CN107104725B - 一种用于接收光信号的光接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于直接检测光通信系统的带内光干扰减轻。本公开提供了用于减轻干扰信号对在直接检测光接收器处接收的光信号的影响的系统、方法和装置。光接收器能够衰减由从传送器传送到光接收器的传送光信号与在光接收器接收的一个或多个附加信号之间的干扰产生的干扰噪声信号。干扰可以是由于多径干扰或由于带内干扰。接收器包括用于对接收的光信号进行滤波以去除干扰的可调谐滤波器。频率偏移模块处理接收的光信号以确定指示调制光信号的载波频率和干扰光信号的载波频率之间的差的频率偏移。偏移频率和由频率偏移模块确定的带宽可以用于调整可调谐滤波器以从接收信号去除干扰信号。

Description

一种用于接收光信号的光接收器
技术领域
本公开涉及通信网络领域，并且特别涉及光收发器。
背景技术
诸如光通信系统的通信系统包括用于在通信链路上通信数据的传送器和接收器。在一些实施方式中，由诸如在光链路中使用的连接器的光部件引起的反射会干扰在光链路上于传送器和接收器之间传送的原始光信号。
发明内容
根据一个方面，本公开中描述的主题涉及一种用于接收光信号的光接收器。该接收器包括至少一个光电检测器、模数转换器以及数字信号处理器。至少一个光电检测器被配置为响应于接收光信号而生成第一电气模拟接收器信号，该光信号包括调制光信号和噪声光信号。模数转换器被配置为接收第一电气模拟接收器信号并生成对应的第一数字接收器信号。数字信号处理器被配置为从第一数字接收器信号中减去数据信号以生成中间数字信号。数字信号处理器进一步被配置为从中间数字信号确定干扰信号的频率偏移和带宽，该干扰信号的频率偏移指示调制光信号的载波频率和噪声光信号的载波频率之间的差。数字信号处理器进一步被配置为使用陷波滤波器对第一数字接收器信号进行滤波，以生成滤波的数字接收器信号，该陷波滤波器具有分别基本上等于干扰信号的频率和带宽的中心频率和带宽。
根据另一方面，本公开中描述的主题涉及一种用于接收光信号的光接收器。该接收器包括至少一个光电检测器、模数转换器以及数字信号处理器。至少一个光电检测器被配置为响应于接收光信号而生成第一电气模拟接收器信号，该光信号包括调制光信号和噪声光信号。模数转换器被配置为接收第一电气模拟信号并生成对应的第一数字接收器信号。数字信号处理器被配置为从第一数字接收器信号中减去数据信号以生成中间数字信号。数字信号处理器进一步被配置为从中间数字信号确定干扰信号的频率和带宽，该干扰信号的频率指示调制光信号的载波频率和噪声光信号的载波频率之间的差。数字信号处理器还被配置为使用具有分别等于干扰信号的频率和带宽的频率和带宽的滤波器来对中间数字信号进行滤波，以生成估计的干扰信号。数字信号处理器进一步被配置为从第一数字接收器信号中减去估计的干扰信号，以生成干扰抑制数字接收器信号。
根据另一方面，本公开中描述的主题涉及一种光传送器，其包括被配置为生成具有载波频率的光信号的激光器。该传送器进一步包括用于使用数据信号调制载波频率以生成调制光信号的调制器。该传送器还包括被配置为调谐激光器的载波频率的激光调谐器。该传送器进一步包括处理器，其被配置为从远程接收器接收干扰信号的频率偏移，该干扰信号的频率偏移指示调制光信号的载波频率和噪声光信号的载波频率之间的差。该处理器进一步被配置为响应于接收频率偏移，动态地将频率偏移与调制光信号的带宽进行比较；以及基于频率偏移小于带宽，控制激光调谐器调谐激光器的载波频率，使得所接收的频率偏移大于带宽。
在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。从说明书、附图和权利要求书，其他特征、方面和优点将变得显而易见。注意，以下附图的相对尺寸可能不按比例绘制。
附图说明
图1示出了示例通信系统。
图2示出了另一示例通信系统。
图3示出了能够减轻光信号中的干扰的第一接收器。
图4示出了能够减轻光信号中的干扰的第二接收器。
图5示出了能够减轻光信号中的干扰的第三接收器。
图6示出了用于在图5所示的第三接收器中使用的另一示例干扰减轻块。
图7示出了示例带通滤波器的框图。
图8示出了用于减轻带内干扰的另一示例收发器。
各个附图中相同的附图标号和标记指示相同的元件。
具体实施方式
