CN103339884B - 光接收机和光接收方法 - Google Patents

Abstract

为改善由与光接收机中的模拟特性劣化所产生的接收灵敏度的劣化，光接收机包括：第一系数计算单元，用于计算补偿用于由于光纤传输路径产生和形成的第一波形失真的第一均衡滤波系数；第二系数设定单元，用于预先确定用于补偿由部件的模拟特性劣化所产生和形成的第二波形失真的第二均衡滤波系数；系数运算单元，用于对第一均衡滤波系数和第二均衡滤波系数执行运算并且输出第三均衡滤波系数；以及包括波形均衡滤波器的波形均衡处理单元，用于基于第三均衡滤波系数来对包括第一波形失真和第二波形失真的输入信号执行均衡处理，校正第一波形失真和第二波形失真中的每一个并且对输出信号进行输出。

Description

光接收机和光接收方法

技术领域

本发明涉及光接收机和用于光接收的方法，并且具体地，涉及应用了数字相干光接收方法的光接收机和用于光接收的方法。

背景技术

近年来，随着光传输容量和速度的增长，通过应用数字相干光接收方法来针对用于光纤通信系统的光接收机进行设备成本的减少和信号传输效率的提高。在数字相干光接收方法中，为了接收叠加在光电场中的振幅和相位上的信息，该方法使接收到的光与具有几乎与之相等的光频率的本地振荡光（本地发光）相混合，利用光检测器来检测由于该混合而发生的干涉光并转换成电信号。

应用了数字相干光接收方法的光接收机执行光信号的相干接收，并且将光信号转换成电信号，并且然后通过数字信号处理来执行包括波长色散(chromaticdispersion)补偿的波形均衡处理等。换句话说，对于数字相干光接收来说，因为包括在接收光信号的光电场的振幅和相位中的信息能够作为电信号而被获得，所以通过使用电气均衡滤波器来使得能够对波形失真进行高精度补偿。因此，应用了数字相干光接收方法的光接收机不需要昂贵的色散补偿光纤(dispersioncompensationfiber)，并且可以实现大幅成本降低。

将描述应用了数字相干光接收方法的光接收机的概况。

图1是示出应用了数字相干光接收方法的光接收机的示例性构造的框图。

例如，该光接收机1针对执行了与多级相移调制复用的偏振的输入光信号执行光信号的相干接收。

通过未示出的光纤传输路径传播的光信号被输入到光接收机的偏振分束器11。偏振分束器11将输入的光信号分成X分量的偏振和Y分量的偏振，并且将光信号输出到相应的光混合电路(opticalhybridcircuit)。例如，将X分量输出到光混合电路21，而将Y分量输出到光混合电路22。

此外，偏振分束器12还将从本地振荡光源60输出的本地发光分成X分量的偏振和Y分量的偏振，并且输出到与分离的本地振荡光相对应的光混合电路。在这种情况下，以与光信号相同的方式，将X分量输出到光混合电路21，而将Y分量输出到光混合电路22。

光混合电路21和22中的每一个都使所输入的光信号与本地发光进行混合，并且输出相位彼此相差90度的两组光。两组光是指I分量的光（即，同相：同相位）和Q分量的光（即，正交：正交相位）。

将I分量的光和Q分量的光的这些光输入到相应的O/E（光/电）转换单元。O/E转换单元对输入光进行光电转换，并且将光电转换的信号输出为模拟电信号，其中，执行适当的增益调整等。然后，将模拟电信号输入到A/D（模拟/数字）转换单元，以适当的时间间隔对该模拟电信号进行采样并转换成量化的数字信号。

从图1中明显的是，在光接收机1中，由O/E转换单元31a和A/D转换单元41a来对从操作（handle）偏振分量X的光混合电路21输出的I分量的光进行处理。此外，由O/E转换单元31b和A/D转换单元41b来对从光混合电路21输出的Q分量的光进行处理。类似地，由O/E转换单元32a和A/D转换单元42a来对从操作偏振分量Y的光混合电路22输出的I分量的光进行处理。此外，由O/E转换单元32b和A/D转换单元42b来对从光混合电路22输出的Q分量的光进行处理。

由于光纤中固有的波长色散(chromaticdispersion)和对光纤添加的应力等所引起的偏振模色散(polarizationmodedispersion)而导致在光信号通过光纤传输路径的同时，光信号发生波形劣化。因此，将从每个A/D转换单元输出的数字信号输入到数字信号处理单元50，并且执行各种波形均衡处理，恢复成原始数据信号并进行输出。其中，在数字信号处理单元50中，对分量XI、XQ、YI和YQ中的每一个执行波形均衡处理。通常，作为校正由于这些色散(dispersion)而引起的波形劣化的方法，应用使用具有有限冲激响应特性的FIR（有限冲激响应）数字滤波器的波形均衡。

图2是示出图1中的数字信号处理单元50的示例性构造的框图。数字信号处理单元50对在光纤传输路径中传输光信号时所生成的色散和相位旋转以及由于在光信号和本地振荡光源60之间的频率差所产生的频率偏移进行校正。由数字信号处理单元50恢复的原始数据信号被输出到在光接收机1的后级处连接的成帧器（framer）电路和前向纠错电路。

数字信号处理单元50包括波长色散补偿单元51、偏振模色散补偿单元52、频率/相位补偿单元53和信号识别单元54。

波长色散补偿单元51校正由于波长色散所产生的波形失真。波长色散是光信号的光谱带宽扩展(spread)，并且是由于光在媒介中的传输速度根据波长所产生的差异而产生的现象。波长色散与光纤的材料、结构和传输距离紧密相关。为此，由于波长色散所产生和发生的波形的扩展几乎是固定的。

偏振模色散补偿单元52对于由于偏振所产生的偏振模色散而导致的波形失真进行校正。偏振模色散是由于单模光纤的微小双折射而引起在以直角相交的两个偏振模间产生的群延迟差。因为由对光纤添加的应力而产生了偏振模色散，所以产生和发生的波形失真包括在时间上（time-wise）的高速波动。因此，通常应用定期更新系数以使得系数将是最适当的值的适应均衡滤波器。

