CN103907294A - 通过相位共轭光学变体的通信 - Google Patents

Abstract

一种光学传送系统，被配置为传输携带相同调制有效载荷符号的至少两个相位共轭光学变体，具有所述相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：光线的偏振、传输的时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。所述至少两个相位共轭光学变体可以由单个偏振分集发射机生成为正交偏振，并且可以通过具有相同波长和空间路径的光学传输链路来传播。光学变体以在星座解映射之前实现对应电信号的相干求和的方式在接收器处被检测和处理。相干求和趋向于消除给予在光纤传输链路中的单个相位共轭光学变体上的非线性失真的有害影响，因为所述非线性失真趋向于彼此相反。

Description

通过相位共轭光学变体的通信

相关申请的交叉引用

这一申请要求来自于2011年9月16日提交的美国临时专利申请第61/535,548号以及于2011年9月26日提交的美国专利申请第13/245160号的优先权，两者标题均为“PERFORMANCEENHANCEMENT THROUGH OPTICAL VARIANTS”，其通过引用而整体结合于此。

技术领域

（多个）发明涉及光学通信设备，并且更具体但非唯一地，涉及用于管理通过非线性和/或噪声光学信道的数据传送的设备。

背景技术

这一章节介绍可以帮助促进（多个）发明的更好理解的方面。据此，这一章节的陈述要以这一角度来解读而不是被理解为承认关于哪些是现有技术或者哪些不是现有技术。

前向纠错（FEC）使用系统地生成的冗余数据来减少接收机处的比特误码率（BER）。这一减少的代价是所要求的前向信道带宽的伴随增长，而后者取决于FEC码的开销。通常，具有更大开销或者更低净数据速率的FEC码被用于更嘈杂的信道。当信道条件随着时间改变时，净数据速率和/或FEC码能够适应性地改变，以维持可接受的BER。然而，当被应用到光学传送系统时，伴随着FEC编码的一个问题是各种可实施的FEC码之间的编码增益差异通常不超过某个最大值，如Shannon的信息能力理论所给定的。另外，针对能力接近的FEC码的数字信号处理（DSP）复杂度可以严峻地高。因此，对于某些光学信道，可能需要另外的和/或可替换的性能增强技术以克服FEC编码的这些以及其他相关限制。

发明内容

传输之后的光学信号质量的提升可以通过执行两个或多个光学变体（optical variant）的集合的数字构造性求和来获取。光学变体是如下的相干光学信号，它们携带有效载荷数据、比特字或比特序列的相同片段，但是它们在其自由度中的至少一个维度中相互不同，例如，在传输的时间、空间位置、光线的偏振、光学载波波长以及子载波频率中的一项或多项中相互不同。构造性求和趋向于平均掉给予在光学传送链路中的个体光学变体上的线性和非线性噪声/失真两者的有害影响，因为所述噪声/失真本质上是非相干的。光学变体可以与旨在于传输的原始光学信号或者原始信号的相位扰乱副本相同。

当相位共轭在接收器处被移除时，给予在两个相位共轭信号上的非线性失真基本上彼此相反。因此，当携带相同调制有效载荷符号的两个相位共轭光学变体在移除它们之间的相位共轭之后被相干地求和，给予在两个相位共轭信号上的非线性失真将基本上消除。这一方法有效地提高非线性光纤传输之后的信号质量，超过可以通过相干地求和如下的两个光学变体所获取的质量，这两个光学变体是相同光学信号的复制副本或者相位扰码副本。在一个实施例中，两个相位共轭光学变体可以在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、时间、空间位置、光学载波波长、以及在光学传输期间的子载波频率。两个“相位共轭光学变体”指代在移除它们之间的恒定相位偏移和/或时间延迟之后是复数共轭的两个光学变体。进一步地，在所提供的方法中可以利用多于两个的相位共轭光学变体；在这些示例中，第三、第四等等的相位共轭光学变体在从第三、第四等等的相位共轭光学变体中移除恒定相位偏移和/或时间延迟之后是第一两个复数共轭中的一个复数共轭的副本。

根据第一实施例，至少两个相位共轭光学变体是正交偏振的，并且由偏振分集发射机所生成并且共享光纤传输链路中的相同波长和空间路径。偏振分集接收器用于接收至少两个正交偏振部件并且联合地处理它们以恢复所传输的光学变体。然后，在变体被构造性求和以提供原始信号的星座表示之前，这两个变体之间相位共轭被移除。

根据第二实施例，用于旨在于传输的光学信号的至少两个相位共轭光学变体关于彼此被时间延迟了T，T可以是多个调制符号周期，并且被调制到偏分复用（Polarization Division Multiplexed,PDM）信号。在接收机处，在它们的构造性求和以提供原始信号的星座表示之前，这两个变体之间的时间延迟和相位共轭被移除。

根据第三实施例，至少两个相位共轭光学变体被调制成不同的光学载波波长，并且是用于传输的波分复用。这些波长可以行进通过光纤传输链路中的相同空间路径。在接收机处，这些光学变体首先被波分解复用并且被联合地处理。然后，在它们被构造性求和以提供原始信号的星座表示之前，这些变体之间的相位共轭被移除。

根据第四实施例，至少两个相位共轭光学变体是用于传输的空分复用。这至少两个光学变体可以行进通过多核光纤链路的不同核或者多模光纤的不同空间模式，只要影响它们的非线性影响近似相同。在接收机处，这至少两个光纤变体首先被光学地或电子地空分解复用，并且被联合地处理，然后，在它们被构造性求和以提供原始信号的星座表示之前，这至少两个变体之间的相位共轭被移除。

