CN106464649B - 用于恢复时域混合调制qam信号的方法和装置 - Google Patents

用于恢复时域混合调制qam信号的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于恢复正交幅度调制(QAM)信号的方法。该方法包括：在解复用器处接收QAM信号，其中，QAM信号包括多个调制方式，将QAM信号分成k个分支，其中，k是所述信号的QAM调制方式的数量，将具有最低阶QAM调制方式的分支传送至第一均衡器，所述第一均衡器用于恢复和跟踪偏振并且补偿偏振模色散(PMD)，利用由第一均衡器确定的恢复值来对抽头更新算法进行更新，以及基于所述恢复值来针对所有其他分支恢复和跟踪偏振并且补偿PMD。

Description

用于恢复时域混合调制QAM信号的方法和装置
本申请要求于2014年6月18日提交的名称为“Method And Apparatus ForRecovering Time-Domain Hybrid Modulated QAM Signals(用于恢复时域混合调制QAM信号的方法和装置)”的美国非临时申请第14/308,315号的权益，该美国非临时申请通过引用合并至本文中。
技术领域
本发明总体上涉及正交幅度调制(quadrature amplitude modulation,QAM)领域。更特别地，本发明涉及时域混合调制QAM信号的恢复。
背景技术
在光通信中，已经使用了许多调制方式来传输数据。启闭键控(On-Off keying，OOK)是已经使用的一种调制方式，在该调制方式中，使用信号强度变化来编码数据。OOK在信号频域中引入了强特征音调，强特征音调可以被检测为信号的周期性强度变化。为了检测所述信号，使用常规的时钟恢复方式例如通过使用窄带通滤波器对所检测到的信号强度进行滤波来获得音调中的时序信息。
相移键控(Phase Shift Keying，PSK)、差分PSK(Differential PSK，DPSK)、正交PSK(Quadrature PSK，QPSK)和差分QPSK(Differential QPSK，DQPSK)是近来较多使用的其他调制方式。在这样的调制方式中，使用信号相位变化来编码数据。多年来，基于正交相位的调制已经被广泛使用以实现在射频(radio frequency,RF)通信系统——包括偏振复用的光通信系统——中的高频谱效率。
在偏振复用的光通信系统中，两个信号以两个正交线性偏振态被携带在一个波长上，其中一个信号被调制在正交偏振态中的一个正交偏振态下，而另一个信号被调制在另一个正交偏振态下。例如与其他调制方式相比，偏振复用的光通信系统中的正交相位调制可以实现传输效率的约四倍提高。
发明内容
在一种实施方式中，公开了一种用于恢复正交幅度调制(QAM)信号的方法。该方法包括：在解复用器处接收QAM信号，其中，QAM信号包括多个调制方式；将QAM信号分成k个分支，其中，k是所述信号的QAM调制方式的数量；将具有最低阶QAM调制方式的分支传送至第一均衡器，所述第一均衡器用于恢复和跟踪偏振并且补偿偏振模色散(polarization modedispersion,PMD)；利用由第一均衡器确定的恢复值来对抽头更新算法进行更新；以及基于所述恢复值来针对所有其他分支恢复和跟踪偏振并且补偿PMD。
根据其他实施方式，该方法被继之以：将每个经补偿的分支传送至相位校正单元；从第一相位校正单元恢复和跟踪最低阶QAM信号的载波相位以得到误差信号；以及基于所述误差信号来恢复和跟踪剩余的QAM信号分支的载波相位。
附图说明
合并在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式并且连同描述一起用来说明本发明的原理。
图1是针对时域混合QAM的示例性传输数据块的框图。
图2是针对时域混合QAM的示例性符号交织数据分配和示例性块交织数据分配的框图。
图3是根据本发明的实施方式的示例性主从结构多输入多输出(multiple-input-multiple-output,MIMO)均衡器的框图。
图4是根据本发明的实施方式的示例性主从结构载波相位恢复电路的框图。
图5是根据本发明的实施方式的示例性混合QAM传输(4QAM和8QAM)的星座图。
具体实施方式
现在将详细参考若干实施方式。尽管会结合替选实施方式来描述主题，但应当理解的是，这些替选实施方式并非旨在将要求保护的主题限制于这些实施方式。相反，要求保护的主题旨在涵盖可以被包括在由所附权利要求书限定的要求保护的主题的精神和范围内的替选方案、修改方案和等同方案。
此外，在下面详细的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将会认识到，实施方式可以在不具有这些具体细节的情况下或者利用这些具体细节的等同物来实践。在其他实例中，公知的方法、过程、部件和电路未被详细地描述以免不必要地模糊主题的各个方面和特征。
下面详细描述的一部分在方法方面进行了呈现和讨论。尽管在本文附图中可能公开了步骤和步骤的顺序来描述该方法的操作，但这样的步骤和顺序是示例性的。实施方式很适合于执行各种其他步骤或本文附图的流程图中陈述的步骤的变型并且以本文所描绘和描述的顺序之外的顺序来执行。
详细描述的一些部分在可以在计算机存储器上执行的数据比特的操作的过程、步骤、逻辑块、处理以及其他符号表示方面进行了呈现。这些描述和表示是由数据处理领域的技术人员用来向其他领域的技术人员更有效地传达其工作实质的手段。过程、计算机执行步骤、逻辑块、处理等在此处并且通常地被认为是引起期望结果的自相一致的一系列步骤或指令。这些步骤是要求对物理量进行物理操作的步骤。尽管不一定，但通常这些量采用能够在计算机系统中被存储、转移、组合、比较和以其他方式操作的电信号或磁信号的形式。已经证明有时主要出于通用原因而将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等是便利的。
