CN104145432A - 接收器、传输系统、用于接收偏振复用光学信号的方法，以及存储接收器控制程序的非瞬态计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种接收器、传输系统和用于接收偏振复用光学信号的方法，以及一种存储接收器控制程序的非瞬态计算机可读介质，它们能够稳定数字相干传输中的接收特性。在接收器(2)中，接收前端(10)接收经过偏振扰频的偏振复用光学信号，对所接收的偏振复用光学信号偏振分离，并且将每个信号转换为量化信号。数字信号处理器(14)采样量化信号，通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调这些信号，并且输出解调信号。在解调信号的相位和振幅变化大于预定值时，控制电路(15)使得该数字信号处理器(14)中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理，改变滤波器系数的初始值，并且然后使得该数字信号处理器开始使用偏振分离数字信号处理算法的处理。

Description

接收器、传输系统、用于接收偏振复用光学信号的方法,以及存储接收器控制程序的非瞬态计算机可读介质
技术领域
本发明涉及一种接收器、传输系统、用于接收偏振复用光学信号的方法，以及一种接收器控制程序。特别地，本发明涉及一种执行数字相干传输的接收器，一种传输系统，一种用于接收偏振复用光学信号的方法，以及一种用于存储接收器控制程序的非瞬态计算机可读介质。
背景技术
随着互联网业务的增加，需要进一步提高干线传输系统的容量。作为一种用于实现干线传输系统的容量的进一步提高的技术，相干传输技术正在引起注意。
在正常的相干传输中，当接收器的LO光源(局部振荡器)的偏振并不与输入信号的偏振相匹配时，难以恰当地接收到该信号。为此，需要诸如偏振稳定器之类的光学设备来匹配偏振。
另一方面，在数字相干传输中(例如，专利文献1和2)，采用数字信号处理算法的偏振分离功能被使用。在数字相干传输中，使用诸如CMA(恒模算法)(非专利文献1至3)的分离两个正交信号(偏振)的偏振分离数字信号处理算法，因此使得分离两种偏振模式成为可能。通过使用该偏振分离功能，能够实现其中不同信号以两种正交偏振模式被传输的偏振复用传输。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审专利申请公开号2010-109705
专利文献2：日本未审专利申请公开号2011-97253
非专利文献
非专利文献1：DOMINIQUE N.GODARD，“Self-RecoveringEqualization and Carrier Tracking in Two-Dimensional DataCommunication Systems”，IEEE TRANSACTIONS ONCOMUUNICATIONS，VOL.COM-28，NO.11，1980年11月，第1867-1875页
非专利文献2：Andreas Leven，“A real-time CMA-based 10 Gb/spolarization demultiplexing coherent receiver implemented in an FPGA”，OFC/NFOEC 2008,IEEE
非专利文献3：Ling Liu等“Initial Tap Setup of Constant ModulusAlgorithm for Polarization De-multiplexing in Optical Coherent Receivers”，OSA/OFC/NFOEC 2009,IEEE
发明内容
技术问题
然而，本发明人已经发现数字相干传输存在以下问题。也就是，当用于偏振复用传输的偏振复用光学信号通过实际传输线路传输时，接收特性由于传输线路中的偏振相关损耗(PDL)的影响而变化。这是因为接收特性被要在开始诸如CMA的用于偏振模式的分离的偏振分离数字信号处理算法时使用的初始值强烈影响。这里描述的术语“初始值”是指在偏振分离数字信号处理的执行期间使用的数字滤波器的初始滤波器系数。其细节将在随后被描述。
特别地，当PDL很大时，具有大损耗的偏振模式被丢失，这导致其中相同偏振模式被锁定的现象或者仅一侧的偏振的接收特性失真的现象。这导致了整个系统的接收特性的失真。
同时，在改变偏振状态的同时，接收特性能够通过再次执行使用诸如CMA的偏振分离数字信号处理算法的处理而被改善。然而，由于传输线路的偏振状态随时间变化缓慢，所以即使以典型数字相干配置再次执行使用诸如CMA的偏振分离数字信号处理算法的处理时，也难以在最优条件下恒定地得出偏振复用的光学信号。如果传输特性无法稳定，将数字相干传输引入实际系统可能存在障碍。
本发明已经考虑到上述情况，并且本发明的目标是提供一种接收器、传输系统和用于接收偏振复用光学信号的方法，以及一种存储接收器控制程序的非瞬态计算机可读介质，它们能够稳定数字相干传输中的接收特性。
针对问题的解决方案
根据本发明的一个示例性方面的一种接收器包括：接收前端，该接收前端接收经过偏振扰频的偏振复用光学信号，将接收的偏振复用光学信号偏振分离为第一偏振分量和第二偏振分量，并且分别将第一偏振分量和第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；数字信号处理器，该数字信号处理器采样第一数字信号和第二数字信号，通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调第一数字信号和第二数字信号，并且输出第一解调信号和第二解调信号；以及控制电路，该控制电路在第一解调信号和第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时使得该数字信号处理器中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理，改变用于该偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并且然后使得该数字信号处理器开始使用偏振分离数字信号处理算法的处理。