因为影响每个光学变体的线性噪声是非相干的，前述构造性求和过程还有效地增加光学信噪比（OSNR）。与非线性失真的消除一起，在构造性求和过程中相位共轭光学变体的使用可以基本上提高长距离光纤传输中的信号质量。在各种实施例中，由光学变体的使用而实现的信号质量提高或者所接收的比特误码率的减少可以在FEC编码所提供的那些之外或者替代FEC编码所提供的那些来实施。

在一个实施例中，一种包括光学接收机的装置，该光学接收机包括前端电路和处理器。前端电路被配置为将携带相同调制有效载荷符号的至少两个相位共轭光学变体转换为对应的多个数字电信号。处理器被配置为处理多个数字电信号，以生成表示相同调制有效载荷符号的复数值的集合、对该集合的复数值求和以生成求和的复数值、将求和的复数值映射到星座上、以及基于所映射的求和的复数值来确定由相同调制有效载荷符号表示的比特字。

在另一个实施例中，至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、在光学接收机处的到达时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

在另一个实施例中，至少两个相位共轭光学变体是时域中的复数共轭。在另一个实施例中，至少两个相位共轭光学变体是频域中的复数共轭。

至少两个相位共轭光学变体中的一个光学变体可以包括用于传输的符号的光学版本。至少两个相位共轭光学变体中的另一个光学变体可以包括具有恒定相位旋转的、用于传输的该符号的光学版本的复数共轭版本。

在一个实施例中，处理器被配置为撤销至少两个相位共轭光学变体的相位共轭，以及生成表示旨在于传输的该符号的至少两个复数值。

至少两个相位共轭光学变体可以是正交偏振的。在另一个实施例中，该装置可以包括偏振分集发射机，用于生成至少两个正交偏振的相位共轭光学变体。

在一个实施例中，前端电路包括至少一个偏振分集光学混合以及至少一个光学本机振荡器。在另一个实施例中，前端电路包括至少四个模数转换器（ADC）。

在一个实施例中，前端电路包括波长解复用器，被配置为解复用至少两个相位共轭光学变体。在又一实施例中，前端电路包括光学耦合器，被配置为空间解复用至少两个相位共轭光学变体。

在一个实施例中，该装置还可以包括用于传达至少两个相位共轭光学变体的介质，其中该介质是以下各项中的一项或多项：单模光纤、多核光纤、光纤束、和多模光纤。

在一个实施例中，该处理器通过基于针对相同调制有效载荷符号序列的映射星座序列来确定基于FEC的纠错，可以确定由相同调制有效载荷符号所表示的比特字。在另一个实施例中，处理多个数字电信号以生成表示相同调制有效载荷符号的复数值的集合可以包括执行以下各项中的一项或多项：时间同步、信道估计、信道补偿、频率估计、频率补偿、相位估计、以及相位补偿。数字电信号的这一处理可以包括导频符号的使用。

在一个实施例中，权利要求1的装置还可以包括光学发射机，被配置为响应于输入有效载荷数据流的符号，生成至少两个相位共轭光学变体的第二集合，该第二集合的至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、传输的时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

光学通信的示例方法包括在光学接收机处将携带相同调制有效载荷符号的至少两个相位共轭光学变体转换为对应的多个数字电信号；处理多个数字电信号以生成表示相同调制有效载荷符号的复数值的集合；对集合的复数值求和以生成求和的复数值；将求和的复数值映射到星座上；以及基于所映射的求和的复数值来确定由相同调制有效载荷符号表示的比特字。

根据一个实施例，一种装置包括光学发射机，光学发射机被配置为响应于输入有效载荷数据流的符号来生成至少两个相位共轭光学变体，至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、传输的时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

附图说明

以示例的方式，根据以下详细描述和附图，本发明的各种实施例的其他方面、特征和益处将变得更完全地清楚，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的光学传送系统的框图；

图2示出根据本发明的一个实施例的可以被实施在图1中示出的光学传送系统的接收机中的信号处理方法的流程图；

图3示出根据本发明的一个实施例的可以被实施在图1中示出的光学传送系统的接收机中的信号处理方法的流程图；

图4示出根据本发明的另一个实施例的光学传送系统的框图；

图5示出根据本发明的又一个实施例的光学传送系统的框图；

图6示出根据本发明的一个实施例的可以被实施在图4和5中示出的光学传送系统的接收机中的信号处理方法的流程图。

具体实施方式

光学传送链路通常被配置为支持多个自由度，诸如时间、空间、载波频率（波长）和偏振。这些自由度中的每个自由度可以用于光学信号复用。对应于这四个不同的单个自由度的复用技术在文献中被称为时分复用、空分复用、波分复用以及偏分复用。

除了使用由光学传送链路支持的各种自由度以便独立光学信号的复用传输之外或者取而代之，本发明的各种实施例采用这些自由度以便相干光学信号（被称为光学变体）的传输。在代表性实施例中，两个光学变体是如下的两个光学信号，它们携带有效载荷数据、比特字或比特序列的相同片段，但是它们携带有效载荷数据的方式相互不同：这两个光学变体是复数共轭。假设旨在于传输的光学信号的E电场是E，两个光学变体中的一个光学变体的E电场可以是E，并且另一个可以是E*，其中“*”表示复数共轭。

