部件、但是未排除存在或者加入一个或者多个其它的特征、整件、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除非另有定义，这里所用所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例实施例所属领域的普通技术人员普遍理解的含义相同的含义。也应当注意在一些替代实施方式中，所示的功能/动作可以不按图中指出的顺序出现。例如相继示出的两个数根据涉及到的功能/动作可以事实上基本上并行执行或者有时可以逆序执行。
图1是根据本发明原理的示例可调谐接收器可以部署于其中的示例光分组环的示意图。环可以利用相干光通信。每个节点使用连续波长激光器来发送数据分组，该激光器被调谐至标识该节点的唯一波长。以连续波长发送的数据分组以网络中的不同节点为目的地。每个节点具有光功率分路器，从而它从每个其它节点接收所有连续波长传输。节点通过将它的本地振荡器迅速调谐至适当波长来选择以它为目标的特定数据分组以解调该数据分组。
网络中的节点通过将它们的本地振荡器(LO)迅速调谐至适当波长来共享波长。通过允许波长共享，可以用比在传统WDM网络(其中每个连接在每个节点需要专用发射机应答器)中需要的光发射机应答器更少的光发射机应答器实现网络的连通。在没有对绕过节点的业务的电子处理的情况下，实现波长也被共享。对绕行业务的电子处理限制可以在节点加入的带宽数量并且可能造成来自附加光电转换和数据处理的更高功率消耗。
先前光分组架构使用迅速改变波长的发送器而不是如在根据本发明的实施例中那样的接收器。当未向波长加入光分组时或者当从数据流引出光分组时，波长调谐发送器配置在光数据流中具有间隙。遗漏分组可能不利地影响网络中的光放大器的性能并且可能造成系统中的大功率瞬态和惩罚。根据本发明原理的示例实施例的另一优点在于可以在多个端点之间容易共享波长，从而自然地允许数据广播能力。
网络要求控制平面来协调本地振荡器接收器的调谐，以便节点接收预期数据传输。控制平面的实施存在多种选项。在一个实施例中，节点向所有其它节点分发它们的输入队列长度信息，并且每个节点根据已知算法计算波长调度。这一操作模式将创建与可以随着业务需求改变而变化量值的TDM连接相似的半静态带宽连接。在另一实施例中，每个节点电子处理的带外控制信道可以用于调度。控制信道将包含用于到达节点的每个数据分组的头部信息。基于该信息，每个节点可以实施介质访问控制(MAC)协议以向网络中发送数据分组。这一操作模式对于携带突发数据业务的大部分的网络而言是高效的。
本发明的一个实施例在环配置中实施相干网络。环经常部署于城域服务提供商网络中。如图1中所示，每个节点(节点1、节点2、...节点k、...节点N)利用固定波长发送器110向环中加入110业务，该固定波长发送器110具有来自该环的在插入之前被阻止130的波长。例如节点k阻止从节点2接收的波长k并且向环加入波长k用于向节点N递送。尽管图示了数目仅为四个的相异节点，但是该环可以包含N个节点，其中N为整数。
节点(如图所示节点k)接收环上的所有波长，这些波长被分接140，从而它们可以被提供给接收器。环上的所有波长与来自快速波长可调谐本地振荡器(LO)激光器150的光组合，该激光器选择信道和数据分组用于解调。在这一示例中，用于每个波长的位速率为100Gb/s，这将普遍部署于即将到来的WDM光网络中。然而用于波长的其它位速率(比如10Gb/s、40Gb/s等)可以使用于其它实施例中。
每个节点也包含执行两个主要功能的分组转换电子设备。一个功能是将来自遵循诸如以太网或者光传送网络(OTN)等标准的外部设备的客户端业务转换成环光数据分组格式。例如分组转换ASIC
160可以用来转换客户端业务格式。在节点的电子设备的另一功能将是在接收器处理数字化的波形以实现数据恢复和削弱(比如色散)补偿并且对数据分组编码用于传输。
