CN102971975A - 用于估计和校正相干光学系统中载波相位的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种设备，所述设备包含一个非线性查找单元(NL-LUU)，其经配置以将相移添加到信号样本以补偿模式相关相位失真；以及一个或多个第一相位调整单元，其耦接到NL-LUU且经配置以消除信号样本中来自NL-LUU的非线性相位误差，其中信号样本对应于PM相干光学系统中的偏振复用(PM)相干信号的接收信号偏振分量。

Description

用于估计和校正相干光学系统中载波相位的方法和设备
本发明要求李传东等人在2010年7月9日递交的发明名称为″用于估计和校正相干光学系统中载波相位的方法和设备″的美国临时专利申请案第61/362,788号的在先申请优先权，该在先申请的全部内容以引入的方式并入本文本中。
发明背景
在光学通信中，许多调制方案用于传输数据。开关键控(OOK)是一种已被使用的调制方案，其中使用信号强度变化编码数据。OOK在信号频域中引入强的特征音调，可以将所述特征音调检测为信号强度的周期性变化。为了检测信号，使用常规的时钟恢复方案获得音调中的定时信息，例如使用窄带通滤波器滤波检测到的信号强度。相移键控(PSK)、差分PSK(DPSK)、正交PSK(QPSK)和差分QPSK(DQPSK)是其它最近常使用的调制方案。此类调制方案使用信号相位变化编码数据。基于正交相位的调制已在许多年被广泛用于实现射频(RF)通信系统中的高频谱效率，RF通信系统包括偏振复用光学通信系统。在偏振复用光学通信系统中，在一个波长上以两种正交线性偏振状态携带两个信号，其中以一种正交偏振状态调制一个信号且以另一种正交偏振状态调制另一信号。例如，与其它调制方案相比，偏振复用光学通信系统中的正交相位调制可以将传输效率提高4倍。
发明内容
在一项实施例中，本发明包括一种设备，所述设备包含一个非线性查找单元(NL-LUU)，其经配置以将相移添加到信号样本以补偿模式相关相位失真；以及一个或多个第一相位调整单元，其耦接到NL-LUU且经配置以消除信号样本中来自NL-LUU的非线性相位误差，其中信号样本对应于PM相干光学系统中的偏振复用(PM)相干信号的接收信号偏振分量。
在另一项实施例中，本发明包括一种网络部件，所述网络部件包含接收器，其经配置以接收经由光学通道传输的PM相干信号的多个信号偏振分量样本、使用线性滤波器消除样本中的噪声，以及使用基于NL-LUU的前馈相位校正(FFCR)和判定电路消除样本中的非线性相位噪声。
在又一项实施例中，本发明包括一种网络设备实施方法，所述方法包含接收经传输的PM相干信号中的信号偏振分量样本，以及使用线性滤波器和基于判定电路的NL-LUU实施FFGR以消除样本中的噪声和载波相位噪声。
在又一项实施例中，本发明包括一种用于估计和校正相干光学环境中载波相位的系统，所述系统包含发射器，其包含帧和标头编码单元以及耦接到帧和标头编码单元的信号组合块，其中帧和标头编码单元经配置以编码输入数据和/或将输入数据封装到多个并行数据流，所述数据流对应于偏振复用(PM)正交振幅调制(QAM)信号的多个分支，且其中可以将帧和标头编码单元的输出转换为多路复用器中的光学信号，其中将多个并行数据流与电气/光学(E/O)转换器组合且转移为PM相干信号；以及接收器，其经配置以从发射器接收PM相干信号，其中接收器包含滤波器，其经配置以消除信号样本中噪声；非线性查找单元(NL-LUU)，其经配置以将相移添加到信号样本以补偿模式相关相位失真；以及一个或多个第一相位调整单元，其耦接到滤波器和NL-LUU且经配置以消除信号样本中来自滤波器的恢复的线性载波相位误差和来自NL-LUU的非线性相位误差，其中信号样本对应于PM相干光学系统中的偏振复用(PM)相干信号的接收信号偏振分量。
以下详细描述结合附图和权利要求书将更清楚地理解这些和其它特征。
附图简述
为了更全面地理解本发明，现结合附图和详细描述来参考以下简要描述，其中相同的元件符号表示相同的零件。
图1是载波相位恢复接收器的一项实施例的示意图。
图2是载波相位恢复接收器的另一项实施例的示意图。
图3是偏振复用相干光学通信系统的一项实施例的示意图。
图4是接收数字信号处理单元的另一项实施例的示意图。
图5是载波相位恢复和校正电路的一项实施例的示意图。
图6是线性相位斜坡校正和相位检测电路的一项实施例的示意图。
图7是非线性查找表构建方案的一项实施例的示意图。
图8是非线性查找表电路的一项实施例的示意图。
图9是基于非线性查找表的相位校正方法的一项实施例的流程图。
图10是基于非线性查找表的相位校正性能的一项实施例的图表。
图11是基于非线性查找表的相位校正性能的另一项实施例的图表。
图12是发射器/接收器单元的一项实施例的示意图。
图13是通用计算机系统的一项实施例的示意图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但可使用任何数目的技术，不管是当前已知还是现有的，来实施所揭示的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文本所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
