CN104919730A - 用于相干检测方案的光学本机振荡器信号的产生 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有光学IQ调制器的光学接收器，所述光学IQ调制器经配置以产生用于对施加到所述光学接收器的光学输入信号进行光学零差检测的光学本机振荡器OLO信号。所述光学接收器进一步具有：(i)相位检测器，其经配置以产生所述OLO信号与所述光学输入信号的载波之间的相位差的电度量；及(ii)锁相环路，其经配置以使用所述电度量驱动所述光学IQ调制器。在一实施例中，所述相位检测器经配置以使用所述经零差检测信号的I分量及Q分量两者且以使所述光学接收器能够与M-QAM调制格式兼容的方式产生所述电度量。

Description

用于相干检测方案的光学本机振荡器信号的产生
相关申请案交叉参考
本申请案的标的物与纪昭·神田(Noriaki Kaneda)的代理人档案参考为811184-US-NP、与本申请案在同一日期提出申请且标题为“用于相干检测方案的光学偏振多路分用(OPTICAL POLARIZATION DEMULTIPLEXING FOR ACOHERENT-DETECTION SCHEME)”的第13/743,677号美国专利申请案的标的物相关，所述美国专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及光学通信设备，且更具体来说(但非排他地)涉及经调制光学信号的相干检测。
背景技术
本章节介绍可帮助促进对本发明的更佳理解的方面。因此，本章节的陈述应从此角度来阅读而不应理解为关于什么在现有技术中或什么不在现有技术中的承认。
举例来说，相干检测用于光学输送系统中，因为所述相干检测与使对应系统能够实现相对较高的频谱效率(例如，超过1位/s/Hz)的高级调制格式(例如，正交相移键控(QPSK)及正交振幅调制(QAM))兼容。所使用的偏振多路复用用于使位速率及频谱效率进一步增加约两倍。然而，此特定传输格式的主要挑战是需要快速且精确的偏振追踪，且在零差检测的情况中需要光学本机振荡器信号的相位及载波频率锁定。
发明内容
本文中揭示具有光学IQ调制器的光学接收器的各种实施例，所述光学IQ调制器经配置以产生用于对施加到所述光学接收器的光学输入信号进行光学零差检测的光学本机振荡器(OLO)信号。所述光学接收器进一步具有：(i)相位检测器，其经配置以产生所述OLO信号与所述光学输入信号的载波之间的相位差的电度量；及(ii)锁相环路，其经配置以使用所述电度量驱动所述光学IQ调制器。在一实施例中，所述相位检测器经配置以使用所述零差检测信号的I分量及Q分量两者且以使所述光学接收器能够与M-QAM调制格式兼容的方式产生电度量。
根据一个实施例，提供一种设备，其包括：光学混合件，其经配置以光学混合光学输入信号与OLO信号以产生多个经混合光学信号；第一光/电转换器，其经配置以将所述多个经混合光学信号的第一子集转换成第一电模拟信号(例如，120Iy)；第二光/电转换器，其经配置以将所述多个经混合光学信号的第二子集转换成第二电模拟信号(例如，120Qy)；第一限幅器电路，其经配置以对所述第一电模拟信号进行限幅以产生第一电数字信号(例如，128Iy)；第二限幅器电路，其经配置以对所述第二电模拟信号进行限幅以产生第二电数字信号(例如，128Qy)；及相位检测器，其经配置以产生所述OLO信号与所述光学输入信号的载波之间的相位差的电度量，其中所述电度量是使用所述第一电模拟信号、所述第一电数字信号、所述第二电模拟信号及所述第二电数字信号而产生。
在上述设备的一些实施例中，所述设备进一步包括解码器，其经配置以从所述第一电数字信号及所述第二电数字信号恢复由所述光学输入信号携载的数据。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述设备经配置以使用所述电度量来将所述OLO信号锁相到所述光学输入信号的载波。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述电度量与以下量成比例：I′yQy-Q′yIy，其中I′y、Qy、Q′y及Iy分别是所述第一电数字信号、所述第二电模拟信号、所述第二电数字信号及所述第一电模拟信号的量值。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述相位检测器包括：第一信号乘法器，其经配置以使所述第一电模拟信号与所述第一电数字信号相乘以产生第一经倍增电信号；第二信号乘法器，其经配置以使所述第二电模拟信号与所述第二电数字信号相乘以产生第二经倍增电信号；及信号加法器，其经配置以从所述第一经倍增电信号减去所述第二经倍增电信号以产生电度量。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述设备进一步包括：激光器，其经配置以产生光束；及光学IQ调制器，其经配置以对所述光束进行光学调制以产生经调制光束，其中所述设备经配置以使用所述经调制光束产生所述OLO信号。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述光学IQ调制器经配置以使用载波抑制调制及边带抑制调制来对所述光束进行光学调制。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述设备进一步包括光学滤波器，其经配置以对所述经调制光束进行滤波以产生所述OLO信号。