CN107078995B - 用于正交双二进制相干光通信系统的差分编码和解码 - Google Patents

Abstract

一种方法，包括：接收输入符号流的数字电输入符号，所述输入符号对应于符号星座的信号点。该方法还包括对输入符号进行分类，其中第一符号类包括与对于符号星座的旋转是变化的信号点相对应的输入符号，并且第二符号类包括与对于符合星座的旋转是不变的信号点相对应的输入符号。该方法还包括仅向第一符号类的那些输入符号应用选择性差分编码。

Description

用于正交双二进制相干光通信系统的差分编码和解码

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月14日由Chongjin Xie提交的题为“DIFFERENTIAL-CODINGAND DECODING FOR QUADRATURE DUOBINARY COHERENT OPTICAL COMMUNICATION SYSTEMS”的美国临时申请序列号62/063,671的权益，其在本文中通过引用并入。

技术领域

本发明一般涉及光通信系统以及使用和制造这种系统的方法。

背景技术

本节介绍了可以有助于更好地理解本发明的各个方面。因此，本节的陈述将以此为基础进行阅读，并且不应被理解为承认什么是现有技术或者什么不是现有技术。

具有数字相干检测的偏振分割复用(PDM)正交双二进制(QDB)调制获准用于高速(例如，100Gb/s或更高)光通信。QDB调制信号的相干检测中的一个问题是周跳(cycle-slip)可能导致灾难性的差错传播。如本领域技术人员所理解的，当由激光器输出的光载波(例如连续正弦波信号)的相位漂移时，可能发生周跳。

在使用PDM QDB调制时，降低相干检测中的差错传播的努力已尝试使用在发射数据中周期性插入的导频符号来恢复绝对载波相位。然而，以这种方式恢复绝对载波相位可能需要更复杂的载波相位恢复单元，并且会由于导频符号插入到发射数据流中而降低频谱效率。

发明内容

一个实施例是一种方法。该方法包括：接收输入符号流的数字电输入符号，所述输入符号对应于符号星座的信号点。该方法还可以包括对输入符号进行分类。在一些这样的实施例中，第一符号类包括与对于符号星座的旋转是变化的信号点相对应的输入符号，并且第二符号类包括与对于符合星座的旋转是不变的信号点相对应的输入符号。该方法还可以包括仅向第一符号类的那些输入符号应用选择性差分编码。

在该方法的任何实施例中，符号星座可以是正交双二进制星座。在该方法的任何实施例中，第一符号类可以包括符号[0，1]和[1，0]，并且第二符号类可以包括符号[0，0]和[1，1]。在该方法的任何实施例中，差分编码可以根据差分编码规则应用于输入符号，从而产生差分编码符号。在该方法的任何实施例中，如果第一符号类中的给定符号等于第一符号类中紧接在前的符号，那么该给定符号可以被编码为[1，0]，并且如果给定符号不等于第一符号类中紧接在前的符号，则该给定符号可以被编码为[0，1]。

在该方法的任何实施例中，输入符号流的符号可以在用于在光通信系统中传输输出光数据流的选择性差分编码之前进行预编码。在该方法的任何实施例中，输入符号可以包括两个比特[DI_n，DQ_n]，其中n是符号索引，并且所述符号根据如下而被预编码：PI_n＝XOR(DI_n，PI_n-1)和PQ_n＝XOR(DQ_n，PQ_n-1)；和BI_n＝PI_n+PI_n-1-1和BQ_n＝PQ_n+PQ_n-1-1，预编码的符号是[BI_n，BQ_n]。

该方法的任何实施例还可以包括接收承载输入符号的光流的光信号。该方法的任何实施例还可以包括将光流转换成数字电输入符号。在该方法的任何实施例中，选择性差分编码可以产生选择性差分解码符号流，并且还可以包括对选择性差分解码符号流的符号进行后编码。在该方法的任何实施例中，选择性差分解码的符号可以各自包括两个比特[BI_n，BQ_n]，其中n是符号索引，并且所述选择性差分解码符号根据如下进行后编码：DI_n＝1-|BI_n|和DQ_n＝1-|BQ_n|，后编码符号是[DI_n，DQ_n]。

另一实施例是一种装置。该装置包括被配置为接收输入符号流的数字电输入符号的数字信号处理器(DSP)，所述输入符号对应于符号星座的信号点。该装置还可以包括被配置为对输入符号进行分类的符号分类器。在任何这样的实施例中，第一符号类包括与对于符号星座的旋转是变化的信号点相对应的输入符号，第二符号类包括与对于符号星座的旋转是不变的信号点相对应的输入符号。该装置还可以包括被配置为仅向第一符号类的那些输入符号应用选择性差分编码的选择性差分编码器。