先前已介绍相位和偏振分集相干通信系统，例如，《光波技术期刊》，1989年第2期第7卷，L.-G.卡佐夫斯基发表的″相位和偏振分集相关光技术″，该全部内容以引入的方式并入本文本中。然而，系统的两个方面，包括由光纤通道上的信号损伤和数字信号处理(DSP)算法的硬件可行性，使得系统不能部署在通信网络中。信号损伤可能包含由于激光所产生的非零相位噪声导致的载波相位不确定性、在光纤内部的信号传播期间产生的非线性相位调制、载波与本地振荡器(LO)之间的频率不匹配，或其组合。例如，当在QPSK中相位误差达到约π/4且在二进制PSK(BPSK)中相位误差达到约π/2时，周跳可能发生且导致周跳后每一个符号发生误差。因此，可能需要硬件可行的方法来跟踪载波相位。
图1所示是载波相位恢复接收器100，《光波技术期刊》，2005年第2期第23卷，R.诺亚提议的“具有前向载波恢复的抗相噪同步QPSK/BPSK基带类型内差接收机概念″，该内容以引入的方式并入本文本中。相位恢复接收器100可以包含约两个级联相位倍增器102、耦合器104、滤波器106、约两个级联相位分配器108、延迟电路110和混频器112。可以如图1中所示布置载波相位恢复接收器100的部件。级联相位倍增器102可以实现PM-QPSK信号的X偏振分量的第四功率计算，其中可以消除符号的数据相位。耦合器104可以接着耦合级联倍频器102的输出与信号的Y偏振分量。滤波器106可以接着消除耦合器104输出信号中的宽带噪声。级联相位分配器108可以接着将滤波器106的输出相位分成大约四份以获得复合恢复信号C*。混频器112可以接着将信号C*与信号的X偏振分量混合，以产生具有相位恢复的复合基带信号D，该过程可能会被延迟电路110适当地延迟。
载波相位恢复接收器100可以在数字实施方案方面具有两个限制。第一限制对应于硬件实施方案的复杂性，其涉及第四功率计算和使用存储器的非因果滤波器的相对较高的热耗散。第二限制对应于缺乏固有地约90度相位模糊的解决方案，所述相位模糊导致约π/4的相位误差，例如周跳。因此，载波相位恢复接收器100可以仅仅适合于差分编码QPSK应用。
图2所示是另一载波相位恢复接收器200，其由K.Wu在发明名称为″相干光接收器中的载波恢复″的美国专利第7,606,498号中提议，该专利的内容以引入的方式并入本文本中。相位恢复接收器200可以包含第一相位旋转电路202、第一判定电路204和第一载波相位电路206，这些电路可以全部对QPSK信号的X偏振分量操作。相位恢复接收器200也可以包含第二相位旋转电路203、第二判定电路205和第二载波相位电路207，这些电路可以全部对QPSK信号的Y偏振分量操作。可以如图2中所示布置载波相位恢复接收器200的部件。载波相位误差可以由第一判定电路204（针对X分量）的输入与输出之间的差分以及类似地由第二判定电路205（针对Y分量）的输入与输出之间的差分来确定。第一载波相位电路206与第二载波相位电路207之间的连接可以用于通过第一判定电路204与第二判定电路205之间的联合相位估计而进一步降低噪声的影响。Wu将传输数据分割为连续数据块且在每个数据块的开始处嵌入已知符号。传输数据可以由载波相位恢复接收器200接收，其中已知符号用于估计在每个数据块开始处的载波相位以避免判定误差。这个方法可以能够解码QPSK，但是固有地依靠已知符号以避免约π/4的相位误差，这可以导致块误差，其中所有符号被解释为位于相邻的象限。因而，这个方法需要已知符号的长度足够长以最小化误差概率。这可能减少信号的带宽且因此可能需要使用更昂贵的、更高的带宽激光。此外，一旦发生相位误差，这个方法可能不提供解决方案。
以上两种载波相位恢复方案也可能无法补偿非线性相位误差。本文本中揭示一种系统和方法，其用于校正相干光学系统中接收的数字样本的载波相位。可以从判定电路的输入和输出获得载波相位信息。可以使用后馈相位斜坡校正(FBPC)和FFCR来实现载波相位校正。FFCR可以包含使用基于线性滤波器和非线性查找表的相位校正以进行模式相关载波相位补偿。所述系统和方法可以克服载波相位恢复接收器100和载波相位恢复接收器200的一些限制。例如，所述系统和方法可能不需要四阶功率计算和使用高带宽激光，且可以补偿由于光学非线性传输导致的相位失真。
图3所示是可以实施载波相位恢复的PM相干光学通信系统的一项实施例。PM相干光学通信系统300可以包含发射器310和可以经由光学通道330耦接到发射器310的接收器320，这些部件可以如图3中所示布置。PM相干光学通信系统300可以使用PSK调制方案，例如PM-QPSK。
发射器310可以包含帧和标头编码单元312以及耦接到帧和标头编码单元312的信号组合块或多路复用器314。帧和标头编码单元312可以经配置以编码输入数据和/或将输入数据封装到四个并行数据流，所述数据流对应于PM正交振幅调制(QAM)信号（例如，PM-QPSK信号）的四个分支。可以将帧和标头编码单元312的输出转换为多路复用器314中的光学信号，其中相应地将四个数据流与电气/光学(E/O)转换器组合且转移为光学信号。