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述光学滤波器经配置以使所述经调制光束的第一调制边带通过；且所述OLO信号包括通过所述光学滤波器的所述第一调制边带的光。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述光学滤波器进一步经配置以阻挡载波及所述经调制光束的第二调制边带。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述设备进一步包括锁相环路，其经配置以使用所述电度量驱动所述光学IQ调制器。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述锁相环路包括：电环路滤波器，其经配置以对所述电度量进行滤波以产生经滤波度量；及电压控振荡器，其经配置以使用所述经滤波度量驱动所述光学IQ调制器。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述电压控振荡器经配置以：使用所述经滤波度量产生第一电射频信号；及使用所述经滤波度量产生第二电射频信号，其中所述第一电射频信号及所述第二电射频信号具有与所述经滤波度量成比例的共同射频，且在所述第一电射频信号与所述第二电射频信号之间存在约90度的固定相位偏移。所述锁相环路经配置以使用所述第一电射频信号及所述第二电射频信号驱动所述光学IQ调制器。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述IQ调制器包括嵌套式马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)调制器。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述设备进一步包括光学偏振多路分用器，其经配置以将经光学偏振分割多路复用信号多路分用成具有第一偏振的第一光学分量及具有正交于所述第一偏振的第二偏振的第二光学分量，其中所述光学输入信号为所述第一光学分量及所述第二光学分量中的一者。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述设备进一步包括控制器，其经配置以使用所述第一电模拟信号及所述第二电模拟信号产生用于光学偏振多路分用器的一或多个控制信号。
根据另一实施例，提供一种设备，其包括：光学IQ调制器，其经配置以对相干光束进行光学调制以产生经调制光束，其中所述设备经配置以使用所述经调制光束产生OLO信号；光电电路，其经配置以使用所述OLO信号来对光学输入信号施加光学零差检测；及相位检测器，其经配置以产生所述OLO信号与所述光学输入信号的载波之间的相位差的电度量，其中所述设备经配置以使用所述电度量驱动所述光学IQ调制器。
在上述设备的一些实施例中，所述设备进一步包括：电环路滤波器，其经配置以对所述电度量进行滤波以产生经滤波度量；及电压控振荡器，其经配置以使用所述经滤波度量驱动所述光学IQ调制器。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述光学IQ调制器进一步经配置以使用载波抑制调制及边带抑制调制中的至少一者来对相干光束进行光学调制。
在上述设备的任一者的一些实施例中，所述设备进一步包括光学滤波器，其经配置以对所述经调制光束进行滤波以产生所述OLO信号，其中：所述光学滤波器经配置以使所述经调制光束的第一调制边带通过；且所述OLO信号包括通过所述光学滤波器的所述第一调制边带的光。
附图说明
依据以下详细描述及附图将更充分地明了本发明的各种实施例，其中：
图1展示根据本发明的实施例的相干接收器的框图；
图2展示根据本发明的实施例的可用于在图1中所展示的相干接收器中的光学偏振多路分用器的框图；
图3A到3B展示根据本发明的实施例的可用于在图1中所展示的相干接收器中的偏振控制器的框图；
图4展示根据本发明的实施例的可用于在图1中所展示的相干接收器中的相位检测器的框图；
图5展示根据本发明的实施例的可用于在图1中所展示的相干接收器中的光源的框图；及
图6展示根据本发明的实施例的可用于在图2中所展示的光学偏振多路分用器中的IQ调制器的框图。
具体实施方式
图1展示根据本发明的实施例的相干接收器100的框图。接收器100经配置以(例如)从远程发射器(图1中未明确展示)接收偏振分割多路复用(PDM)光学输入信号102，且处理所接收信号(例如，如下文进一步描述)以恢复由所述信号携载的数据。接收器100接着经由输出数据流198x及198y将所恢复数据引导到既定数据目的地。在替代实施例中，接收器100可包含经配置以将数据流198x及198y组合成对应的单个输出数据流的多路复用器(图1中未明确展示)。
在一个实施例中，经由光纤(图1中未明确展示)将光学输入信号102递送到接收器100。所述光纤的不同区段通常具有未必与信号102的原始(例如，经独立调制的)PDM分量对准的不同的主偏振状态(PSP)。此不对准致使PDM分量中的每一者通常在所述PSP中的每一者上具有非零投影，这使所述PDM分量混合且变更光学信号的偏振状态。另外，光纤的PSP(例如)由于沿光纤的长度的实际条件变化而倾向于随时间改变。此时间变化也致使光学输入信号102的偏振状态随时间变化。