然而，应当记住的是，所有这些术语和类似术语要与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的便利标记。除非特别声明根据下面论述明显看出，否则，要理解，贯穿全文，使用诸如“访问”、“写入”、“包括”、“存储”、“传输”、“遍历”、“关联”、“识别”等术语的论述是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和处理，所述计算机系统或类似电子计算设备对被表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据进行操作并将其变换为类似地被表示为计算器系统存储器或寄存器或者其他这样的信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理量的其他数据。
用于恢复时域混合调制QAM信号的方法和装置
在本文中公开了用于恢复时域混合调制QAM信号的硬件高效的主从结构的偏振和载波相位恢复电路。主电路对最低阶QAM进行处理并且得到误差信号以用于使均衡器收敛并且跟踪载波相位。一个或更多个从电路通过将从最低阶QAM得到的均衡和经恢复的载波相位直接应用于较高阶QAM信号来处理较高阶QAM信号。这样，使用时域混合的连续速率自适应传输可以提高频谱效率。
如图1所描绘的，根据本发明的一些实施方式，传输数据可以被划分成连续的块，其中训练符号插入在每个块的头部。数据(例如，数据101和数据102)作为时域混合QAM来传输，其中数据块是符号交织的(图2的左侧)或者是块交织的(图2的右侧)。使用并行配置的多输入多输出(MIMO)均衡器来恢复偏振并且对偏振复用的QAM信号的偏振模色散(PDM)进行补偿。根据一些实施方式，硬件复杂度不仅与QAM信号的阶成比例而且还与均衡器的算法成比例。
对于如图2所描绘的符号交织信号或块交织信号，所接收的数字样本基于其QAM阶被分配成k个分支。例如，符号交织信号200使用1:k*k符号分配器204将每头部多个样本(例如，样本201、202和203)布置成单个数据流。也可以使用块交织结构210，在块交织结构210中，使用1:k块分配器214来使每个样本(例如，样本211、212和213)分配有头部。根据一些实施方式，针对符号交织信号，可以执行MIMO均衡和相位恢复二者，而针对块交织信号，由于相位的快速改变，可以仅执行MIMO均衡。
现在关于图3，根据本公开内容的实施方式描绘了用于恢复和跟踪偏振并且补偿偏振模色散(PMD)的示例性主从结构多输入多输出(MIMO)均衡器。对于包括k个调制方式的信号，数字样本流301在解复用器302处被进行成帧和解复用成k个分支。例如，当信号包括QPSK调制方式、8QAM调制方式和16QAM调制方式时，k＝3。来自解复用器302的k个分支向k个MIMO均衡器(例如，MIMO均衡器303、304和305)之一输出帧并且被并行地处理。k个分支MIMO均衡器之一(例如，MIMO均衡器303)是主均衡器并且具有抽头系数(W)更新电路306。主均衡器对最低阶QAM进行处理以得到误差信号以用于恢复和跟踪偏振并且补偿PMD。不是针对每个分支均计算新抽头系数，而是剩余的k-1个分支均衡器被配置为从均衡器。从均衡器使用与主均衡器的W值相同的W值来对误差进行补偿。换言之，仅基于主均衡器的较低阶QAM信号来执行抽头更新。
利用这种主从结构并行MIMO，对于k QAM信号混合，用于更新MIMO的硬件被至少缩减至常规更新电路的1/k。由于最低阶QAM调制的样本被分配至主均衡器，所以抽头更新电路(tap updating circuit)以最低误差信号计算状态实现并且取得大幅降低的硬件复杂度。根据一些实施方式，经均衡的信号401、402和403被输出以用于相位恢复(参见图4)。
关于图4，根据本公开内容的实施方式描绘了用于恢复和跟踪载波相位的示例性主从式载波相位恢复单元400。MIMO均衡器(例如，MIMIO均衡器303、304和305)的输出(例如，输出401、402和403)被传送至相位校正QAM(例如，相位校正QAM 404、405和406)并且被并行地处理。载波相位恢复电路(recovery circuit,CR)407从主相位校正QAM(例如，相位校正QAM 404)恢复最低阶QAM信号以得到误差信号以用于恢复和跟踪载波相位。剩余的相位校正QAM(例如，相位校正QAM 405和406)被配置为从相位校正QAM并且使用由CR 407用最低阶QAM信号确定的误差信号来进行误差补偿。
对于k QAM信号混合，CR的硬件复杂度被至少降低至常规载波恢复电路的1/k。载波相位恢复电路需要恢复和跟踪所接收的信号的相位改变和频率改变。由于相位变化比偏振快得多，所以块交织时域混合QAM必须采用常规载波恢复电路，即数字锁相环或维特比相位恢复。载波相位Φ由CR基于最低阶QAM调制的数字样本来恢复并且被应用于所有的QAM样本。由于使用具有最低阶QAM调制的样本来恢复相位，所以硬件复杂度被进一步降低。
关于图5，根据本发明的实施方式描绘了混合QAM传输(4QAM和8QAM)的示例性星座图。每个矩形代表水平轴(时域)上的数据符号。如所描绘的，根据本发明的一些实施方式，4QAM具有4种可能的符号(67％的时间在使用)，而8QAM信号具有8种可能的符号(33％的时间在使用)。