频率/相位补偿电路53对偏振波的相位旋转以及在光信号和本地振荡光源之间的频率差进行校正。相位旋转和频率差还涉及时间方面的高速波动，并且通常应用适应均衡滤波器。

信号识别单元54确定由波长色散补偿单元51、偏振模色散补偿单元52和频率/相位补偿单元53处理和输出的数字信号是逻辑0还是逻辑1的数据信号，并且输出确定结果。

专利文献1至3公开了与这些类型的数字相干光接收有关的技术。

例如，专利文献1公开了一种增强在数字相干光接收设备中使用的数字处理电路的精度的技术。在专利文献1中公开的技术使用来自自由运行时钟振荡器的时钟信号的采样时钟作为用于数字转换来代替从光信号进行恢复。专利文献1公开了如下数字相干光接收设备的构造。

本地振荡器、90度相位混合电路和光电转换元件将接收到的光信号转换成指示光信号的复数电场的电信号。自由运行的采样触发源基于光信号的频率来以预先设定的频率使时钟信号进行振荡。ADC（模拟/数字转换器）将由本地振荡器、90度相位混合电路和光电转换元件所转换的电信号转换成光信号。具体地，ADC通过以在自由运行的采样触发源中振荡的时钟信号的频率来对电信号进行采样而执行数字转换。解调单元对由ADC转换的数字信号进行解调。

此外，专利文献2公开了一种能够对通过光电转换从光传输路径接收到的光信号所获得的电信号以高精度在数字相干光接收设备中执行非线性失真补偿的失真补偿器。该失真补偿器具有通过自相位调制来补偿非线性失真的功能。该自相位调制是在光纤中的光信号功率变大时调制相位时所生成的非线性失真。在实际光传输系统中，同时或交替地生成线性效应和非线性效应。为此，通过在对多个传输跨度一起执行线性失真补偿之后执行非线性失真补偿的方法，不能高精度地执行失真补偿，特别是非线性失真补偿。在专利文献2中公开的失真补偿器包括多级失真补偿单元，该多级失真补偿单元是多个失真补偿单元的级联连接，该多个失真补偿单元配备有用于补偿光信号的线性波形失真的线性失真补偿单元和用于补偿光信号的非线性波形失真的非线性失真补偿单元。然后，组合线性失真补偿单元和非线性失真补偿单元，使得多级失真补偿单元的失真补偿是最优的。

专利文献3公开了一种数字相干光接收设备，该设备可以适用于多个比特率（例如10Gbps和40Gbps）。由专利文献3公开的数字相干光接收设备包括第一转换装置和第二转换装置、并行数目改变装置和信号处理装置。第一转换装置将接收到的光信号转换成电信号并且输出该电信号，并且第二转换装置将电信号转换成并行数据信号并且输出该并行数据。并行数目改变装置根据光信号的比特率来改变并行数据信号的并行数目，并且输出具有修改的并行数目的并行数据信号。信号处理装置基于并行数据信号来对接收到的信号进行解调。

此时，根据比特率，并行数目改变装置改变数字信号的并行数目（即通道数目），使得每个输出信号总是具有相同的数据速率。因此，从并行数目改变装置输出的输出信号的并行数目根据比特率而改变。例如，并行数目随着比特率变高而变大，并且并行数目随着比特率变低而变小。然而，物理信号线的数目不会改变。该数字相干光接收设备可以在模拟到数字转换时在不改变采样频率并且在不变化地设定并行数据信号的数据速率的情况下来调整为多个比特率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2010-004245

专利文献2：日本专利申请特开No.2010-050578

专利文献3：日本专利申请特开No.2010-098617

发明内容

本发明要解决的问题

数字信号处理单元中的上述各个补偿单元对由波长色散和偏振模色散所产生的波形失真以及光信号和本地振荡光源的频率差进行校正。然而，对于应用了数字相干光接收方法的光接收机，除了上述因素外，还包括模拟特性劣化因素。

例如，偏振分束器将单个偏振复用的相位调制光信号分离成X偏振分量和Y偏振分量。然后，光混合电路将该光信号的各个偏振分量进一步分离成I分量和Q分量。结果，偏振分束器和光混合电路将一个光信号分离成四个光信号。然而，由于构成偏振分束器和光混合电路所使用的材料和制造工艺而导致该四个光信号通过的光波导可能发生特性波动。因此，在这些情况下，从光混合电路输出的四个光信号中的每一个的相应输出定时发生波动，并且在光信号间还发生延迟。此外，一些偏振分束器或光混合电路可能具有无法在X偏振分量和Y偏振分量之间以及在I分量和Q分量之间完全进行分离的特性。换句话说，本来应当分离的另一分量保留在一个分量中。此外，即使对于包括在O/E转换单元中的光电二极管和跨阻放大器，也存在由于分量和制造的波动所产生的光电转换增益的不均匀和控制电压的增益的不均匀。此外，在A/D转换单元中，在将模拟信号转换成数字信号的处理发生时，宽带信号分量的增益劣化的频带劣化发生。

以该方式，当模拟特性降级因素被包括在偏振分束器、光混合电路、O/E转换单元和A/D转换单元中时，在数字信号处理单元的后级处的各种补偿处理中可能无法实现期望的校正特性。因此，光接收机的接收灵敏度可能劣化。

此外，在所有的上述专利文献1至3中都没有考虑在光接收机本身所具有的模拟特性劣化因素。

本发明的目的在于提供一种光接收机和光接收方法，该光接收机和光接收方法解决了改善由于应用了数字相干光接收方法的光接收机中的模拟特性劣化所产生的接收灵敏度劣化的问题。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明的实施例的光接收机的特征在于，包括波形均衡处理装置，该波形均衡处理装置包括：第一系数计算装置，该第一系数计算装置用于计算用于补偿在光纤传输路径中传输光信号时所产生和形成的第一波形失真的第一均衡滤波系数；第二系数设定装置，该第二系数设定装置用于预先确定用于补偿由构成光接收机的部件的模拟特性劣化而产生和形成的第二波形失真的第二均衡滤波系数；系数运算装置，该系数运算装置用于执行对第一均衡滤波系数和第二均衡滤波系数的运算，并且输出第三均衡滤波系数；以及波形均衡滤波装置，该波形均衡滤波装置用于基于第三均衡滤波系数来对包括第一波形失真和第二波形失真的输入信号执行均衡处理，分别校正第一波形失真和第二波形失真，并且对输出信号进行输出。