根据本发明的一个示例性方面的一种传输系统包括：发射器，该发射器输出偏振复用光学信号；偏振扰频器，该偏振扰频器对偏振复用光学信号偏振扰频；传输线路，经过偏振扰频的偏振复用光学信号通过该传输线路传播；以及接收器，该接收器通过该传输线路接收经过偏振扰频的偏振复用光学信号。该接收器包括：接收前端，该接收前端将接收的偏振复用光学信号偏振分离为第一传输线路和第二偏振分量，并且分别将第一传输线路和第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；数字信号处理器，该数字信号处理器采样第一数字信号和第二数字信号，通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调第一数字信号和第二数字信号，并且输出第一解调信号和第二解调信号；以及控制电路，该控制电路在第一解调信号和第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时使得该数字信号处理器中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理，改变用于该偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并且然后使得该数字信号处理器开始使用偏振分离数字信号处理算法的处理。
根据本发明的一个示例性方面的一种用于接收偏振复用光学信号的方法包括：将经过偏振扰频的偏振复用光学信号偏振分离为第一偏振分量和第二偏振分量；分别将第一偏振分量和第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；采样第一数字信号和第二数字信号，并通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调第一数字信号和第二数字信号；将解调信号分别输出为第一解调信号和第二解调信号；在第一解调信号和第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时使得数字信号处理器中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理；并且改变用于该偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值并然后开始使用偏振分离数字信号处理算法的处理。
根据本发明的一个示例性方面，提供了一种存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，该接收器包括：接收前端，该接收前端接收经过偏振扰频的偏振复用光学信号，将接收的偏振复用光学信号偏振分离为第一偏振分量和第二偏振分量，并且分别将第一偏振分量和第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；以及数字信号处理器，该数字信号处理器采样第一数字信号和第二数字信号，通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调第一数字信号和第二数字信号，并且输出第一解调信号和第二解调信号；该控制程序使得计算机执行处理，该处理包括：在第一解调信号和第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时使得该数字信号处理器中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理；并且改变用于该偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并然后使得该数字信号处理器开始使用偏振分离数字信号处理算法的处理。
本发明的有利效果
根据本发明，可能提供一种接收器、传输系统和用于接收偏振复用光学信号的方法，以及一种存储接收器控制程序的非瞬态计算机可读介质，它们能够稳定数字相干传输中的接收特性。
附图说明
图1是示出根据第一示例性实施例的传输系统100的配置的框图；
图2是示意性示出传输系统100的接收器2的配置的框图；
图3是示出传输系统100的接收器2的更为详细的配置的框图；
图4是示出接收器2中的校准操作的流程图；
图5A是示出以良好偏振状态被采样的DP-QPSK光学信号的X偏振或Y偏振的信号空间图；
图5B是示出以不良偏振状态被采样的DP-QPSK光学信号的X偏振或Y偏振的信号空间图；
图6是示出根据第二示例性实施例的传输系统200中的校准操作的流程图；
图7是示出其中X偏振和Y偏振的接收特性平衡的情形的信号空间图；
图8是示出其中X偏振和Y偏振的接收特性不平衡的情形的信号空间图；
图9是示出根据第三示例性实施例的传输系统300中的标准计算操作的流程图；以及
图10是示出根据第四示例性实施例的传输系统400中的标准计算操作的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例。相同的组件贯穿附图以相同的附图标记表示，并且在需要的情况下省略重复的描述。
第一示例性实施例
首先，将描述根据本发明的第一示例性实施例的传输系统100。图1是示出根据第一示例性实施例的传输系统100的配置的框图。传输系统100包括发射器1、接收器2、传输线路3、光学放大器4和偏振扰频器5。
发射器1输出已经进行了双重偏振-正交相移键控(此后称作“DP-QPSK”)的DP-QPSK光学信号作为光学信号。换句话说，从发射器1输出的DP-QPSK光学信号包括具有彼此正交的偏振平面的X偏振和Y偏振。X偏振和Y偏振是正交相移键控(此后称作“QPSK”)光学信号。
发射器1和接收器2通过传输线路3彼此光学连接，并且DP-QPSK光学信号通过传输线路3传播。传输线路3被提供有光学放大器4，用以放大通过传输线路3传播的DP-QPSK光学信号。
偏振扰频器5被部署在发射器1的输出侧，并且执行DP-QPSK光学信号的偏振扰频。特别地，偏振扰频器5以恒定周期来旋转DP-QPSK光学信号的偏振平面(偏振扰频)。假设DP-QPSK光学信号的X偏振的电场在被输入到偏振扰频器5之前由Ex表示，其Y偏振的电场由Ey表示，并且偏振扰频器5对偏振平面的旋转的角速度由ω[rad/sec]表示，从偏振扰频器5输出的DP-QPSK光学信号的X偏振的电场Erx和Y偏振的电场Ery由以下公式(1)表示。
Er x Er y = cos ωt - sin ωt sin ωt cos ωt E x E y . . . ( 1 )