Claims (12)

1.一种用于恢复正交幅度调制(QAM)信号的方法，所述方法包括：
在解复用器处接收QAM信号，其中，所述QAM信号包括k个调制方式；
将所述QAM信号分成k个分支；
将具有最低阶QAM调制方式的分支传送至第一均衡器，所述第一均衡器用于恢复和跟踪偏振并且补偿偏振模色散(PMD)；
利用由所述第一均衡器确定的恢复值来对抽头更新算法进行更新；
基于所述恢复值来针对所有其他分支恢复和跟踪偏振并且补偿PMD；
将每个经补偿的分支传送至相位校正单元；
从第一相位校正单元恢复和跟踪所述最低阶QAM信号的载波相位以得到误差信号；以及
基于所述误差信号来恢复和跟踪剩余的QAM信号分支的载波相位，
其中，均衡器和相位校正单元均并行地工作，
其中，每个分支具有一个均衡器和一个相位校正单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，k＝2并且所述QAM信号包括QPSK调制和8QAM调制。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，k＝3并且所述QAM信号包括QPSK调制、8QAM调制和16QAM调制。
4.根据权利要求1所述的方法，所述QAM信号是符号交织的。
5.根据权利要求1所述的方法，所述QAM信号是块交织的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述QAM信号是时域混合调制QAM信号。
7.一种用于恢复正交幅度调制(QAM)信号的装置，包括：
解复用器，所述解复用器被配置成接收QAM信号，并将所述QAM信号分成k个分支，其中，所述QAM信号包括k个调制方式；
k个均衡器，所述k个均衡器被配置成接收QAM信号的所述k个分支，其中，所述k个均衡器包括第一均衡器，所述第一均衡器用于对所述信号的具有最低阶QAM调制方式的分支进行处理以恢复和跟踪偏振并且补偿PMD；
抽头更新单元，所述抽头更新单元用于更新由所述第一均衡器确定的恢复值，所述恢复值被其他均衡器使用以用于恢复和跟踪偏振并且补偿PMD；
k个相位校正单元，所述k个相位校正单元包括第一相位校正单元，所述第一相位校正单元用于恢复和跟踪最低阶QAM信号的载波相位以得到误差信号；以及
载波相位恢复电路(CR)，所述载波相位恢复电路(CR)用于更新由所述第一相位校正单元确定的所述误差信号，所述误差信号被其他相位校正单元使用以用于恢复和跟踪载波相位，
其中，均衡器和相位校正单元均并行地工作，
其中，每个分支具有一个均衡器和一个相位校正单元。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述QAM信号包括QPSK调制和8QAM调制。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述QAM信号包括QPSK调制、8QAM调制和16QAM调制。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述QAM信号是符号交织的。
11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述QAM信号是块交织的。
12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述QAM信号是时域混合调制QAM信号。
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