光学偏振多路分用器(D-MUX)106用于在很大程度上消除由光纤强加到光学输入信号102上的偏振旋转。更具体来说，偏振D-MUX 106经配置而以如下方式将光学输入信号102多路分用成光学信号108x及108y：致使光学信号108x及108y中的每一者表示在远程发射器处产生的原始PDM分量中的相应一者，而来自另一PDM分量的串扰实际上尽可能地小。可经由控制器122所产生的多分量控制信号104控制偏振D-MUX106的配置。通过动态地改变控制信号104，控制器122可配置偏振D-MUX 106以适当地追踪光纤中的偏振旋转改变，借此使接收器100能够(例如)在无需在电数字域中进行相对复杂的偏振多路分用处理的情况下以相对简单的方式检测且解码光学信号108x及108y。
在一个实施例中，控制器122使用盲偏振均衡方案产生控制信号104，例如，如下文参考图2及3更详细地描述。此方案的一个有益特征是，其独立于且不依赖于在接收器的包括相位检测器140、环路滤波器144及光学本机振荡器(OLO)源148的光学锁相环路中实施的相位及频率锁定。在各种实施例中，偏振D-MUX 106可实施为单分接头光学均衡器(例如，参见图2)或多分接头光学均衡器。偏振D-MUX 106中的额外分接头可用于(例如)除光学偏振多路分用以外还实施某种光学分散补偿处理(例如，偏振模式分散补偿)。
光学信号108x及108y中的每一者被施加到光学混合件110x及110y中的对应一者。光学混合件110具有(i)标记为S及R的两个输入端口以及(ii)标记为1到4的四个输出端口。输入端口S经配置以接收光学信号108x/108y中的对应一者。输入端口R经配置以接收由OLO源148产生的光学参考(例如，OLO)信号150的相应部分(例如，经衰减副本)。OLO信号150被相位及频率锁定到光学输入信号102的载波(例如，如下文参考图4及5更详细地描述)，以使得能够在接收器100中对信号108x/108y进行零差检测。
在一个实施例中，光学混合件110(例如)使用常规3-dB功分器(图1中未明确展示)将在端口S及R处接收的信号中的每一者分离成两个(经衰减)副本。接着(例如)使用相移器(图1中未明确展示)将约90度(π/2弧度)的相对相移施加到在端口S处接收的信号的一个副本及在端口R处接收的信号的一个副本。接着将各个信号副本彼此光学混合，且将所得的四个经混合信号分别引导到输出端口1到4。可用于实施接收器100中的光学混合件110的示范性光学混合件描述于(例如)第2007/0297806号及第2011/0038631号中美国专利申请公开案中，所述两个专利申请公开案均以全文引用的方式并入本文中。
将由光学混合件110x及110y产生的八个经混合信号引导到光/电(O/E)转换器1161到1164的阵列。在一个实施例中，每一O/E转换器116包括以差分配置串联连接的一对光电检测器(例如，光电二极管，图1中未明确展示)，其中每一光电检测器经配置以接收从对应光学混合件110的对应输出端口接收的经混合信号中的对应一者。由每一对光电检测器产生的电输出信号任选地经放大以产生电信号120Ix、120Qx、120Iy及120Qy中的对应一者。
在一个实施例中，O/E转换器1161到1164的取样率受由时钟恢复电路130产生的时钟信号(CLK)控制。在一个实施例中，时钟恢复电路130以致使时钟信号CLK具有与光学输入信号102的每偏振符号率相等的频率的方式产生所述时钟信号。可用作接收器100中的时钟恢复电路130的时钟恢复电路的代表性实例揭示于(例如)第8,290,107号、第8,190,032号、第7,805,083号及第7,209,666美国专利中，所有所述美国专利均以全文引用的方式并入本文中。
如信号记法所暗示，电信号120Ix及120Qx分别表示光学信号108x的同相(I)分量及正交(Q)分量。类似地，电信号120Iy及120Qy分别表示光学信号108y的I分量及Q分量。电信号120Ix、120Qx、120Iy及120Qy的副本被供应到控制器122，控制器122使用所述副本来产生控制信号104。电信号120Iy及120Qy的副本也被供应到相位检测器140，相位检测器140使用所述副本来使OLO信号150能够相位及频率锁定到光学输入信号102的载波。
电信号120Ix、120Qx、120Iy及120Qy中的每一者在模/数(A/D)限幅器电路1241到1244中的对应一者中被转换成数字形式。由A/D限幅器电路1241到1244产生的数字信号128Ix、128Qx、128Iy及128Qy接着由解码器1361及1362以常规方式解码以产生数据流198x及198y。取决于在发射器处用于产生信号102的星座图类型及前向错误校正(FEC)译码(如果有)，解码器1361及1362可经配置以(例如)使用介于其之间的通信路径138来协调其解码操作。举例来说，标题为“用于光学输送系统的前向错误校正(FORWARD ERRORCORRECTION FOR AN OPTICAL TRANSPORT SYSTEM)”的第13/537,131号美国专利申请案揭示在用于产生信号102的情况下将促进路径138在接收器100中的使用的四维PDM星座图及各种FEC译码方案。(此美国专利申请案以全文引用的方式并入本文中。)另一方面，当发射器通过将每一偏振视为单独且独立的通信信道来产生信号102时可在接收器100中省略或停用通信路径138。
在图1中所展示的实施例中，时钟恢复电路130经配置以基于数字信号128Ix产生时钟信号CLK。在替代实施例中，时钟恢复电路130可经配置以基于数字信号128Qx、128Iy及128Qy中的任一者或基于数字信号128Ix、128Qx、128Iy及128Qy的任一适合组合产生时钟信号CLK。
