CN105393487B - 相干光接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种相干光接收器(800)，所述相干光接收器包括：模数转换装置(801)，用于将模拟相干光信号(802)采样到数字相干光信号(804)中；信道均衡装置(803)，用于均衡所述数字相干光信号(804)；信道传递函数计算装置(801)，用于基于通过内插装置(807a、807b)内插的所述数字相干光信号(804)和所述均衡数字相干光信号(806)计算信道传递函数(808)，并且用于基于所述计算出的信道传递函数(808)调整所述信道均衡装置(803)；相位检测装置(809)，用于基于所述均衡数字相干光信号(806)提供定时误差检测特性TEDC信号(810)；后馈定时恢复装置(811)，用于关于频率偏移补偿标准基于所述TEDC信号(810)调整所述模数转换装置(801)的所述采样；以及前馈定时恢复装置(813)，用于关于相位偏移补偿标准调整所述内插装置(807a、807b)。

Description

相干光接收器
技术领域
本发明涉及一种相干光接收器和一种用于相干光接收器中的时钟恢复的方法。
背景技术
长途光纤系统的重要目标是在最长距离上传输最高数据吞吐量而不会在光电光再生器中出现信号再生。假定通过光放大器并且最终通过纤维自身对带宽施加的约束，重要的是使频谱效率最大化。大多数当前的系统使用二进制调制格式，例如对每个符号的一位进行编码的断续键控。
先进的调制格式结合相干接收器实现了高容量和频谱效率。偏振复用、正交幅度调制和相干检测被视为用于下一代大容量光传输系统的优胜组合，因为它们允许以所有可用自由度进行信息编码。
使用正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)星座的商用设备已经在40和100Gb/s光传输系统中可用。16-QAM很可能是用于400Gb/s光传输系统的候选者。图1中示出相干光接收器100的方块图。由于数字信号映射到两个偏振中，因此使用90°混合101来混合输入信号102与本地振荡器(local oscillator，LO)信号104，其产生四个输出信号106(每个偏振两个信号)。光信号102通过由光电二极管(单个PIN或经平衡的)和跨阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)构成的光前端(optical front end，OFE)103转化成电信号。由于信号功率可以随时间而变化，因此快速自动增益控制块105弥补信号功率变化。存在四个自动增益控制(automatic gain control，AGC)块105，其也可以是OFE块103的组成部分。通常，归因于实现复杂度，一对AGC块105通过一个控制信号(VXAGC用于X偏振，VYAGC用于Y偏振；见图1)来控制。然而，四个AGC块105可以通过4个独立的控制电压来控制。AGC块105之后的信号108通过使用模数转换器(analog-to-digital converters，ADC)107量化。
四个量化数字数据流110进一步在数字信号处理(digital signal processingDSP)块109中处理，DSP块109划分成两部分，即快速DSP硬件部分109a和慢速DSP软件部分109b。在DSP块109中，一个补偿色度色散(chromatic dispersion，CD)、偏振模色散(polarization mode dispersion PMD)、偏振旋转、非线性效应、LO噪声、LO频率偏移等。慢速处理的估计(LO频率偏移、CD等)可以在DSP电路109的软件部分109b中进行。
图2中呈现基本DSP块200。在偏移和增益校正201之后，使用两个快速傅立叶变换(fast Fourier transformation，FFT)块203在频域中针对色度色散均衡四个信号202。在频率恢复块205中去除频率偏移。使用布置成蝶形结构的有限脉冲响应(finite impulseresponse，FIR)滤波器207在时域中进行偏振追踪、PMD补偿和残余CD补偿。残余频率偏移和载波相位恢复两者在载波恢复块209中进行。当在发送侧应用差分解码时，在解码和帧检测块211中使用差分解码器。在FFT块203中有效补偿CD。补偿CD函数是
其中λ0是信号波长，fs是采样频率、N是FFT大小，c是光速，n是抽头数目，L是纤维长度并且D是色散系数。
归因于复杂度原因，针对每个偏振应用仅使用复输入的一个FFT块301(图3)。逆FFT(inverse FFT，IFFT)303与FFT 301相同，但是在输入和输出处交换了实部和虚部。