比如铒掺杂的光纤放大器(EDFA)之类的光放大器(未示出)也可以使用于环网络中。注意可以使得用于光数据分组的波长实际上不可区别于携带用于点到点连接的连续数据的其它波长。因此，网络可以组合光纤上的不同波长中的不同类型的业务。这一能力允许相干光数据分组波长共享与现有系统相同的光纤基础结构，从而无需部署新的光纤和放大器基础结构。接收器确实需要向接收器引出所有波长的光抽头140。现有可重新配置的光加入-引出复用器(ROADM)可以具有这一能力，或者这一能力可以在升级中加入到现有网络节点。
图2是用于接收多信道光信号的根据本发明原理的示例接收器的示意图。在一个实施例中，接收器200是迅速可调谐相干接收器。在本发明的一个实施例中，接收器使用数字内差探测(intradyne)架构。在接收器处，WDM信号波长与来自LO激光器220的快速可调谐LO一起进入光混合结构210(例如极化分集90度光混合结构)。
在一个实施例中，可调谐本地振荡器被配置成基于波长调度生成本地振荡器信号。波长调度可以基于从光系统节点接收的输入队列长度信息。波长调度基于介质访问控制协议(MAC)。
LO也可以例如由铒掺杂的光纤放大器放大。此外，WDM信号还可以具有M进制调制方案，其中M为大于2的整数。例如WDM信号可以具有QPSK调制。光混合结构跟随有多个检测器(例如四个平衡式检测器)。多个检测器可以是平衡式检测器、单端式检测器或者其组合。在接收器之前没有光滤波器被使用，从而所有四个WDM信道同时入射并且LO用来选择它们之一。
使用模数转换器(ADC)240来将混合结构的四个输出Ix、Qx、Iy、Qy进行数字化，这些输出代表x和y极化信号的同相和正交分量。脉冲生成器224产生用于可调谐激光器220的驱动电流。可选地，可以向延迟生成器226供应来自脉冲生成器的驱动电流用于延迟，在该延迟之后提供延迟的驱动电流作为用于ADC的触发。
在ADC 240之后，信号可以被执行以下处理中的一种或者多种处理的数字信号处理器(DSP)250进行数字处理：前端纠正252、色散补偿254、时钟恢复256、上采样258、自适应均衡260和频率恢复、相位恢复和定时恢复262。这些处理功能中的某些处理功能可以在各种实施例中是可选的。例如无需在所有实施例中执行上采样(upsampling)。注意为了实施命名的功能所需要的处理可以实施于相似命名的DSP模块中并且由该DSP模块执行。
例如色散补偿模块对处理的信道执行色散补偿，时钟恢复模块恢复用于调制的信道的时钟等。例如频率恢复可以包括恢复在LO与信道之间的差异或者偏移，并且前端校正可以包括调整用于光混合结构的信道拆分的比率。例如自适应均衡模块260可以被配置成执行用于混合的信号极化到正交发送极化的源分离的滤波。该滤波在一个实施例中可以是有限冲激响应(FIR)滤波。在另一实施例中，该滤波器可以是无限冲激响应(IIR)滤波。在一个实施例中，自适应均衡模块被配置成具有四个16抽头T/2间隔的FIR滤波器(Hxx、Hxy、Hyx、Hyy)的蝶形滤波器，以实现两个接收的混合的信号极化到两个正交发送极化的源分离。
图3是根据本发明原理的三级盲恒模算法模块的图示。提供的三级盲恒模算法用来适配FIR滤波器系数而无需训练序列(盲适配)。CMA在它的原始单级版本中具有已知奇异性问题。该问题造成了针对一些初始极化角仅仅恢复单个信号极化支流(tributary)。针对连续非分组传输的情况，可以通过在数字域中旋转极化起始条件直至发现非退化起始位置为止，来避免这一退化条件，代价是较慢的建立时间。然而，这对于无充分随机存取存储器(RAM)的分组接收器而言是不可接受的，从而需要快速极化分解以迅速锁定到数据分组。