这里，引入更通用的术语“相位共轭光学变体”，其指代在移除它们之间的恒定相位偏移和/或时间延迟之后是复数共轭的两个光学变体。复数共轭意思是一对复数数字，两者均具有相同实数部分，但是具有相等量级和相对符号的虚数部分。例如，当以下条件满足时，E₁(t)和E₂(t)是E(t)的相位共轭光学变体：

E₁(t-t₁)＝exp(jφ₁)·E(t),   （1）

E₂(t-t₂)＝exp(jφ₂)·E(t)*,其中j表示虚数单元，t表示时间，t1和t2是时间偏移，并且φ₁和φ₂是相位偏移。根据以上公式，我们得到

E₁(t-t₁)＝exp[j(φ₁+φ₂)]·E₂(t-t₂)*,   （2）

即，E₁(t)和E₂(t)是在移除恒定相位偏移(φ₁+φ₂)以及时间延迟(t₁-t₂)之后的复数共轭。当存在多于两个相位共轭光学变体时，另外的相位共轭光学变体采用以下形式：

其中n是3、4、……。

这两个相位共轭光学变体通过不同维度中的光学传输链路进行传输，不同维度例如以下各项中的一项或多项：传输的时间、空间偏振、光线的偏振、光学载波波长、以及子载波频率。例如，使用第一（例如X）偏振的光学符号的第一传输和使用第二（例如Y）偏振的该相同光学符号的第二传输表示该光学符号编码的比特字的两个不同光学变体。作为第二示例，在时间t1处的光学符号的第一传输和在时间t2>t1处的该相同光学符号的第二传输表示该光学符号编码的比特字的两个不同光学变体。作为第三示例，使用载波波长λ₁的光学符号的第一传输和使用载波波长λ₂的该相同光学符号的第二（例如同时的）传输表示该光学符号编码的比特字的两个不同光学变体。作为第四示例，经由多路径光纤或光纤电缆的第一传播路径（例如，经由多核光纤的第一核或者多模光纤的第一导模）的光学符号的第一传输以及经由多路径光纤或光纤电缆的第二传播路径（例如，经由多核光纤的第二核或者多模光纤的第二导模）的该相同光学符号的第二传输表示该光学符号编码的比特字的两个不同光学变体。

注意，在这些示例的每个示例中，两个对应的光学变体被描绘为仅在一个自由度的参数中相互不同。然而，光学变体可以在两个或更多自由度的参数中相互不同，诸如：（i）偏振和时间；（ii）时间和空间；（iii）时间和波长；（iv）空间和波长；（v）空间和偏振；（vi）波长和偏振；（vii）时间、空间和波长；（viii）时间、空间和偏振；（ix）时间、波长和偏振；（x）空间、波长和偏振；或者（xi）时间、空间、波长和偏振。

光学变体的概念还应用于（i）携带多比特字的光学符号序列以及（ii）使用不同光学符号携带相同比特字的光学符号。进一步地，多于两个的相位共轭光学变体可以根据本发明的原理通过光学路径被传输/接收。假设旨在于传输的光学信号的E电场是E，第三、第四等等的光学变体可以是E或者E*，其中“*”表示复数共轭。以示例的方式，根据在参照图1-6所给出的以下更详细描述，“光学变体”的其他相关特征将更完全地清楚。

各种实施例取决于创新性概念，根据该概念，接收机在解调制和解码之前，以相位相干的方式添加与相同符号流的至少两个相位共轭光学变体相对应的电信号。每对相位共轭变体在正交传输路径或维度上从发射机被传达至接收机，但是经受类似的非线性影响，该影响实际上在该对之间的相位共轭被移除时给予这些变体上的非线性失真。据此，尽管在任何一个实施例中被利用的相位共轭光学变体的数目可以是偶数或奇数，更大数量的相位共轭光学变体的使用是优选的，以最小化当数目是奇数时的非线性影响。

图1示出根据本发明的一个实施例的光学传送系统100的框图。系统100具有光学发射机110，其被配置为传输在偏振或时间或两者中相互不同的光学变体。系统100还具有光学接收机190，其被配置为以相较于在没有使用光学变体的情况下可得到的BER而言减少了BRE的方式，处理所接收的光学变体以恢复对应的原始数据。发射机110和接收机190经由光学传送链路140相互连接。

发射机110接收有效载荷数据的输入流102，并且将其应用至数字信号处理器（DSP）112。处理器112处理输入流102以生成数字信号114₁-114₄。在每个信令间隔（时隙）中，信号114₁和114₂携带如下的数字值，这些数字值分别表示旨在于使用X偏振光线来传输的对应星座符号的同相位（in-phase）（I）分量和正交（Q）分量。信号114₃和114₄类似地携带如下的数字值，这些数字值分别表示旨在于使用Y偏振光线来传输的对应星座符号的I分量和Q分量。

发射机110的电光（E/O）转换器（有时也被称为前端）116将数字信号114₁-114₄转化为调制光学输出信号130。更具体地，数模转换器（DAC）118₁和118₂将数字信号114₁和114₂转化成模拟信号形式以分别生成驱动信号I_X和Q_X。驱动信号I_X和Q_X然后以常规模式被用来驱动I-Q调制器124_X。基于驱动信号I_X和Q_X，I-Q调制器124_X调制由激光源120_X所供应的光线的X偏振波束122_X，由此生成调制光学信号126_X。