偏振扰频器5例如以大约100[rad/s]的速率旋转偏振平面，从而使得接收器2能够遵循偏振平面的旋转。
接收器2是执行数字相干接收以将DP-QPSK光学信号解调为电信号的接收器，该DP-QPSK光学信号具有以角速度ω旋转的偏振平面。图2是示意性示出传输系统100的接收器2的配置的框图。如图2示出的，接收器2包括接收前端10、数字信号处理器(此后称作“DSP”)14和控制电路15。
接收前端10通过传输线路3接收DP-QPSK光学信号。另外，接收前端10偏振分离接收的DP-QPSK光学信号，并且然后光电转换该信号。量化信号eqx和eqx，其是通过光电转换生成的数字信号，被输出至DSP 14。
DSP 14采样量化信号eqx和eqx，例如通过使用诸如CMA的偏振分离数字信号处理算法来解调该信号并且输出解调信号Edx和Edy。
控制电路15监测解调信号Edx和Edy。当解调信号Edx和Edy的相位变化(相位噪声)或振幅变化(振幅噪声)大于预定值时，控制电路15使得DSP 14中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理。然后控制电路15改变偏振分离数字信号处理算法使用的滤波器系数的初始值。此后，控制电路15使得DSP 14开始使用偏振分离数字信号处理算法的处理。
控制电路15确定是否使得DSP 14中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理的方法并不局限于以上描述的示例。例如，当相位变化(相位噪声)和振幅变化(振幅噪声)都大于各自的预定值时，控制电路15可以使得DSP 14中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理。例如，信号空间图上的相位分布范围或相位标准偏差能够被用作相位变化(相位噪声)。例如，信号空间图上的振幅分布范围或振幅标准偏差能够被用作振幅变化(振幅噪声)。
作为相位变化和振幅变化的另一个示例，出现在信号空间图上并且表示信号的相位和振幅的点在其中分布的区域能够被视为标量，其并不将相位变化和振幅变化彼此区分开来。在这种情况下，当出现在信号空间图上并且表示信号的相位和振幅的点在其中分布的区域大于预定值时，控制电路15可以使得DSP 14中断使用偏振分离数字信号处理算法的处理。
在以上示例中，相位变化和振幅变化被视为标量，但是这仅是作为一种示例。也就是说，相位变化和振幅变化也能够在考虑到诸如数值的正负之类的变化方向的情况下被定义为矢量。
接下来，将更为详细地描述接收器2的配置。图3是示出传输系统100的接收器2的更为详细的配置的框图。如图3示出的，接收前端10包括偏振分束器(此后称作“PBS”)11、局部振荡器光源(LO)12、PBS 13、90°混合21和22、光/电转换器(O/E)31至34以及模数转换器(ADC)41至44。
PBS 11通过传输线路3接收DP-QPSK光学信号。PBS 11将接收的DP-QPSK光学信号分离为两个正交偏振分量。特别地，PBS 11将接收的DP-QPSK光学信号分离为彼此正交的x偏振分量xin和y偏振分量yin。x偏振分量xin被输入到90°混合21，并且y偏振分量yin被输入到90°混合22。
局部振荡器光源12向PBS 13输出局部振荡光线。例如，半导体激光器能够被用作局部振荡器光源12。在该示例性实施例中，假设局部振荡器光源12输出具有预定频率的CW(连续波)光线。PBS13将该局部振荡光线分离为两个正交分量(x偏振分量LOx和y偏振分量LOy)。该局部振荡光线的x偏振分量LOx被输入到90°混合21，并且该局部振荡光线的y偏振分量LOy被输入到90°混合22。
90°混合21通过使用该局部振荡光线的x偏振分量LOx检测x偏振分量xin，并且输出I(同相，In-phase)分量(此后称作xin-I分量)和与I分量具有90°相移的Q(正交)分量(此后称作Xin-Q分量)，作为检测的光线。90°混合22通过使用该局部振荡光线的y偏振分量LOy检测y偏振分量Yin，并且输出I(同相)分量(此后称作yin-I分量)和Q(正交)分量(此后称作yin-Q分量)，作为检测的光线。
光/电转换器31至34分别光电转换从90°混合21和22输出的四个光学信号(xin-I分量、xin-Q分量、yin-I分量和xin-Q分量)。然后，光/电转换器31至34将光电转换生成的模拟电信号分别输出至ADC41至44。特别地，光/电转换器31光电转换xin-I分量，并且将生成的模拟电信号输出至ADC 41。光/电转换器32光电转换xin-Q分量，并且将生成的模拟电信号输出至ADC 42。光/电转换器33光电转换yin-I分量，并且将生成的模拟电信号输出至ADC 43。光/电转换器34光电转换yin-Q分量，并且将生成的模拟电信号输出至ADC 44。
ADC 41至44分别将从光/电转换器31至34输出的模拟电信号转换为数字信号，并且将通过转换而获得的数字信号输出至DSP 14。
DSP 14处理接收的数字信号。DSP 14包括蝶式滤波器50、相位控制电路71和72以及解调器电路81和82。蝶式滤波器50包括有限脉冲响应(此后称作“FIR”)滤波器51至54、加法器61和62以及CMA运算单元63。CMA运算单元63是偏振分离数字信号处理算法运算单元的一个示例。
FIR滤波器51和53接收从ADC 41和ADC 42输出的信号(此后称作量化信号eqx)。FIR滤波器52和54接收从ADC 43和ADC44输出的信号(此后称作量化信号eqy)。FIR滤波器51执行量化信号eqx的滤波并且将滤波信号输出至加法器61。FIR滤波器52执行量化信号eqy的滤波并且将滤波信号输出至加法器61。FIR滤波器53执行量化信号eqx的滤波并且将滤波信号输出至加法器62。FIR滤波器54执行量化信号eqy的滤波并且将滤波信号输出至加法器62。
加法器61将从FIR滤波器51和52输出的信号相加，并且将经相加的信号(此后称作相加信号ex)输出至相位控制电路71。加法器62将从FIR滤波器53和54输出的信号相加，并且将经相加的信号(此后称作相加信号ey)输出至相位控制电路72。
当CMA运算单元63更新FIR滤波器51至54的滤波器系数时，蝶式滤波器50取消在通过传输线路3的传输期间发生的光学信号的偏振旋转。蝶式滤波器50对接收的量化信号eqx和eqy执行公式(2)中示出的矩阵运算，并且输出相加信号ex和ey。