在图1中所展示的实施例中，数字信号128Iy及128Qy的副本被提供到相位检测器140，相位检测器140将所述副本与电信号120Iy及120Qy一起使用以使OLO信号150能够相位及频率锁定到光学输入信号102的载波。更具体来说，由相位检测器140产生的电相位误差信号142具有和OLO信号150与光学输入信号102的载波之间的相位差成比例的电压。环路滤波器144在连续时间中对相位误差信号142进行积分及低通滤波以产生用于OLO源148的驱动信号146。一般来说，环路滤波器144的频率特性确定接收器的光学锁相环路的总体动态时间响应特性。举例来说，环路滤波器144的较窄带宽通常实现较准确的锁相，例如，较小相位误差。然而，较高准确性是以较慢时间响应及较窄捕获范围为代价的。
在替代实施例中，相位检测器140可经配置以代替信号128Iy、128Qy、120Iy及120Qy而分别使用信号128Ix、128Qx、120Ix及120Qx的副本。
图2展示根据本发明的实施例可用作光学偏振D-MUX 106(图1)的光学偏振D-MUX 200的框图。出于图解说明目的，偏振D-MUX 200在图2中展示为经配置以：(i)接收光学输入信号102；(ii)产生光学信号108x及108y；及(iii)接收具有标记为1041到1044的信号分量的控制信号104。如下文参考图3所进一步解释，标记为1041到1044的信号分量中的每一者自身可为多分量信号。
光学输入信号102被施加到偏振分束器202，偏振分束器202经配置以将此信号分离成标记为204x及204y的两个正交偏振的分量。偏振分束器202的定向是固定的且界定偏振D-MUX 200的主偏振轴(x及y)。如上文所指示，光纤中的偏振旋转致使光学输入信号102的PDM分量相对于偏振D-MUX 200的主偏振轴的定向随时间变化。因此，光学信号204x及204y中的每一者通常具有来自光学输入信号102的两个PDM分量的贡献。然而，在偏振D-MUX 200中实施的光学信号处理致使(i)光学信号108x主要携载对应于光学输入信号102的第一PDM分量的光与对应于光学输入信号的第二PDM分量的相对较小(例如，出于实际目的，为可忽略的)量的光，且(ii)光学信号108y主要携载对应于光学输入信号的第二PDM分量的光与对应于光学输入信号的第一PDM分量的相对较小量的光。光学信号108x及108y的这些性质是有益的，例如，因为其使对这些信号的后续解码能够是相对较简单的且对应的信号处理电路能够是相对廉价的。
使用以蝶形配置布置的四个光学IQ调制器22011、22021、22012及22022实施偏振D-MUX 200中的光学信号处理，如图2中所指示。更具体来说，IQ调制器22011及22021中的每一者经配置以接收由保偏耦合器(PMC)2101产生的光学信号204x的经衰减副本。类似地，IQ调制器22012及22022中的每一者经配置以接收由保偏耦合器2102产生的光学信号204y的经衰减副本。由IQ调制器22011及22012产生的输出信号在保偏耦合器2103中组合以产生光学信号108x。类似地，由IQ调制器22021及22022产生的输出信号在保偏耦合器2104中组合以产生光学信号108y。
在一个实施例中，可使用可购自日本的富士通光学组件有限公司的产品型号为FTM7967EQA的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)调制器来实施光学IQ调制器22011、22021、22012及22022中的每一者。在替代实施例中，可类似地使用适合的基于InP的马赫-曾德尔调制器。在又一替代实施例中，可使用在图6中展示的IQ调制器实施光学IQ调制器22011、22021、22012及22022中的每一者。
每一保偏耦合器210均为三端口装置，其可在对应的两个经光学耦合的端口之间路由光学信号，而实质上不变更所述信号的偏振状态。取决于光传播方向，保偏耦合器210可作为光学分离器或光学组合器而操作。举例来说，保偏耦合器2101及2102中的每一者作为光学分离器而操作。相比之下，保偏耦合器2103及2104中的每一者为光学组合器而操作。可用于实施光学偏振D-MUX 200中的保偏耦合器210的代表性保偏耦合器揭示于(例如)第6,463,195号、第6,504,961号、第7,203,397号及第7,373,028号美国专利中，所有所述美国专利均以全文引用的方式并入本文中。
使用控制信号1041到1044中的对应一者来配置光学IQ调制器22011、22021、22012及22022中的每一者，以调制相应光学输入信号212，使得由IQ调制器产生的所得光学输出信号222由方程式(1)描述：
Sout＝HlmSin    (1)
其中Sout是光学输出信号；Sin是光学输入信号；且Hlm是IQ调制器220lm的传递函数(l＝1、2；m＝1、2)。一般来说，Sout、Sin及Hlm中的每一者由复合值表示。在一个实施例中，控制器122产生控制信号1041到1044以致使IQ调制器22011、22021、22012及22022具有由方程式(2a)到(2i)描述的传递函数：
Hlm≡Γlm+jΦlm    (2a)
Γ11[k]＝Γ11[k-1]+βIx[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)    (2b)
Φ11[k]＝Φ11[k-1]+βQx[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)    (2c)