来自多路复用器314的光学信号可以在经由光学通道330传播之后由接收器320接收。因而，信号分量的速率（例如，符号率）可以等于在帧和标头编码单元312的输入处约四分之一的原始数据的速率。可以使用不归零(NRZ)或归零(RZ)调制形式来传输PM光学信号的信号分量，且所述信号分量可以具有大约相同的载波频率，例如，相同的光波长。载波频率可以是由激光（未示出）提供的光波长，且可以包含相位噪声。对于两个正交偏振分量中的每一个分量，例如，X偏振分量和Y偏振分量，信号分量可以包含约两个正交相位分量，例如，同相(I)分量和二次相位(Q)分量。因而，发射器310可以传输约四个分量，例如，XI、XQ、YI和YQ，可以组合这四个分量且经由光学通道330将其传输到接收器320。经传输的PM光学信号中的数据块可以对应于不同的信号分量，其可以由块中的偏振信息，例如，块的标头来指示。
光学通道330可以经配置以从发射器310将PM光学信号传输到接收器320，且因而可以包含多个光纤、光学滤波器、放大器或其组合。光学通道330的此类部件可以引入不期望的信号变化，例如色散、非线性相位噪声、偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗/增益、偏振旋转、光学白高斯噪声或其组合。
接收器320可以包含90度混频器322、耦接到90度混频器322的摸拟数字转换器(ADC)324、耦接到ADC324的DSP单元326，以及耦接到剩余部件的充当本地振荡器(LO)328的激光。90°混频器322可以包含约90度光学交叉网络混频器和光检测器，例如，p型/内在/n型(PIN)二极管，且可以经配置以混合来自发射器310的光学信号的接收的正交分量以及将信号分为多个信号，其中每个信号可以是正交信号分量的组合。90°混频器322可以混合接收的光学信号分量与来自LO328的光学信号，其可以具有与经传输的光学信号接近或大约相同的载波频率。来自90°混频器322的输出混合信号可以接着由ADC324转换（例如，模拟到数字）且转发到DSP单元326，DSP单元326可以经配置以处理信号以及恢复传输信号中的数据。DSP单元326可以处理信号且恢复信号中的传输数据。DSP单元326也可以经配置用于载波相位恢复和校正，如下文详细地描述。DSP单元326也可以分离对应于不同信号分量的数据块，例如，通过检测块中的偏振信息，例如，块的标头。
图4所示是接收器DSP单元400的一项实施例，接收器DSP单元400可以经配置用于载波相位恢复和校正。例如，接收器DSP单元400可以对应于PM相干光学通信系统300中的DSP单元326。接收器DSP单元400可以包含多个ADC410、约两个频域均衡器(FDEQ)420、多输入多输出(MIMO)和有限脉冲响应(FIR)块430、载波相位恢复和校正模块440以及判定电路450。可以如图4中所示布置接收器DSP单元400的部件。
对于两个偏振分量（X和Y）中的每一分量，接收器DSP单元400可以接收正交(Q)分量和同相(I)分量，其中可以经由相应的ADC410各自接收每一分量。例如，ADC410中的每一者可以接收XI、XQ、YI和YQ信号分量中的一个分量。ADC410可以将接收信号从模拟信号转换为数字信号。FDEQ420可以是经配置以从ADC410接收信号分量以及执行信号调节，例如，以补偿信号分量中的色散或其它信号失真的任何装置。FDEQ420可以接着将信号分量发送到MIMO和FIR块430。
MIMO和FIR块430可以包含MIMO均衡器，其接收信号分量中的数据块且处理数据块以改善载波频率和/或相位估计，例如，通过实施序列循环。可以基于信号中的已知符号，例如通过从所接收样本的相位减去信号的已知符号相位，估计初始相位。因而，可以正确地放置或对准符号，且可以大体上消除相位模糊。MIMO和FIR块430也可以包含多个FIR，其可以经配置以分离从FDEQ420接收的不同偏振信号的数据块。在MIMO和FIR块430的输出处，信号中的数字样本可以补偿由光学通道造成的失真，而不必消除信号样本中的载波相位差异或偏差。在MIMO和FIR块430的输出处，每个样本的相位可以包含PSK数据相位、激光相位噪声、LO频率偏移、高斯噪声和/或非线性噪声。为了恢复原始传输信号的载波相位，可以在载波相位恢复和校正模块440中校正载波相位。
载波相位恢复和校正模块440可以经配置以基于来自MIMO和FIR块430的载波频率和/或相位估计来校正从MIMO和FIR块430接收的数据流中的载波频率和/或相位。载波相位恢复和校正电路440可以实施FBPC和FFCR，其可以使用基于线性滤波器和NL-LUT的相位校正以进行模式相关载波补偿。可以将载波相位恢复和校正模块440的输出发送到判定电路450，可以在判定电路450中恢复传输的数据信息。