以上介绍的以及下面更详细讨论的各种概念可以以多种方式中的任一种来实现，因为所描述的概念不限于任何特定的实现方式。提供具体实施方式和应用的示例主要是为了说明的目的。
图1示出了示例通信系统100。特别地，通信系统100包括在通信链路106上与第二收发器104通信的第一收发器102。第一收发器 102和第二收发器104中的每一个可以耦合到相应的设备，诸如网络交换机、计算机、数据存储设备、网络接口卡、主机总线适配器等。第一和第二收发器102和104可以在它们相应的设备之间提供通信。在一些实施方式中，通信链路106可以包括有线或无线通信链路。在一些实施方式中，通信链路106可以包括光链路。
第一收发器102可以包括第一传送器108和第一接收器110。类似地，第二收发器104可以包括第二传送器112和第二接收器114。第一传送器108可以在第一光链路116上与第二接收器114通信，而第二传送器112可以在第二光链路118上与第一接收器110通信。在一些实施方式中，第一收发器102和第二收发器104可以在带外链路上进行通信。第一传送器108和第二传送器112可以各自包括用于处理和传送表示分别在光链路116和118上传送的数据的光信号的电路。类似地，第一接收器110和第二接收器114可以包括用于分别接收和处理由第一传送器108和第二传送器112传送的光信号以再生数据的电路。例如，第一传送器108可以包括数字信号处理器(DSP)152，第一接收器110可以包括DSP 154，第二传送器112可以包括DSP 158，第二接收器114可以包括DSP 156。每个传送器和接收器中的DSP可以执行控制和信号处理操作，并且还可以在接收器和传送器处与各种输入和输出光和电气端口通信。在一些实施方式中，光链路118和116 中的每一个可以分别包括连接器132和134。连接器132和134中的每一个可以通过允许两条光纤的端对端连接来延伸光链路116和118的范围。
图2示出了另一示例通信系统200。通信系统200类似于通信系统100，因为与图1所示的通信系统100类似，通信系统200还包括第一收发器102和第二收发器104，其中第一收发器102包括第一传送器 108和第一接收器110，并且第二收发器104包括第二传送器112和第二接收器114。然而，与通信系统100不同，其中第一和第二收发器 102和104使用单独的光链路116和118进行通信，通信系统200中的收发器102和104在单个光链路140上进行通信。为了允许在相同的光链路140上进行通信，通信系统可以包括第一循环器142和第二循环器144。第一和第二循环器142和144可以分离在相反方向上行进的光信号。因此，在第一循环器142处于光链路140上接收的光信号被导向第一接收器110，而在第一循环器142处从第一传送器108接收的光信号被导向光链路140。以类似的方式，第二循环器将在光链路140上接收的光信号导向第二接收器114，并将从第二传送器112接收的光信号导向光链路140。在一些实施方式中，光链路140可包括连接器 146，类似到图1所示的光连接器132和134。
在一些实施方式中，图1和图2所示的第一和第二收发器之间的光通信会遭受不需要的干扰。例如，参考图1，连接器132可以引起在第一光链路116上传送的光信号的反射。特别地，连接器132可以引起由第一传送器108传送到第二接收器114的光信号的反射。因此，第二接收器114不仅接收由第一传送器108传送的光信号，而且接收反射的光信号。类似地，除了由于连接器134引起的反射信号之外，第一接收器110还可以在第二光链路118上接收由第二传送器112传送的光信号。在一些实施方式中，通过由在单向光链路上传送的原始信号的反射导致的干扰信号引起的信号干扰被称为多径干扰(MPI)。由于反射的干扰信号基本上是在光链路上传送的原始光信号的延迟副本，所以干扰信号具有基本上等于原始信号的载波频率。如这里所提到的，噪声光信号可以包括不需要的光信号，其一个示例是其他光信号或干扰光信号的反射。