在数字通信系统中，每个接收器的中心部分是时钟恢复电路，其从传入数据提取频率和相位并且促使本振时钟源控制ADC的采样率和采样相位。第二特征在过采样系统中不太重要，因为数据处理块对采样相位不太敏感。对于数字系统已经提出若干检相器(phase detector，PD)。其中的一些频繁用于实用系统：[K.H.米勒(K.H.Mueller)和M.穆勒(M.Müller)，IEEE通信会报(IEEE Transaction on Comm.)，24期，516-531页(1976年)]中描述了米勒和穆勒检相器。[J.D.H.亚历山大(J.D.H.Alexander)，电子快报(Electron.Lett.)，111期，541-542页(1975年)]中描述了亚历山大检相器。[F.加德纳(F.Gardner)，IEEE通信会报(IEEE Transaction on Comm.)，34期，423-429页(1986年)]中描述了加德纳检相器。[D.戈达德(D.Godard)，IEEE通信会报(IEEE Transaction onComm.)，26期，517-523页(1978年)]中描述了戈达德检相器。对于所有检相器常见的是定时误差检测器特性(跨符号间隔的PD输出)极类似于正弦函数。一个例外是亚历山大的“开关式”检相器(“bang-bang”phase detector)，其TEDC在存在噪声的情况下同样具有正弦形状。
米勒和穆勒PD以每个符号一个样本起作用。其它PD用于双重过采样。
针对复信号加德纳PD的TEDC可以描述为：
TEDC(τ)＝E[real(x(kT-T/2+τ)(x*(kT+τ)-x*(kT-T+τ)))] (1)
其中T是符号间隔，x是输入信号，τ是采样时刻(在0与T之间)，E是预期运营商，并且*表示复共轭运算。戈达德PD可以在FFT域中简单转译为
其中N是FFT大小(傅里叶变换的大小)，并且X是x(kT/2+τ)),k＝0,1,…N-1的FFT。接收到的信号是过采样的(每个符号两个样本)。
基于奈奎斯特(Nyquist)脉冲的奈奎斯特传输用以频率限制信道带宽。这允许更好的信道包装和自动更高的频谱效率。升余弦滤波器是低通奈奎斯特滤波器的实施方式，即，具有残留对称的属性的滤波器。这意味着其频谱呈现约1/2T的奇对称，其中T是通信系统的符号周期。其频域描述通过以下公式给出：
0≤β≤1(3)
并且以两个值为特征：β，滚降系数；以及T，采样周期。此类滤波器的脉冲响应通过以下公式给出：
依据归一化的辛格函数。滚降系数β是滤波器的多余带宽的量度，即所占用的超出1/2T的奈奎斯特带宽的带宽。
图4中示出奈奎斯特滤波器的频率400a和脉冲响应400b。对于等于0的滚降系数，实现了最小信号带宽。
减小滚降系数(roll-off factor，ROF，β)破坏了时钟音品质。TEDC变得极小，其产生较大且不受控制的抖动。加德纳PD针对在Eb/N0＝3dB下的QPSK调制格式的TEDC模拟结果500显示出对于小ROF值存在严重时钟音退化，如从图5可见。对于大于0.3的ROF值，正弦TEDC变得可接受。
对于相同情况，针对ROF＝0模拟更多TEDC特性600(每512个符号一个)。图6中示出的结果说明时钟恢复问题。TEDC极小且不同步。
[T.T.丰(T.T.Fang)，EEE通信会报(IEEE Transaction on Comm.)，1期，133-140页(1991年)]描述的方案700在PAM系统中使用第4功率操作以产生在波特率下的时钟音，如图7中所图示。此方法使用特殊的预滤器701和窄带滤波器703来滤出时钟音。其实现对于小ROF值的时钟提取但是对于更高ROF值未能实现时钟提取。在模拟域中实现完整的系统700，其中关于采样频率和时钟提取之前的信号数字化不存在任何限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于相干光接收器中的改进的时钟恢复的技术。
此目的通过独立权利要求的特征得以实现。其它实施形式通过附属权利要求、描述以及图式清楚可见。
用于改进的时钟恢复的技术可以通过使用前馈和后馈时钟恢复来实现，所述时钟恢复通过提供定时误差检测特性(timing error detection characteristic，TDEC)信号用于时钟偏移和相位偏移补偿的检相器耦合。
为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和符号：
QAM：正交幅度调制，
QPSK：正交相移键控，
LO：本地振荡器，
OFE：光前端，
PIN：正-本征-负，
AGC：自动增益控制，
ADC：模数转换器，
DSP：数字信号处理，
CD：色度色散，
PMD：偏振模色散，
FFT：快速傅里叶变换，
FIR：有限脉冲响应，
PD：检相器，
TEDC：定时误差检测特性，
ROF：滚降系数，
TR：定时恢复，
FF-TR：前馈定时恢复，
FB-TR：后馈定时恢复，
CR：时钟恢复，
LPF：低通滤波器，
DAC：数模转换器
VCO：压控振荡器，
UI：单元间隔，
CDU：时钟分布单元，
OFDM：正交频分多路复用。
根据第一方面，本发明涉及一种相干光接收器，所述相干光接收器包括：模数转换装置，用于将模拟相干光信号采样到数字相干光信号中；信道均衡装置，用于均衡数字相干光信号；信道传递函数计算装置，用于基于通过内插装置内插的数字相干光信号和均衡数字相干光信号计算信道传递函数，并且用于基于计算出的信道传递函数调整信道均衡装置；相位检测装置，用于基于均衡数字相干光信号提供定时误差检测特性TEDC信号；后馈定时恢复装置，用于关于频率偏移补偿标准基于TEDC信号调整模数转换装置的采样；以及前馈定时恢复装置，用于关于相位偏移补偿标准调整内插装置。