图5所示是载波相位恢复和校正电路500的一项实施例，载波相位恢复和校正电路500可以使用线性滤波器和NL-LUT来实施FBPC和FFCR。例如，载波相位恢复和校正电路500可以对应于载波相位恢复和校正模块440。载波相位恢复和校正电路500可以包含针对X信号分量的第一载波相位恢复块540和针对Y信号分量的第二载波相位恢复块560，第一载波相位恢复块540和第二载波相位恢复块560可以定位在MIMO和FIR块530与判定电路550之间。MIMO和FIR块530以及判定电路550可以经配置大体上分别类似于MIMO和FIR块430以及判定电路450。
第一载波相位恢复块540可以处理信号的X偏振分量，且可以包含查找表(LUT)541、第一相位调整单元542、第二相位调整单元543、延迟单元544、第三相位调整单元545、位检测器546、共同相位估计器547、线性相位斜坡估计器548和相位检测器(PD)549，这些部件可以如图5中所示经布置。第一载波相位恢复块540可以耦接到MIMO和FIR块530，例如，经由LUT541，且耦接到判定电路550，例如，经由位检测器546。第二载波相位恢复块560可以处理信号的Y偏振分量，且可以包含与第一载波相位恢复块540类似的部件。
LUT541可以接收来自MIMO和FIR块530的输出，例如，数字样本
Figure BDA00002702663400081
（例如，针对X分量）。在LUT541处，可以将接收的数据样本向量从笛卡尔坐标转换为极坐标，且输入与输出之间的关系可以是tan-1(Q/I)。将数据样本向量从笛卡尔坐标转换为极坐标可以通过使用加法运算而不是乘法运算来简化相位旋转或调整的硬件实施方案。第一相位调整单元542可以接着从LUT541接收的数字样本消除共同相位。样本的共同相位(φ0)可以由共同相位估计器547通过使用一组已知的位序列或特定的编码方案来估计。已知的位可以是用户定义的独特的字，或在各种标准和/或通信协议中定义的帧头字。特定的编码方案可以用于提供数据位的独特组合以帮助计算共同相位(φ0)。
第二相位调整单元543可以用从线性相位斜坡估计器548获得的线性相位斜坡(Δf)调整第一相位调整单元542的输出。在相位调整之后，可以将样本转发到延迟单元544且随后转发到第三相位调整单元545。第三相位调整单元545可以用PD549所检测的线性相位差异和下文所述的非线性模式相关相位失真调整来自延迟单元544的输出样本。延迟单元544可以使样本延迟时间延迟(Z-D)，时间延迟(Z-D)可以根据检测PD549中的线性相位差异所需的时间来确定。具体而言，PD549可以实施针对FFCR和NL-LUT的判定，如下文详细地描述。位检测器546可以在消除样本中的噪声/失真之后，接着检测来自第三相位调整单元545的输出样本中的信息位。
图6所示是可以实施FBPC和基于NL-LUT的FFCR的线性相位斜坡校正和相位检测电路600的一项实施例。线性相位斜坡校正和相位检测电路600可以包含第一相位调整单元643、延迟单元644、两个第二相位调整单元645、位检测器646、线性相位斜坡估计器648和PD649，这些部件可以如图6中所示经布置。第一相位调整单元643、延迟单元644、两个第二相位调整单元645、位检测器646、线性相位斜坡估计器648和PD649可以经配置大体上分别类似于第二相位调整单元543、延迟单元544、第三相位调整单元545、位检测器546、线性相位斜坡估计器548和PD549。
PD649可以实施FFCR，且包含第二位检测器604、相位误差检测单元605、线性滤波器606和NL-LUT607。可以基于从判定电路减去的相位信息来实施FFCR。具体而言，第二位检测器604可以在消除样本中的噪声/失真之后，检测来自第一相位调整单元643的输出样本中的信息位。相位误差检测单元605可以确定在第一相位调整单元643之后的剩余相位误差。线性滤波器606可以用于消除来自相位误差检测单元605的检测的相位误差的噪声影响。线性滤波器606可以是具有FIR抽头系数0和1的平坦的平均窗口。线性滤波器606的带宽可以由具有系数0的抽头的数目来调整。NU-LUT607可以经配置以取决于预先检测的数据模式将相移添加到样本。模式的长度可以取决于自相位调制(SPM)特性。在具有或不具有信号的两个偏振分量（X和Y分量）之间的交叉连接的情况下，可以基于恢复的数据模式建立NL-LUT607。
线性相位斜坡估计器648可以实施FBPC，其可以在数学上是与累加单元601、换算器602和延迟单元603合并的积分器。FBPC方案可以实施相对较慢的循环以补偿由LO的频率偏移造成的相位斜坡。
可以将NL-LUT607和线性滤波器606的输出转发到第二相位调整单元645，第二相位调整单元645消除信号样本中分别来自NL-LUT607的恢复的非线性相位误差和来自线性滤波器606的线性载波相位误差。位检测器646可以在消除恢复的相位噪声/失真之后，接着检测来自第二相位调整单元645的信息位。位检测器646的输出可以用于更新NL-LUT607，如下文所述。具体而言，线性相位斜坡估计器648可以实施FBPC，且PD649可以实施FFCR以基于由相关联判定电路提供的载波相位信息进行载波相位校正。与线性相位斜坡估计器648和PD649相关联的判定电路对应于延迟单元644、第二相位调整单元645和位检测器646。线性相位斜坡估计器648和PD649可以从判定电路的输入和输出，例如，第一相位调整单元643的输出和位检测器646的输出，获得载波相位信息。