此外，根据本发明的另一实施例的光接收方法的特征在于，计算用于补偿在光纤传输路径中传输光信号时所产生和形成的第一波形失真的第一均衡滤波系数，获得用于补偿由构成光接收机的部件的模拟特性劣化所产生和形成的第二波形失真的预先确定的第二均衡滤波系数，执行对第一均衡滤波系数和第二均衡滤波系数的运算并且生成第三均衡滤波系数，基于第三均衡滤波系数来对包括第一波形失真和第二波形失真的输入信号执行均衡处理，以及输出分别校正了第一波形失真和第二波形失真的输出信号。

本发明的效果

本发明实现了一种光接收机，该光接收机能够改善由于应用了数字相干光接收方法的光接收机中的模拟特性劣化而引起的接收灵敏度的劣化。

附图说明

图1是示出应用了数字相干光接收方法的光接收机的示例性构造的框图。

图2是示出图1中的数字信号处理单元50的示例性构造的框图。

图3是示出FIR滤波器的示例性构造的框图。

图4是示出频域波形均衡滤波器的示例性构造的框图。

图5是示出根据本发明的第一示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的构造的框图。

图6是示出根据本发明的第一示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的处理的流程图。

图7是示出根据本发明的第二示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的构造的框图。

图8是示出根据第二示例性实施例的变形示例中的第二系数设定单元的构造的框图。

图9是示出根据本发明的第三示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的构造的框图。

图10是示出根据本发明的第四示例性实施例的光接收机中所包括的数字信号处理单元的构造的框图。

图11是示出为根据本发明的第四示例性实施例的光接收机的数字信号处理单元中所包括的作为波长色散补偿和偏振模色散补偿单元的波形均衡处理单元的构造的框图。

具体实施方式

根据本发明的光接收机的特征在于，使用包括用于改善数字信号处理单元的每个信号补偿单元中的模拟特性劣化的系数的滤波系数来执行波形均衡处理。

通常，对于波形均衡应用具有有限冲激响应特性的FIR数字滤波器作为时域均衡滤波器。

图3是FIR滤波器的示例性构造的框图。

FIR滤波器包括：例如，包括多个串联连接的延迟电路的延迟单元71、包括多个复数乘法器的乘法单元72和由复数加法器组成的加法单元73。每个延迟电路使输入的复数信号延迟等于采样时间T，并且然后将延迟的信号输出到后一级。此外，每个复数乘法器使在每个延迟电路前后抽出的信号与对应于每个抽头的时域均衡滤波系数c0至cN-1复数相乘，并且然后在复数乘法之后，将抽出的信号输出到加法单元73。通过由复数加法器取得每个复数乘法器的输出的总和，加法单元73生成并且输出利用输入信号的系数c0至cN-1执行了数字滤波处理的信号。

这里，关于与每个抽头相对应的时域均衡滤波系数，通过监视输出信号，使用CMA（常数模数算法）的技术等，来适应地计算波形均衡所需要的系数。其中，跳过关于诸如CMA的系数计算算法的描述。

该时域均衡滤波器通常用于偏振模色散的补偿。

为了补偿波长色散，如稍后所述，当使用时域均衡滤波器时，需要具有相当多的抽头的FIR滤波器。

光纤的波长色散取决于光纤的材料和构造。此外，由于波长色散而产生的光信号的波形的扩展往往与距离成比例地增加。例如，波长色散的量在1000km的距离中进行传送之后将约为20,000ps/nm。例如，当通过波长复用来传送具有50GHz间隔的100Gbps信号时，由于波长色散而产生的光信号的波形的扩展将约为8,000ps。此外，当通过与正交相移键控的光信号的偏振复用来传送100Gpbs信号时，相干接收模拟电信号的符号速率为25Gbps。因此，当在A/D转换时通过满足采样定理的双频来执行采样时，采样间隔等于ps。因此，当使用FIR滤波器来补偿波长色散时，需要具有400抽头的大型FIR滤波器以便于补偿20,000ps/nm的波长色散。

因此，为了补偿波长色散，使用可以利用相对小尺寸的电路来实现等效于多个FIR滤波器的特性的频域波形均衡滤波器。

图4是示出频域波形均衡滤波器的示例性构造的框图。

频域波形均衡滤波器包括离散傅立叶变换单元81、复数乘法单元82、逆离散傅立叶变换单元83和系数计算单元84。

离散傅立叶变换单元81对在前一级中的设备处采样和数字化的输入复数信号执行离散傅立叶变换，并且将输入的复数信号转换成频域中的复数信号。换句话说，通过对输入时域信号执行离散傅立叶变换，离散傅立叶变换单元81获得具有通过采样频率确定的离散频率的值的频域信号。复数乘法单元82中的每个复数乘法器使从离散傅立叶变换单元81输出的频率中的复数信号乘以由系数计算单元计算的复数系数c0至cN-1，并且获得其波形被均衡的频域中的复数信号。将其波形被均衡的频域中的复数信号输出到逆离散傅立叶变换单元83。逆离散傅立叶变换单元83对所输入的频域中的复数信号执行逆离散傅立叶变换，转换成时域中的复数信号并且输出所转换的信号。

这里，可以通过光载波信号的波长(wavelength)或波长色散(chromaticdispersion)的值来计算用于补偿波长色散的滤波系数。其中，跳过关于所涉及的数值公式等的描述。

系数计算单元84通过利用关于波长的信息的输入和由测量仪器或监视电路所测量的波长色散值的上述公式来计算每个滤波系数c0至cN-1。例如，参见专利文献2的段落0025公开的数值公式1。