Γ12[k]＝Γ12[k-1]+βIy[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)    (2d)
Φ12[k]＝Φ12[k-1]+βQy[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)    (2e)
Γ21[k]＝Γ21[k-1]+βIx[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)    (2f)
Φ21[k]＝Φ21[k-1]+βQx[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)    (2g)
Γ22[k]＝Γ22[k-1]+βIy[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)    (2h)
Φ22[k]＝Φ22[k-1]+βQy[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)    (2i)
其中Γlm及Φlm分别为传递函数Hlm的实数部分及虚数部分(如在方程式(2a)中所定义)；k是时隙指数；β是误差加权系数；Ix、Qx、Iy及Qy是电信号120Ix、120Qx、120Iy及120Qy的量值(参见图1)；且R是表示已被发射器用来产生信号102的星座图中的平均振幅的参数。应注意，方程式(2b)到(2i)中的每一者是使控制器122能够基于电信号120Ix、120Qx、120Iy及120Qy的量值与前一(例如，第(k-1)个)时隙中的传递函数Hlm的值确定针对第k个时隙的传递函数Hlm的值的递归公式。应进一步注意，方程式(2b)到(2i)中的每一者的右部分中的第二项提供对信号102的当前偏振状态与偏振D-MUX 200的主偏振轴的定向之间的不对准度量。
当操作性星座图是相移键控(PSK)星座图时，所有星座图点均位于以星座图的原点(例如，对应的复数平面的原点)为中心的圆上。在此情况下，参数R表示此圆的半径。当操作性星座图是正交振幅调制(QAM)星座图时，不同星座图点可具有不同振幅，此由所述不同星座图点距星座图的原点的相应不同距离来表明。在此情况下，可(例如)使用方程式(3)来计算参数R：
R = α M Σ i = 1 M r i - - - ( 3 )
其中M是QAM星座图中的星座图点的数目；α是反映发射器与接收器之间的信号放大/衰减的缩放系数；且ri是QAM星座图中的第i个星座图点的经正规化振幅。应注意，方程式(3)对于PSK星座图也为有效的，其中所有ri值为相同的。
现在假设IQ调制器22011、22021、22012及22022经配置以使得在光学输送链路中强加于输入信号102上的偏振旋转是完全反向的且信号108x及108y分别表示输入信号的“纯”第一PDM分量及“纯”第二PDM分量。接着，由于定义参数R的方式(例如，参见方程式(3))，方程式(2b)到(2i)中的第二项中的每一者的时间平均值为0，且由其相应传递函数(Hlm)表明的IQ调制器22011、22021、22012及22022的配置随时间保持实质上不变。然而，当在光学输送链路中强加于输入信号102上的偏振旋转在偏振D-MUX 200中并非完全反向时，方程式(2b)到(2i)中的第二项不平均为0，借此致使控制器122适当地调整传递函数Hlm。此调整接着致使偏振D-MUX 200更准确地消除偏振旋转并追踪其随时间的改变。
误差加权系数β是经验参数，其值被设定为相对较小以确保通过偏振D-MUX 200进行平滑的偏振旋转追踪。举例来说，误差加权系数β的相对较小值在输入信号102是M-QAM信号时使得能够发生充分时间平均以实现适当的偏振旋转追踪。误差加权系数β的相对较小值还使得偏振D-MUX 200能够不对突发误差做出过度反应，此确保对总体偏振D-MUX配置的相对缓慢且渐进的调整。
图3A到3B展示根据本发明的实施例可用作控制器122(图1)的控制器300的框图。更具体来说，图3A展示控制器300的总体框图。图3B展示滤波器390(在图3A中所展示的电路中使用滤波器390的八个实例(副本))的框图。控制器300是使用各种模拟电路作为其构建块而实施的电控制器。当控制器300用于经配置以在相对低位QAM格式(例如，16-QAM或32-QAM格式)下操作的接收器100中时，对用于控制器中的模拟电路的线性要求并非是非常严格的。举例来说，可使用具有相对小的线性动态范围的模拟电路来实施控制器300。
控制器300包括信号产生器306、五个求平方电路3101到3105、两个三输入信号加法器3201到3202、八个模拟信号乘法器330以及八个滤波器3901到3908，其全部如图3A中所指示而互连。每一滤波器390包括信号产生器326、模拟信号乘法器330、延迟元件(Z-1)350及二输入信号加法器370，其全部如图3B中所指示而互连。
信号产生器306具有存储参数R(参见方程式(3))的值的寄存器(图3A中未明确展示)。由信号产生器306产生的输出信号308是具有与存储在寄存器中的参数值成比例的量值的电模拟信号。
求平方电路310i经配置以产生与所接收输入信号的量值的平方成比例的输出信号312i，其中i＝1、2、…、5。如在图3A中所指示，由求平方电路3101到3105接收的输入信号分别是电信号120Ix、120Qx、308、120Iy及120Qy。
信号加法器3201经配置以将信号3121与3122相加，且从总和减去信号3123。由信号加法器3201产生的所得信号是信号3221。