在装置的任何实施例中，符号星座可以是正交双二进制星座。在装置的任何实施例中，第一符号类可以包括符号[0，1]和[1，0]，并且第二符号类可以包括符号[0，0]和[1，1]。在装置的任何实施例中，DSP可以被配置为在用于在光通信系统中传输输出光数据流的选择性差分编码之前对输入符号流的符号进行预编码。在装置的任何这样的实施例中，可以根据差分编码规则将选择性差分编码应用于输入符号，从而产生差分编码符号。在装置的任何实施例中，如果第一符号类中的给定符号等于第一符号类中紧接在前的符号，那么该给定符号可以被编码为[1，0]，并且如果给定符号不等于第一符号类中紧接在前的符号，则该给定符号可以被编码为[0，1]。在装置的任何实施例中，输入符号可以包括两个比特[DI_n，DQ_n]，其中n是符号索引，并且符号根据以下进行预编码：PI_n＝XOR(DI_n，PI_n-1)和PQ_n＝XOR(DQ_n，PQ_n-1)，并且BI_n＝PI_n+PI_n-1-1和BQ_n＝PQ_n+PQ_n-1-1，预编码符号是[BI_n，BQ_n]。

该装置的任何实施例还可以包括被配置为将承载输入符号的光流的接收光信号转换成所述数字电输入符号的光电转换器。在任何这样的实施例中，选择性差分编码可以产生选择性差分解码符号流，并且还可以包括对选择性差分解码符号流的符号进行后编码。在装置的任何实施例中，选择性差分解码的符号可以各自包括两个比特[BI_n，BQ_n]，其中n是符号索引，并且所述选择性差分解码的符号根据以下进行后编码：DI_n＝1-|BI_n|和DQ_n＝1-|BQ_n|，后编码符号是[DI_n，DQ_n]。

另一实施例是光通信系统。该系统包括被配置为将接收的符号光流转换为接收符号的数字电的流的光电转换器，所述接收符号对应于符号星座的信号点。该系统还可以包括被配置为将发射符号的数字电的流转换为发射的符号光流的电光转换器。该系统还可以包括数字信号处理器。数字信号处理器可以被配置为对接收符号和发射符号进行分类。在任何这样的实施例中，第一符号类可以包括与对于符号星座的旋转是变化的符号星座的信号点相对应的符号，第二符号类可以包括与对于符号星座的旋转是不变的符号星座的信号点相对应的符号。数字信号处理器还可以被配置为仅向所述第一符号类的那些输入符号应用选择性差分编码。在系统的任何实施例中，符号星座可以是正交双二进制星座。

附图说明

当与附图一起阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开的实施例。为了方便参考附图中的一些特征，这些特征可以被描述为例如“顶部”、“底部”、“竖直”或“横向”。这样的描述不限制这些特征相对于自然水平或重力的方位。为了讨论的清楚起见，各种特征可能没有按比例绘制，并且可以任意增加或减小尺寸。现在结合附图对以下描述进行参考，其中：

图1A示出了QDB调制的示例星座图；

图1B呈现了与图1A所示的示例星座图相对应的符号映射，其显示了易受周跳影响的星座点；

图2A呈现了根据本公开的用于QDB调制的示例性差分编码方案的流程图；

图2B呈现了根据本公开的用于QDB调制的示例差分解码方案的流程图；

图3呈现了一个示例图，其显示了根据诸如图2A和图2B所呈现的示例实施例之类的本公开的方法实施例的、QDB符号的示例流的差分编码和差分解码的示例方法中的选定步骤；

图4呈现了根据诸如图2A和图2B所呈现的示例实施例之类的本公开的方法实施例的、使用具有差分编码和差分解码的QDB调制的示例通信系统的框图；和

图5描绘了根据本公开(如在上下文或图2-图4中所描述的)针对仿真数据使用差分编码和差分解码操作的示例仿真数据信号的比特差错率(BER)与光信噪比(OSNR)的曲线图。