DAC 118₃和118₄类似地将数字信号114₃和114₄转化成模拟信号形式以分别生成驱动信号I_Y和Q_Y。基于驱动信号I_Y和Q_Y，I-Q调制器124_Y调制由激光源120_Y所供应的光线的Y偏振波束122_Y，由此生成调制光学信号126_Y。偏振波束组合器128组合调制光学信号126_X和126_Y以生成光学输出信号130。

在代表性配置中，处理器112生成数字信号114₁-114₄，以便针对要传输到接收机190的每个比特字，光学输出信号130包含携带该比特字的至少两个相位共轭光学变体。理论上，相位共轭光学变体的这一集合可以被视为包括一个或多个重叠和/或非重叠子集。例如，可能有包括两个或更多个相位共轭光学变体的子集，其中相位共轭光学变体具有相同偏振、但是具有信号130中的不同时间位置。可替换地或另外地，可能有包括两个相位共轭光学变体的另一个子集，其中相位共轭光学变体在信号130中具有相同时间位置（相同时隙）、但是具有不同偏振。此外，可能有包括两个相位共轭光学变体的又一个子集，其中相位共轭光学变体具有信号130中的不同时间位置（相同时隙）以及不同偏振。

在一个实施例中，两个相位共轭光学变体由正交偏振分量所携带。在这一情况下，信号114₁、114₂、1143和114₃可以被布置为满足以下条件：

I_x(t)＝real(E(t)),Q_x(＝imag(E(t)),   （4）

I_y(t)＝real(E(t-τ)),Q_y＝-imag(E(t-τ)),

其中E是旨在于传输的原始信号的E电场，并且τ是可以为零或多个调制符号周期的时间延迟。

在另一个实施例中，两个相位共轭光学变体由一个偏振分量、但是在不同时间间隔所携带。在这一情况下，信号114₁、114₂、1143和114₃可以被布置为满足以下条件：

(1)对于t＝nT,nT+1,nT+2,...,(n+1)T-1,

I_x(t)＝real(E(t)),Q_x(t)＝imag(E(t)),

I_y(t)＝real(E(t+T)),Q_y(t)＝imag(E(t+T)),   （5）

(2)对于t＝(n+1)T,(n+1)T+1,(n+1)T+2,...,(n+2)T-1,

I_x(t)＝real(E(t-T)),Q_x(t)＝-imag(E(t-T)),

I_y(t)＝real(E(t)),Q_y(t)＝-imag(E(t)),

其中n是整数，并且T是可以为例如许多调制符号周期的时间延迟。

处理器112还可以将导频符号和/或导频符号序列添加到信号114₁、114₂、114₃和114₄中的每个信号。所添加的导频符号和/或导频符号序列的一个目的是形成具有良好定义的结构的光学帧。这一结构可以在接收机190处用于从导频符号/序列中区分出对应于有效载荷数据的光学符号，并且用于保证光学变体之间的相位对准。导频符号/序列然后可以用于执行以下各项中的一项或多项：（i）时间同步、（ii）信道估计和补偿、（iii）频率估计和补偿、以及（iv）相位估计和补偿。可能的帧结构和适当的导频符号/序列的可用描述可以在共同拥有的美国专利申请序列第12/964,929号（于2010年12月10日提交）中找到，其通过引用的方式而整体结合于此。

系统100具有光学分插复用器（optical add-drop multiplexer，OADM），被配置为如本领域已知的将信号130添加到经由光学传送链路140传送的其他光学信号。链路140说明性地被示出为具有多个光学放大器144的放大链路，多个光学放大器144被配置为放大通过该链路传送的光学信号以例如抵消信号衰减。注意到，不具有光学放大器的光学链路也可以可替换地被使用。在传播链路140的预计长度之后，信号130经由另一个光学分插复用器OADM 146从该链路中分出，并且被引向接收机190用于处理。注意到，由OADM 146应用到接收机190的光学信号被标记为130′，其表明如下的事实：在发射机110和接收机190之间运送时，信号130可能累积归因于光纤中的各种线性影响和非线性影响的噪声和其他信号失真。光纤非线性影响的一种类型是信道内四波混合（intra-channelfour-wave mixing，IFWM），其是对应光学符号的相位和幅度的函数。

接收机190具有前端电路172，该前端电路172包括光电（O/E）转换器160、四个模数转换器（ADC）166₁-166₄、以及光学本机振荡器（OLO）156。O/E转换器160具有（i）被标记为S和R的两个输入端口以及（ii）被标记为1至4的四个输出端口。输入端口S接收光学信号130′。输入端口R接收由光学本机振荡器156生成的光学参考信号158。参考信号158具有基本上与信号130′相同的光学载波频率（波长）。参考信号158可以例如使用由波长控制回路（在图1中未被明确示出）控制的可调谐激光器来生成，该波长控制回路将可调谐激光器的输出波长强制为近似追踪信号130′的载波波长。

O/E转换器160操作用于混合输入信号130′和参考信号158以生成八个混合的光学信号（在图1中未被明确示出）。O/E转换器160然后将八个混合光学信号转换成四个电信号162₁-162₄，其指示对应于信号130′的两个正交偏振分量的复数值。例如，电信号162₁和162₂可以分别是对应于信号130′的X偏振分量的模拟同相位信号和模拟正交相位信号。电信号162₃和162₄类似地可以分别是对应于信号130′的Y偏振分量的模拟同相位信号和模拟正交相位信号。