相干光接收器在奈奎斯特系统中提供时钟提取。通过使用前馈和后馈定时恢复装置，可以对滚降系数ROFβ独立地启用时钟提取。相干光接收器通过使用后馈定时恢复装置为后馈定时恢复提供定时信号。相干光接收器通过使用前馈定时恢复装置使得前馈定时恢复能够耐受较大和快速抖动。通过使用内插装置，相干光接收器使用容易实施的不要求每一个复信号分量四个样本的最简单的线性内插法产生正交分量。相干光接收器可以独立于调制格式操作。
在根据第一方面的相干光接收器的第一可能实施形式中，TEDC信号指示模拟相干光信号相对于本地振荡器的相位偏移和频率偏移，本地振荡器控制模数转换装置的采样。
通过使用TEDC信号，可以补偿模拟相干光信号的相位偏移和频率偏移。
在根据第一方面本身或根据第一方面的第一实施形式的相干光接收器的第二可能实施形式中，内插装置包括用于内插数字相干光信号的第一内插装置和用于内插均衡数字相干光信号的第二内插装置。
在根据第一方面的第二实施形式的相干光接收器的第三可能实施形式中，第一内插装置为两个输入样本提供两个输出样本；并且第二内插装置为两个输入样本提供一个输出样本。
当第一内插装置为两个输入样本提供两个输出样本并且第二内插装置为两个输入样本提供一个输出样本时，可以正确地调整内插以用于精确计算信道传递函数。
在根据第一方面本身或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的相干光接收器的第四可能实施形式中，前馈定时恢复装置包括用于基于TEDC信号计算时钟位置的位置计算装置。
通过使用位置计算装置，可以相对于相位偏移补偿精确调整时钟位置。
在根据第一方面的第四实施形式的相干光接收器的第五可能实施形式中，内插装置用于提供在计算出的时钟位置处的数字相干光信号和均衡数字相干光信号的样本。
当内插装置提供在计算出的时钟位置处的数字相干光信号和均衡数字相干光信号的样本时，信道均衡装置可以精确均衡数字相干光信号，由此减少误码率。
在根据第一方面的第四实施形式的相干光接收器的第六可能实施形式中，TEDC信号在被提供给位置计算装置之前通过无限脉冲响应IIR低通滤波器过滤。
在根据由此的第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的相干光接收器的第七可能实施形式中，相干光接收器包括：载波恢复装置，所述载波恢复装置用于基于均衡数字相干光信号恢复模拟相干光信号的载波信号。
通过恢复载波信号，相干光接收器灵活地用于使用载波信号或数字相干光信号以用于检测信道传递函数。
在根据第一方面的第七实施形式的相干光接收器的第八可能实施形式中，信道传递函数计算装置用于基于载波信号计算信道传递函数。
基于载波信号计算信道传递函数是容易实施的。
在根据由此的第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的相干光接收器的第九可能实施形式中，数字相干光信号包括每个符号两个样本。
使用包括每个符号两个样本的数字相干光信号改进了接收器的精确性。
在根据第一方面的第九实施形式的相干光接收器的第十可能实施形式中，相位检测装置用于基于两个连续符号间隔的样本提供TEDC信号。
基于两个连续符号间隔的样本的TEDC信号可以容易计算出。具有一个延迟元件的简单滤波器可以应用于所述计算。
在根据由此的第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的相干光接收器的第十一可能实施形式中，相干光接收器用于接收使用奈奎斯特脉冲的光信号、用于接收任何QAM或PSK调制格式的光信号和/或用于接收具有小于最小界定奈奎斯特带宽的信号带宽的光信号。
通过接收使用奈奎斯特脉冲的光信号，改进接收器在数据速率方面的性能。相干光接收器可以灵活地用于接收任何QAM或PSK调制格式。
根据第二方面，本发明涉及一种用于相干光接收器的检相器，其中检相器用于根据以下关系基于数字相干光信号提供TEDC信号：TEDC(τ)＝E(real{[C(n-1)-C(n+1)]conj[C(n)]})、C(n-1)＝A(n-1)conj[α+(1-α)B(n-1)]、C(n)＝B(n-1)conj[α+(1-α)A(n)]、C(n+1)＝A(n)conj[α+(1-α)B(n)]，其中A(n)和B(n)描述在一个符号间隔n内的数字相干光信号(804)的样本，E()表示预期值并且conj[]表示共轭值复合运算。
此类检相器提供具有强时钟音和低抖动的线性TEDC信号。
在根据第二方面发检相器的第一可能实施形式中，检相器用于具体来说通过将根据第二方面的关系应用到数字相干光信号及其移位版本来提供线性TEDC信号。
此类检相器可以通过使用标准FIR滤波或IIR滤波来简单地实施。