在附图和文本中，除非另有说明，否则相似或类似的附图标记指示具有相似或相同功能和/或结构的元件。

在附图中，除非另有说明，否则某些特征的相对尺寸可能被夸大以便更清楚地示出其中的一个或多个结构或特征。

在本文中，通过附图和详细描述更充分地描述了各种实施例。然而，本发明可以以各种形式实施，并且不限于在附图和说明性实施例的详细描述中所描述的实施例。

具体实施方式

说明书和附图仅仅是说明本发明的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出尽管未明确地描述或示出在本文中但是体现了本发明的原理并且被包括在其范围内的各种布置。此外，本文所记载的所有示例主要旨在教学目的，以帮助读者理解发明人为推进技术所贡献的发明和概念的原理，并且被解释为不限于这些具体叙述的示例和条件。此外，本文中所有记载本发明的原理、方面和实施例的陈述及其具体示例旨在涵盖其等同物。此外，如本文所使用的术语“或”是指非排他性的，或除非另有说明。而且，这里描述的各种实施例不必定是相互排斥的，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。

本公开的实施例通过使用本文公开的差分编码和差分解码技术来减轻针对QDB调制信号的周跳所引入的差错传播。

图1A呈现了用于QDB调制信号的示例性9点星座。如相关领域技术人员所理解的，QDB调制信号可以由九个星座点105的星座来表示，实部和虚部分别被称为同相或I轴(I)分量和正交或Q轴(Q)分量。如下面进一步讨论的，每个点105表示一个QDB符号。用于QPSK(正交相移键控)、16QAM(正交幅度调制)、64QAM和mPSK的差分编码和差分解码对QDB调制信号是没有效率的或者是不适用的——至少由于后者的9点星座格式。每个星座点105位于九个坐标值中的一个值处。在这个讨论中，星座点被表示为括号内的I、Q对，因此(I，Q)＝(0，±1)，(±1，0)，(±1，±1)和(0，0)。

图1B表示与图1A的QDB星座对应的QDB符号映射。符号映射包括四个符号，其可以表示为括号中的比特值对或双比特，[0，0]，[0，1]，[1，0]和[1，1]。这些值可以由符号映射的第一象限唯一地表示，而其他象限提供了一些符号的冗余映射。任何符号都可以由对应于第一象限的I/Q对来表示。因此，[1，1]符号由星座中的四个简并点表示，[0，1]和[1，0]符号各自由两个简并点表示，[0，0]符号由一个点表示。

本文公开的差分编码和差分解码技术认识到，只有某些类别的QDB星座点105和对应的符号受到由周跳引起的上述传播差错的影响。

图1B中示出了符号类，其中将符号分为两类。本文中称为II类符号的第二符号类110被描绘为实心圆，并对应于周跳不会引起差错的QDB星座点。这样的II类符号可以具有[1，1]或[0，0]的符号值。当周跳包括nπ/2弧度相位旋转时，[1，1]的符号值保持[1，1]，符号值[0，0]保持[0，0]，因此在符号中不存在歧义，因此对于II类符号不会出现差错。

II类符号可以被描述为旋转不变的。旋转不变的符号是：当星座围绕参考点(例如，星座的坐标空间的原点)旋转星座的旋转对称角时符号值不改变的那些符号。在本示例中，旋转对称角度由nπ/2表示。

本文中有时称为I类符号的第一符号类115被描绘为空心圆，并且对应于周跳会引起差错的QDB星座点。这样的I类符号可以具有[1，0]或[0，1]的符号值。与II类符号相反，当周跳涉及例如π/2或3π/2相位旋转时，对应于符号[1，0]的星座坐标值(1，0)将变为对应于符号[0，1]的(0，1)或(0，-1)。类似地，对应于符号[0，1]的星座坐标值(0，1)将变为对应于符号[1，0]的(-1，0)或(1，0)。在任一示例中，都会导致I类符号差错。因此，I类符号可以被描述为旋转变化的。

本公开的实施例提供光学地发射的数据的编码以减轻周跳的影响。一个这样的实施例是如在一个或多个数字信号处理器(DSP)中执行的方法，例如差分编码和差分解码PDM-QDB调制信号的方法。

图2A呈现了根据本公开的用于QDB调制的示例差分编码方法200A的流程图。图2B呈现了根据本公开的用于QDB调制的示例差分解码方案200B的流程图。在各种实施例中，方法200A可以由光发射机执行，并且方法200B可以由光接收机执行。所示的实施例示出调制光信号的单个偏振信道的差分编码/解码。对于PDM-QDB信号，可以使用与所述方法中所呈现的相同步骤来处理每个偏振处的信号。