e x e y = H eq x eq y = h xx h xy h yx h yy eq x eq y . . . ( 2 )
公式(2)中的矩阵H是用来取消从发射器输出的信号光线的偏振平面与输入至接收器2的信号光线的偏振平面之间的偏振平面旋转的矩阵。根据传输线路3的状态，任意矩阵被用作矩阵H，并且因此矩阵H无法被唯一确定。因此，在蝶式滤波器50中，矩阵H的元素(hxx、hxy、hyx和hyy，它们在下文中被称作滤波器系数)是使用CMA 而获得的。
CMA运算单元63计算滤波器系数，并且将计算的滤波器系数分别设置到FIR滤波器51至54。假设在时间k的滤波器系数分别由hxx(k)、hxy(k)、hyx(k)和hyy(k)表示，则CMA运算单元63基于以下公式(3)计算在时间(k+1)的滤波器系数hxx(k+1)、hxy(k+1)、hyx(k+1)和hyy(k+1)。
hxx(k+1)＝hxx(k)+μεxex(k)eqx*(k)
hxy(k+1)＝hxy(k)+μεxex(k)eqy*(k)
                                       …(3)
hyx(k+1)＝hyx(k)+μεyey(k)eqx*(k)
hyy(k+1)＝hyy(k)+μεyey(k)eqy*(k)
在公式(3)中，μ表示常数且*表示复共轭。误差函数εx和εy由以下公式(4)表示：
εx＝1-|ex(k)|2
                                     …(4)
εy＝1-|ey(k)|2
加法器61和62输出包括有关两个正交偏振分量(X偏振和Y偏振)的电场信息的信号。然而，CMA允许滤波器系数收敛于适当数值，因此允许从发射器1输出的DP-QPSK光学信号的X偏振(Ex)和Y偏振(Ey)收敛于相加信号ex和ey。特别地，当从加法器61输出的信号指示有关X偏振的电场信息时，从加法器62输出的信号就指示有关Y偏振的电场信息。当从加法器61输出的信号指示有关Y偏振的电场信息时，从加法器62输出的信号就指示有关X偏振的电场信息。另外，CMA运算单元63将相加信号ex和ey的振幅控制为常数。
相位控制电路71调节从加法器61输出的信号的相位，并且将经调节的信号输出至解调器电路81。相位控制电路72调节从加法器62输出的信号的相位，并且将经调节的信号输出至解调器电路82。
解调器电路81解调从相位控制电路71输出的信号，并且输出解调信号Edx。解调器电路82解调从相位控制电路72输出的信号，并且输出解调信号Edy。
如以上描述的，其偏振平面以角速度ω旋转的DP-QPSK光学信号由接收器2解调。然而，在以上描述的DSP 14的蝶式滤波器50中，仅执行用于将X偏振和Y偏振的电场振幅保持为恒定值的控制。因此，在其中X偏振的振幅或相位变化并且Y偏振的振幅或相位变化收敛的范围是不确定的。
X偏振和Y偏振的振幅或相位变化的收敛状态取决于蝶式滤波器50的FIR滤波器51至54的初始滤波器系数(hxx(0)、hxy(0)、hyx(0)和hyy(0))。因此，在DSP 14中，控制电路15优化FIR滤波器51至54的初始滤波器系数(hxx(0)、hxy(0)、hyx(0)和hyy(0))。
以下将描述针对传输系统100中的接收器2的校准操作。在数据传输/接收之前，传输系统100针对接收器2执行校准操作。控制电路15控制针对接收器2的校准操作。图4是示出接收器2中的校准操作的流程图。
响应于校准操作的开始，控制电路15使得蝶式滤波器50开始CMA处理并且采样DP-QPSK信号(步骤S11)。
控制电路15根据采样结果计算X偏振和Y偏振中的每一个的振幅或相位变化值D(步骤S12)。
另外，控制电路15比较振幅或相位变化的预定标准值DSTD与X偏振和Y偏振中的每一个的振幅或相位变化值D(步骤S13)。
特别地，控制电路15基于从DSP 14输出的电信号而创建DP-QPSK光学信号的信号空间图。图5A是以良好偏振状态被采样的DP-QPSK光学信号的X偏振或Y偏振的信号空间图。图5B是以不良偏振状态被采样的DP-QPSK光学信号的X偏振或Y偏振的信号空间图。
如图5A和5B示出的，表示采样的信号的相位和振幅的点分布在表示恒定信号强度的圆上的45°、135°、225°和315°附近。通常，当能够以良好偏振状态执行采样时，信号强度的变化(在信号空间图的径向方向)以及相位的变化(在信号空间图的角方向)很小。与图5B中示出的相比，图5A中的每个角度，在其中分布表示信号的相位和振幅的点的范围更小。因此，与图5B的信号空间图相比，图5A的信号空间图示出了良好的接收状态。
控制电路15确定从示出X偏振和Y偏振的信号空间图获得的信号的振幅或相位变化值D是否等于或小于预定标准值DSTD(步骤S13)。当D≤DSTD时，控制电路15终止校准操作。
另一方面，当D>DSTD时，控制电路15中断蝶式滤波器50的CMA处理(步骤S14)。然后，控制电路15改变蝶式滤波器50的FIR滤波器51至54的初始滤波器系数(hxx(0)、hxy(0)、hyx(0)和hyy(0))(步骤S15)。在此之后，该处理返回至步骤S11以再次执行采样。
特别地，控制电路15重复步骤S11至S15的循环直至X偏振和Y偏振中的每一个的振幅或相位变化D都落入标准值DSTD的范围之内。这允许控制电路15确定蝶式滤波器50的FIR滤波器51至54的初始滤波器系数(hxx(0)、hxy(0)、hyx(0)和hyy(0))以使得X偏振和Y偏振的接收特性落入标准范围之内。
控制电路15在步骤S13中确定变化的方法并不局限于如以上描述的这个。例如，相位变化(相位噪声)和振幅变化(振幅噪声)都可以与各自的预定值比较。例如，信号空间图上的相位分布范围或相位标准偏差能够被用作相位变化(相位噪声)。例如，信号空间图上的振幅分布范围或振幅标准偏差能够被用作振幅变化(振幅噪声)。
作为相位和振幅变化的另一个示例，在不将相位变化和振幅变化彼此区分开来的情况下，出现在信号空间图上的点在其中分布的区域能够被视为标量。在这种情况下，出现在信号空间图上点在其中分布的区域可以与预定值比较。
在以上示例中，相位变化和振幅变化被视为标量，但是这仅是作为一种示例。也就是说，相位变化和振幅变化也能够在考虑到诸如数值的正负之类的变化方向的情况下被定义为矢量。
以上配置允许传输系统100在DP-QPSK光学信号的数据传输之前校准接收状态。这使得可能抑制每个数据传输机器的通信质量的变化并且保持恒定的通信质量。