假定不存在模拟波形劣化因素，那么计算用于上述波形均衡滤波器的滤波系数。

根据光接收机的示例性实施例，在光接收机的制造运输的检查时，定量地测量光接收机中所固有的模拟波形劣化因素，并且单独地确定用于校正该因素的滤波系数。

将参考附图来描述示例性实施例。

图5是示出根据本发明的第一示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的构造的框图。

示例性实施例仅是为了说明，并且所公开的设备和系统不限于下述示例性实施例的构造。

波形均衡处理单元100包括第一系数计算单元110、第二系数设定单元120、系数运算单元130和波形均衡滤波器140。

第一系数计算单元计算第一均衡滤波系数，该第一均衡滤波系数用于补偿在光纤传输路径中传输光信号时所产生和形成的第一波形失真。第二系数设定单元120提前预先确定第二均衡滤波系数，该第二均衡滤波系数用于补偿由光接收机的模拟特性劣化所产生和形成的第二波形失真。系数运算单元130执行对第一均衡滤波系数和第二均衡滤波系数的运算，并且输出第三均衡滤波系数。波形均衡滤波器140基于第三均衡滤波系数来对包括第一波形失真和第二波形失真的输入信号执行均衡处理，并且输出分别校正了第一波形失真和第二波形失真的输出信号。

此外，图6是示出根据本发明的第一示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的处理的流程图。

首先，计算第一均衡滤波系数，该第一均衡滤波系数用于补偿在光纤传输路径中传输光信号时所产生和形成的光信号的第一波形失真（S101）。然后，获得预先确定的第二均衡滤波系数，该第二均衡滤波系数用于补偿由光接收机的模拟特性劣化所产生和形成的第二波形失真（S102）。然后，对第一均衡滤波系数和第二均衡滤波系数执行运算，并且生成第三均衡滤波系数（S103）。执行基于第三均衡滤波系数的对包括第一波形失真和第二波形失真的输入信号的均衡处理（S104）。输出分别校正了第一波形失真和第二波形失真的输出信号（S105）。

如上所述，根据第一示例性实施例的光接收机的波形均衡处理单元除了计算用于补偿在在光纤传输路径中传输光信号时所产生和形成的第一波形失真的第一均衡滤波系数的第一系数计算单元值之外，还包括第二系数设定单元。

在第二系数设定单元中预先确定用于补偿由光接收机的模拟特性劣化所产生和形成的第二波形失真的第二均衡滤波系数。例如，首先，在光接收机的制造运输的检查时，定量地测量光接收机所具有的模拟波形劣化因素。然后，对该因素进行校正的滤波系数被确定为第二均衡滤波系数。换句话说，测量安装在光接收机中的每个部件的特性，并且确定用于补偿那些劣化程度的频率/时间滤波系数。

然后，由系数运算单元来执行对第一均衡滤波系数和第二均衡滤波系数的运算，并且生成第三均衡滤波系数。波形均衡滤波器基于第三均衡滤波系数来对包括第一波形失真和第二波形失真的输入信号执行均衡处理，并且输出分别校正了第一波形失真和第二波形失真的输出信号。因此，根据第一示例性实施例的光接收机可以通过在配备有第二系数设定单元和计算单元的波形均衡处理单元处数字地校正由于诸如分量波动的模拟波形劣化因素而导致失真的信号波形，来改善灵敏度劣化。

换句话说，根据第一示例性实施例，通过添加简单电路构造来数字地校正模拟特性劣化，可以实现改善了接收灵敏度的劣化的光接收机。

接下来，将描述第二示例性实施例。

根据第二示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元等效于图2中所示的波长色散补偿单元51，并且频域波形均衡滤波器用作波形均衡滤波器。其中，频域波形均衡滤波器包括如图4所示的离散傅立叶变换单元、复数乘法单元和逆离散傅立叶变换单元。

图7是示出根据本发明的第二示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的构造的框图。在波形均衡处理单元200中，使用基于用于补偿波长色散的系数和用于改善模拟特性劣化的系数所计算的滤波系数。因此，波形均衡处理单元200往往使用相同的时域波形均衡滤波器来补偿波长色散和改善模拟特性劣化。

波形均衡处理单元200包括频域波形均衡滤波器241至242、第一系数计算单元210、第二系数设定单元221至222以及系数运算单元231至232。

将包括分别从图1中所示的A/D转换单元41a、41b、42a和42b输出的X偏振的I分量、X偏振的Q分量、Y偏振的I分量和Y偏振的Q分量的数字信号输入到波形均衡处理单元200。

对于每个分量的数字信号，执行用于通过相应的频域波形均衡滤波器来补偿波长色散和改善模拟特性劣化的处理。图7中所示的波形均衡处理单元200包括用于X偏振处理的频域波形均衡滤波器241和用于Y偏振处理的频域波形均衡滤波器242。而且，频域波形均衡滤波器241和242二者都包括用于I分量和用于Q分量的频域波形均衡滤波器。类似地，根据用于I分量和用于Q分量的频域波形均衡滤波器来提供第二系数设定单元221和222以及系数运算单元231和232。

因为X偏振处理和Y偏振处理的处理内容相同，所以参考包括第一系数计算单元210、第二系数设定单元221、系数运算单元231和频域波形均衡滤波器241的构造的示例来描述波形均衡处理单元200的处理。

第一系数计算单元210基于诸如光载波信号的波长和波长色散值的信息来计算用于补偿波长色散的频率滤波系数，并且将频率滤波系数输出到系数运算单元231。

从未示出的外部设备来预先确定在第二系数设定单元221中的用于补偿特性劣化的系数。这里，用于补偿特性劣化的系数是指补偿在构成光接收机的偏振分束器、光混合电路、O/E转换单元和A/D转换单元的每个部件中所固有的模拟特性劣化的系数。例如，在光接收机的制造运输的检查时定量地测量包括在光接收机中的每个部件的特性，并且从外部设备对第二系数设定单元221设定用于补偿那些劣化程度的频率滤波系数作为第二均衡滤波系数。然后，第二系数设定单元221将预先确定的频率滤波系数输出到系数运算单元231。