如图2所示，包括双向光链路140的通信系统200也会遭受来自于反射信号的干扰。例如，连接器146可将由第二传送器112传送的光信号的一部分反射到第一接收器110返回到第二接收器114。因此，第二接收器114不仅接收由第一传送器108传送的光信号而且还接收由第二传送器112传送的光信号的反射部分。类似地，除了由第二传送器112传送的光信号之外，第一接收器110还可以接收由第一传送器108传送的光信号的反射部分。在一些实施方式中，第一传送器108 和第二传送器112以不同的载波波长传送光信号。因此，例如，在第一接收器110处接收的反射信号会包括由第二传送器114传送的原始光信号和具有类似于由第一传送器108传送的光信号的载波波长的载波波长的干扰信号。如果第一和第二传送器108和112的载波波长通过小于由这些传送器中的任一个传送的光信号的带宽而分离，则干扰反射信号会引起带内干扰。
在一些实施方式中，特别是在直接检测光系统中，利用高阶调制技术(例如，PAM4)，利用纠错技术(例如前向纠错(FEC))可以减少常规加性高斯噪声(例如来自跨阻抗放大器的热噪声)的影响。然而，这种技术在减轻带内干扰(例如由上面关于图1和图2讨论的反射光信号所导致的带内干扰)的影响方面不太有效。以下讨论涉及用于减轻由在原始信号和具有基本上等于原始信号的载波频率的载波频率或具有在原始光信号的带宽内的载波频率的反射信号之间的干扰引起的带内噪声的技术。
在一些实施方式中，在光链路上由传送器传送的强度调制光信号 (在本文中也称为原始光信号)可以由等式(1)表示：
而除了由传送器传送的光信号之外由接收器接收的干扰光信号可以由等式(2)表示：
其中I0T和I0I分别表示原始调制信号和由第二接收器接收的干扰信号的平均光信号强度。a(t)和b(t)分别表示光信号和干扰信号的归一化 A/C分量。ωT和θ(t)分别表示原始光信号的载波频率和相位，而ωl和表示干扰信号的载波频率和相位。θ(t)和也构成调制导致的载波相位变化。
可以使用Tylor系列分别进一步扩展等式(1)和(2)中的项和得到如下所示的等式(3)和(4)：
其中f(a(t))和f(b(t))分别表示a(t)和b(t)的函数。分别将等式(3)和 (4)代入等式(1)和(2)中得到如下所示的等式(5)和(6)
其中等式(5)中的项和分别表示强度调制光信号的DC分量和AC分量。类似地，等式(6)中的项和分别表示干扰光信号的DC分量和AC分量。
在接收器处的光电检测器接收由等式(5)表示的原始强度调制光信号和由等式(6)表示的干扰信号。光电检测器将变换光信号并生成对应的电气信号。假设原始光信号和干扰光信号的偏振状态是对准的 (最坏情况假设)，并且干扰信号的强度显著小于原始光信号的强度，则在接收器处的光电检测器生成的电气电流可以由以下等式(7)表示： I(t)≈RI0T(1+a(t))+IDCT-DCI(t)+IDCT-ACI(t)+IACT-DCI(t)+IACT-ACI(t) (7)
其中R表示光电检测器的响应度。等式(7)中的第一项RI0T(1+a(t)) 是对应于期望的原始光信号的电流，而其他四项表示对应于由原始光信号与干扰光信号的DC和AC分量之间的干扰引起的干扰信号的电流。在四个干扰项中，表示由于在原始光信号与干扰光信号的DC分量之间的干扰导致的电流的项IDCT-DCI(t)表现出最大的幅度。此外，该项的带宽相对较窄，并且以围绕“拍频”为中心，“拍频”是原始光信号的载波频率和干扰信号的载波频率之间的差。因此，减轻干扰的影响的一个方法是抑制信号IDCT-DCI(t)，其中心频率是原始光信号的载波频率和干扰信号的载波频率之间的差，并且其带宽相对较窄。
图3示出了能够减轻光信号中的干扰的第一接收器300。特别地，第一接收器300可以用于实现图1和图2所示的第一和第二接收器110 和112。第一接收器300能够自动检测接收的光信号中的干扰信号，并且配置陷波滤波器以滤波干扰。第一接收器300包括光电检测器302、模数转换器(ADC)304、可调谐陷波滤波器306、均衡器308、符号判决模块310、解码器312和频率偏移监视器314。光电检测器302可以是被配置为将入射在其上的激光的强度转换为对应的电气电流的半导体PIN二极管。可以利用光谱响应范围基本上等于或大于传送信号的带宽的光电二极管。在一些实施方式中，还可利用具有高灵敏度和低暗电流的光电二极管。
由光电检测器302接收的光信号不仅包括由传送器传送的原始强度调制光信号，而且还包括可能是沿光链路的一个或多个反射的结果的干扰光信号。光电检测器302将接收的光信号转换为模拟电气接收器信号。在一些实施方式中，光电检测器302可生成对应于所接收光信号的模拟电气电流。例如，上面的等式(7)中所示的电气电流I(t)可以表示由光电检测器302生成的模拟电气接收器信号。