在一个实施例中，O/E转换器160是偏振分集的90度光学混合（PDOH），具有耦合至其八个输出端口的四个平衡的光检测器。各种适当的PDOH从加利福尼亚费里蒙得的Optoplex公司以及马里兰银泉的CeLight,Inc.中商业可得。关于可以在系统100的各种实施例中用于实现O/E转换器160的各种O/E转换器的附加信息被公开在例如美国专利申请公开第2010/0158521和2011/0038631号以及国际专利申请第PCT/US09/37746号（于2009年3月20日提交），所有均通过引用的方式而整体结合于此。

由O/E转换器160生成的电信号162₁-162₄中的每个电信号在ADC166₁-166₄的对应ADC中被转换成电子形式。可选地，电信号162₁-162₄中的每个电信号可以在所得的信号被转换成电子形式之前在对应的放大器（未被明确示出）中被放大。由ADC166₁-166₄生成的数字信号168₁-168₄如以下关于图3进一步描述的由数字信号处理器（DSP）170处理以恢复被应用于接收机110的原始输入流102的数据。

图2示出根据本发明的一个实施例的可以由处理器170（图1）所采用以从数字信号168₁-168₄中恢复出数据流102的信号处理方法200的流程图，其中相位共轭光学变体被携带在相同波长信道的两个正交偏振状态。

在方法200的步骤201，数字信号168₁-168₄被处理以构造对应于两个正交偏振分量的两个所接收的光学电场，Ex(t)和E_y(t)。这一处理可以包括以下各项中的一项或多项：（i）时间和频率同步、（ii）信道估计和补偿、以及（iii）相位估计和补偿。

在代表性实施方式中，步骤202的时间同步过程依赖于导频符号序列的某些属性以确定每个光学帧的起始。光学帧的已知结构然后可以用于标识如下的时隙，该时隙具有对应于携带有效载荷数据的光学符号的数字样本和/或数字信号部分。步骤202的频率同步过程执行电子估计和输入信号130′的载波频率和参考信号158的频率（参见图1）之间的失配的补偿。在确定频率偏移之后，例如通过向每个数字样本应用等于频率偏移乘以2π的相位偏移以及帧的起始与数字样本的时间位置之间所流逝的时间，频率失配可以被补偿。

步骤203的信道估计/补偿过程执行相位和幅度失真的电子估计和补偿，该相位和幅度失真是归因于诸如色度色散和偏振模式色散而由光学传送链路140所强加的。信道估计取决于对应于导频符号的数字样本以确定光学传送链路140的信道响应函数H。逆信道响应函数H-¹然后被应用至对应于有效载荷数据的数字样本以执行信道补偿。

在步骤204，例如通过导频符号的协助来执行相位估计和相位补偿，以纠正或补偿输入信号130′和参考信号158（图1）的之间缓慢改变的相位偏移。可以用于这一目的的各种方法被公开在例如美国专利申请公开第2008/0152361和2008/0075472号以及美国专利第7,688,918,号，所有均通过引用的方式而整体结合于此。在这一方式下，多个数字电信号被处理以生成表示调制有效载荷符号的复数值的集合。在步骤205，相位共轭光学变体的所恢复的E电场被进一步处理以移除它们之间的相位共轭，其后跟随着相干求和。相干总和被映射至星座，并且基于所映射的总和，确定由调制有效载荷符号所表示的比特字。对于由公式（4）所描述的发射机实施例，步骤205被配置为如下地获取旨在于传输的原始光学信号：

E(t)＝E_x(t)+E_y(t+τ)*   （6）

在步骤206，旨在于传输的所恢复的原始光学信号电场E(t)被重归一化、解调制以及FEC解码，以获取有效载荷数据102。可以使用硬判决（HD）和软判决（SD）FEC码两者。

图3示出根据本发明的另一个实施例的由处理器170（图1）采用以从数字信号1681-1684中恢复出数据流102的信号处理方法300的流程图，其中相位共轭光学变体被携带在相同波长信道的不同时间间隔处。

在这一实施例中，步骤301-304与步骤201-204相同。对于由公式（5）所描述的发射机实施例，步骤305被配置为如以下地获取旨在于传输的原始光学信号：

E(t)＝E_x(t)+E_x(t+T)*,对于t＝nT,...(n+1)T-1   （7）

E(t)＝E_y(t-T)+E_y(t)*,对于t＝(n+1)T,...(n+2)T-1

也就是，在它们之间的相位共轭被移除之后，由x偏振中的T个样本所延迟的相位共轭光学变体的两个集合被求和，以确定如下的复数值，该复数值表示旨在于传输的符号序列的光学版本的光学电场。在y偏振中针对相位共轭光学变体的两个集合完成相似的求和。

在步骤206，旨在于传输的所恢复的原始光学信号电场E(t)被重归一化、解调制以及FEC解码，以获取有效载荷数据102。

图4示出根据本发明的另一个实施例的光学传送系统400的框图。系统400具有光学发射机410，其被配置为传输在以下各项中的一项或多项相互不同的相位共轭光学变体：时间、空间、偏振、载波波长和在正交频分复用（OFDM）系统中的子载波频率。系统400还具有光学接收机490，其被配置为以相较于在没有使用光学变体的情况下可得到的BER而言减少了BRE的方式，处理所接收的光学变体以恢复对应的原始数据。发射机410和接收机490经由光学传送链路440相互连接。