将用于补偿波长色散的频率滤波系数和用于补偿模拟特性劣化的频率滤波系数输入到系数运算单元231。然后，系数运算单元231基于这两种频率滤波系数来执行诸如复数乘法的运算，并且输出在频域波形均衡滤波器241中使用的滤波系数cx0至cxN-1。换句话说，系数运算单元231执行对于与每个离散频率分量相对应的两种系数的运算，诸如复数乘法，并且输出由构成频域波形均衡滤波器241的复数乘法单元使用的滤波系数。系数运算单元231可以执行通常在卷积运算或各种转换处理中执行的上述复数乘法或非线性运算（例如平方运算或对数运算）。

在构成频域波形均衡滤波器241的复数乘法单元中，针对输入的复数信号的每个离散频率分量，使得具有包括波长色散补偿和模拟特性劣化补偿的两种特性的频率滤波系数进行复数相乘。因此，根据第二示例性实施例的光接收机可以同时在波形均衡处理单元200中实现由于分量波动所产生的模拟特性劣化的补偿和波长色散的补偿。

以该方式，根据第二示例性实施例的光接收机在具有第二系数设定单元和系数运算单元中的每一个的波形均衡处理单元中，数字地校正由于诸如分量波动的模拟波形劣化因素所产生的失真的信号波形。因此，根据第二示例性实施例的光接收机可以改善接收灵敏度的劣化。

换句话说，根据第二示例性实施例，通过添加简单的电路构造和数字地校正模拟特性劣化来实现改善接收信号的灵敏度劣化的光接收机。

接下来，将描述根据第二示例性实施例的变形示例。

根据第二示例性实施例的变形示例包括与根据参考图7描述的第二示例性实施例的波形均衡处理单元200相同的构造。变形示例和第二示例性实施例之间的不同点在于，在该变形示例中，从外部设备在第二系数设定单元221和222中预先确定设定为第二均衡滤波系数的多个频率滤波系数。然后，在多个频率滤波系数中选择最适当的频率滤波系数并使用。

首先，从诸如偏振分束器、光混合电路、O/E转换单元和A/D转换单元的设计规格或从工厂运输时测量的模拟特性来提前获得具有应当被校正的频率特性的频域均衡滤波系数。例如，用于对由于诸如分量特性的波动而引起的模拟波形劣化因素所产生的波形失真进行校正的频率特性将是提高高频分量的增益的特性。

而且，与时间过程相对应地准备具有应当根据分量劣化的随时间流逝的变化进行校正的频率特性的多个频域均衡滤波系数。

图8是示出根据第二示例性实施例的变形示例的第二系数设定单元的构造的框图。

根据变形示例的第二系数设定单元包括从外部设定和存储多个频域均衡滤波系数的存储器单元223、以及基于来自外部设备的选择信息来从多个频域均衡滤波系数中选择一个的选择单元224。

在这种情况下，通过未示出的时间测量装置来测量光接收机的累积操作时间，并且根据累积操作时间来通过来自外部设备的选择信息指定使用哪个频域均衡滤波系数。选择单元224从存储器单元223中选择指定的频域均衡滤波系数，并且将所选择的频域均衡滤波系数输出到运算单元231。

此外，根据变形示例的第二系数设定单元不需要如图8所示的构造。例如，允许可以在包括上述时间测量装置的光接收机的公共单元中存储多个频域均衡滤波系数，并且可以对第二系数设定单元适当地设定应当使用的频域均衡滤波系数。

此外，可以以不同的方法来构造多个频域均衡滤波系数。例如，基于有关取决于安装在光接收机中的部件的生产批次的特性的波动的信息，可以与部件的生产批次相对应地准备具有应当根据特性校正波动的频率特性的多个频域均衡滤波系数。在这种情况下，在光接收机的公共单元中存储多个频域均衡滤波系数，并且基于安装在光接收机中的部件的生产批次来对第二系数设定单元提前设定应当使用的频域均衡滤波系数。

用这种方式，在该变形示例中，通过提前准备多个滤波系数并且根据光接收机的状态来选择和使用最适当的滤波系数，提供了能够有效地校正期望模拟特性劣化的光接收机。

接下来，将描述第三示例性实施例。

根据第三示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元等效于图2中所示的偏振模色散补偿单元52，并且时域均衡滤波器用作波形均衡滤波器。这里，时域均衡滤波器包括图3所示的延迟单元、乘法单元和加法单元。

图9是示出根据本发明的第三示例性实施例的光接收机中所包括的波形均衡处理单元的构造的框图。通过使用基于用于补偿偏振模色散的系数和用于改善模拟特性劣化的系数所计算的滤波系数，波形均衡处理单元300意在使用相同的时域均衡滤波器来改善偏振模色散补偿和模拟特性劣化。

波形均衡处理单元300包括时域均衡滤波器341至344、适应系数计算单元310、第一系数设定单元321、第二系数设定单元322、第三系数设定单元323、第四系数设定单元324和运算单元331至334。

适应系数计算单元310监视从波形均衡处理单元300输出的X偏振信号XI''和XQ''以及Y偏振信号YI''和YQ''，并且对监视的结果适应地计算时域均衡滤波系数。换句话说，通过诸如CMA的系数计算算法，适应系数计算单元310计算用于补偿偏振模色散的时域均衡滤波系数，并且将所计算的系数输出到运算单元331至334。

对用于X偏振的第一系数设定单元321、用于X和Y偏振之间的第二系数设定单元322、用于Y和X偏振之间的第三系数设定单元323以及用于Y偏振的第四系数设定单元324分别预先确定与每个抽头相对应的时域均衡滤波系数。例如，在设定用于X偏振的系数的第一系数设定单元321和设定用于Y偏振的系数的第四系数设定单元324中，设定用于校正每个偏振分量的频率特性的滤波系数。然后，对设定X和Y偏振之间的系数的第二系数设定单元322和设定Y和X偏振之间的系数的第三系数设定单元323设定用于补偿偏振分束器和光混合电路的缺陷的滤波系数。