在一些实施方式中，可使用放大器来放大和/或变换由光电检测器 302生成的电流I(t)。例如，跨阻放大器(TIA)可用于放大和转换电气电流I(t)为电压V(t)。在一些实施方式中，可以使用运算放大器来实现TIA。
光电检测器302的模拟电气接收器信号输出可以提供给ADC 304，以转换为数字接收器信号。ADC 304将光电检测器302输出的模拟电气接收器信号转换为数字信号yk，其中yk表示模拟电气接收器信号的第k个样本的数字值y。在一些实施方式中，直接转换ADC、逐次逼近ADC、斜坡比较(ramp-compare)ADC、sigma-delta ADC等的任何一种可用于实现ADC304。由ADC 304输出的数字接收器信号可以被提供给频率偏移监视器314和可调谐陷波滤波器306。
频率偏移监视器314处理数字接收器信号以确定可调谐陷波滤波器306的中心频率。具体地，频率偏移监视器314确定干扰光信号的拍频Δω，其是原始光信号的载波频率ωT和干扰光信号的载波频率ωI之间的差。为了确定拍频Δω，频率偏移监视器首先从数字接收器信号 yk中去除数据调制。为了从数字接收器信号yk中去除数据调制，频率偏移监视器314从数字接收器信号yk减去符号判决模块310的输出dk。减法的结果是中间信号xk。频率偏移监视器314然后对中间信号xk执行快速傅立叶变换(FFT)分析以确定拍频Δω。特别地，频率偏移监视器314将FFT分析的结果等同于[Δω，Z]，其中Z表示振幅频谱，而Δω表示从Z提取的拍频。然后，频率偏移监视器314确定产生Z 的最大值或峰值的Δω的值。产生Z的最大值或峰值的Δω是干扰信号的拍频。
如上所述，在干扰信号是MPI的结果的情况下，干扰光信号的载波频率ωI将是基本上等于原始光信号的载波频率ωT。结果，在这种情况下的拍频Δω等于零。然而，对于带内干扰，其中干扰光信号和原始光信号来自不同的传送器，拍频Δω将是非零值。在一些实施方式中，在干扰信号是MPI的结果的情况下，频率偏移监视器314可以不被包括在内，并且可以用图3所示的第一接收器300中的低通滤波器替换可调谐陷波滤波器306。在一些这样的实施方式中，低通滤波器可以是模拟低通滤波器，并且可以位于光电检测器302之后并且在ADC 304 之前。在一些实现方式中，诸如上述的那个的模拟低通滤波器可以用于在接收器处不使用ADC的通信系统中。
频率偏移监视器314能够监视随时间可能发生的拍频中的任何变化。例如，如果用于生成原始光信号的载波频率ωT的激光二极管的频率随时间漂移，则频率偏移监视器314跟踪载波频率中的这个漂移，以确定干扰光信号的拍频Δω的正确值。
一旦确定了拍频Δω，则将拍频Δω的值通信到可调谐陷波滤波器306。可调陷波滤波器306在围绕中心频率的窄带宽内提供输入信号的高衰减，同时保留在窄带宽之外的输入信号的频率分量基本上不变。在一些实施方式中，当可调谐陷波滤波器的中心频率由频率偏移监视器314提供时，可调谐陷波滤波器的带宽可以保持相对恒定。例如，在一些实施方式中，其中生成原始光信号的激光器的线宽被限制为几 MHz，并且原始光信号中的调制诱导啁啾(chirp)相对较小，干扰信号的相当大部分将被限制到拍频Δω的几十MHz内。因此，可调谐陷波滤波器的带宽可以设置为几十MHz。例如，在一些实施方式中，其中利用分布式反馈(DFB)激光器(其可以呈现约10MHz的线宽)来生成载波频率，并且其中使用外部调制器(其具有相对小的调制诱导啁啾)，可调谐陷波滤波器306的带宽可以选择为几十MHz，例如约 10MHz至约90MHz。可调谐陷波滤波器306在围绕拍频Δω的期望带宽内衰减数字接收器信号yk的频率分量，从而基本上衰减干扰信号。
可调谐陷波滤波器306输出经滤波的数字接收器信号，其被馈送到均衡器308。均衡器308补偿诸如频率相关相位和幅度失真的传输链路损伤，从而减少这种损害对符号检测的影响。在一些实施方式中，均衡器308还可以减少符号间干扰。在一些实施方式中，均衡器308 可以对经滤波的数字接收器信号上的光衰减和/或色散进行校正。均衡器308处理经滤波的数字接收器信号并生成均衡的数字接收器信号，其被馈送到符号判决模块310。
符号判决模块310从均衡的数字接收器信号确定数据符号dk。数据符号dk被反馈到频率偏移监视器314和解码器312，解码器312基于在传送器处采用的编码和调制技术对由符号表示的实际比特进行解码。