信号加法器3202类似地经配置以将信号3124与3125相加，且从总和减去信号3123。由信号加法器3202产生的所得信号是信号3222。
八个模拟信号乘法器330经配置以使用信号120Ix、120Qx、120Iy及120Qy作为缩放因数来不同地缩放信号3221及3222。由八个模拟信号乘法器330产生的所得经缩放信号是信号3341到3348。信号3341到3348的量值与以下量成比例：
信号3341：Ix[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)；
信号3342：Qx[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)；
信号3343：Iy[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)；
信号3344：Qy[k]((Ix[k])2+(Qx[k])2-R2)；
信号3345：Ix[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)；
信号3346：Qx[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)；
信号3347：Iy[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)；及
信号3348：Qy[k]((Iy[k])2+(Qy[k])2-R2)。
滤波器3901到3908经配置以分别实施对应于方程式(2b)到(2i)的信号处理。更具体来说，滤波器390i中的信号产生器326及模拟信号乘法器330经配置以使用误差加权系数β作为缩放因数来缩放信号334i。接着使用所得经缩放信号368来对输出信号392i进行递归更新，其中延迟元件350为所述递归更新提供适当时间延迟。因此，由滤波器3901到3908产生的输出信号3901到3908分别与Γ11[k]、Φ11[k]、Γ12[k]、Φ12[k]、Γ21[k]、Φ21[k]、Γ22[k]及Φ22[k]成比例(还参见方程式(2b)到(2i))。
信号3901及3902分别为控制信号1041(图2)提供I分量及Q分量。信号3903及3904分别为控制信号1042(图2)提供I分量及Q分量。信号3905及3906分别为控制信号1043(图2)提供I分量及Q分量。信号3907及3908分别为控制信号1044(图2)提供I分量及Q分量。
图4展示根据本发明的实施例的可用作相位检测器140(图1)的相位检测器400的框图。出于图解说明目的，相位检测器400在图4中展示为经配置以(i)接收电信号120Iy及120Qy与数字信号128Iy及128Qy且(ii)产生相位误差信号142。也可存在用于相位检测器400的其它信号配置。举例来说，另一选择为，相位检测器400可经配置以代替信号128Iy、128Qy、120Iy及120Qy而分别使用信号128Ix、128Qx、120Ix及120Qx。
相位检测器400包括经配置以实施由以下方程式表达的信号处理操作的乘法器402及404以及加法器410：
ε＝I'yQy-Q'yIy    (4)
其中ε是相位误差信号142的量值；且I'y、Qy、Q'y及Iy分别是电信号128Iy、120Qy、128Qy及120Iy的量值(参见图1)。方程式(4)是基于以下复合值性质：当第一复合值及第二复合值具有相同自变量时，第一复合值与第二复合值的复共轭的乘积是实数。方程式(4)的右侧表达所接收符号(如由电信号120Iy及120Qy所表示)与所接收符号在经A/D限幅器电路1243到1244处理之后所映射到的星座图点的乘积的虚数部分(其中所述星座图符号由数字信号128Iy及128Qy表示)。当锁相误差是相对小时，ε的值和所接收符号的自变量与对应星座图点的自变量之间的差约成比例。因此，如在图4中所指示由相位检测器400产生的相位误差信号142提供OLO信号150与光学输入信号102的载波之间的锁相误差的度量(还参见图1)。为实现OLO信号150与光学输入信号102的载波之间的锁相，接收器100接着可使用由相位检测器400产生的相位误差信号142以倾向于最小化ε的绝对值的方式驱动OLO源148。
在一个实施例中，可使用吉尔伯特(Gilbert)单元实施乘法器402及404中的每一者。在替代实施例中，可使用“异或”门来实施乘法器402及404中的每一者。
图5展示根据本发明的一个实施例的可用作OLO源148(图1)的光源500的框图。出于图解说明目的，光源500在图5中展示为经配置以接收经滤波相位误差信号146且产生OLO信号150。
光源500包括光学耦合到光学IQ调制器506的激光器(例如，激光二极管)502。在由激光器502产生的光束504上标称地具有与光学输入信号102的载波相同的频率(波长)。然而，(例如)因光束504中的有限线宽所致的相位噪声通常导致光束504与光学输入信号102的载波之间的非零频率及相位偏移。光学IQ调制器506经配置以调制光束504以便移除频率及相位偏移且实现必要的锁相。接着使用光学滤波器510对由IQ调制器506产生的经调制光学信号508进行滤波以产生OLO信号150。在一个实施例中，可使用马赫-曾德尔调制器(例如由日本的富士通光学组件有限公司制造的上述型号FTM7967EQ)实施光学IQ调制器506。在替代实施例中，可使用在图6中所展示的IQ调制器实施光学IQ调制器506。