另外，在传输系统100中，仅在接收器2侧执行校准操作。这使得无需在校准操作期间将接收器2上的信息反馈回发射器1。因此，通过仅将接收器2引入现有传输系统中，能够轻易地实现类似于传输系统100的操作和效果。
现在将考虑传输系统100的操作和效果与偏振复用光学信号之间的关系。如以上描述的，当偏振复用光学信号的接收以不良偏振状态开始时，该接收以接收特性不良的状态继续。也就是说，根据传输系统100，能够适当地防止当偏振复用光学信号的接收以不良偏振状态开始时该接收以接收特性不良的状态继续的现象，而该现象是使用偏振复用光学信号的通信中固有的问题。
该示例性实施例阐述了使用CMA作为偏振分离数字信号处理算法的示例的情形，但是这仅是作为示例。也就是说，还能够应用除CMA以外的偏振分离数字信号处理算法。对于第二和后续的示例性实施例同样如此。
第二实施例
接下来，将描述根据本发明的第二示例性实施例的传输系统200。传输系统200具有与传输系统100类似的配置，并且因此省略了对配置的描述。传输系统200与传输系统100的不同之处在于由控电路制15针对接收器2执行校准操作。以下将描述控制电路15执行的校准操作。图6是示出根据第二示例性实施例的传输系统200中的校准操作的流程图。图6中示出的步骤S21至S25类似于图4示出的步骤S11至S15，并且因此将省略对它们的描述。
即使在X偏振和Y偏振中的每一个的振幅或相位变化D等于或小于标准值DSTD时，X偏振的接收和Y偏振的接收也可能不平衡。当接收状态严重不平衡时，接收特性失真至无法正常接收这些偏振之一的程度。因此，在该示例性实施例中，确定接收特性是否不平衡的步骤被添加到第一示例性实施例的校准操作。
控制电路15比较X偏振的信号空间图与Y偏振的信号空间图。特别地，控制电路15计算X偏振的振幅或相位变化值与Y偏振的振幅或相位变化值之间的差异B(步骤S26)。
另外，控制电路15比较X偏振的振幅或相位变化值与Y偏振的振幅和相位变化值之间的差异B与标准值BSTB(步骤S27)。
图7是示出X偏振和Y偏振的接收特性平衡的情形的信号空间图。图8是示出X偏振和Y偏振的接收特性不平衡的情形的信号空间图。能够理解的是，与图7示出的相比，图8示出的X偏振的振幅或相位变化与Y偏振的振幅或相位变化之间的差异更大。
当B≤BSTD时，控制电路15终止校准操作。另一方面，当B>BSTD时，控制电路15中断蝶式滤波器50的CMA处理(步骤S28)。
然后控制电路15改变蝶式滤波器50的FIR滤波器51至54的初始滤波器系数(hxx(0)、hxy(0)、hyx(0)和hyy(0))(步骤S29)。在此之后，该处理返回至步骤S21以再次执行采样。
因此，传输系统200能够像传输系统100中那样在DP-QPSK光学信号的数据传输之前校准接收状态。这使得可能抑制每个数据传输机器的通信质量的变化并且保持恒定的通信质量。
传输系统200具有进一步的有利效果在于，能够确保X偏振和Y偏振的接收特性之间的平衡。因此，与传输系统100相比，传输系统200能够实现更高质量的数据传输。
此外，在传输系统200中，像在传输系统100中那样，仅在接收器2侧执行校准操作。这使得无需在校准操作期间将接收器2上的信息反馈回发射器1。因此，通过仅将接收器2引入现有传输系统中，能够轻易地实现类似于传输系统200的操作和效果。
第三实施例
接下来，将描述根据本发明的第三示例性实施例的传输系统300。传输系统300具有与传输系统100类似的配置，并且因此省略了对配置的描述。传输系统300与传输系统100的不同之处在于在由控制电路15针对接收器2执行校准操作之前执行用于确定校准操作中的标准范围的操作(标准计算操作)。
如以上在第一和第二示例性实施例中描述的，控制电路15比较标准范围与X偏振和Y偏振中的每一个的振幅或相位变化(图4中的步骤S12和图6中的步骤S22)。因此，有必要事先确定该标准范围。该示例性实施例图示了其中控制电路15在校准操作之前确定标准范围的示例。图9是示出根据第三示例性实施例的传输系统300中的标准计算操作的流程图。
控制电路15使得接收器2通过使用预定初始滤波器系数以预定次数(在这种情况下，n次(n是等于或大于2的整数))采样DP-QPSK光学信号(步骤S31)。
另外，控制电路15针对n次采样中的每一次计算X偏振和Y偏振中的每一个的振幅或相位变化值D1至Dn(步骤S32)。
然后，控制电路15检测X偏振和Y偏振中的每一个的计算的振幅或相位变化值D1至Dn中的最小值Dmin(步骤S33)。
检测的最小值Dmin被设置为标准值DSTD(步骤S34)，并且该处理结束。
以上配置允许传输系统300在传输系统300中执行多次采样，并且将X偏振和Y偏振中的每一个的振幅或相位变化的最小值设置为标准值DSTD。因此，在传输系统300中，该最小值可以被设置为可行范围内的标准值DSTD。相应地，在第一和第二示例性实施例中描述的校准操作使用在该示例性实施例中设置的标准值DSTD来执行，由此实现了能够在传输系统中实施的最优接收状态。
第四示例性实施例
接下来，将描述根据本发明的第四示例性实施例的传输系统400。传输系统400是传输系统200的修改示例。传输系统400具有与传输系统200类似的配置，并且因此省略了对配置的描述。传输系统400是传输系统200的应用示例，并且其与传输系统200的不同之处在于在由控制电路15针对接收器2执行校准操作之前执行用于确定校准操作中的标准范围的操作(标准计算操作)。图10是示出根据第四示例性实施例的传输系统400中的标准计算操作的流程图。
步骤S41至S44分别类似于图9示出的步骤S31至S34，并且因此省略了对它们描述。
在步骤S44中设置了变化标准值之后，控制电路针对n次采样中的每一次采样计算X偏振的振幅或相位变化与Y偏振的振幅或相位变化之间的差异B1至Bn(步骤S45)。
接下来，从计算的X偏振的振幅或相位变化与Y偏振的振幅或相位变化之间的差异B1至Bn中检测最小值Bmin(步骤S46)。
然后，检测的最小值Bmin被设置为标准值BSTB(步骤S47)，并且该处理结束。
因此，根据传输系统400，像在传输系统300中那样，能够在考虑到传输线路3的传输特性的情况下设置标准范围。这允许接收特性中的变化落入最小可行范围之内。
此外，根据传输系统400，平衡标准值也能够在考虑传输线路3的传输特性的情况下被设置。这允许X偏振和Y偏振之间的平衡在可行范围内得以被优化。
其它示例性实施例