发射机410具有前端电路416，该前端电路416具有L个电光（E/O）转换器116₁-116_L（也参见图1），每个E/O转换器被配置为使用从波长λ₁-λ_L的指定集合中所选择的不同的相应载波波长。发射机410进一步具有波长复用器（MUX）420，其被配置为组合分别由E/O转换器116₁-116_L生成的光学输出信号418₁-418_L，并且将所得的WDM信号430应用至OADM436，用于将其添加至通过链路440传送的信号。

E/O转换器116₁-116_L中的每个E/O转换器基于由DSP412所供应的数字信号的对应集合414，生成其相应的光学输出信号418。每个信号集合414具有类似于数字信号114₁-114₄（图1）的四个数字信号。信号集合414₁-414_L由DSP412基于输入数据流402而生成。当E/O转换器116₁-116_L中的每个E/O转换器生成两个相位共轭光学变体时，相位共轭光学变体的总数则是2L。

在通过链路440传播之后，信号430经由另一个光学分插复用器OADM446从该链路（例如信号430′）中分出，并且被引向接收机490用于处理。接收机490具有前端电路472，该前端电路472包括波长解复用器（DEMUX）450和L个前端电路172₁-172_L（也参见图1）。波长解复用器（DEMUX）450被配置为将信号430′解复用成其成分WDM分量452₁-452_L，每个分量具有载波波长λ₁-λ_L中对应的一个载波波长。如以上参照图1所描述的，前端电路172₁-172_L中的每个前端电路然后处理信号452₁-452_L中对应的一个信号以生成数字信号的集合468₁-468_L中对应的一个集合，具有每个集合包括分别类似于数字信号168₁-168₄（参见图1）的四个数字信号。

由前端电路472生成的信号集合468₁-468_L由DSP470处理以恢复被应用至发射机410的原始输入流402的数据。

图5示出根据本发明的又一个实施例的光学传送系统500的框图。系统500具有光学发射机510，其可以被配置为包括相位共轭光学变体的光学变体，这些相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项相互不同：时间、偏振、空间（由多个不同传播路径所表示）。系统500还具有光学接收机590，其被配置为以相较于在没有使用光学变体的情况下可得到的BER而言减少了BRE的方式，处理所接收的光学变体以恢复对应的原始数据。发射机510和接收机590经由包括多核光纤540的光学传送链路相互连接，该多个光线540的不同核提供多个传播路径。

发射机510具有电光（E/O）转换器516，其类似于E/O转换器116（图1）。发射机510进一步具有光学分路器520和光学耦合器526。光学分路器520被配置为将由E/O转换器516生成的光学输出信号518分割为J个（衰减的）信号副本522₁-522_J，其中J是多核光纤540中的核的数目。光学耦合器526被配置为将信号522₁-522_J中的每个信号耦合至多核光纤540中对应的核。

E/O转换器516被配置为基于由DSP512所供应的四个数字信号的集合514来生成光学输出信号518。集合514的四个信号可以分别类似于数字信号114₁-114₄（参见图1）。信号集合514由DSP512基于输入数据流502而生成。

在一个配置中，在DSP512中实施的处理通常类似于方法200（图2）。然而，注意，光学分路器520和光学耦合器526操作用于以因数J来增加每比特字的光学变体的数目。因此，如果信号518具有每比特字n1个光学变体，则在这一配置中由发射机510所生成的输出信号530包含每比特字n2（=J×n₁）个光学变体。

在通过多核光纤540传播之后，信号530被应用至（如信号530′）接收机590用于处理。接收机590具有光学耦合器546和前端电路572，该前端电路572包括J个前端电路172₁-172_J（也参见图1）。光学耦合器546被配置为将来自多核光纤540中的每个核的光线引导至前端电路172₁-172_J中对应的一个前端电路。如以上参照图1所描述的，前端电路172₁-172_J中的每个前端电路然后处理从光学耦合器546所接收的信号，以生成集合568₁-568_J中对应的一个集合，每个集合分别具有类似于数字信号168₁-168₄（参见图1）的四个数字信号。在一个实施例中，在接收机590中的前端电路172₁-172_J共享单个共有OLO156（参见图1）。

由前端电路572生成的信号集合568₁-568_J由DSP570处理以恢复被应用至发射机510的原始输入流502的数据。

图6示出根据本发明的一个实施例的可以由处理器470（图4）或570（图5）采用以从数字信号468₁-468_L和568₁-568₄中恢复数据流102的信号处理方法600的流程图，其中相位共轭光学变体由波长信道或由不同空间路径所携带。

步骤601-604类似于步骤201-204，但是处理由至少两个前端所接收的E电场。对于由公式（4）所描述的发射机实施例，步骤605被配置为如以下地获取旨在于传输的原始光学信号：

E(t)＝E_1x(t)+E_1y(t+τ)*+E_2x(t)+E_2y(t+τ)*,   （8）

其中E_1x(t)和E_1y(t)是针对前端172₁的所恢复E电场，并且E_2x(t)和E2_y(t)是针对前端172₂的所恢复E电场。首先，在它们之间的相位共轭被移除之后，由被正交地偏振并且由第一光学信道携带的τ个样本所延迟的相位共轭光学变体的两个集合被求和，以获取求和的值的第一集合。然后，在它们之间的相位共轭被移除之后，由被正交地偏振并且由第二信道携带的τ个样本所延迟的相位共轭光学变体的另一两个集合被求和，以获取求和的值的第二集合。最后，将求和的值的两个集合相加以确定如下的复数值，该复数值表示旨在于传输的符号序列的光学版本的光学电场。