在一些实施方式中，采用可调谐陷波滤波器306通过直接滤波输入数字接收器信号来直接滤波以衰减干扰信号也可能导致原始数据信号的衰减。原始数据信号的衰减可能进而导致信号丢失和数据传输的误差率的增加。下面的讨论涉及利用滤波不需要的干扰信号而基本上不影响原始数据信号的技术。
图4示出了能够减轻光信号中的干扰的第二接收器400。特别地，第二接收器400可以用于滤波接收的光信号中的MPI。与图3所示的第一接收器300不同，第一接收器300直接滤波数字接收器信号以衰减干扰信号，第二接收器400估计干扰信号，然后从数字接收器信号中减去干扰信号的估计。通过避免直接滤波数字接收器信号，第二接收器400避免了衰减原始数据信号的部分以及干扰信号。
类似于图3所示的第一接收器300的第二接收器400还包括光电检测器402和ADC404。光电检测器402和ADC 404可以分别类似于上文参考图3讨论的光电检测器302和ADC304。光电检测器402接收光信号，该光信号包括原始光信号和作为MPI的结果的干扰光信号，并且具有基本上等于原始光信号的载波频率的载波频率。光电检测器 402生成对应于接收的光信号的模拟接收器信号。模拟接收器信号由 ADC 404数字化为数字接收器信号。
第二接收器400还包括均衡器408，其类似于上面关于图3中所示的第一接收器所讨论的均衡器308。然而，与第一接收器300中的均衡器308不同，均衡器308均衡滤波的数字接收信号，第二接收器400 的均衡器408均衡由ADC 404输出的数字接收器信号，以生成均衡的数字接收器信号。使数字接收器信号均衡可以减少在MPI减轻块414 (下面进一步讨论)中执行的符号判决过程中的误差。
第二接收器400进一步包括MPI减轻块414，MPI减轻块414包括初始符号判决模块416、数据去除模块418、低通滤波器420和MPI 信号减法器422。第二接收器400还包括最终符号判决和解码器块424，其可以类似于上面关于图3所示的第一接收器300所讨论的符号判决模块310和解码器312的组合。
再次参考MPI减轻块414，初始符号判决模块416处理由均衡器 408输出的均衡的数字接收器信号yk，以确定包括在接收信号中的数据符号ck。然后，由数据去除模块418从数字接收器信号yk减去这些数据符号ck，以生成中间数据信号。然后，中间数据信号由低通滤波器滤波，以生成干扰信号的估计εk。在一些实施方式中，低通滤波器的带宽可以基于用于生成载波信号的激光器的信号载波相位噪声(或线宽)。例如，在使用DFB激光器和外部调制器的一些实施方式中，信号载波的线宽可以是大约10MHz至大约90MHz。在一些这样的实施方式中，低通滤波器的带宽也可以选择为约10MHz至约90MHz。然后，从数字接收器信号yk中减去干扰信号的估计εk，以生成干扰抑制的数字接收器信号。然后，干扰抑制的数字接收器信号由最终符号判决和解码器块424处理，以提取包括在干扰抑制的数字接收器信号中的数据。如上所述，从数字接收器信号中减去干扰信号的估计，而不是对数字接收器信号进行滤波。这种方法减少了滤除原始数据信号的部分以及干扰信号的风险。
虽然图4中所示的第二接收器400涉及从接收的光信号中去除 MPI，但是下面在图5和图6中讨论的接收器涉及从接收的光信号去除任何(MPI或带内)干扰信号。
图5示出了能够减轻光信号中的干扰的第三接收器500。特别地，第三接收器500可以用于从接收的光信号中滤波MPI或带内干扰信号。类似于图4所示的第二接收器400，第三接收器500确定干扰信号的估计，并从数字接收器信号中减去干扰信号的估计，从而减少直接从数字接收器信号滤波干扰信号的需求。此外，第三接收器500提供对原始光信号和干扰光信号的载波频率之间的拍频的监视。
第三接收器500包括光电检测器502、ADC 504、均衡器508、干扰减轻块514以及最终符号判决和解码器模块524。干扰减轻块514包括：初始符号判决模块516、数据去除模块518、可调谐带通滤波器520、频率偏移监视器526和信号减法器522。光电检测器502、ADC504、均衡器508、初始符号判决模块516、数据去除模块518以及最终符号判决和解码器模块524类似于如上面关于图4所讨论的光检测器402、 ADC 404、均衡器408、初始符号判决模块416、数据去除模块418以及最终符号判决和解码器块424。此外，频率偏移监视器526类似于上面关于图3所讨论的频率偏移监视器314。