用于光学IQ调制器506的电驱动信号5121及5122是使用压控振荡器(VCO)520以及放大器5161及5162而产生。压控振荡器520是经配置以产生电RF信号5181及5182的电子电路，使得：(i)这两个RF信号具有与由环路滤波器144(例如)通过对由相位检测器400产生的相位误差信号142进行滤波而产生的经滤波相位误差信号146的量值(例如，准dc电压)成比例的相同频率，且(ii)在这两个RF信号之间存在约90度的固定相位偏移。放大器5101及5102经配置以适当地放大电RF信号5161及5162并对其加偏压，借此以致使光学IQ调制器506将边带及载波抑制调制施加到光束504的方式产生电驱动信号5081及5082。因此，由IQ调制器506产生的经调制光学信号508的大部分光学能量含纳在单个调制边带中。光学滤波器510使此相对强的调制边带通过同时拒斥或阻挡残余载波及其它相对弱的调制边带。接着可使用光学滤波器510的输出作为接收器100中的OLO信号150(图1)。
在一些实施例中，光学滤波器510是任选的且可从光源500移除。
图6展示根据本发明的实施例的可用作调制器220(图2)的IQ调制器600的框图。当用作光学偏振D-MUX 200(图2)中的调制器220i时，IQ调制器600经配置以：(i)接收光学信号212i作为光学输入信号；(ii)产生光学输出信号222i；且(iii)使用控制信号104i被驱动。
IQ调制器600包括嵌套式马赫-曾德尔调制器(MZM)610。如本文中所使用，术语“嵌套式”意指马赫-曾德尔调制器610的MZM臂6121及6122中的每一者自身包含相应常规马赫-曾德尔调制器作为组成部分。更具体来说，MZM臂6121包含常规马赫-曾德尔调制器6161，且MZM臂6122包含常规马赫-曾德尔调制器6162。马赫-曾德尔调制器6161及6162中的每一者在图6中展示为矩形，其中所述调制器的臂未明确展示以使图6更易于阅读。
马赫-曾德尔调制器6161是使用控制信号104i的I分量来驱动。举例来说，由控制器300(图3)产生的信号3901、3903、3905及3907中的每一者是对应控制信号104i的I分量。
马赫-曾德尔调制器6162类似地是使用控制信号104i的Q分量来驱动。举例来说，由控制器300(图3)产生的信号3902、3904、3906及3908中的每一者是对应控制信号104i的Q分量。
放大器6041及6042经配置以适当地放大dc偏压并将其分别施加到控制信号104i的I分量及Q分量以分别产生用于马赫-曾德尔调制器6161及6162的电驱动信号6061及6062。
MZM臂6122进一步包含固定相移器620，固定相移器620经配置以将约90度的相移施加到传播穿过所述MZM臂的光学信号。此相移使MZM臂6121及6122能够分别作为IQ调制器600的I调制臂及Q调制臂而操作。
MZM臂6121及6122中的每一者被说明性地展示为进一步包含任选可配置相移器6181及6182中的相应一者。这些相移器可(例如)用于补偿MZM臂6121与6122之间的可能的非期望相位不平衡。如果在IQ调制器600中不存在此类不平衡，那么相移器6181及6182中的每一者可经配置以接收零(例如，接地)偏压电位。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但此说明并不打算解释为具有限制意义。
所属领域的技术人员会明了的所描述实施例的各种修改以及本发明的其它实施例被认为是在所附权利要求书中所表达的本发明的原理及范围内。
除非另有明确陈述，否则每一数值及范围应解释为近似值，就像词语“约”或“近似”在所述值或范围的值之前一样。
权利要求书中的图号及/或图参考标记的使用打算识别所主张的标的物的一或多个可能实施例以促进在审查期间对权利要求书的解释。此使用不应被理解为将所述权利要求书的范围必然限制于由所使用图号及/或图参考标记所指示的实施例。
将进一步理解，所属领域的技术人员可对为解释本发明的性质而已描述及图解说明的部分的细节、材料及布置做出各种改变，此不背离所附权利要求书中所表述的本发明的范围。
本文中所提及的“一个实施例”或“一实施例”意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性可包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”未必全部是指同一实施例，单独或替代实施例也未必与其它实施例相互排斥。相同情形适用于术语“实施方案”。
此外，出于本说明的目的，术语“耦合(couple、coupling、coupled)”、“连接(connect、connecting或connected)”是指此项技术中已知或稍后开发的允许能量在两个或两个以上元件之间传送的任一方式，且涵盖一或多个额外元件的插入，但并非所需的。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等暗示不存在此类额外元件。
所述说明及图式仅图解说明本发明的原理。因此，将了解，所属领域的技术人员将能够设计出尽管本文中未明确描述或展示但体现本发明的原理且包含在其精神及范围内的各种布置。此外，本文中所叙述的所有实例原则上明确地打算仅用于教示目的以帮助读者理解本发明的原理及发明人推动此项技术所贡献的概念，且应理解为不限于此类具体叙述的实例及条件。此外，本文中叙述本发明的实施例以及其特定实例的所有陈述打算涵盖其等效内容。
