CN112787728A - 模拟相干信号处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

实时系统和方法通过在自适应反馈控制下使独立信号流经受由乘法系数控制的源分离防止了相干接收机中独立信号流的重复。在各种实施例中，这是通过以下方式来实现的：首先获得与第一信号流相关联的第一组系数和与第二信号流相关联的第二组系数。响应于这些组系数满足条件，将该第一组系数修改为相对于该第二组系数相互正交的一组系数并替换该第二组系数。然后可以使用所得的一系列系数值对独立信号流执行源分离，而不会复制独立信号流。

Description

模拟相干信号处理系统和方法
发明人：
查尔斯·拉扎尔(Charles Razzell)
埃德姆·伊布拉吉莫夫(Edem Ibragimov)
相关专利申请的交叉引用
本申请涉及2019年11月5日提交的发明人为查尔斯·拉扎尔和埃德姆·伊布拉吉莫夫且名称为“Analog Coherent Signal Processing Systems and Methods(模拟相干信号处理系统和方法)”的美国临时专利申请序列号62/931,122，并根据35U.S.C.§119(e)要求其优先权权益。本专利文件中提及的每个参考文献通过引用以其全文结合在此并用于所有目的。
背景技术
本披露总体上涉及高速通信电路中的信号处理。更具体地，本披露涉及防止高速相干接收机中不想要的信号重复。
在过去的几十年中，电信网络对带宽的需求不断增长。无论是在芯片间还是在广域网(WAN)光纤链路之间传输数据，较大的可用带宽都是高速光通信系统日益普及的主要因素。例如，在数据中心和园区网络中对被设计用于通过光纤的短距离(几百米)互连的光收发机需求很高。
相干光链路通过与光纤的输入信号的不同相位和/或偏振相对应的不同通道来传送数据。虽然通常将所传输的数据相对于公共时钟对准，但是由于发射机、接收机和光纤的固有特性，会在通道中引入延迟，使得各个通道的偏振和相位按相位偏振维度以未知的相位旋转到达接收机，这些偏振维度被反转以恢复所传输的数据。在某些设计中，电子偏振控制环路中的失收敛可能进一步导致不想要的偏振信号重复。
因此，期望提供克服现有方法的缺点的改进的相干信号处理系统和方法。
附图说明
将参考本披露的实施例，附图中可以展示这些实施例的示例。这些附图旨在为说明性的，并非限制性的。尽管总体上在这些实施例的背景下描述了随附披露，但是应当理解的是，其不旨在将本披露的范围限制于这些具体实施例。例如，应当理解，模拟电路和部件可以等同地被实施为数字或混合信号电路系统。图中的项可能不成比例。
图1(“图1”)是基于模拟信号处理的常规双偏振四进制幅度调制(DP-QAM)接收机架构的框图。
图2是模拟结果的收敛轨迹图，这些结果展示了在接收机中可能出现的偏振信号的重复。
图3展示了根据本披露的各种实施例的用于双偏振16-正交幅度调制(16-QAM)链路的示例性模拟相干信号处理引擎(ACE)的顶级视图。
图4展示了根据本披露的实施例的示例性偏振和载波相位校正电路。
图5是根据本披露的各种实施例的模拟的收敛轨迹图，该收敛轨迹图展示了替换结果。
图6展示了根据本披露的实施例的示例性单式激励电路、以及共轭积和电路的分解视图。
图7是根据本披露的实施例的用于防止相干接收机中不想要的偏振信号重复的说明性过程的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本披露的理解。然而将明显的是，本领域技术人员可以在不具有这些细节的情况下实践本披露。此外，本领域技术人员将认识到，以下所描述的本披露的实施例可以在有形计算机可读介质上以诸如过程、装置、系统/设备、或方法等各种方式实施。
在图中示出的部件或模块展示了本披露的示例性实施例并且意在避免模糊本披露。还应理解的是，贯穿本讨论，部件可以被描述为可以包括子单元的单独的功能单元，但是本领域技术人员将认识到的是，各种部件或其多个部分可以被分成单独的部件或者可以被集成在一起，包括集成在单个系统或部件中。应当注意的是，本文所讨论的功能或操作可以被实施为部件。部件可以以软件、硬件、或其组合来实施。