继续全面参考图2A和图2B，方法200A在数据输入步骤205处开始，其中输入数据对应于通过光通信系统发射的数字化数据，例如电二进制编码数字输入值对流...D_n-1，D_n，D_n+1...，例如符号[D_I，D_Q]。如下面进一步讨论的，可以对输入数据符号执行预编码操作260，以产生预编码符号流[B_I，B_Q]，…B_n-1，B_n，B_n+1…。

方法200A包括在步骤210中例如在DSP中执行对输入符号…D_n-1，D_n，D_n+1…进行分类操作。分类操作包括将输入符号分类为I类或II类符号。II类符号对应于旋转不变的符号，例如[0，0]和[1，1]，在本示例实施例中对应于具有相等幅度的I/Q值的那些星座点，例如(I，Q)＝(1，1)(-1，1)，(1，-1)，(-1，-1)和(0，0)。I类符号对应于那些旋转变化的符号，例如[0，1]和[1，0]，在本示例性实施例中对应于具有不相等幅度的I/Q值的那些星座点，例如(I，Q)＝(0，1)(1，0)，(0，-1)和(-1，0)。

方法200A包括根据差分编码规则，经由步骤215、217和220将差分编码操作仅应用于I类符号，以产生差分编码的符号对。将差分编码规则应用于在数据流中表示的I类符号中的每一个。根据规则，在一个实施例中，如果符号流中给定的I类符号与紧接在前的I类符号相同，则给定的I类符号在步骤217中被编码为[0，1]。并且，根据规则，如果给定符号与来自流的紧接在前的I类符号不同，则在步骤220中相反地将给定符号编码为[1，0]。在替代实施例中，给定的I类符号在步骤217中被编码为[1，0]并在步骤220中被编码为[0，1]。

作为执行差分编码规则的一部分，如果在差分编码操作步骤215、217、220中考虑的给定(当前)符号是来自数据流的第一个I类符号，则第一个I类符号的编码不被改变。例如，如果针对第一个I类符号的编码为[0，1]或[0，-1]，那么在步骤215之后，编码分别保留为[0，1]或[0，-1]。

如图2A中进一步所示，在方法200A的一些实施例中，在步骤225中，将未经受差分编码操作步骤215的II类符号保持、例如缓存在DSP的存储器中。

还如图2A所示，在方法200A的一些实施例中，以重建如在步骤205中在输入数据流中所呈现的数据符号的顺序的方式，将在步骤225中保持的I类符号和步骤217、220中的差分编码的I类符号在步骤230中进行重新组合。

如图2B进一步所示，在方法200B的一些实施例中，选择步骤235可以例如在光接收机中接收在重新组合的数据流中的差分编码符号(包括经受步骤215、217和220的I类符号)。在步骤235中，选择I类符号进行差分解码。所选接收符号在步骤240中经受差分解码操作。在方法200B的一些这样的实施例中，在步骤245中，重新组合的数据流中未经差分编码的符号(例如，未经受步骤215并且先前在步骤225中保持的I类符号)未经修改地被保持、例如被缓存在DSP或不同DSP的存储器中。

在一些实施例中，根据差分解码规则，将步骤240中的差分解码操作应用于差分编码符号以产生差分解码符号。作为在步骤215中执行差分解码规则的一部分，如果稍后的差分编码(I类)符号的I或Q分量的绝对值与紧接在前的差分编码符号的相应I或Q分量的绝对值相同，那么该稍后的差分编码符号被解码为[0，1]。并且，作为执行差分解码规则的一部分，如果稍后的差分编码符号的I和Q分量二者都具有与紧接在前的差分编码符号不同的绝对值，那么该稍后的差分编码符号被解码为[1，0]。在规则的替代变型中，如果稍后的差分编码符号的I或Q分量的绝对值与紧接在前的差分编码符号的绝对值相同，那么该稍后的差分编码符号被解码为[0，-1]。并且，根据该规则的替代变型，如果稍后的差分编码符号的I和Q分量二者都具有与紧接在前的差分编码符号的I和Q不同的绝对值，那么那个差分编码符号被解码为[-1，0]。

另外，作为执行差分解码规则的一部分，如果稍后的差分编码符号是来自数据流的差分编码符号的第一个符号，那么第一个符号的编码不改变。例如，如果第一个I类符号的编码是[0，1](或[0，-1])，那么在步骤240之后，编码分别被保留为[0，1](或[0，-1])。

如图2B进一步所示，在方法200B的一些实施例中，然后在步骤250中以重建如在步骤205和/或235中在输入数据流中所呈现的数据符号的顺序的方式，将在步骤240中形成的差分解码符号和在步骤245中保持的非差分解码符号进行重新组合。方法200B在数据输出步骤255处停止。