干扰减轻块514利用频率偏移监视器526来监视和确定拍频Δω，并且使用该拍频来确定干扰信号的估计εk。具体地，频率偏移监视器 526从数字接收器信号yk中减去由初始符号判决模块416确定的数据符号，以生成中间信号ak。频率偏移监视器526然后对中间信号执行FFT 分析以确定拍频Δω。如上所述，拍频Δω代表干扰信号的中心频率。可调谐带通滤波器520的中心频率设置为由频率偏移监视器确定的拍频Δω。带通滤波器520滤波从由数据去除模块518生成的数据去除的数字接收信号。由于带通滤波器520的中心频率和带宽被设置为干扰信号的估计的中心频率和带宽，则带通滤波器520的输出是干扰信号的估计εk。然后，从数字接收器信号yk中减去该估计以生成干扰抑制的数字接收器信号，其由符号判决和解码器模块524处理以生成数据。
在一些实施方式中，由频率偏移监视器526确定的拍频的准确度可以取决于由初始符号判决模块516做出的符号判决中的误差。在一些实施方式中，当符号判决中的误差高时，由频率偏移监视器526确定的拍频的准确度可能不可接受地低。这又降低了干扰信号的估计的准确度以及干扰减轻块514从数字接收器信号中去除干扰信号的有效性。在一些这样的实施方式中，可以利用确定拍频的迭代方法，下面关于图6讨论其一个示例。
图6示出了用于在图5中所示的第三接收器500中使用的另一示例性干扰减轻块614。具体地，可以使用干扰减轻块614来代替干扰减轻块514。干扰减轻块614包括两个子块：第一子块652和第二子块 654。第一子块652与图5中所示的干扰减轻块514相同，并且包括相似的附图标记。第二子块654包括第二符号判决模块616、第二数据去除模块618、第二可调谐带通滤波器620和第二信号减法器622。第二符号判决模块616、第二数据去除模块618、第二可调谐带通滤波器620 和第二信号减法器622可类似于第一子块652的符号判决模块516、数据去除模块518、可调谐带通滤波器520和信号减法器522。然而，第二子块654不包括类似于第一子块652中的频率偏移监视器526的频率偏移监视器。相反，第二可调谐带通滤波器620从频率偏移监视器 526接收拍频值。干扰减轻块614通过使用第二符号判决模块616重复符号判决来提高干扰信号估计的准确度。因此，可以减少由符号判决模块516引入的符号判决中的任何误差。基于由第二符号判决模块616 检测的符号来重新确定干扰信号的估计，并且从数字接收器信号中减去第二估计。在一些实施方式中，第二数据去除模块618可以从由第一子块652接收的相同光信号yk(而不是从由图6中所示的第一子块 652输出的干扰抑制数字接收器信号)中减去由第二符号判决模块616 输出的数据符号ck。类似地，第二信号减法器622还可以从由第一子块652接收的光信号yk(而不是从由第一子块652输出的干扰抑制的数字接收器信号)中减去由第二可调谐带通滤波器620生成的干扰信号的估计。
在一些实施方式中，可以使用无限脉冲响应(IIR)数字滤波器来实现图3所示的可调谐陷波滤波器306以及图5和6所示的可调谐带通滤波器520和620。然而，IIR滤波器可能表现出不稳定的操作。以下讨论涉及用于实现与IIR滤波器相比提供改进的稳定性的可调谐陷波和带通滤波器的替代方法。
图7示出了示例带通滤波器700的框图。具体地，带通滤波器700 可以用于实现图5和6所示的带通滤波器。带通滤波器700包括第一余弦块702、第一正弦块704、第一低通滤波器706、第二低通滤波器 708、第二余弦块710、第二正弦块712、加法器714和缩放块716。如上面关于图5和6所讨论的，带通滤波器对数据去除模块518和618 提供的数据去除的数字接收器信号ak进行滤波。信号ak被提供给第一余弦块702和第一正弦块704。第一余弦块702将信号ak与cos(ωtk)相乘，而第一正弦块704将信号ak与sin(ωtk)相乘，其中ω表示带通滤波器的中心频率(即，Δω)。第一余弦块702和第一正弦块704都将信号ak的高频分量移位到低频分量。通过将信号ak的高频分量移位到低频分量，可以使用低通滤波器而不是带通滤波器来滤波信号ak。因为与带通滤波器相比、可以在数字域中更有效地实现低通滤波器，所以利用低通滤波器而不是带通滤波器可以是有利的。