此外，附图内的部件或系统之间的连接不旨在局限于直接连接。相反，这些部件之间的数据可以通过中间部件进行修改、重新格式化、或以其他方式改变。而且，可以使用附加的连接或更少的连接。还应当注意的是，术语“耦合(coupled)”、“连接(connected)”或“通信地耦合(communicatively coupled)”应被理解为包括直接连接、通过一个或多个中间设备的间接连接、以及无线连接。
在本说明书中，对“一个实施例(one embodiment)”、“优选实施例(preferredembodiment)”、“实施例(an embodiment)”、或“多个实施例(embodiments)”的引用意味着结合实施例所描述的具体特征、结构、特性或功能包括在本披露的至少一个实施例中并且可以在多于一个实施例中。而且，在本说明书的不同地方出现的上述短语不一定都是指同一个实施例或多个实施例。
在本说明书中的不同地方使用某些术语是用于说明并且不应被解释为限制。术语“包括(include)”、“包括(including)”、包括(comprise)、和“包括(comprising)”应被理解为是开放性术语并且以下任何列表是示例并不旨在限于所列出的项。
在此所使用的任何标题仅是用于组织目的并且不应用于限制说明书或权利要求的范围。本文引用的所有文献均通过引用以其全文结合在此。
A.概述
图1是基于模拟信号处理的常规DP-QAM接收机架构的框图。接收机100是零差接收机，该零差接收机由充当本地振荡器的同通道激光器(未示出)驱动。偏振分束器和90°混合器106的布置被设计用于为这两个正交偏振(照惯例被标记为X和Y)中的每一个提供平衡的正交光输出，这两个正交偏振入射在以平衡对布置的八个光电二极管108上。这种布置产生四个双极光电流110，这四个双极光电流由相应的跨阻抗放大器(TIA)112放大、分别对应于X偏振和Y偏振的同相(I)和正交(Q)相。因此，接收机100的四个分支(即XI、XQ、YI、YQ)可用于模拟域中进一步的信号处理。
现有的电子偏振控制环路可用于对双偏振相干信号进行分离和相位对准。使用经典RLMS更新方程的连续版本对例如在模拟积分器中作为电容器上的电荷而保持的八个系数执行最小均方(LMS)自适应。八个系数表示用于对输入的模拟信号进行分离和相位校正的2×2复矩阵：
Figure BDA0002762516820000041
在一些方法中，由于复矩阵的所有四个系数都是根据局部误差度量独立调整的，因此无法防止收敛矩阵坍缩为一维解：
Figure BDA0002762516820000042
或
Figure BDA0002762516820000043
这些退化矩阵导致偏振信号中的一个出现重复，而另一个偏振信号被丢弃。图2是模拟结果的收敛轨迹图，这些结果展示了在诸如图1所示的DP-QAM接收机100等接收机中可能出现的偏振信号重复。如所描绘的，实际上，四个星座点202坍缩到仅两个星座点。因此，将期望具有提供克服这种重复问题的实时模拟相干信号处理的系统和方法。
B.顶级视图
图3展示了根据本披露的各种实施例的用于双偏振16-QAM链路的示例性模拟相干信号处理引擎(ACE)的顶级视图。ACE 300包括接收机输入302、自动增益控制(AGC)310、前端均衡器(FEE)320、载波频率偏移(CFO)330、偏振和载波相位校正电路340、后端均衡器(BEE)350、扫频发生器360、AFC锁定检测电路370和数控振荡器(DCO)390。
在实施例中，接收机输入302接收四个电信号，这四个电信号表示相应的接收机分支304XI、XQ、YI和YQ，这些接收机分支可以是类似于图1那样来监控四对光电二极管(未在图3中示出)的差分TIA的输出。AGC 310可以是将信号电平归一化以进行进一步处理的4通道AGC。可以使用力求实现RMS输出电压的设定点的控制环路在每个接收机分支(例如，304)中独立地执行自动增益控制。可以提供AGC锁定检测信号作为对所有四个接收机分支(例如，304)的锁定检测的“与”。进一步地，可以利用去毛刺逻辑以防止环路稳定的最后阶段期间的多个锁定/解锁事件。
在实施例中，FEE 320可以用于减少或消除CD、ISI和接收机偏斜。FEE 320可以被实施为利用一组抽头权重来使下游接收机环路正确锁定的模拟FEE，例如，一个用于X并且一个用于Y。可以使用指定一组合适的FIR系数的查找表来设置抽头权重。在实施例中，可以使用四个独立确定的系数向量代替两个，这对于复系数通常是足够的。