根据第三方面，本发明涉及一种用于相干光接收器中的时钟恢复的方法，所述方法包括：将模拟相干光信号采样到数字相干光信号中；均衡数字相干光信号；基于数字相干光信号和均衡数字相干光信号的内插计算信道传递函数并且基于计算出的信道传递函数调整信道均衡装置；基于均衡数字相干光信号提供定时误差检测特性TEDC信号；根据频率偏移补偿标准基于TEDC信号调整模数转换器的采样；以及根据相位偏移补偿标准调整数字相干光信号和均衡数字相干光信号的内插。
此类方法可以有利地在奈奎斯特系统中应用于时钟提取。通过根据频率偏移补偿标准基于TEDC信号调整模数转换器的采样以及根据相位偏移补偿标准调整数字相干光信号和均衡数字相干光信号的内插，可以对滚降系数独立地启用时钟提取。所述方法因此为后馈定时恢复提供定时信号并且允许前馈定时恢复耐受较大和快速抖动。通过使用内插法，所述方法能够使用容易实施的不要求每一个复信号成分四个样本的最简单的线性内插法产生正交分量。所述方法因此允许独立于调制格式操作相干光接收器。
本文中描述的方法、系统和设备可以实施为在数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、微控制器或任何其它侧处理器中的软件或实施为专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)内的硬件电路。
本发明可以实施于数字电子电路或计算机硬件、固件、软件或其组合中，例如，实施于常规移动设备的可用硬件或专用于处理本文所描述的方法的新硬件中。
附图说明
本发明的具体实施方式将结合以下附图进行描述，其中：
图1示出说明常规相干光接收器100的方块图；
图2示出说明图1中所描绘的相干光接收器100的基本DSP块200的方块图；
图3示出说明图2中所描绘的基本DSP块200的CD补偿块300的方块图；
图4示出具有各种滚降系数的常规升余弦滤波器的频率400a和脉冲响应400b的图式；
图5示出说明对于图4中所描绘的升余弦滤波器针对从0到1以0.1为一级的滚降系数的QPSK加德纳定时误差检测特性(timing error detection characteristics，TEDC)500的图式；
图6示出说明对于图4中所描绘的升余弦滤波器针对滚降系数1的QPSK加德纳TEDC600的图式；
图7示出说明第4功率低模拟系统700的信号预处理以用于时钟音提取的方块图；
图8示出说明根据实施形式的相干光接收器800的方块图；
图9示出说明根据实施形式的检相器的TED特性900的图式；
图10示出QPSK调制后信号的实部1000a和虚部1000b的眼图；
图11a示出根据实施形式的具有线性TEDC的检相器1100的方块图；
图11b示出根据实施形式的在图11a中所描绘的检相器1100中使用的低通滤波器1150的方块图；
图12示出说明图11中所描绘的检相器1100的线性TEDC 1200针对ROF＝0和α＝0的TEDC图式；
图13示出根据实施形式的具有线性TEDC的检相器1300的方块图；
图14示出根据实施形式的具有线性TEDC包括用于改变采样相位的电路的检相器1400的方块图；
图15示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对ROF＝0和α＝0的参数W1的图式1500a，参数gW2的图式1500b，TEDC的图式1500c；
图16示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对4QAM和Eb/N0＝3dB的TEDC的图式1600；
图17示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对16QAM和Eb/N0＝6dB的TEDC的图式1700；
图18示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对64QAM和Eb/N0＝10dB的TEDC的图式1800；
图19示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对4QAM和Eb/N0＝3dB的TEDC的图式1900；
图20示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对16QAM和Eb/N0＝6dB的TEDC的图式2000；
图21示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对64QAM和Eb/N0＝10dB的TEDC的图式2100；
图22示出发送电路2200和接收电路2250的方块图，说明根据实施形式的奈奎斯特超信道定时；
图23示出说明包括根据实施形式的平行实施的检相器的电路2300的方块图；以及
图24示出说明根据实施形式用于相干光接收器中的时钟恢复的方法2400的示意图。
具体实施方式
图1示出说明如上文所描述的常规相干光接收器100的方块图。
图2示出说明如上文所描述的图1中所描绘的相干光接收器100的基本DSP块200的方块图。
图3示出说明如上文所描述的图2中所描绘的基本DSP块200的CD补偿块300的方块图。
图4示出如上文所描述的具有各种滚降系数的常规升余弦滤波器的频率400a和脉冲响应400b的图式。