其中，缺陷是指在偏振分束器中，由于设计和制造的波动而导致Y偏振分量的一部分保留在分离的X偏振分量中，并且X偏振分量的一部分保留在Y偏振分量中。此外，在光混合电路中，缺陷是指由于设计和制造的波动而导致Q分量的一部分保留在分离的I分量中，并且I分量的一部分保留在分离的Q分量中。而且，通过使用测试装置，诸如通过输入测试光，来在制造运输检查时测量这些缺陷类型。基于测量的结果，将用于将保留在X偏振分量中的Y偏振分量恢复成Y偏振分量的系数将被设定为滤波系数。

第一系数设定单元321、第二系数设定单元322、第三系数设定单元323和第四滤波系数设定单元324中的每一个将所确定的时域均衡滤波系数输出到相应的运算单元331至334。

此外，通过对第一系数设定单元321、第二系数设定单元322、第三系数设定单元323和第四系数设定单元324中的每一个确定的系数，可以对适应系数计算单元310提供适当的初始值。换句话说，基于不存在模拟波形失真因素的假定来形成用于确定适应系数计算单元310中的适应系数的算法。此外，通常，通过设定适当的初始值，用于确定系数的大部分算法可以加快对指示期望滤波特性的系数的收敛。因此，通过在制造运输的检查时定量地测量光接收机所具有的模拟波形劣化因素并且设定为用于校正的滤波系数的初始值，来生成不存在适应系数计算单元310的模拟劣化的状态。因此，在适应系数计算单元310中，可以加快均衡滤波器的系数计算的收敛。

每个运算单元331至334基于用于补偿在适应系数计算单元310中计算的偏振模色散的滤波系数和对相应的系数设定单元321至324设定的上述滤波系数来执行诸如复数乘法的运算。因此，由相应的时域均衡滤波器341至344使用的时域均衡滤波系数被计算和输出到时域均衡滤波器341至344中的各个乘法单元。其中，由运算单元331至334执行的运算可以是上述复数乘法，或者可以是通常在卷积运算或各种转换处理中执行的非线性运算（例如平方运算或对数运算）。

将系数cxx0至cxxN-1输出到时域均衡滤波器341，并且将系数cxy0至cxyN-1输出到时域均衡滤波器342。此外，将系数cyx0至cyxN-1输出到时域均衡滤波器343，并且将系数cyy0至cyyN-1输出到时域均衡滤波器344。

在时域均衡滤波器341至344中的乘法单元的每一个中，针对输入复数信号的每个抽头分量来对具有包括偏振模色散的补偿和模拟特性劣化的补偿的两种特性的滤波系数执行复数乘法。因此，根据第三示例性实施例的光接收机可以通过波形均衡处理单元300来同时实现偏振模色散的补偿和由分量波动产生的模拟特性劣化的补偿。

因此，根据第三示例性实施例的光接收机可以通过具有系数设定单元和运算单元的波形均衡处理单元而数字地校正由于诸如分量波动的模拟波形劣化因素而失真的信号波形来改善灵敏度劣化。

换句话说，通过添加简单的电路构造和数字地校正模拟特性劣化，第三实施例实现改善接收灵敏度的劣化的光接收机。

与根据第二实施例的变形示例类似地构造根据第三实施例的变形示例。换句话说，在根据第三示例性实施例的变形示例中，对第一系数设定单元321、第二系数设定单元322、第三系数设定单元323和第四系数设定单元324中的每一个或一个来预先确定多个时域均衡滤波系数。在这种情况下，从偏振分束器、光混合电路、诸如O/E转换电路和A/D转换电路的设计规格或从工厂运输时测量的模拟特性来获得称为用于应当被校正的频率特性和用于适应计算的初始值的系数。然后，从多个时域均衡滤波系数中选择与所需条件匹配的时域均衡滤波系数并使用。

即使在该变形示例中，通过从提前准备的多个滤波系数中，根据光接收机的状况而选择和使用最适当的滤波系数，来提供可以有效地校正期望模拟特性劣化的光接收机。

接下来，描述第四示例性实施例。

图10是示出根据本发明的第四示例性实施例的光接收机的数字信号处理单元90的构造的框图。

与图2中所示的数字信号处理单元50的不同点在于，图2中所示的波长色散补偿单元51和偏振模色散补偿单元52被构造为包括波长色散补偿/偏振模色散补偿单元91的单个功能模块。因此，频率/相位补偿单元92和信号识别单元93具有与图2所示的频率/相位补偿单元53和信号识别单元54相同的构造。

图11是示出根据本发明的第四示例性实施例的光接收机的数字信号处理单元90中所包括的作为波长色散补偿/偏振模色散补偿单元91的波形均衡处理单元的构造的框图。

波形均衡处理单元400使用基于用于补偿波长色散的系数、用于补偿偏振模色散的系数和用于改善模拟特性劣化的系数所计算的系数。然后，波形均衡处理单元400意在通过使用这些系数来改善波长色散的补偿、偏振模色散补偿和模拟特性劣化。其中，波形均衡处理单元400通过频域波形均衡滤波器来构造波形均衡滤波器。而且，波形均衡处理单元400包括离散傅立叶变换单元441至442、复数乘法单元451至454、复数加法加法器471至472以及逆离散傅立叶变换单元461至462，作为波形均衡滤波器。此外，波形均衡处理单元400包括系数计算单元410、适应系数计算单元415、第一系数设定单元421至第四系数设定单元424以及运算单元431至434。

离散傅立叶变换单元441和442对输入的复数信号执行离散傅立叶变换，并且转换成频域中的复数信号。复数乘法单元451至454使从离散傅立叶变换单元441和442输出的频域中的复数信号乘以从运算单元431至434中的相应一个输出的滤波系数，并且将结果输出到复数加法器471和472。复数加法器471和472执行从复数乘法单元451至454输入的复数信号的复数加法，并且输出到逆离散傅立叶变换单元461和462。逆离散傅立叶变换单元461和462对输入的频域复数信号执行逆离散傅立叶变换并转换成时域复数信号，并且输出所转换的信号。