图7所示是NL-LUT构建方案700的一项实施例，可以实施NL-LUT构建方案700以在载波相位恢复校正电路中建立NL-LUT，例如NL-LUT607。NL-LUT构建方案700可以使用位检测器746、第二位检测器704和相位误差检测单元705，这些部件可以经配置大体上类似于位检测器646、第二位检测器604和相位误差检测单元605。NL-LUT构建方案700也可以使用多路复用器709、LUT地址计算单元710、相位误差累加器720和平均样本向量单元730。可以如图7中所示布置NL-LUT构建方案700中的部件。
第二位检测器704可以产生检测的信号相位，其可以用于计算LUT地址计算单元710。另外，LUT地址计算单元710也可以使用来自位检测器746的信号相位。位检测器746可以是耦接到NL-LUT的载波相位恢复校正电路的一部分，例如，线性相位斜坡校正和相位检测电路600中的位检测器646。可以经由开关单元709将来自位检测器746和/或第二位检测器704的检测的信号相位转发到LUT地址计算单元710。相位误差检测单元705可以在来自图6中的线性滤波器单元606的线性相位校正之后，确定信号中的剩余相位误差，且因此累加转发到相位误差累加器720的样本的相位误差。可以在LUT地址计算单元710处计算LUT地址如下：
1.对于每一对相邻的符号Si，将索引Ni计算为
Ni=round((|ΔSxi|2+|ΔSyi|2)/4)，其中ΔSxi=Sxi-Sxi-1&Sxi=±1±i；
2.将LUT地址计算为
其中L是取决于符号干扰长度而被选择的，符号干扰长度可以受色散、硬件带宽限制等影响。
LUT地址计算单元710的输出可以用于在相应的地址处累加相位误差累加器720中的相位误差。相位误差累加器720也可以包含计数器，其可以被更新以计数调整样本的数目C(NLUT)。在累加相位误差达规定的时段之后，相位误差的平均值可以接着由平均样本向量单元730计算。用于构建NT-LUT的以上程序可以在系统启动期间被实施一次。NL-LUT构建方案700也可以在稳定状态操作期间被重复地实施。因而，NT-LUT可以用于以动态方式补偿失真。
图8所示是NL-LUT电路800的一项实施例，NL-LUT电路800可以用于载波相位恢复校正电路，例如上文所述的电路。例如，NL-LUT电路800可以对应于NL-LUT607。NL-LUT电路800可以包含位检测器804、LUT地址计算单元810和相位误差补偿器820，这些部件可以经配置大体上类似于第二位检测器704、LUT地址计算单元710和相位误差累加器720。相位误差累加器720也可以包含平均样本向量单元，例如平均样本向量单元730。NL-LUT电路800也可以包含相位调整单元845，例如相位调整单元645。在载波相位恢复校正电路和NL-LUT电路的一些实施例中，可以使用硬件、软件或两者的组合来实施电路部件。
图9所示是基于NL-LUT的相位校正方法900的一项实施例，方法900可以由载波相位恢复校正电路，例如上文所述的任何电路来实施。方法900可以在方块902处开始，其中可以接收信号分量的样本。信号可以是PSK（例如，PM-QPSK）信号，且样本可以针对X或Y信号分量且可以包含I分量与Q分量两者，例如，
Figure BDA00002702663400121
在方块904处，可以实施FBPG以补偿例如由于LO频率偏移导致的样本中的相位斜坡。例如，可以使用如上文所述的线性相位斜坡估计器648来实施FBPC。在方块906处，可以实施FFCR以补偿样本中的非线性相位误差和线性相位误差。例如，可以使用如上文所述的PD649来实施FFGR。具体而言，可以使用线性滤波器，例如线性滤波器606，和NL-LUT，例如NL-LUT607或NL-LUT电路800来实施FFCR。方法900可以接着结束。
图10所示是说明基于NL-LUT的相位校正性能的图表1000。图表1000所示是上文所述的FFCR方案（由实线指示）的一项实施例与美国专利第7,606,498号中提议的方案（由打点的实线指示）比较的性能。在误码率(BER)值（以分贝或dB为单位）相对于激光线宽值（以千赫或kHz为单位），例如用于传输的激光带宽方面示出两种方案的性能。在对于激光线宽值相同的通道条件和相同的DSP参数设置下实施两种方案。FFCR方案包含使用如上文所述的线性滤波器和NL-LUT以校正线性和非线性相位误差。也用FBPC方案实施FFCR方案，例如，如在基于NL-LUT的相位校正方法900中所述。图表1000显示对于相同的激光线宽值，可以使用FFCR方案实现较低的BER值，这指示FFCR方案可以忍受较高的相位噪声/误差。因此，FFCR方案可以用于较低带宽激光系统，从而可以减少系统成本。