因此可以使用如图3中所示三级CMA。第一级为第二级设置初始极化，从而独立恢复两个信号极化。一般而言，收敛结果依赖于初始FIR抽头值的选择，从而通过为支流选择恰当初始抽头值可以避免CMA的奇异性问题。例如光纤的信道传递矩阵可以由在频域中的酉矩阵给出(该酉矩阵的逆矩阵也是在频域中的酉矩阵)。可以使用这一关系来根据另一支流FIR滤波器抽头值确定一个支流FIR滤波器抽头值，从而可以解决奇异性问题。这一关系可以用来确定初始抽头值，从而两个支流不应退化。
除了防止退化条件之外，也希望误码率(BER)快速收敛。发明人已经发现CMA收敛时间依赖于在CMA(x或者y)的级1中优化的极化，因而已经将CMA拆分成两个同时处理支路以确定二者的更快收敛(见图3)。级1的支路1例如利用根据随机梯度算法来调整的四个子均衡器、根据第一级均衡器的收敛参数和输出域端口，对x极化进行优化。由于这一关系，第一级均衡器的传递函数可以规范化成酉矩阵。同时，级1的支路2优化y极化。
级2然后独立优化两个极化直至一个支路的两个极化收敛。然后向级3传递来自更快一级的那些FIR滤波器系数，在级3已经收敛的CMA跟踪两个极化并且恢复数据。
如果分组接收器具有可以在线路速率访问的充足数量的RAM，则从ADC输出的数字化波形可以存储于存储器中直至数字FIR滤波器收敛至数据流。一旦实现收敛，就可以从存储器取回数据，从而在CMA或者其它恢复算法收敛之时无信息丢失。
上文关于示例方法描述的各种功能容易由在例如体现于软件、固件、硬件或者这些各项的某一组合中的适当指令之下动作的专用或者通用数字信息处理设备实现。例如，一个元件可以实施为专用硬件。专用硬件元件可以称为“处理器”、“控制器”或者一些其它相似术语。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个个别处理器(可以共享其中的一些处理器)提供。
另外，术语“处理器”或者“控制器”的显式使用不应解释为仅指代能够执行软件的硬件并且可以隐式地包括而不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)或者其它电路、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)、非易失性储存器、逻辑或者一些其它物理硬件部件或者模块。例如DSP的功能模块和其它逻辑电路可以实施为用半导体技术构造的ASIC(专用集成电路)并且也可以用FPGA(现场可编程门阵列)或者任何其它硬件块来实施。
而且，一个元件也可以实施为可由处理器或者计算机执行的指令，以执行该元件的功能。指令的一些示例是软件、程序代码和固件。指令在由处理器执行时是可操作的，从而指引处理器执行该元件的功能。指令可以存储于可由处理器读取的存储设备上。存储设备的一些示例是数字或者固态存储器、磁存储介质(比如磁盘和磁带、硬驱动器)或者光学可读数字数据存储介质。
虽然这里描述具体实施例，但是本发明的范围不限于那些具体实施例。本发明的范围由所附权利要求及其等同含义限定。
Claims (11)
1.一种接收器，包括：
可调谐本地振荡器，可配置成根据基于接收自光系统节点的输入队列长度信息的波长调度，通过被调谐而选择多信道光信号的多个波分复用WDM信道中的任一WDM信道用于解调，以生成近似地以与被选择用于解调的WDM信道相对应的WDM-信道波长为中心的本地振荡器信号，被选择用于解调的所述WDM信道是所述多个WDM信道中的一个WDM信道；以及
光混合结构，可配置用于在第一输入处接收所述本地振荡器信号，并且在第二输入处接收所述多信道光信号，所述光混合结构被配置成输出被选择用于解调的所述WDM信道的同相和正交分量；
多个检测器，被配置成检测所述光混合结构所输出的所述同相和正交分量；
多个模数转换器，被配置成对所述多个检测器所检测到的所述同相和正交分量进行数字化；以及