系数计算单元410基于诸如光载波的波长和波长色散的值的信息来计算用于补偿波长色散的频域均衡滤波系数，并且将所计算的信号输出到运算单元431至434。

适应系数计算单元415监视从波形均衡处理单元400输出的X偏振信号XI''和XQ''以及Y偏振信号YI''和YQ''，并且计算对监视结果的时域均衡滤波系数。换句话说，通过诸如CMA的系数计算算法，适应系数计算单元415计算用于补偿偏振模色散的时域均衡滤波系数，并且将计算信号输出到运算单元431至434。

对用于X偏振的第一系数设定单元421、用于X和Y偏振之间的第二系数设定单元422、用于Y和X偏振之间的第三系数设定单元423、用于Y偏振的第四系数设定单元424分别预先确定时域均衡滤波系数。

这些系数的内容与第三示例性实施例中所述的那些相同。换句话说，在设定用于X偏振的系数的第一系数设定单元421和用于设定Y偏振的系数的第四系数设定单元424中，设定用于校正每个偏振分量的频率特性的滤波系数。然后，对设定X和Y偏振之间的系数的第二系数设定单元422和设定Y和X偏振之间的系数的第三系数设定单元423设定用于补偿偏振分束器和光混合电路的缺陷的滤波系数。

此外，跟随对第一系数设定单元421、第二系数设定单元422、第三系数设定单元423和第四系数设定单元424中的每一个设定系数，与第三示例性实施例类似，可以将适当的初始值提供给适应系数计算单元415。换句话说，如在第三示例性实施例中所述，基于不存在模拟波形劣化因素的假定来形成适应系数计算单元415中的适应系数判定的算法。此外，通常，通过设定适当的初始值，用于确定系数的大部分算法可以加快对指示期望滤波系数的系数的收敛。因此，通过在制造运输检查时定量地测量光接收机所具有的模拟波形劣化因素，并且将用于校正这些的滤波系数设定为初始值，可以生成不存在适应系数计算单元415的模拟劣化的状态。因此，在适应系数计算单元415中加快均衡滤波器的系数计算的收敛。

运算单元431至434基于分别从系数计算单元410、适应系数计算单元415和相应的系数设定单元421至424输出的滤波系数来执行诸如复数乘法的运算。换句话说，运算单元431至434接收在系数计算单元410中计算的用于补偿波长色散的滤波系数、在适应系数计算单元415中计算的用于补偿偏振模色散的滤波系数和对系数设定单元421至424设定的滤波系数。然后，运算单元431至434执行通常在卷积运算或各种转换处理中执行的复数乘法或非线性运算（例如平方运算或对数运算），并且将乘以频域中的复数信号的系数输出到相应的复数乘法单元451至454。如图11所示，系数cxx0至cxxN-1被输入到复数乘法单元451，并且系数cxy0至cxyN-1被输入到复数乘法单元452，作为将乘以频域的复数信号的系数。然后，系数cyx0至cyxN-1被输入到复数乘法单元453，并且系数cyy0至cyyN-1被输入到复数乘法单元454。

以该方式，根据第四示例性实施例，具有包括波长色散的补偿、偏振模色散的补偿和模拟特性劣化的补偿的三个特性的系数的运算的结果被定义为波形均衡处理单元400中的频域均衡滤波系数。因此，根据第四实施例，波形均衡处理单元400可以同时执行波长色散的补偿、偏振模色散的补偿和模拟特性劣化的补偿。

此外，根据第四示例性实施例，因为集成波长色散补偿单元和偏振模色散补偿单元，能减少复数乘法器和运算单元的电路数。

由此，通过在具有系数设定单元和运算单元的波形均衡处理单元中分别数字地校正由于诸如分量波动的模拟波形劣化因素而失真的信号波形，根据第四示例性实施例的光接收机能改善灵敏度劣化。

换句话说，根据第四示例性实施例，通过添加简单的电路结构来数字地校正模拟特性劣化，实现改善接收信号的灵敏度劣化的光接收机。

此外，还可以根据第二示例性实施例和根据第三示例性实施例的变形示例来构造与变形示例类似的第四示例性实施例的变形示例。换句话说，可以对第一系数设定单元421、第二系数设定单元422、第三系数设定单元423和第四系数设定单元424中的每一个或一个预先确定多个时域均衡滤波系数。在这种情况下，提前从偏振分束器、光混合电路、诸如O/E转换电路和A/E转换电路的设计规格或从工厂运输时测量的模拟特性来获得称为用于应当校正的频率特性和用于适应计算的初始值的系数。然后，从多个频域均衡滤波系数选择中与所需条件匹配的均衡滤波系数并且进行使用。

因此，即使在变形示例中，通过从根据光接收机的状况，提前准备的多个滤波系数选择和使用最合适的滤波系数，可以提供有效地校正期望模拟特性劣化的光接收机。

如通过多个示例性实施例和变形示例所述，对根据本发明的示例性实施例的光接收机，在制造运输的检查时等，测量所装配的每个部件的特性。然后，确定用于补偿那些特性的劣化度的频率/时间滤波系数。此外，根据每个示例性实施例的光接收机提前计算频率/时间滤波系数和用于补偿传输路径的劣化因素，诸如波长色散和偏振模色散的滤波系数，并且将运算的最终滤波系数应用于用于接收信号的波形均衡滤波器。换句话说，通过安装提前预先确定用于补偿由于模拟特性而引起的劣化因素的系数的电路和计算各种系数的电路，光接收机能补偿由于模拟特性的劣化因素连同由于传输路径的波长色散和偏振模色散的劣化因素。由此，在如此构造的光接收机中，由于在接收信号波形的均衡级，不仅补偿由于传输路径的劣化因素，而且还补偿由于模拟特性的劣化因素，因此可以改善接收灵敏度的劣化。