图5示出说明如上文所描述的对于图4中所描绘的升余弦滤波器针对从0到1以0.1为一级的滚降系数的QPSK加德纳定时误差检测特性(timing error detectioncharacteristics，TEDC)500的图式。
图6示出说明如上文所描述的对于图4中所描绘的升余弦滤波器针对滚降系数1的QPSK加德纳TEDC 600的图式。
图7示出说明如上文所描述的第4功率低模拟系统700的信号预处理以用于时钟音提取的方块图。
图8示出说明根据实施形式的相干光接收器800的方块图。
相干光接收器800包括模数转换装置801，例如模数转换器(analog-to-digitalconventer，ADC)，其用于将模拟相干光信号802采样到数字相干光信号804中。相干光接收器800包括用于均衡数字相干光信号804的信道均衡装置803。相干光接收器800包括信道传递函数计算装置，例如信道传递函数计算器805，其用于基于通过内插装置807a、807b内插的数字相干光信号804和均衡数字相干光信号806计算信道传递函数808，并且用于基于计算出的信道传递函数808调整信道均衡装置803。数字相干光信号804在被提供给信道传递函数计算装置805之前通过延迟元件831和第一内插装置，例如第一内插器807a。交换机S2用于将数字相干光信号804或直接或在已经通过延迟元件831和第一内插器807a之后切换到信道传递函数计算装置805。
模拟相干光信号802可以相当于上文关于图1所描述的信号108。模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)801可以相当于上文关于图1所描述的ADC 107。数字相干光信号804可以相当于上文关于图1所描述的信号110。
相干光接收器800包括相位检测装置809，例如，如下文关于图11、13和14所述的检相器，其用于基于均衡数字相干光信号806提供定时误差检测特性TEDC信号810。
相干光接收器800包括后馈定时恢复装置811，其用于根据频率偏移补偿标准基于TEDC信号810调整模数转换装置801的采样。TEDC信号810在被提供给压控振荡器815的本地振荡器之前通过数模转换器833和低通滤波器835。压控振荡器(voltage controlledoscillator，VCO)815控制模数转换器801的采样率和采样时间的调整，使得补偿数字相干光信号与模拟相干光信号之间的频率偏移。
相干光接收器800包括前馈定时恢复装置813，其用于根据相位偏移补偿标准调整内插装置807a、807b。TEDC信号810在被提供给位置计算器817之前通过低通滤波器819，位置计算器817使用过滤后的TEDC信号计算第一内插器807a和第二内插器807b的适当时钟位置。第二内插器807b内插均衡数字相干光信号806并且将内插的均衡数字相干光信号提供给信道传递函数计算器805。第一内插器807a内插经延迟元件831延迟的数字相干光信号804并且将内插的延迟数字相干光信号提供给信道传递函数计算器805。信道传递函数计算器805基于内插的均衡数字相干光信号并且基于内插的延迟数字相干光信号计算信道传递函数。交换机S1可以用来选择性地将通过载波恢复单元821恢复的恢复后的载波信号812或内插的均衡数字相干光信号提供给信道传递函数计算器805。
图8中呈现相干光学系统中的前馈(feed-forward，FF-)813和后馈(feed-backward，FB-)811定时恢复(timing recovery，TR)。后馈定时恢复(feed-backwardtiming recovery，FB-TR)811包括检相器(phase detector，PD)809、数-模转换器(digital-analog converter，DAC)833、低通滤波器(low-pass filter，LPF2)835以及作为本地振荡器(local oscillator，LO)的压控振荡器(voltage controlled oscillator，VCO)815。前馈定时恢复(feed-forward timing recovery，FF-TR)813包括内插装置807a、807b、检相器(phase detector，PD)809、位置计算装置817、低通滤波器(low-pass filter，LPF1)819和延迟元件831。ADC 801通常从两个偏振(x'和y'；四个数据线)递送复信号。在一个实施方式中，对标示为数字相干光信号804的信号两倍过采样，但是有可能使用多相滤波器以少于每个符号2个样本来起作用。信道均衡器803补偿CD、PMD、非线性效应等。在“信道传递函数计算”块805中估计由线性和非线性级联功能构成的信道传递函数。此块可以用途训练序列以估计信道传递函数(交换机S2在位置4并且交换机S1在中间位置)。
在信道均衡之后，标示为均衡数字相干光信号806的信号x和y在检相器(phasedetector，PD)809中使用，与FF-TR 813和FB-TR 811共享。检相器809输出含有与时钟参数有关的信息的信号(标示为TEDC信号810)。正确的时钟信号必须是：