图11所示是说明基于另一NL-LUT的相位校正性能的另一图表1100。图表1100所示是具有非线性相位校正(NLC)，例如，使用NL-LUT的FFCR方案与不具有NLC，例如，不使用NL-LUT的类似方案比较的性能。具有NLC的FFCR方案由实线曲线指示，且不具有NLC的方案由打点的实线曲线指示。在BER值（以dB为单位）相对于激光发射或传输功率值（以分贝/毫瓦或dBm为单位）方面示出两种方案的性能。图表1100显示对于相同的发射功率值，可以使用具有NLC的FFCR方案实现较低的BER值，这指示NLC方案（使用NL-LUT）可以忍受较高的相位噪声/误差，包括非线性噪声。此外，使用NLC的改善处在于可以增加较高的发射功率值。例如，在约6dBm的发射功率值下可以实现约1dB的非线性噪声容许量的改善。因此，在FFCR方案中使用NLC可以进一步改善系统性能、减少系统成本，或两者。
图12所示是发射器/接收器单元1200的一项实施例，其可为经由网络传输报文的任何装置。例如，发射器/接收器单元1200可以位于PM相干光学通信系统300中。发射器/接收器单元1200也可以经配置以实施或支持上文所述的基于NL-LUT的相位校正方法900。发射器/接收器单元1200可包括：一个或多个入端口或单元1210，用于从其他网络部件接收包、对象或类型-长度-值（TLV)；逻辑电路1220，用于确定发送包的目标网络部件；以及一个或多个出端口或单元1230，用于将帧传输到其他网络部件。逻辑电路1220也可以包含以上载波相位恢复校正电路中的任一者，且可以经配置以实施基于NL-LUT的相位校正方法900中的至少一些步骤。
上述网络部件可在任何通用网络部件上实施，例如计算机或特定网络部件，其具有足够的处理能力、存储资源和网络吞吐能力来处理其上的必要工作量。图13描绘典型的通用网络部件1300，其适用于实施本文所揭示的部件的一项或多项实施例。网络部件1300包括处理器1302（可称为中央处理器单元或CPU），所述处理器与包括以下项的存储装置通信：辅助存储器1304、只读存储器（ROM）1306、随机存取存储器（RAM）1308、输入/输出（I/O）装置1310，以及网络连接装置1312。处理器1302可作为一个或多个CPU芯片实施，或者可为一个或多个专用集成电路（ASIC）的一部分。
辅助存储器1304通常包括一个或一个以上磁盘驱动器或磁带驱动器，用于数据的非易失性存储，且在RAM1308不够因而无法保持所有工作数据的情况下用作溢流数据存储装置。辅助存储器1304可用于存储程序，当选择执行这些程序时，将所述程序加载到RAM1308中。ROM1306用于存储在执行程序期间读取的指令，且可能存储所读取的数据。ROM1306为非易失性存储装置，它的存储容量相对于辅助存储器1304的较大存储容量而言通常较小。RAM1308用于存储易失性数据，还可能用于存储指令。访问ROM1306和RAM1308通常比访问辅助存储器1304要快。
揭示至少一项实施例，且所属领域的技术人员作出的对所述实施例和/或所述实施例的特征的变化、组合和/或修改在本发明的范围内。由组合、合并和/或省略所述实施例的特征产生的替代实施例也在本发明的范围内。在明确陈述数值范围或限制的情况下，应将此类表达范围或限制理解为包含属于明确陈述的范围或限制内的类似量值的重复范围或限制（例如，从约1到约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等）。例如，当揭示具有下限RI和上限Ru的数值范围时，属于所述范围的任何数字是特别揭示的。具体而言，所述范围内的以下数字是特别揭示的：R＝RI+k*(Ru-RI)，其中k为从1％到100％范围内以1％递增的变量，即，k为1％、2％、3％、4％、7％、……、70％、71％、72％、……、97％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，还特别揭示由如上文所定义的两个R数字定义的任何数值范围。关于权利要求的任一元素使用术语″选择性地″即意味着所述元素是需要的，或者所述元素是不需要的，这两种替代方案均在所述权利要求的范围内。应将使用″包括″、″包含″和″具有″等范围较大的术语理解成支持″由……组成″、″基本上由……组成″以及″大体上由……组成″等范围较小的术语。因此，保护范围不受上文所述的描述限制，而是由所附权利要求书界定，所述范围包含权利要求书的标的物的所有等效物。每一和每条权利要求作为进一步揭示内容并入说明书中，且权利要求书是本发明的实施例。揭示内容中对参考的论述并不是承认其为现有技术，尤其是公开日期在本申请案的在先申请优先权日期之后的任何参考。在本发明中所述的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容以引入的方式并入本文本中，达到这样的程度以至其提供作为本发明补充的示例性、程序性或其它细节。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，所揭示的系统和方法可以许多其它具体形式来实施。本发明实例视作说明性而非限定性，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可在另一系统中组合或合并，或者某些特征可忽略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项也可以电气方式、机械方式或其他方式通过一些接口、装置或中间部件来间接耦接或通信。其他变化、替代和改变实例可由所属领域的一般技术人员确定，且可在不脱离本文本所揭示的范围和精神的情况下做出。