作为步骤215中的差分编码操作或步骤240中的差分解码操作的一部分，I类符号对的同相和正交分量是被编码/解码为1还是-1取决于数据流中紧接在前的符号。可以设置为1或-1，以确保相邻符号的I分量之间和/或相邻符号的Q分量之间的电平变化不超过一(unity)。

方法200A的一些实施例还包括步骤260中的预差分编码操作，以将双二进制数据转换为具有值-1、0和1的每个正交的QDB信号的双二进制数据。可以例如在DSP中对在分类操作步骤210之前的步骤205中的电数字输入对中的所有个体分开地执行步骤260中的预差分编码操作。即，在预差分编码操作步骤260之后形成在步骤210中经受分类操作的符号。

针对已处理符号的I分量和Q分量分开地执行预差分编码操作步骤260。在一些实施例中，例如，预差分编码操作步骤260包括针对被表示为同相和正交的QDB调制信号的输入信号的I/Q对(例如，被编码为二进制符号)DI_n和DQ_n中的每一个，分别在步骤262中应用预差分编码规则：

PI_n＝XOR(DI_n，PI_n-1)和PQ_n＝XOR(DQ_n，PQ_n-1)

其中PI_n和PQ_n是用于表示数据流中待调制的第n个数据的同相和正交QDB信号的中间预差分编码的I/Q分量，并且其中XOR是异或逻辑运算。预差分编码规则然后还包括在步骤264中应用第二预差分编码规则：

BI_n＝PI_n+PI_n-1-1，和BQ_n＝PQ_n+PQ_n-1-1

其中BI_n和BQ_n分别对应于与在步骤210中操作的电数字输入符号相对应的QDB调制符号的预差分编码的同相和正交双二进制分量。

方法200B的一些实施例还包括在步骤265中的后差分解码操作，以将双二进制数据转换为QDB信号的I分量和Q分量中的每一个的二进制数据。在DSP或不同的DSP中，可以对包括(例如，在步骤240中解码的)差分解码的I类符号对与(例如，在步骤245中保持的)II类符号对重新组合的重新组合的符号数据流(例如，来自步骤250)的所有个体分别执行步骤265中的后差分解码操作。

在一些实施例中，例如，后差分解码操作步骤265包括：针对表示重新组合的符号数据流的每一个符号应用后差分解码规则：

DI'_n＝1-|EI_n|和DQ'_n＝1-|EQ_n|

其中EI′_n和EQ′_n分别表示由步骤240输出的数据流的同相和正交分量，并且DI′_n和DQ′_n分别表示输出(例如，二进制数据输出)数据流中第n个数据的同相和正交双二进制调制的后差分解码信号(步骤255)。

在方法200A的一些实施例中，可以经由诸如下面在图4的上下文中讨论的系统400之类的光通信系统来发射包含差分编码符号的重建数据流(步骤230)。

在方法200A的一些实施例中，在光通信系统的发射机子单元的DSP中执行差分编码操作(步骤215、217、220)。在一些实施例中，保持、重新组合和预差分编码操作步骤225、230、260也在发射机子单元的DSP中执行。

在方法200B的一些实施例中，在同一光通信系统或远程光通信系统的接收机子单元的不同DSP中执行差分解码操作(步骤240)。在一些实施例中，第二保持、第二重新组合和后差分解码操作步骤245、250、265也在相同或远程接收机子单元的该不同DSP中执行。

图3呈现了根据诸如图2A和图2B所呈现的示例实施例的方法实施例的、QDB信号的示例数据流的差分编码和差分解码的示例方法中的选定步骤的图表。

图3呈现了由数据系统的16个符号(n＝16)的表格呈现所表示的数据流。继续全面参考图2A、图2B和图3，DI_n和DQ_n分别是来自步骤205中呈现的待调制的输入数据的QDB信号的输入符号的I分量和Q分量。如图3所示，作为预编码步骤260的一部分，在应用第一预编码规则(步骤262)之后，生成中间预编码符号[PI_n，PQ_n]，并且在应用第二预编码规则(步骤264)之后，生成预编码符号[BI_n，BQ_n]。为了便于执行第二规则，使用种子值作为第0个符号。

对预编码符号[BI_n，BQ_n]执行分类步骤210。仅对I类符号(n＝4，10-13和16)执行差分编码步骤215(包括步骤217和220)，而II类符号(n＝1-3，5-9，14-15)在步骤225中被保持。在差分编码(步骤215)之后，在步骤230中重新组合I类符号和II类符号以形成输出符号流…[EI_n-1，EQ_n-1]，[EI_n，EQ_n]，[EI_n+1，EQ_n+1]…。然后可以将重新组合的符号(例如，经由光调制器)转换成例如经由光纤在长距离(例如，千米)上传输的光同相和正交QDB调制信号。