在步骤606，所恢复的原始光学信号电场E(t)被重归一化、解调制以及FEC解码，以获取有效载荷数据102。

尽管这一发明已经参照说明性实施例进行描述，这一描述并非旨在被认为是限制的意义。

尽管相位共轭光学变体已经通过公示（1）和（2）在时域中被定义，相位共轭还可以在频率中实现。作为示例，当第二OFDM符号的调制子载波是第一OFDM符号的调制子载波的复数共轭时，两个OFDM符号可以是相位共轭光学变体。实际上，频域相位共轭可以被视为时域相位共轭加上时间反转。

尽管系统500（图5）已经参照多核光纤540进行描述，其可以被适配用于与多模光纤一起使用，其中多模光纤的不同导模提供光学变体的生成和传输的空间自由度。可以在这样的系统中结合多模光纤使用的代表性光学耦合器被公开在例如美国专利申请公开第2010/0329670和2010/0329671号以及于2011年1月7号提交的美国专利申请序列第12/986,468号和于2010年6月30号提交的美国专利申请序列第12/827,284号，所有均通过引用的方式而整体结合于此。

在一个实施例中，多核光纤540的不同核可以被配置为同时传输对应于不同比特字的光学变体。然而，可能有益的是，配置多核光纤540以便于在任何时间它的核中的至少两个核传输对应于相同比特字的光学变体。

此外，系统500可以以相对简单直接的方式进行修改以使用在以下各项中的一项或多项中相互不同的光学变体：时间、偏振、载波波长和空间。在一个实施例中，这一的修改可以通过以下各项来完成：（i）由前端电路416替换E/O转换器516，（ii）由前端电路472的对应实例来替换前端电路172₁-172_J中的每个前端电路，以及（iii）适当地重配置DSP512和570（参见图4和图5）。

在方法200、300和600的各种可替换的实施例中，某些处理步骤的顺序可以被修改以不同于分别在图2、3和6中所指示的顺序。

本发明的所描述的实施例以及其他实施例的各种修改（其对于本发明所属领域的技术人员而言是明显的）被视为落在所附权利要求所表达的本发明的原理和范围内。

除非被明确地声明，否则任何数值和范围可以被理解为是近似的，如同词语“大约”或“近似”位于该值或范围的值之前。

将进一步理解的是，细节、材料和部件的布置中的各种改变（其已经被描述和图示以便于解释本发明的本质）可以由本领域技术人员做出而不偏离所附权利要求所表达的本发明的原理和范围。

在权利要求中的附图数字和/或附图标号的使用旨在标识所要求的主题的一个或多个可能的实施例，以便于促进权利要求的解读。这样的使用不被认为必要地将这些权利要求限制为对应的附图所示出的实施例。

尽管以下方法权利要求中的要素（如果有的话）利用对应的标记以特定序列来记载，除非权利要求的记载意味着用于实施这些要素的一些或所有要素的特定序列，否则这些要素不必要旨在限制于以该特定序列进行实施。

本文中对“一个实施例”或“实施例”的引用意思是结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各个地方中的短语“在一个实施例中”的出现并非必要地全部指代相同实施例，而是其他实施例的必要地相互排他的单独或可替换实施例。同样的含义应用于术语“实施方式”。

而且，出于这一描述的目的，术语“耦合”、“耦合的”、“被耦合”、“连接”、“连接的”或“被连接”指代本领域中已知的或以后被开发的任何方式，在该方式中能量被允许在两个或更多元件之间传送，并且一个或多个附加元件的介入是可以想到的，尽管并不要求。相反地，术语“直接耦合的”、“直接连接的”等暗示这样的附加元件的不存在。

本发明可以在其他特点装置和/或方法中被实现。所描述的实施例从所有方面来看可以被认为仅是说明性并且不是限制性的。特别地，本发明的范围由所附权利要求书而不是本文中的描述和附图所指示。在权利要求的等同体的意义和范围内得到的所有改变处于它们的范围内。

本领域普通技术人员将容易地认识到各种以上所描述的方法的步骤可以通过编程计算机来执行。在本文中，一些实施例旨在涵盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的并且编码指令的机器可执行或计算机可执行程序，其中所述指令执行本文中所描述的方法的步骤中的一些或所有步骤。程序存储设备可以是例如数字存储器、磁性存储介质（诸如磁盘或磁带）、硬盘驱动或光学可读数字数据存储介质。实施例还旨在涵盖被编程用于执行本文中所描述的方法的所述步骤的计算机。

描述和附图仅说明本发明的原理。因此，将认识到，本领域普通技术人员将能够想出各种布置（尽管在本文中未被明确地描述或示出）来体现本发明的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，本文中所记载的所有示例在原理上表达性地旨在仅出于教导意义的目的来协助读者理解促进本领域的本发明的原理和（多个）发明人所贡献的概念，并且被认为没有对于这样专门记载的示例和条件的限制。另外，本文中记载原理、方面和本发明的实施例及其特定示例的所有陈述旨在涵盖其等同体。