Claims (31)

1.一种设备，其包含：
非线性查找单元(NL-LUU)，其经配置以将相移添加到信号样本以补偿模式相关相位失真；以及
一个或多个第一相位调整单元，其耦接到所述NL-LUU且经配置以消除所述信号样本中来自所述NL-LUU的非线性相位误差，
其中所述信号样本对应于PM相干光学系统中的偏振复用(PM)相干信号的接收信号偏振分量。
2.如权利要求1所述的设备，其还包含：
第二相位调整单元，其经配置以接收所述信号样本；
延迟单元，其耦接到所述第二相位调整单元和所述第一相位调整单元；以及
位检测器，其耦接到所述第一相位调整单元和所述NL-LUU。
3.如权利要求2所述的设备，其还包含：
第二位检测器，其耦接到所述第二相位调整单元和所述NL-LUU；以及
相位误差检测单元，其耦接到所述第二位检测器和滤波器，
其中所述第二位检测器、所述相位误差检测单元、所述滤波器和所述NL-LUU对应于相位检测器(PD)，其实施所述信号样本的前馈相位校正(FFCR)。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述NL-LUU为非线性查找表，且其中所述NL-LUU包含：
查找表(LUT)地址计算单元，其耦接到所述位检测器和所述第二位检测器；
相位误差累加器，其耦接到所述LUT地址计算单元、所述位检测器和所述第二位检测器中的至少一者以及所述第一相位调整单元中的一者；以及
平均样本向量单元，其耦接到相位误差补偿器。
5.如权利要求3所述的设备，其还包含：
相位误差积分器，其经由信号混频器耦接到所述第二相位调整单元和所述滤波器；以及
第二延迟单元，其耦接到所述相位误差检测单元和所述相位误差积分器；
其中所述相位误差积分器单元、所述第二延迟单元和所述信号混频器对应于线性相位斜坡估计器，其实施所述信号样本的后馈相位斜坡校正(FBPC)。
6.如权利要求3所述的设备，其还包含：
查找表(LUT)，其经配置以接收所述信号样本；
第五相位调整单元，其耦接到所述LUT和所述第二相位调整单元；以及
共同相位估计器，其耦接到所述第五相位调整单元，
其中所述LUT、所述第五相位调整单元、所述共同相位估计器、所述第二相位调整单元、所述线性相位斜坡估计器、所述延迟单元、所述PD、所述第一相位调整单元和所述位检测器对应于所述接收信号偏振分量的载波相位恢复块。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述LUT耦接到所述信号样本且从多输入多输出(MIMO)和有限脉冲响应(FIR)块接收所述信号样本，其中所述位检测器耦接到所述信号样本且将所述信号样本转发到判定电路，且其中所述MIMO和FIR块以及所述判定电路耦接到第二接收信号偏振分量的第二载波相位恢复块，所述第二接收信号偏振分量与所述接收信号偏振分量正交。
8.如权利要求1所述的设备，其中使用相移键控(PSK)或正交PSK(QPSK)来调制所述PM相干信号。
9.如权利要求1所述的设备，其还包含：
滤波器，其经配置以消除所述信号样本中噪声，其中所述一个或多个第一相位调整单元还经配置以消除所述信号样本中来自所述滤波器的恢复的线性相位误差。
10.一种网络部件，其包含：
接收器，其经配置以接收经由光学通道传输的偏振复用(PM)相干信号的多个信号偏振分量样本、使用线性滤波器消除所述样本中的噪声，以及使用基于非线性查找部件(NL-LUC)的前馈相位校正(FFCR)和判定电路消除所述样本中的非线性相位噪声。
11.如权利要求10所述的网络部件，其中使用后馈相位斜坡校正(FBPC)循环从所述样本消除额外的相位误差，所述FBPC循环在消除所述样本中的相位噪声之后调整所述样本中的相位。
12.如权利要求10所述的网络部件，其中使用基于所述NL-LUC的FFCR和基于载波相位信息的所述FBPC来实现载波相位校正，从所述判定电路的输入和输出获得所述载波相位信息。
13.如权利要求10所述的网络部件，其中所述判定电路包含延迟单元、相位调整单元和位检测器，且其中所述判定电路的所述输入对应于所述相位调整单元的输入，且所述判定电路的所述输出对应于所述位检测器的输出。
14.如权利要求10所述的网络部件，其中通过为所述样本中的每一者计算查找表(LUT)地址以及将相应的相移添加到所述样本中的每一者以补偿模式相关相位失真，从所述样本消除所述非线性相位噪声。
15.如权利要求14所述的网络部件，其中计算所述LUT地址包含对于所述样本中每一对相邻的符号Si，将索引Ni计算为
Ni＝round((|ΔSxi|2+|ΔSyi|2)/4)，其中ΔSxi＝Sxi-Sxi-1&Sxi＝±1±i，以及
将所述LUT地址计算为
Figure FDA00002702663300031
其中L是取决于符号干扰长度而被选择的。