然后可以将光符号(例如，经由光电接收机)转换回数字电信号，分量对等同于步骤230中形成的重新组合的符号数据流[EI_n，EQ_n]。

重新组合的符号数据流[EI_n，EQ_n]经受选择步骤235，然后差分编码的符号对——I类符号在步骤240中经受差分解码，同时非差分编码的符号——II类符号在步骤245中被保持。在差分解码步骤240之后，以重建如在步骤205中在输入数据流中所呈现的数据符号的顺序的方式在步骤250中重新组合I类符号和II类符号，从而形成重新组合的差分解码符号对的流(EI′_n，EQ′_n)。

在步骤265中，重新组合的差分解码符号(EI′_n，EQ′_n)经受对(例如，来自步骤250的)重新组合的符号数据流中的所有符号的后解码操作，以形成可以在步骤255处输出的后差分解码符号(DI′_n，DQ′_n)。

因此，从图3中可以看出，在图2A/图2B和相关描述中所描述的编码和解码处理之后，可以在输出处恢复输入数据。

本公开的另一实施例是光通信系统。图4呈现了根据本公开的使用具有差分编码和差分解码的QDB调制的示例光通信系统400的框图。

继续全面参考图2A、图2B和图4，系统400包括可以接收数据流410(例如，步骤205中的电数字输入符号)的DSP 405。DSP 405被编程或者具有被编程的子模块，以对数字电输入符号执行分类操作(例如，步骤210)，然后将差分编码操作仅仅应用于I类符号(例如，步骤215)。在一些实施例中，DSP 405也被编程为执行保持操作(例如，步骤225)、组合操作(例如，步骤230)和预差分编码操作(例如，步骤260)。

在一些实施例中，DSP 405可以在专用集成电路(ASIC)中实施，该ASIC包括本领域技术人员熟悉的一个或多个微处理器、存储器块和其他电路组件，其被定制以执行分类、差分编码、预编码、保持和重新组合的操作(例如步骤210-230和260)。在其他实施例中，集成电路405可以被在通用集成电路中实施。在ASIC或通用集成电路的一些实施例中，可以包括一个或多个微处理器和存储器块，其可以被编程为执行作为计算机可执行指令存储在计算机可读介质上的此类操作。

在一些实施例中，DSP 405是光通信系统400的发射机子单元420的一部分。系统400的实施例还可以包括光源422和光调制器424。

光源422可以在光的载波波长处产生光束426。在一些实施例中，源422是诸如激光二极管之类的激光器。在一些实施例中，光束426可以在公共光电信频带中的任何一个中，包括原始(“O”)频带(例如，约1260nm至约1360nm)、扩展(“E”)频带(例如，约1360nm至约1460nm)、短(“S”)频带(例如，约1460nm至约1530nm)、常规(“C”)频带(例如，约1530nm至约1565nm)、长(“L”)频带(从例如1565nm至约1625nm)或超长(“U”)频带(例如，约1625nm至约1675nm)。

光调制器424可以接收光束426，并且对光束426进行调制，如通过承载来自DSP405的差分编码符号流的I分量和Q分量的数据流的电信号驱动那样。光调制器424(例如，光IQ光调制器)可以生成发出同相和正交的QDB调制信号对的光输出信号428。相关领域技术人员将理解：承载数据流的电信号，例如，如本文所公开的差分编码符号对的流，如何可以由光调制器424转换成光正交双二进制调制信号。

如图4所示，QDB调制光输出信号428可以将由数字电输入符号传送的信息(例如，在步骤205处的数据输入处接收的信息)承载到光纤430或光纤和放大器的网络，并且在某些情况下，在长距离(例如，距离较远的公里)上承载输出信号428。

如图4进一步所示，在一些实施例中，为了便于从DSP 405到光调制器426的差分编码符号对的精确传输，发射机子单元405还可以包括一个或多个放大器432，该放大器被配置为接收和放大与差分编码符号对相对应的电信号。

如图4进一步所示，在一些实施例中，为了便于从DSP 405到光调制器424的差分编码符号对的精确传输，发射机子单元405还可以包括一个或多个低通滤波器434(LPF)，该低通滤波器被配置为接收从放大器432输出的经放大的电信号。