附图中示出的各种元件的功能，包括被标记为“处理器”的任何功能性框，可以通过专用硬件以及能够结合适当软件来执行软件的硬件的使用来提供。当由处理器来提供时，这些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单独的处理器（其中一些可以是共享的）来提供。另外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被认为排他性地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但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）、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）和非易失性存储器。其他硬件，常规的或自定义的，也可以被包括。类似地，附图中示出的任何开关仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互来执行或者甚至人工地执行，根据上下文将更具体地理解由实施者可选择的特定技术。

本领域普通技术人员将认识到，本文中的任何框图表示体现本发明的原理的说明性电路系统的概念性视图。类似地，将认识到，任何流程表、流程图、状态转变图、伪代码等表示各种过程，这些过程可以基本上被表示在计算机可读介质中并且因此由计算机或处理器来执行，无论这样的计算机或处理器是否被明确地示出。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种包括光学接收机的装置，所述光学接收机包括：

前端电路，被配置为转换至少两个相位共轭光学变体，其中第一光学变体携带多个连续调制有效载荷符号，并且第二变体关于所述第一光学变体是相位共轭的并且携带相同的多个连续调制有效载荷符号，所述第二光学变体在至少一个自由度中不同于所述第一光学变体，所述光学变体将所述连续调制有效载荷符号携带到对应的多个数字电信号中；以及

处理器，被配置为：

处理所述多个数字电信号以生成复数值的集合，所述集合中的每个集合表示所述相同的连续调制有效载荷符号；

对所述多个集合的所述复数值求和以生成求和的复数值的集合；以及

基于求和的复数值的映射来确定由所述相同的连续调制有效载荷符号表示的比特字。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、在所述光学接收机处的到达时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体是时域中的复数共轭。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体是频域中的复数共轭。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体中的一个光学变体包括用于传输的符号的光学版本。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体中的另一个光学变体包括具有恒定相位旋转的、用于传输的所述符号的所述光学版本的复数共轭版本。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器被配置为：

撤销所述至少两个相位共轭光学变体的相位共轭，以及

生成表示旨在于传输的所述符号的至少两个复数值。

8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

偏振分集发射机，用于生成至少两个正交偏振的相位共轭光学变体。

9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

光学发射机，被配置为响应于输入有效载荷数据流的符号来生成至少两个相位共轭光学变体的第二集合，所述第二集合的所述至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、传输的时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

10.一种光学通信的方法，包括：

在光学接收机处转换至少两个相位共轭光学变体，其中第一光学变体携带多个连续调制有效载荷符号，并且第二变体关于所述第一光学变体是相位共轭的并且携带相同的多个连续调制有效载荷符号，所述第二光学变体在至少一个自由度中不同于所述第一光学变体，所述光学变体将相同调制有效载荷符号携带到对应的多个数字电信号中；

处理所述多个数字电信号以生成复数值的集合，所述集合中的每个集合表示所述相同的连续调制有效载荷符号；

对所述多个集合的所述复数值求和以生成求和的复数值的集合；

基于求和的复数值的映射来确定由所述相同的连续调制有效载荷符号表示的比特字。

11.一种包括光学发射机的装置，所述光学发射机被配置为响应于输入有效载荷数据流的多个连续有效载荷符号来生成至少两个相位共轭光学变体，其中第一光学变体携带所述多个连续有效载荷符号，并且第二变体关于所述第一光学变体是相位共轭的并且携带相同的多个连续有效载荷符号，所述至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、传输的时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

Claims (11)

1.一种包括光学接收机的装置，所述光学接收机包括：

前端电路，被配置为将携带相同调制有效载荷符号的至少两个相位共轭光学变体转换为对应的多个数字电信号；以及

处理器，被配置为：

处理所述多个数字电信号以生成表示所述相同调制有效载荷符号的复数值的集合；

对所述集合的所述复数值求和以生成求和的复数值；

将所述求和的复数值映射到星座上；以及

基于所映射的求和的复数值来确定由所述相同调制有效载荷符号表示的比特字。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、在所述光学接收机处的到达时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体是时域中的复数共轭。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体是频域中的复数共轭。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体中的一个光学变体包括用于传输的符号的光学版本。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个相位共轭光学变体中的另一个光学变体包括具有恒定相位旋转的、用于传输的所述符号的所述光学版本的复数共轭版本。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器被配置为：

撤销所述至少两个相位共轭光学变体的相位共轭，以及

生成表示旨在于传输的所述符号的至少两个复数值。

8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

偏振分集发射机，用于生成至少两个正交偏振的相位共轭光学变体。

9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

光学发射机，被配置为响应于输入有效载荷数据流的符号来生成至少两个相位共轭光学变体的第二集合，所述第二集合的所述至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、传输的时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

10.一种光学通信的方法，包括：

在光学接收机处将携带相同调制有效载荷符号的至少两个相位共轭光学变体转换为对应的多个数字电信号；

处理所述多个数字电信号以生成表示所述相同调制有效载荷符号的复数值的集合；

对所述集合的所述复数值求和以生成求和的复数值；

将所述求和的复数值映射到星座上；以及

基于所映射的求和的复数值来确定由所述相同调制有效载荷符号表示的比特字。

11.一种包括光学发射机的装置，所述光学发射机被配置为响应于输入有效载荷数据流的符号来生成至少两个相位共轭光学变体，所述至少两个相位共轭光学变体在以下各项中的一项或多项中相互不同：偏振、传输的时间、空间位置、光学载波波长以及子载波频率。

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