数字信号处理器DSP，被配置成处理数字化的所述同相和正交分量，以便基于所述光混合结构所输出的所述同相和正交分量来恢复被选择用于解调的所述WDM信道所携带的数据。
2.根据权利要求1所述的接收器，其中所述可调谐本地振荡器被配置成基于介质访问控制MAC协议来调谐所述本地振荡器信号的波长。
3.根据权利要求1所述的接收器，其中所述多信道光信号被极分复用PDM，并且其中所述数字信号处理器包括自适应均衡模块，所述自适应均衡模块被配置成执行用于混合的信号极化到正交发送极化的源分离的滤波。
4.根据权利要求3所述的接收器，其中所述自适应均衡模块包括恒模算法CMA模块，所述CMA模块被配置成在不需要训练序列的情况下执行三级CMA以适配有限冲激响应FIR滤波器系数，所述CMA模块包括：
第一级子模块，用于在单独支路中同时处理所述光混合结构的第一信道波长输出的每个极化；
第二级子模块，用于优化每个支路中的所述第一信道波长输出的两个极化直至一个支路收敛；以及
第三级子模块，被配置成利用来自收敛的支路的FIR滤波器系数以处理两个极化。
5.根据权利要求1所述的接收器，还包括：
存储器，用于存储所述模数转换器输出的数字化的所述同相和正交分量中的至少部分分量。
6.根据权利要求5所述的接收器，其中所述DSP还被配置成在自适应均衡工作造成收敛之后使用数字化的所述同相和正交分量中的被存储的部分分量来恢复被选择用于解调的所述WDM信道所携带的所述数据。
7.根据权利要求1所述的接收器，其中使用M进制调制方案来调制被选择用于解调的所述WDM信道，其中M为大于2的整数。
8.一种光通信方法，包括：
获得具有多个波分复用WDM信道的多信道光信号；
根据基于接收自光系统节点的输入队列长度信息的波长调度，对可调谐本地振荡器调谐以选择所述多信道光信号的所述多个WDM信道中的第一WDM信道用于解调，以生成近似地以与被选择用于解调的WDM信道相对应的WDM-信道波长为中心的本地振荡器信号，其中所述可调谐本地振荡器可被配置成通过被调谐选择所述多信道光信号的所述多个WDM信道中的任一WDM信道用于解调，以生成近似地以所述WDM信道中被选择的WDM信道的波长为中心的本地振荡器信号；
获得具有M进制调制方案的WDM信号，其中M为大于2的整数；
通过将所述本地振荡器信号施加于光混合结构的第一输入并且将所述多信道光信号施加于所述光混合结构的第二输入，产生被选择用于解调的所述WDM信道的同相和正交分量，其中所述光混合结构被配置成输出所述同相和正交分量；
检测所述同相和正交分量；
数字化所述同相和正交分量；以及
处理数字化的所述同相和正交分量以便恢复被选择用于解调的所述WDM信道所携带的数据。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：基于介质访问控制MAC协议来调谐所述可调谐本地振荡器。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：
使用多个检测器来检测所述光混合结构所输出的所述同相和正交分量；
使用多个模数转换器对所述多个检测器所检测到的所述同相和正交分量进行数字化；以及
使用数字信号处理器DSP来处理数字化的所述同相和正交分量，以便恢复被选择用于解调的所述WDM信道所携带的数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多信道光信号被极分复用PDM，并且其中所述处理步骤包括执行用于混合的信号极化到正交发送极化的源分离的滤波，其中所述执行滤波包括：
在单独支路中同时处理所述第一WDM信道的每个极化；
优化每个支路中的所述第一WDM信道的两个极化，直至一个支路收敛；以及
利用来自收敛的支路的FIR滤波器系数来处理所述第一WDM信道的两个极化。
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