第一和第二低通滤波器706和708的带宽可以选择为基本上等于原始载波信号和干扰载波信号的线宽或带宽，其可以诸如由图5中示出的频率偏移监视器526的频率偏移监视器监视。低通滤波器706和708选择干扰信号的所需频谱分量，以分别生成滤波信号uk和vk。然后，滤波信号uk和 vk分别由第二余弦块710和第二正弦块712上转换(up-converted)或移位到较高频率分量。由第二余弦块710和第二正弦块712输出的上转换信号在加法器714处求和，并且根据缩放因子α缩放以生成干扰信号的估计εk。在一些实施方式中，第一和第二低通滤波器706和708 可以使用硬件高效移动平均滤波器来实现。在一些实施方式中，移动平均滤波器的示例窗口大小可以是大约64个采样。
在一些实施方式中，图7中所示的带通滤波器700还可用于实现陷波滤波器，诸如图3中所示的陷波滤波器306。在一些这样的实施方式中，从数字接收器信号yk减去带通滤波器700的输出εk等效于对数字接收器信号yk(具有ω的中心频率和与带通滤波器700相同的带宽) 进行滤波。
图8示出了用于减轻带内干扰的另一示例收发器800。特别地，收发器800可以用于实现图2所示的通信系统200的第一收发器102 和第二收发器104中的一个或两个。如上面关于图2所讨论的，第一接收器110可以接收干扰信号，其是由第一传送器108传送到第二接收器112的光信号的反射。由第一传送器108传送的光信号的反射由双向光链路140上的连接器146引起。在一些实施方式中，如果由第一接收器110接收的原始光信号的载波频率与干扰信号(具有第一传送器108的载波频率)的载波频率之间的差异增大，则减小干扰信号对原始光信号的影响。在一些实施方式中，如果载波频率之间的差大于由接收器110接收的原始光信号的带宽，则干扰信号不再是带内干扰信号，因此可以被忽略。图8所示的收发器800能够改变传送器的载波频率，使得所产生的干扰信号的载波频率在由接收器接收的原始光信号的带外。
收发器800包括传送器802和接收器804。传送器802包括用于在传送器802处生成光载波信号的激光器806、用于将数据调制到由激光器806生成的光载波信号上的调制器808以及可以控制激光器806 的波长(或载波频率)的波长控制器810。接收器804类似于上面关于图3讨论的接收器300，并且包括与接收器300中的部件相同的部件。具体地，接收器804包括频率偏移监视器314，其监视输入光信号并确定拍频Δω。在一些实施方式中，由频率偏移监视器314确定的拍频Δω也被通信到传送器802的波长控制器810。波长控制器810还可以在存储器中存储或从接收器804接收由接收器804接收的光信号的带宽。然后，波长控制器810可以改变激光器806的载波频率，使得拍频Δω变得大于由接收器接收的光信号的带宽。结果，所得到的干扰信号将是带外的，从而对在接收器804处接收的原始光信号具有最小的影响。
在一些实施方式中，波长控制器可以使用微控制器、微处理器或现场可编程门阵列(FPGA)中的一个或多个来实现。在一些实施方式中，波长控制器可以控制热电冷却器(TEC)以调整激光器806的操作温度以改变其载波频率。在一些实施方式中，例如，激光器806的波长可以以约0.1nm/℃的速率改变。在一些这样的实施方式中，约2℃的温度变化可导致激光器806的频率中约34GHz的变化。
如上所述，频率偏移监视器(诸如图3所示的频率偏移监视器314) 可以在正常数据传输期间从光信号确定拍频Δω。在一些其它实施方式中，导频训练脉冲也可用于确定拍频Δω。例如，参考图1，第一传送器108可以与干扰光信号一起传送可以在第二接收器114处接收的导频训练脉冲。在第二接收器114处的频率偏移监视器(诸如图3所示的频率偏移监视器314)可以使用接收的导频训练脉冲来确定拍频Δω。图5、6和8中所示的频率偏移监视器也可以使用接收的导频训练脉冲来确定拍频Δω。在一些这样的实施方式中，频率偏移监视器可以在导频训练脉冲已经停止并且数据传输已经开始之后继续监视频率偏移。
对本公开中描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施方式。因此，权利要求并不旨在限于本文所示的实施方式，而是要符合与本公开、本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (13)

1.一种用于接收光信号的光接收器，所述光接收器包括：