本发明并不局限于以上描述的示例性实施例，并且能够被适当修改而不背离本发明的范围。例如，在第三示例性实施例中，在步骤S33中从计算的n个变化值中检测最小值，但是这仅是作为示例。因此，例如，计算的n个变化值的平均值可以被计算。换句话说，可以将计算的n个变化值的平均值设置为标准值。
虽然第三示例性实施例阐述了其中计算振幅或相位变化的标准值的示例，但是X偏振的振幅或相位变化与Y偏振的振幅或相位变化之间的差异的标准值也可以同时被设置。
图1图示了其中发射器和偏振扰频器互相独立的配置，但是该配置仅是作为示例。也就是说，偏振扰频功能可以被结合在发射器中。
虽然以上示例性实施例阐述了控制电路15的操作，但是诸如计算机之类的硬件资源能够被用作控制电路15。特别地，由控制电路15执行的操作，即等同于图4、6和9示出的操作的操作，能够通过使得计算机执行程序来实施。
以上示例性实施例将QPSK作为多级光学调制系统的示例来说明，但是这仅是作为示例。因此，也能够应用除QPSK以外的多级光学调制系统。
以上提到的程序可以使用任意类型的非瞬态计算机可读媒介来存储并提供至计算机。非瞬态计算机可读媒体包括任意类型的有形存储媒体。非瞬态计算机可读媒体的示例包括磁性存储媒介(诸如软盘、磁带、硬盘等)、光学磁性存储媒介(例如，磁性光盘)、CD-ROM(只读存储器)、CD-R、CD-R/W和半导体存储器(诸如掩膜ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机访问存储器)等)。该程序可以使用任意类型的瞬态计算机可读媒介而被提供至计算机。瞬态计算机可读媒介的示例包括电信号、光学信号和电磁波。瞬态计算机可读媒介可以经由诸如电线和光纤的有线通信线路或者无线通信线路向计算机提供程序。
以上已经参考示例性实施例来描述本发明，但是本发明不局限于以上示例性实施例。本发明的范围之内，本发明的配置和细节能够以本领域技术人员能够理解的各种方式修改。
本申请基于2012年3月2日提交的日本专利申请号2012-046560并且要求其权益，其公开通过引用全文结合于此。
附图标记列表
1    发射器
2    接收器
3    传输线路
4    光学放大器
5    偏振扰频器
10   接收前端
11、13   PBS
12   局部振荡器光源
14   DSP
15   控制电路
21、22   90°混合
31-34  光/电转换器
50   蝶式滤波器
51-54  FIR滤波器
61、62加法器
63   CMA运算单元
71，72   相位控制电路
81，82   解调器电路
100、200、300、400  传输系统
eqx、eqy      量化信号
ex、ey        相加信号
Edx、Edy      解调信号

Claims (27)

1.一种接收器，包括：
接收前端，所述接收前端接收经过偏振扰频的偏振复用光学信号，将接收的所述偏振复用光学信号偏振分离为第一偏振分量和第二偏振分量，并且分别将所述第一偏振分量和所述第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；
数字信号处理器，所述数字信号处理器采样所述第一数字信号和所述第二数字信号，通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调所述第一数字信号和所述第二数字信号，并且输出第一解调信号和第二解调信号；以及
控制电路，所述控制电路在所述第一解调信号和所述第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时使得所述数字信号处理器中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理，改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并且然后使得所述数字信号处理器开始使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理。
2.根据权利要求1所述的接收器，其中所述偏振分离数字信号处理算法是CMA算法。
3.根据权利要求1或2所述的接收器，其中
所述数字信号处理器包括蝶式滤波器，所述蝶式滤波器接收所述第一数字信号和第二数字信号，并且
所述蝶式滤波器包括：
第一加法器和第二加法器；
第一FIR滤波器，所述第一FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第二FIR滤波器，所述第二FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；
第三FIR滤波器，所述第三FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第四FIR滤波器，所述第四FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；以及
偏振分离数字信号处理算法运算单元，所述偏振分离数字信号处理算法运算单元监测所述第一加法器和所述第二加法器，并且根据监测结果来更新所述第一FIR滤波器至所述第四FIR滤波器的滤波器系数。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的接收器，其中
所述偏振复用光学信号由发射器偏振复用、并且由偏振扰频器偏振扰频，并且
经过偏振扰频的所述偏振复用光学信号通过传输线路输入至所述接收器。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的接收器，其中在所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异大于第二预定值时，所述控制电路使得所述数字信号处理器中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理、改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值、并且然后使得所述数字信号处理器开始使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理。