如图4所示，系统400的一些实施例还可以包括接收机子单元440。在一些实施例中，DSP 405也可以是接收机子单元440的一部分，并且在这样的实施例中，发射机子单元405和接收机子单元440可以是系统400的收发器或者该收发器的一部分。在包括所示实施例的其他实施例中，接收机子单元440可以包括不同的DSP 445。DSP 405或不同的DSP 445包括被编程为应用差分解码操作(例如，步骤240)的集成电路(例如，其中实施DSP 405的同一电路，或不同的电路)。DSP 405或不同的DSP 445也可以分别被编程或者分别具有被编程的子模块，以执行选择操作(例如，步骤235)、组合操作(例如，步骤250)和后差分解码操作(步骤265)，并且在一些实施例中具有其他模块以执行本领域技术人员熟悉的其他操作(例如，色散补偿，载波分离，解调等)。

在系统400的一些实施例中，接收机子单元440还可以包括光电接收机450，该光电接收机被配置为接收双二进制调制信号的同相和正交分量的光信号作为输入(例如，经由光纤430发射到接收机子单元440的差分编码符号作为双二进制调制信号428的同相和正交分量的光信号)，并且产生包括差分编码符号(例如，[EI_n，EQ_n]符号)的电信号452作为输出，并且输出具有差分解码符号(例如，[EI′_n，EQ′_n]符号)或后差分解码符号(例如，[DI′_n，DQ′_n]符号)的电信号输出数据460(例如，步骤255中输出的数据)。

为了便于光到电转换，一些实施例中，接收机子单元440可以包括光本地振荡器455，该光本地振荡器被连接为将参考光信号457递送到光电接收机450。接收机子单元440的实施例可以包括模数转换器462(ADC)，该模数转换器连接到光电接收机450并且被连接为将包括差分编码对的数字电信号452递送到DSP(例如DSP 445)。

图4示出了本公开的另一实施例：非瞬态计算机可读介质470。介质470包括存储在计算机可读介质470上的软件指令475。虽然示出为连接到DSP 445，但介质470或不同的介质可以向DSP 420提供指令。在一些实施例中，介质470可以是DSP 405或不同DSP 445中的非瞬态存储器或固件的形式。在其他情况下，计算机可读介质可以存储在如下计算机中的硬盘、CD、软盘、拇指驱动器或本领域技术人员熟悉的其他介质上，该计算机与DSP 405和/或不同DSP 445相比而言位于远程、但是将计算机可执行指令发送到DSP 405和/或不同的DSP 445。

当由数字信号处理器405处理时，指令475执行包括处理表示电数字输入符号(例如，输入数据410)的数据流的输入符号的方法(例如，方法200A)，包括分类操作210以及差分编码操作215。

在一些实施例中，软件指令475包括执行保持操作(例如，步骤225)、组合操作(例如，步骤230)和预差分编码操作(例如，步骤260)的指令。在一些实施例中，当由DSP 405或不同DSP 445执行时，指令475执行差分解码操作(例如，步骤240)。在一些实施例中，软件指令475包括执行选择操作(例如，步骤235)、组合操作(例如，步骤250)和后差分解码操作(步骤265)的指令。

使用仿真数据测试如本文所述的差分编码和解码操作的有效性。图5描绘了根据本公开针对仿真数据使用差分编码和差分解码的示例数据信号的比特差错率(BER)与光信噪比(OSNR)的曲线图。仿真数据信号被配置为表示每秒128千兆字节的PDM QDB编码信号数据流。假设光源422和本地振荡器455具有500kHz的线宽。在仿真中，将本领域技术人员熟悉的维特比-维特比载波相位估计方法用于载波相位恢复。如图5所示，如BER和OSNR之间的平滑连续曲线关系所表明的，基本上没有观察到周跳所引发的差错传播。

虽然已经详细描述了本公开，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (13)

1.一种用于通信的方法，包括：

接收输入符号流的数字电输入符号，所述输入符号对应于符号星座的信号点；

对所述输入符号进行分类，其中第一符号类包括与对于所述符号星座的旋转是变化的信号点相对应的输入符号，并且第二符号类包括与对于所述符号星座的旋转是不变的信号点相对应的输入符号，其中所述符号星座是正交双二进制星座；以及

仅向所述第一符号类的那些输入符号应用选择性差分编码。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一符号类包括符号[0，1]和[1，0]，并且所述第二符号类包括符号[0，0]和[1，1]。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