至少一个光电检测器，所述至少一个光电检测器被配置为响应于接收所述光信号而生成第一电气模拟接收器信号，所述光信号包括调制光信号和噪声光信号；
模数转换器，所述模数转换器被配置为接收所述第一电气模拟接收器信号且生成对应的第一数字接收器信号；以及
数字信号处理器，所述数字信号处理器被配置为：
从所述第一数字接收器信号中减去数据信号以生成中间数字信号，其中所述数据信号是从均衡的第一数字接收器信号确定的；
从所述中间数字信号确定干扰信号的频率和带宽，所述干扰信号的频率指示所述调制光信号的载波频率和所述噪声光信号的载波频率之间的差；以及
使用具有分别等于所述干扰信号的频率和带宽的中心频率和带宽的陷波滤波器来对所述第一数字接收器信号进行滤波，以生成滤波的数字接收器信号。
2.根据权利要求1所述的光接收器，其中所述数字信号处理器进一步被配置为：
均衡所述滤波的数字接收器信号以对光衰减和色散中的至少一个执行校正，以生成均衡的数字接收器信号；和
利用所述均衡的数字接收器信号来生成所述数据信号。
3.根据权利要求1所述的光接收器，其中，所述干扰信号的频率等于零。
4.根据权利要求1所述的光接收器，其中，所述干扰信号的频率小于所述调制光信号的带宽。
5.根据权利要求1所述的光接收器，其中所述噪声光信号包括所述调制光信号的反射，所述反射发生在于其上接收所述光信号的光链路上。
6.根据权利要求1所述的光接收器，其中：
所述调制光信号是从第一传送器接收的；以及
所述噪声光信号包括由不同于所述第一传送器的第二传送器传送的第二光信号的反射，所述反射发生在于其上所述第二光信号和所述调制光信号两者被通信的双向光链路上。
7.根据权利要求1所述的光接收器，其中，所述数字信号处理器被配置为基于所述中间数字信号的快速傅立叶变换的结果，从所述中间数字信号确定所述干扰信号的频率和带宽。
8.一种用于接收光信号的光接收器，所述光接收器包括：
至少一个光电检测器，所述至少一个光电检测器被配置为响应于接收所述光信号而生成第一电气模拟接收器信号，所述光信号包括调制光信号和噪声光信号；
模数转换器，所述模数转换器被配置为接收所述第一电气模拟接收器信号并生成对应的第一数字接收器信号；以及
数字信号处理器，所述数字信号处理器被配置为：
从所述第一数字接收器信号中减去数据信号以生成中间数字信号，其中所述数据信号是从均衡的第一数字接收器信号确定的；
从所述中间数字信号确定干扰信号的频率和带宽，所述干扰信号的频率指示所述调制光信号的载波频率和所述噪声光信号的载波频率之间的差；
使用具有分别等于所述干扰信号的频率和带宽的滤波器频率和滤波器带宽的滤波器对所述中间数字信号进行滤波，以生成估计的干扰信号；
从所述第一数字接收器信号中减去所述估计的干扰信号，以生成干扰抑制数字接收器信号；
从所述干扰抑制数字接收器信号确定另一数据信号；
从所述干扰抑制数字接收器信号和所述第一数字接收器信号中的一个减去所述另一数据信号，以生成另一中间数字信号；
使用具有分别等于所述干扰信号的频率和带宽的另一滤波器频率和另一滤波器带宽的另一滤波器来对所述另一中间数字信号进行滤波，以生成另一估计的干扰信号；以及
从所述干扰抑制数字接收器信号和所述第一数字接收器信号中的一个减去所述另一估计的干扰信号，以生成另一干扰抑制数字接收器信号。
9.根据权利要求8所述的光接收器，其中所述数字信号处理器进一步被配置为：
解串行化所述干扰抑制数字接收器信号以生成数据块；和
解码所述数据块以生成解码数据。
10.根据权利要求8所述的光接收器，其中：
所述调制光信号是从第一传送器接收的；以及
所述噪声光信号包括由不同于所述第一传送器的第二传送器传送的第二光信号的反射，所述反射发生在于其上所述第二光信号和所述调制光信号两者被通信的双向光链路上。
11.根据权利要求8所述的光接收器，其中，所述干扰信号的频率小于所述调制光信号的带宽。
12.根据权利要求8所述的光接收器，其中所述滤波器是带通滤波器，并且其中所述带通滤波器包括用于相乘所述中间数字信号的至少两个正弦函数乘法器和至少两个余弦函数乘法器。
13.根据权利要求8所述的光接收器，其中，所述数字信号处理器被配置为基于所述中间数字信号的快速傅立叶变换的结果，从所述中间数字信号确定所述干扰信号的频率和带宽。
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