6.根据权利要求5所述的接收器，其中所述控制电路使得所述数字信号处理器多次采样所述第一数字信号和第二数字信号，针对每次采样计算所述第一解调信号和第二解调信号的所述相位和振幅变化，并且将计算出的所述变化的最小值设置为所述第一预定值。
7.根据权利要求6所述的接收器，其中所述控制电路针对每次采样计算所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异，并且将计算出的所述差异的最小值设置为所述第二预定值。
8.一种传输系统，包括：
发射器，所述发射器输出偏振复用光学信号；
偏振扰频器，所述偏振扰频器对所述偏振复用光学信号偏振扰频；
传输线路，经过偏振扰频的所述偏振复用光学信号通过所述传输线路传播；以及
接收器，所述接收器通过所述传输线路接收经过偏振扰频的所述偏振复用光学信号，
其中所述接收器包括：
接收前端，所述接收前端将接收的所述偏振复用光学信号偏振分离为第一偏振分量和第二偏振分量，并且分别将所述第一偏振分量和所述第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；
数字信号处理器，所述数字信号处理器采样所述第一数字信号和所述第二数字信号，通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调所述第一数字信号和所述第二数字信号，并且输出第一解调信号和第二解调信号；以及
控制电路，所述控制电路在所述第一解调信号和所述第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时使得所述数字信号处理器中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理，改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并且然后使得所述数字信号处理器开始使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理。
9.根据权利要求8所述的传输系统，其中所述偏振分离数字信号处理算法是CMA算法。
10.根据权利要求8或9所述的传输系统，其中
所述数字信号处理器包括蝶式滤波器，所述蝶式滤波器接收所述第一数字信号和所述第二数字信号，并且
所述蝶式滤波器包括：
第一加法器和第二加法器；
第一FIR滤波器，所述第一FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第二FIR滤波器，所述第二FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；
第三FIR滤波器，所述第三FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第四FIR滤波器，所述第四FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；以及
偏振分离数字信号处理算法运算单元，所述偏振分离数字信号处理算法运算单元监测所述第一加法器和所述第二加法器，并且根据监测结果来更新所述第一FIR滤波器至所述第四FIR滤波器的滤波器系数。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的传输系统，其中在所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异大于第二预定值时，所述控制电路使得所述数字信号处理器中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理、改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并且然后使得所述数字信号处理器开始使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理。
12.根据权利要求11所述的传输系统，其中所述控制电路使得所述数字信号处理器多次采样所述第一数字信号和所述第二数字信号，针对每次采样计算所述第一解调信号和第二解调信号的所述相位和振幅变化，并且将计算出的所述变化的最小值设置为所述第一预定值。
13.根据权利要求12所述的传输系统，其中所述控制电路针对每次采样计算所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异，并且将计算出的所述差异的最小值设置为所述第二预定值。
14.一种用于接收偏振复用光学信号的方法，包括：
将经过偏振扰频的偏振复用光学信号偏振分离为第一偏振分量和第二偏振分量；
分别将所述第一偏振分量和所述第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；
采样所述第一数字信号和所述第二数字信号，并通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调所述第一数字信号和所述第二数字信号；
将解调的所述信号分别输出为第一解调信号和第二解调信号；
在所述第一解调信号和所述第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时，使得数字信号处理器中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理；以及
改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并且然后开始使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理。
15.根据权利要求14所述的用于接收偏振复用光学信号的方法，其中所述偏振分离数字信号处理算法是CMA算法。
16.根据权利要求14或15所述的用于接收偏振复用光学信号的方法，其中
所述第一数字信号和所述第二数字信号被输入至蝶式滤波器，并且
所述蝶式滤波器包括：
第一加法器和第二加法器；
第一FIR滤波器，所述第一FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第二FIR滤波器，所述第二FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；