s(t)＝sin(2πf) (5)
然而，Tx VCO和Rx VCO未经同步。当前时钟信号等于
参数A与时钟提取实际上不相关(仅在定时恢复电路的设计中起作用)；主要影响恢复块的反应时间。时钟偏移Δf和相位偏移是必须补偿的负效应。FB-TR 811负责经由反馈回路(小带宽回路)的时钟偏移补偿。由于在检相器与ADC块801之间存在较大延迟，因此需要FF-TR 813以追踪/补偿快速采样相位变化(与自相位抖动不相关)。
PD块809输出与接收到的数据与Rx VCO时钟之间的残余相位差成正比的信号810。此信号810在DAC块833之后经过过滤(LPF2 835)并且用于VCO 815的时钟和相位调节。FF-TR 813使用数字域中的IIR低通滤波器(LPF1 819)过滤PD输出810。过滤后的信号含有关于正确的时钟位置的信息。这用于位置计算的块817中。基于此位置和样本，在信道均衡器803之后，内插器807b(内插2；2个样本输入；一个样本输出)以正确的采样实例递送样本。信道估计器805可以或盲模式或决策引导模式运行，并且在信道均衡器803之前的数据经过延迟831(移位寄存器)和内插807a(内插1；2个样本输入；2个样本输出)为在信道均衡803之后的数据。因此，正确采样阶段处的数据用于信道估计805。
在载波恢复821之后的数据也可以用于信道估计805(在位置2中的交换机S1)以改进信道估计器805的精确性。增强的PD 809与复调制格式一起作用(也可以与实信号一起作用)。接收到的信号806是两倍过采样的(每个符号两个样本)。一个符号间隔n内的样本通过A(n)和B(n)指示。于是，通过使用以下方程式计算TEDC信号810
TEDC(τ)＝E(real{[C(n-1)-C(n+1)]conj[C(n)]}) (7)
其中C值导出为
并且E表示预期(在实用实施方式中使用低通滤波器求平均值)。α＝0和ROF＝0的TEDC信号810具有正弦形状，其中正过零指示稳态(采样时刻；见图9)。使用方程式(7)中的虚部产生历时一个单元间隔(unit interval，UI；符号间隔)具有恒定值的TEDC。此类TEDC无法直接用于时钟提取。可以避免方程式7中的共轭值运算以改进一些特殊传输情境的性能。在一个实施方式中，参数α用以改进针对不同调制格式和脉冲波形的时钟性能并且用以另外调整采样相位。
在相干光接收器800的一个实施方式中，TEDC信号810指示模拟相干光信号801相对于本地振荡器815的相位偏移和频率偏移，其中本地振荡器815控制模数转换装置801的采样。
在相干光接收器800的一个实施方式中，内插装置807a、807b包括用于内插数字相干光信号804的第一内插装置807a和用于内插均衡数字相干光信号806的第二内插装置807b。
在相干光接收器800的一个实施方式中，第一内插装置807a为两个输入样本提供两个输出样本；并且第二内插装置807b为两个输入样本提供一个输出样本。
在相干光接收器800的一个实施方式中，前馈定时恢复装置813包括用于基于TEDC信号810计算时钟位置的位置计算装置817。
在相干光接收器800的一个实施方式中，内插装置807a、807b用于提供在计算出的时钟位置处的数字相干光信号804和均衡数字相干光信号806的样本。
在相干光接收器800的一个实施方式中，TEDC信号810在被提供给位置计算装置817之前通过无限脉冲响应IIR低通滤波器819过滤。
在一个实施方式中，相干光接收器800包括载波恢复装置821，所述载波恢复装置用于基于均衡数字相干光信号806恢复模拟相干光信号802的载波信号812。
在相干光接收器800的一个实施方式中，信道传递函数计算装置805用于基于载波信号812计算信道传递函数808。
在相干光接收器800的一个实施方式中，数字相干光信号804包括每个符号两个样本。
在相干光接收器800的一个实施方式中，相位检测装置809用于基于两个连续符号间隔的样本提供TEDC信号810。
在一个实施方式中，相干光接收器800用于接收使用奈奎斯特脉冲的光信号、用于接收任何QAM或PSK调制格式的光信号和/或用于接收具有小于最小界定奈奎斯特带宽的信号带宽的光信号。
在相干光接收器800的一个实施方式中，相位检测装置809用于根据方程式(7)和(8)基于数字相干光信号804提供TEDC信号810。
在相干光接收器800的一个实施方式中，相位检测装置809用于具体来说通过将方程式(7)和(8)应用到数字相干光信号804及其移位版本来提供线性TEDC信号810。
图9示出说明根据实施形式的检相器的TED特性900的图式。检相器可以应用于如上文关于图8所描述的相干光接收器800。通过分析图9的TED特性900，可以推断检相器在0.25UI处产生时钟。VCO将在此相位锁定；从而升高TEDC过零。然而，时钟应在0.5UI处，即在图表的中心处。
图10示出图9中所描绘的检相器的输入端处的实信号1000a和虚信号1000b的眼图。眼图示出QPSK信号的实部和虚部。比较图9和10，可以推断检相器在0.25UI处产生时钟，VCO将在此相位锁定；从而升高TEDC过零，但是时钟应在0.5UI处，即在眼图的中心处。