可通过使用专用硬件以及能够结合适当软件执行软件的硬件提供图中所展示的各种元件(包含标记为“处理器”的任何功能块)的功能。当由处理器提供时，可由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个个别处理器(可共享其中的一些处理器)提供所述功能。此外，对术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应理解为专门地指代能够执行软件的硬件，且可隐含地包含(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)、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)及非易失性存储装置。还可包含常规及/或定制的其它硬件。类似地，图中所展示的任何开关仅是概念性的。可通过程序逻辑的运算、通过专用逻辑、通过程序控制与专用逻辑的交互或甚至可由实施者手动选择的特定技术(如从上下文更具体地理解)来实施其功能。

Claims (10)

1.一种设备，其包括：
光学混合件，其经配置以光学混合光学输入信号与光学本机振荡器“OLO”信号以产生多个经混合光学信号；
第一光/电转换器，其经配置以将所述多个经混合光学信号的第一子集转换成第一电模拟信号(例如，120Iy)；
第二光/电转换器，其经配置以将所述多个经混合光学信号的第二子集转换成第二电模拟信号(例如，120Qy)；
第一限幅器电路，其经配置以对所述第一电模拟信号进行限幅以产生第一电数字信号(例如，128Iy)；
第二限幅器电路，其经配置以对所述第二电模拟信号进行限幅以产生第二电数字信号(例如，128Qy)；及
相位检测器，其经配置以产生所述OLO信号与所述光学输入信号的载波之间的相位差的电度量，其中所述电度量是使用所述第一电模拟信号、所述第一电数字信号、所述第二电模拟信号及所述第二电数字信号而产生。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
解码器，其经配置以从所述第一电数字信号及所述第二电数字信号恢复由所述光学输入信号携载的数据；
激光器，其经配置以产生光束；
光学IQ调制器，其经配置以对所述光束进行光学调制以产生经调制光束，其中所述设备经配置以使用所述经调制光束产生所述OLO信号；
光学滤波器，其经配置以对所述经调制光束进行滤波以产生所述OLO信号；及
锁相环路，其经配置以使用所述电度量驱动所述光学IQ调制器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述相位检测器包括：
第一信号乘法器，其经配置以使所述第一电模拟信号与所述第一电数字信号相乘以产生第一经倍增电信号；
第二信号乘法器，其经配置以使所述第二电模拟信号与所述第二电数字信号相乘以产生第二经倍增电信号；及
信号加法器，其经配置以从所述第一经倍增电信号减去所述第二经倍增电信号以产生所述电度量。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述锁相环路包括：
电环路滤波器，其经配置以对所述电度量进行滤波以产生经滤波度量；及
电压控振荡器，其经配置以使用所述经滤波度量驱动所述光学IQ调制器。
5.根据权利要求4所述的设备，
其中所述电压控振荡器经配置以：
使用所述经滤波度量产生第一电射频信号；及
使用所述经滤波度量产生第二电射频信号，其中所述第一电射频信号及所述第二电射频信号具有与所述经滤波度量成比例的共同射频，且在所述第一电射频信号与所述第二电射频信号之间存在约90度的固定相位偏移；且
其中所述锁相环路经配置以使用所述第一电射频信号及所述第二电射频信号驱动所述光学IQ调制器。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述IQ调制器包括嵌套式马赫-曾德尔调制器。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括光学偏振多路分用器，所述光学偏振多路分用器经配置以将经光学偏振分割多路复用信号多路分用成具有第一偏振的第一光学分量及具有正交于所述第一偏振的第二偏振的第二光学分量，其中所述光学输入信号为所述第一光学分量及所述第二光学分量中的一者。
8.根据权利要求7所述的设备，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以使用所述第一电模拟信号及所述第二电模拟信号产生用于所述光学偏振多路分用器的一或多个控制信号。
9.一种设备，其包括：
光学IQ调制器，其经配置以对相干光束进行光学调制以产生经调制光束，其中所述设备经配置以使用所述经调制光束产生光学本机振荡器“OLO”信号；
光电电路，其经配置以使用所述OLO信号来对光学输入信号施加光学零差检测；及
相位检测器，其经配置以产生所述OLO信号与所述光学输入信号的载波之间的相位差的电度量，其中所述设备经配置以使用所述电度量驱动所述光学IQ调制器。
10.根据权利要求9所述的设备，其进一步包括：
电环路滤波器，其经配置以对所述电度量进行滤波以产生经滤波度量；及
电压控振荡器，其经配置以使用所述经滤波度量驱动所述光学IQ调制器，其中所述光学IQ调制器进一步经配置以使用载波抑制调制及边带抑制调制中的至少一者来对所述相干光束进行光学调制；及
光学滤波器，其经配置以对所述经调制光束进行滤波以产生所述OLO信号，其中：
所述光学滤波器经配置以使所述经调制光束的第一调制边带通过；且
所述OLO信号包括通过所述光学滤波器的所述第一调制边带的光。
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