16.如权利要求10所述的网络部件，其中所述样本中的每一者由所述接收样本的计数取平均值以提高调整样本的准确性。
17.如权利要求10所述的网络部件，其中所述NL-LUC为非线性查找表。
18.一种网络设备实施方法，其包含：
接收经传输的偏振复用(PM)相干信号中的信号偏振分量的样本；以及
使用线性滤波器和基于判定电路的非线性查找部件(NL-LUC)实施前馈相位校正(FFCR)以消除所述样本中的噪声和载波相位噪声。
19.如权利要求18所述的网络设备实施方法，其还包含：使用相位调整单元基于所述判定电路实施后馈相位斜坡校正(FBPC)以补偿由于频率偏移导致的所述样本中的相位斜坡。
20.如权利要求19所述的网络设备实施方法，其中所述噪声、所述载波相位噪声和所述频率偏移由传输所述PM相干信号的光学通道造成。
21.如权利要求18所述的网络设备实施方法，其中所述线性滤波器是具有有限脉冲响应(FIR)抽头系数0和1的平坦的平均窗口，且其中通过调整所述抽头系数0和1的数目来调整所述线性滤波器的带宽。
22.如权利要求18所述的网络设备实施方法，其中使用所述NL-LUC用于由于非线性相位噪声导致的载波相位的非线性校正(NLC)的所述FFCR中，且其中所述NLC对于较大的激光线宽和较高的激光发射功率而言改善非线性噪声容许量。
23.如权利要求18所述的网络设备实施方法，其中所述NL-LUC为非线性查找表。
24.一种用于估计和校正相干光学环境中载波相位的系统，其包含：
发射器，其包含帧和标头编码单元以及耦接到所述帧和标头编码单元的信号组合块，其中所述帧和标头编码单元经配置以编码输入数据和/或将所述输入数据封装到多个并行数据流，所述数据流对应于偏振复用(PM)正交振幅调制(QAM)信号的多个分支，且其中可以将所述帧和标头编码单元的输出转换为多路复用器中的光学信号，其中将所述多个并行数据流与电气/光学(E/O)转换器组合且转移为PM相干信号；以及
接收器，其经配置以从所述发射器接收所述PM相干信号，其中所述接收器包含滤波器，所述滤波器经配置以消除信号样本中噪声；非线性查找单元(NL-LUU)，所述非线性查找单元经配置以将相移添加到所述信号样本以补偿模式相关相位失真；以及一个或多个第一相位调整单元，所述第一相位调整单元耦接到所述滤波器和所述NL-LUU且经配置以消除所述信号样本中来自所述滤波器的恢复的线性载波相位误差和来自所述NL-LUU的非线性相位误差，其中所述信号样本对应于PM相干光学系统中的所述PM相干信号的接收信号偏振分量。
25.如权利要求24所述的系统，其中所述接收器还包含：
第二相位调整单元，其经配置以接收所述信号样本；
延迟单元，其耦接到所述第二相位调整单元和所述第一相位调整单元；以及
位检测器，其耦接到所述第一相位调整单元和所述NL-LUU。
26.如权利要求24所述的系统，其中所述接收器还包含：
第二位检测器，其耦接到所述第二相位调整单元和所述NL-LUU；以及
相位误差检测单元，其耦接到所述第二位检测器和所述滤波器，
其中所述第二位检测器、所述相位误差检测单元、所述滤波器和所述NL-LUU对应于相位检测器(PD)，所述相位检测器实施所述信号样本的前馈相位校正(FFCR)。
27.如权利要求26所述的设备，其中所述NL-LUU为非线性查找表，且其中所述NL-LUU包含：
查找表(LUT)地址计算单元，其耦接到所述位检测器和所述第二位检测器；
相位误差累加器，其耦接到所述LUT地址计算单元、所述位检测器和所述第二位检测器中的至少一者以及所述第一相位调整单元中的一者；以及
平均样本向量单元，其耦接到相位误差补偿器。
28.如权利要求26所述的设备，其中所述接收器还包含：
相位误差积分器，其经由信号混频器耦接到所述第二相位调整单元和所述滤波器；以及
第二延迟单元，其耦接到所述相位误差检测单元和所述相位误差积分器；
其中所述相位误差积分器单元、所述第二延迟单元和所述信号混频器对应于线性相位斜坡估计器，其实施所述信号样本的后馈相位斜坡校正(FBPC)。
29.如权利要求26所述的设备，其中所述接收器还包含：
查找表(LUT)，其经配置以接收所述信号样本；
第五相位调整单元，其耦接到所述LUT和所述第二相位调整单元；以及
共同相位估计器，其耦接到所述第五相位调整单元，
其中所述LUT、所述第五相位调整单元、所述共同相位估计器、所述第二相位调整单元、所述线性相位斜坡估计器、所述延迟单元、所述PD、所述第一相位调整单元和所述位检测器对应于所述接收信号偏振分量的载波相位恢复块。
30.如权利要求29所述的设备，其中所述LUT耦接到所述信号样本且从多输入多输出(MIMO)和有限脉冲响应(FIR)块接收所述信号样本，其中所述位检测器耦接到所述信号样本且将所述信号样本转发到判定电路，且其中所述MIMO和FIR块以及所述判定电路耦接到第二接收信号偏振分量的第二载波相位恢复块，所述第二接收信号偏振分量与所述接收信号偏振分量正交。
31.如权利要求24所述的设备，其中使用相移键控(PSK)或正交PSK(QPSK)来调制所述PM相干信号。
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