第三FIR滤波器，所述第三FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第四FIR滤波器，所述第四FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；以及
偏振分离数字信号处理算法运算单元，所述偏振分离数字信号处理算法运算单元监测所述第一加法器和所述第二加法器，并且根据监测结果来更新所述第一FIR滤波器至所述第四FIR滤波器的滤波器系数。
17.根据权利要求14至16中的任一项所述的用于接收偏振复用光学信号的方法，其中
所述偏振复用光学信号由发射器偏振复用、并且由偏振扰频器偏振扰频，并且
经过偏振扰频的所述偏振复用光学信号通过传输线路输入至所述接收器。
18.根据权利要求14至17中的任一项所述的用于接收偏振复用光学信号的方法，其中
在所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异大于第二预定值时，中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理，以及
在改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值之后，使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理开始。
19.根据权利要求18所述的用于接收偏振复用光学信号的方法，其中
所述第一数字信号和第二数字信号被多次采样，
所述第一解调信号和所述第二解调信号的所述相位和振幅变化针对每次采样而被计算，以及
计算出的所述变化的最小值被设置为所述第一预定值。
20.根据权利要求19所述的用于接收偏振复用光学信号的方法，其中
所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异针对每次采样而被计算，以及
计算出的所述差异的最小值被设置为所述第二预定值。
21.一种存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，所述接收器包括：
接收前端，所述接收前端接收经过偏振扰频的偏振复用光学信号，将接收的所述偏振复用光学信号偏振分离为第一偏振分量和第二偏振分量，并且分别将所述第一偏振分量和所述第二偏振分量光电转换为第一数字信号和第二数字信号；以及
数字信号处理器，所述数字信号处理器采样所述第一数字信号和第二数字信号，通过使用偏振分离数字信号处理算法来解调所述第一数字信号和所述第二数字信号，并且输出第一解调信号和第二解调信号，
所述控制程序使得计算机执行处理，所述处理包括：
在所述第一解调信号和所述第二解调信号的相位和振幅变化大于第一预定值时，使得所述数字信号处理器中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理；以及
改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值，并且然后使得所述数字信号处理器开始使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理。
22.根据权利要求21所述的存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，其中所述偏振分离数字信号处理算法是CMA算法。
23.根据权利要求21或22所述的存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，其中
所述数字信号处理器包括蝶式滤波器，所述蝶式滤波器接收所述第一数字信号和所述第二数字信号，并且
所述蝶式滤波器包括：
第一加法器和第二加法器；
第一FIR滤波器，所述第一FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第二FIR滤波器，所述第二FIR滤波器向所述第一加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；
第三FIR滤波器，所述第三FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第一数字信号进行滤波而获得的信号；
第四FIR滤波器，所述第四FIR滤波器向所述第二加法器输出通过对所述第二数字信号进行滤波而获得的信号；以及
偏振分离数字信号处理算法运算单元，所述偏振分离数字信号处理算法运算单元监测所述第一加法器和所述第二加法器，并且根据监测结果来更新所述第一FIR滤波器至所述第四FIR滤波器的滤波器系数。
24.根据权利要求21至23中的任一项所述的存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，其中
所述偏振复用光学信号由发射器偏振复用、并且由偏振扰频器偏振扰频，并且
经过偏振扰频的所述偏振复用光学信号通过传输线路输入至所述接收器。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，其中所述控制程序使得计算机执行处理，所述处理包括：
在所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异大于第二预定值时，中断使用所述偏振分离数字信号处理算法的处理，以及
在改变用于所述偏振分离数字信号处理算法的滤波器系数的初始值之后，开始使用所述偏振分离数字信号处理算法的所述处理。
26.根据权利要求25所述的存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，其中所述控制程序使得计算机执行处理，所述处理包括：
多次采样所述第一数字信号和所述第二数字信号，
针对每次采样计算所述第一解调信号和所述第二解调信号的所述相位和振幅变化，以及
将计算出的所述变化的最小值设置为所述第一预定值。
27.根据权利要求26所述的存储用于接收器的控制程序的非瞬态计算机可读介质，其中所述控制程序使得计算机执行处理，所述处理包括：
针对每次采样计算所述第一解调信号的所述相位和振幅变化与所述第二解调信号的所述相位和振幅变化之间的差异，以及
将计算出的所述差异的最小值设置为所述第二预定值。
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