根据差分编码规则将所述差分编码应用于所述输入符号，从而产生差分编码符号；并且

其中：

如果所述第一符号类中的给定符号等于所述第一符号类中紧接在前的符号，那么将所述给定符号编码为[1，0]；以及

如果所述给定符号不等于所述第一符号类中紧接在前的所述符号，那么将所述给定符号编码为[0，1]。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述输入符号包括两个比特[DI_n，DQ_n]，其中n是符号索引，并且所述符号根据如下而被预编码

PI_n＝XOR(DI_n，PI_n-1)和PQ_n＝XOR(DQ_n，PQ_n-1)；和

BI_n＝PI_n+PI_n-1-1和BQ_n＝PQ_n+PQ_n-1-1，

预编码后的符号是[BI_n，BQ_n]，

其中，PI_n和PQ_n是用于表示数据流中待调制的第n个数据的同相和正交的正交双二进制信号的中间预差分编码的I/Q分量。

5.一种用于通信的装置，包括：

数字信号处理器(DSP)，被配置为接收输入符号流的数字电输入符号，所述输入符号对应于符号星座的信号点，其中所述符号星座是正交双二进制星座；

符号分类器，被配置为对所述输入符号进行分类，其中第一符号类包括与对于所述符号星座的旋转是变化的信号点相对应的输入符号，并且第二符号类包括与对于所述符号星座的旋转是不变的信号点相对应的输入符号；和

选择性差分编码器，被配置为仅向所述第一符号类的那些输入符号应用选择性差分编码。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一符号类包括符号[0，1]和[1，0]，并且所述第二符号类包括符号[0，0]和[1，1]。

7.根据权利要求5所述的装置，还包括：

光电转换器，被配置为将承载输入符号的光流的接收光信号转换成所述数字电输入符号。

8.根据权利要求6所述的装置，其中：

根据差分编码规则将所述差分编码应用于所述输入符号，从而产生差分编码符号；并且

其中：

如果所述第一符号类中的给定符号等于所述第一符号类中紧接在前的符号，那么将所述给定符号编码为[1，0]；以及

如果所述给定符号不等于所述第一符号类中紧接在前的所述符号，那么将所述给定符号编码为[0，1]。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述输入符号包括两个比特[DI_n，DQ_n]，其中n是符号索引，并且所述符号根据如下而被预编码

PI_n＝XOR(DI_n，PI_n-1)和PQ_n＝XOR(DQ_n，PQ_n-1)；和

BI_n＝PI_n+PI_n-1-1和BQ_n＝PQ_n+PQ_n-1-1，

预编码后的符号是[BI_n，BQ_n]，

其中，PI_n和PQ_n是用于表示数据流中待调制的第n个数据的同相和正交的正交双二进制信号的中间预差分编码的I/Q分量。

10.一种光通信系统，包括：

光电转换器，被配置为将接收的符号光流转换为接收符号的数字电的流，所述接收符号对应于符号星座的信号点，其中所述符号星座是正交双二进制星座；

电光转换器，被配置为将发射符号的数字电的流转换为发射的符号光流；和

数字信号处理器，被配置为：

对所述接收符号和所述发射符号进行分类，其中第一符号类包括与对于所述符号星座的旋转是变化的所述符号星座的信号点相对应的符号，并且第二符号类包括与对于所述符号星座的旋转是不变的所述符号星座的信号点相对应的符号；和

仅向所述第一符号类的那些输入符号应用选择性差分编码。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一符号类包括符号[0，1]和[1，0]，并且所述第二符号类包括符号[0，0]和[1，1]。

12.根据权利要求11所述的系统，其中：

根据差分编码规则将所述选择性差分编码应用于所述输入符号，从而产生差分编码符号；并且

其中：

如果所述第一符号类中的给定符号等于所述第一符号类中紧接在前的符号，那么将所述给定符号编码为[1，0]；以及

如果所述给定符号不等于所述第一符号类中紧接在前的所述符号，那么将所述给定符号编码为[0，1]。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述输入符号包括两个比特[DI_n，DQ_n]，其中n是符号索引，并且所述符号根据如下而被预编码

PI_n＝XOR(DI_n，PI_n-1)和PQ_n＝XOR(DQ_n，PQ_n-1)；和

BI_n＝PI_n+PI_n-1-1和BQ_n＝PQ_n+PQ_n-1-1，

预编码后的符号是[BI_n，BQ_n]，

其中，PI_n和PQ_n是用于表示数据流中待调制的第n个数据的同相和正交的正交双二进制信号的中间预差分编码的I/Q分量。

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