尽管参考本发明的示例性实施例示出和描述了本发明，但是本发明不限于这些实施例。本领域的普通技术人员将理解，在不背离如由权利要求书所限定的本发明的精神和范围下，可以在形式和细节方面做出各种改善。

本申请基于并要求2011年2月2日提交的日本专利申请No.2011-020707的优先权的权益，其全部内容通过引用合并于此。

附图标记描述

1光接收机

11和12偏振分束器

21和22光混合电路

31a、31b、32a和321bO/E转换单元

41a、41b、42a和421bA/D转换单元

50和90数字信号处理单元

60本地振荡光源

51波长色散补偿单元

52偏振模色散补偿单元

53和92频率/相位补偿单元

54和93信号识别单元

71延迟单元

72乘法单元

73加法单元

81、441和442离散傅立叶变换单元

82、451、452、453和454复数乘法单元

83、461和462逆离散傅立叶变换单元

84和410系数计算单元

91波长色散补偿和偏振模色散补偿单元

100、200、300和400波形均衡处理单元

110和210第一系数计算单元

120、221和222第二系数设定单元

130、231和232系数运算单元

140波形均衡滤波器

223存储器单元

224选择单元

241和242频域波形均衡滤波器

310和415适应系数计算单元

321和421第一系数设定单元

322和422第二系数设定单元

323和423第三系数设定单元

324和424第四系数设定单元

331、332、333和334运算单元

431、432、433和434运算单元

471和472复数加法器

Claims (9)

1.一种包括波形均衡处理单元的光接收机，所述波形均衡处理单元包括：

第一系数计算单元，所述第一系数计算单元计算第一均衡滤波系数，所述第一均衡滤波系数用于补偿由于光信号在光纤传输路径中传输所引起和形成的第一波形失真；

第二系数设定单元，所述第二系数设定单元预先确定第二均衡滤波系数，所述第二均衡滤波系数用于补偿由于构成所述光接收机的部件的模拟特性劣化所引起和形成的第二波形失真；

系数运算单元，所述系数运算单元执行对所述第一均衡滤波系数和所述第二均衡滤波系数的运算，并且输出第三均衡滤波系数；以及

波形均衡滤波单元，所述波形均衡滤波单元基于所述第三均衡滤波系数来对包括所述第一波形失真和所述第二波形失真的输入信号执行均衡处理，校正所述第一波形失真和所述第二波形失真中的每一个，并且输出输出信号，

其中，所述光接收机是应用了数字相干光接收方法的光接收机，并且

其中，所述波形均衡处理单元包括在所述光接收机的数字信号处理单元中。

2.根据权利要求1所述的光接收机，其中，

所述第二系数设定单元提前存储多个所述第二均衡滤波系数，并且基于指令来选择所存储的多个所述第二均衡滤波系数中的所述第二均衡滤波系数的一个并且输出所选择的第二均衡滤波系数。

3.根据权利要求1所述的光接收机，其中，

所述第二系数设定单元提前存储与时间过程相对应的多个均衡滤波系数，该系数根据随时间流逝的变化来补偿构成所述光接收机的部件的特性劣化，并且基于对应于所述光接收机的累积操作时间的指令来选择在所存储的多个所述第二均衡滤波系数中的所述第二均衡滤波系数的一个，并且输出所选择的第二均衡滤波系数。

4.根据权利要求1所述的光接收机，其中，

所述波形均衡滤波单元是频域波形均衡滤波器，

所述第一系数计算单元计算用于补偿波长色散的均衡滤波系数；并且

所述系数运算单元执行对所述用于补偿波长色散的均衡滤波系数和所述第二均衡滤波系数的运算，并且输出所述第三均衡滤波系数。

5.根据权利要求1所述的光接收机，其中，

所述波形均衡滤波单元是时域均衡滤波器，

所述第一系数计算单元计算用于补偿偏振模色散的均衡滤波系数；并且

所述系数运算单元执行对所述用于补偿偏振模色散的均衡滤波系数和所述第二均衡滤波系数的运算，并且输出所述第三均衡滤波系数。

6.根据权利要求1所述的光接收机，其中，

所述波形均衡滤波单元是频域波形均衡滤波器，

所述第一系数计算单元包括计算用于补偿波长色散的均衡滤波系数的系数计算单元以及计算用于补偿偏振模色散的均衡滤波系数的适应系数计算单元，并且

所述系数运算单元执行对所述用于补偿波长色散的均衡滤波系数、所述用于补偿偏振模色散的均衡滤波系数和所述第二均衡滤波系数的运算，并且输出所述第三均衡滤波系数。

7.一种光接收方法，包括：

计算第一均衡滤波系数，所述第一均衡滤波系数用于补偿由于光信号在光纤传输路径中的传输所引起和形成的第一波形失真；

获得预先确定的第二均衡滤波系数，所述预先确定的第二均衡滤波系数用于补偿由构成光接收机的部件的模拟特性劣化所引起和形成的第二波形失真；

执行对所述第一均衡滤波系数和所述第二均衡滤波系数的运算，并且生成第三均衡滤波系数；

基于所述第三均衡滤波系数来对包括所述第一波形失真和所述第二波形失真的输入信号执行均衡处理；以及

输出校正了所述第一波形失真和所述第二波形失真中的每一个的输出信号，

其中，所述光接收机是应用了数字相干光接收方法的光接收机，并且

其中，在所述光接收机的数字信号处理单元中的数字信号处理中执行所述均衡处理。

8.根据权利要求7所述的光接收方法，包括：

提前存储多个所述第二均衡滤波系数，以及

基于指令来选择在所存储的多个所述第二均衡滤波系数中的所述第二均衡滤波系数的一个，并且输出所选择的第二均衡滤波系数。

9.根据权利要求7所述的光接收方法，包括：

提前存储与时间过程相对应的多个均衡滤波系数，该系数根据随时间流逝的变化来补偿构成所述光接收机的部件的特性劣化；以及

基于对应于所述光接收机的累积操作时间的指令来选择在所存储的多个所述第二均衡滤波系数中的一个所述第二均衡滤波系数，并且输出所选择的第二均衡滤波系数。