图11a示出根据实施形式的具有线性TEDC的检相器1100的方块图。检相器1100可以应用于如上文关于图8所描述的相干光接收器800。
相对于图9和10中示出的检相器修改PD块以提供正确的采样相位。通过两个PD1101、1103处理输入信号1102(方程式7和8)。信号的一个部分在移位了UI/4 1105的采样时刻内插。以此方式产生具有正弦形状的信号W2以及具有余弦形状的W1信号。使用所述块计算从-π到+π的角函数(反正切)值1107(可以是查找表；look-up table，LUT)并且通过2π来标准化这些值，来自此块1107的输出信号1110取得在-0.5与+0.5之间的值。此值τ直接用于内插。为了实现更大追踪范围，可以通过解缠函数处理τ值。
图11b示出根据实施形式的在图11a中所描绘的检相器1100中使用的低通滤波器1150的方块图。使用具有传递函数的IIR结构在数字域中实现LPF1 1150：
其中fc是滤波器输入数字信号的频率。用于产生正弦函数的第二检相器1103的内插器可以实现为图8中示出的内插器。例如，使用四个样本的立方内插器可以用来内插信号。
图12示出说明图11中所描绘的检相器1100的线性TEDC 1200针对ROF＝0和α＝0的TEDC图式。图12中呈现线性TEDC。此函数以等于一个UI的周期为周期。在一个实施方式中，此类检相器应用于如上文关于图8所描述的相干光接收器800。
图13示出根据实施形式的具有线性TEDC的检相器1300的方块图。检相器1300可以应用于如上文关于图8所描述的相干光接收器800。
两个相邻样本1302、1304被添加1301并馈送到主PD 1300的基本检相器1307、1309。基本检相器1307和1309改变输出信号功率，并且信号W2具有与信号W1不同的极大值。这产生非反正切函数。使用适当的方程式可以精确地计算此功率变化。信号W2在进入到查询表(lookup-table，LUT)1305之前乘以1303参数g。此参数等于：
图14示出根据实施形式的具有线性TEDC包括用于改变采样相位的电路的检相器1400的方块图。检相器1400可以应用于如上文关于图8所描述的相干光接收器800。
可以使用可以交换W1和W2函数与函数符号的交换机1401进一步调整采样相位：
W1’＝a1Wm
W2'＝a2Wn
其中a1和a2可以是+1或-1。Wm和Wn是W1或gW2并且Wm不等于Wn。
图15上部示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对ROF＝0和α＝0的参数W1的图式1500a；图15中部示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对ROF＝0和α＝0的参数gW2的图式1500b；并且图15下部示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对ROF＝0和α＝0的TEDC的图式1500c。
信号W1和gW2是几乎相同的，除所要的移位90度外。这证明参数g是以适当方式计算的。在这两个函数之间的小区别未降低TEDC函数的线性。如从图15下部可见，TEDC信号1500c是线性的并且便于内插器中的使用。可以使用解缠函数扩展反正切函数的范围以涵盖不限于一个UI的更大抖动。相移可以定义为：
解缠函数范围取决于可用寄存器长度。为了避免尤其在捕获相位(时脉频率偏移捕获)时的较大相位波动，此函数可以限于若干符号。
图16示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对4QAM和Eb/N0＝3dB的TEDC的图式1600；图17示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对16QAM和Eb/N0＝6dB的TEDC的图式1700；图18示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对64QAM和Eb/N0＝10dB的TEDC的图式1800；图19示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对4QAM和Eb/N0＝3dB的TEDC的图式1900；图20示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对16QAM和Eb/N0＝6dB的TEDC的图式2000；以及图21示出说明对于图13中所描绘的具有线性TEDC的检相器针对64QAM和Eb/N0＝10dB的TEDC的图式2100。
模拟三种调制格式，即具有从0到1以0.1为一级的ROF的4、16和64QAM(α＝0)，并且呈现TEDC。在所有情况下的信号功率归一化为1。一可以表示TEDC曲线几乎独立于ROF值和调制格式。通过任何已知的PD不能实现此类性能。以0.02的误码率(bit error rate，BER)(20％的FEC软限制)选择Eb/N0值
针对所有情况研究了对于ROF＝0和α＝0的自抖动性能和噪声抖动性能。每个TEDC曲线在1024个符号上导出。每个图中示出64个曲线。可以根据正过零区域的宽度估计抖动的量。在所有情况下绝对峰-峰抖动未越过UI(采样周期；单元间隔)的2％。基于公开和经验，此类抖动性能在可接受的限制内。
图22示出发送电路2200和接收电路2250的方块图，说明根据实施形式的奈奎斯特超信道定时。
相干光学通信的当前趋势是使用高调制格式提高频谱效率，偏振和密集信道包装(OFDM、奈奎斯特等)两者。因此，整合一组N个发送器Tx1、Tx2、TxN以节省功率、大小和价格。代替N个VCO，超信道发送电路2200共享用于所有发送器Tx1、Tx2、TxN的一个VCO 2201。这实现如图22中所示。一个VCO 2201供应时钟分布单元(clock distribution unit，CDU，2203)，其为所有N个发送器Tx1、Tx2、TxN计时。
正如所料，接收器侧2250从信道整合中增益。代替N个PD，仅实施一个PD 2251以支持时钟提取。连接到第一接收器Rx1(或任何接收器Rx1、Rx2、RxN)的数据的一个PD提取时钟音信息，所述信息后续通过低通滤波器(low-pass filter，LPF，2253)过滤并发送到VCO2255。PD增益、LPF参数和VCO增益控制时序性能(环路带宽、转存等)。
图23示出说明包括根据实施形式的平行实施的检相器的电路2300的方块图。
高符号速率要求包含时钟提取算法的DSP算法的平行实施。数据分组为N个符号的块。当采用双重过采样时，每块的样本总数目是2N。在图23中，通过a和b指示在一个符号间隔内的两个样本。此图式呈现α＝0的实现。在α不等于0的情况下简单明了的是修改结构(见方程式8)。每个数据块的PD输出的最大数目等于N。最后一个输出要求来自下一数据块的第一两个样本且不包含于图23中。在实际应用中，并非所有数据必须通过PD处理。通常，数据的一些部分未经使用，可能牺牲时钟性能。高调制格式要求更高信噪比，并且在时钟提取引擎中待处理的减少数目的数据不明显影响时序性能。通过v指示的PD输出在求和单元2301中求和，提供PD输出信号2302，所述信号通过如上文关于图8所描述的LPF1过滤以用于内插。并且，经过求和(求平均值的信号)2302例如通过使用DAC 833经DAC转换，并且用于FB-TR 811以控制VCO 815频率和相位。VCO输出对如上文关于图8所描述的ADC电路801进行计时。在一个实施方式中，检相器电路2300在如上文关于图8所描述的相干光接收器800中用作检相器809。
图24示出说明根据实施形式用于相干光接收器中的时钟恢复的方法2400的示意图。
方法2400包括2401将模拟相干光信号采样到数字相干光信号中。方法2400包括2403均衡数字相干光信号。方法2400包括2405基于数字相干光信号和均衡数字相干光信号的内插计算信道传递函数并且基于计算出的信道传递函数调整信道均衡装置。方法2400包括2407基于均衡数字相干光信号提供定时误差检测特性TEDC信号。方法2400包括2409根据频率偏移补偿标准基于TEDC信号调整模数转换器的采样。方法2400包括2411根据相位偏移补偿标准调整数字相干光信号和均衡数字相干光信号的内插。
通过阅读以上内容，所属领域的技术人员将清楚地了解，可提供多种方法、系统、记录媒体上的计算机程序及其类似者等等。
本发明还支持包含计算机可执行代码或计算机可执行指令的计算机程序产品，这些计算机可执行代码或计算机可执行指令在执行时使得至少一台计算机执行本文所述的执行及计算步骤。
通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代产品、修改及变体是显而易见的。当然，所属领域的技术人员容易意识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效文句的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (2)

1.一种用于相干光接收器(800)的检相器(809、1100、1300、1400)，其特征在于，所述检相器用于根据以下关系基于数字相干光信号(804)提供TEDC信号(810)：
TEDC(τ)＝E(real{[C(n-1)-C(n+1)]conj[C(n)]})，
C(n-1)＝A(n-1)conj[α+(1-α)B(n-1)]，
C(n)＝B(n-1)conj[α+(1-α)A(n)]，
C(n+1)＝A(n)conj[α+(1-α)B(n)]，
其中A(n)和B(n)描述在一个符号间隔n内的所述数字相干光信号(804)的样本，E()表示预期值并且conj[]表示共轭值复合运算，real为实部，α为调整参数，τ为在0与T之间的采样时刻，T为采样间隔。
2.根据权利要求1所述的检相器(809、1100、1300、1400)，其特征在于，用于具体来说通过将根据权利要求1所述的关系应用到所述数字相干光信号(804)及其移位版本来提供线性TEDC信号(810)。
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