在实施例中，CFO 330校正或消除将相应的X分支和Y分支与在sin 374和cos 374输入端口上提供的复本地振荡器信号相乘。在实施例中，BEE 350可以使用基于脉冲幅度调制4电平(PAM4)决策的误差信号来训练具有五个复抽头的迭代模拟复LMS。BEE 350通过对由放大器寄生引起的低通滤波效果进行逆滤波来执行残留ISI校正。在实施例中，BEE 350通过自适应地求出导致PAM4信号点之间的最小误差的传递函数来校正保真度的损失。误差反馈环路中的增益块(未示出)可以用于调整自适应速度。BEE 350的输出是经过校正的PAM4信号，可以将这些信号馈入ADC(未示出)中以获得期望的符号。
在实施例中，各种电路元件可以提供用于环路控制的控制和/或监督功能。例如，DCO 390可以生成频率由环路滤波器(未示出)的输出限定的正交本地振荡器，该环路滤波器对输入端口“Fb”372处的控制环路反馈信号进行操作。可以对环路滤波器内的积分器进行编程，以使其在达到频率偏移范围的任一极端时回绕，以便例如允许对发射机激光器与接收机激光器之间可能的偏移频率进行连续线性斜坡扫描。一旦环路滤波器状态从正向频率偏移绕回到负向频率偏移或从负向频率偏移绕回到正向频率偏移，就可以递增计数器并将其设置在输出端口上。一旦计数器递增，色散(CD)补偿范围就可以以几公里的步长递增，以求出使能频率锁定的CD补偿值。
AFC锁定检测电路370可以例如通过监控CFO 330的控制环路并确定频率的变化率何时越过零值来指示频率在可锁定范围内。电路370可以进一步指示对可能的偏移频率的连续扫描应当暂停预定时间。可以提供用于防止在AGC 310已经锁定之后过早断言稳定频率环路的指示的逻辑，以防止过早的频率锁定确定。如果LMS环路锁定检测为真，则这可能会覆写频率锁定检测功能，因为除非已经实现了频率锁定，否则LMS环路无法实现相位锁定。这允许单稳态终止而不会对频率锁定的状态造成任何影响，从而允许LMS环路在单稳态时间段期间实现锁定。
在实施例中，扫频发生器360例如通过将LMS频率偏移检测器的输出与使控制环路反馈信号偏置的内部生成的恒定信号进行组合来控制扫频，以例如使能在启动时或频率锁定已经失效之后进行宽带频率偏移扫描。接下来参考图4描述偏振和载波相位校正电路340。
图4展示了根据本披露的实施例的示例性偏振和载波相位校正电路。偏振和载波相位校正电路400包括误差限幅器(例如，410)、自适应电路(例如，420)、复数乘法器(例如，440)和监督控制电路450。在顶级，电路400可以被视为代表琼斯矩阵的四个复数乘法器(例如，440)。乘法器将时变的2×2复矩阵乘以各自都可以被看作两个复信号的四个输入信号(例如，402)，其中，复抽头权重可以通过使用LMS更新方程进行连续自适应，以校正光通道中的偏振旋转和相位旋转。
在实施例中，复系数(例如，430)的自适应可以通过每个系数(例如，430)一个模拟LMS环路(例如，422)来实施。在实施例中，为了校正光纤中的偏振变化和相位变化，四个真实的误差限幅器410监控可能是时变信号的误差并将该误差与理想星座进行比较，并且基于该比较，驱动确定琼斯矩阵的四个复系数(例如，430)的四个复自适应电路(例如，420)。监督控制电路450可以由下面参考图5更详细讨论的单式激励电路450来实施。
1.数学描述
考虑到双偏振相干光接收机(其具有四个独立分支XI、XQ、YI和YQ，这四个独立分支表示两个任意正交偏振X和Y的I分量和Q分量)，并且忽略光通道中的损耗和色散，在这些接收机分支中观察到的X信号和Y信号可以以复数记法表示为
Figure BDA0002762516820000071
其中，ψ、φ1、θ和φ0是四个实参数，ψ表示绝对相位，φ0表示平面偏振旋转θ之前X偏振信号与Y偏振信号之间的相对相移，并且φ1表示之后的相对相移。通过将所有这些子分量相乘，获得单个2×2复矩阵，该复矩阵将接收到的信号与所传输的信号进行如下关联：
Figure BDA0002762516820000072
矩阵Γ由于用于创建其的因素而是酉矩阵。因此矩阵Γ是可逆的，并且原始传输波形的估计值可以获得为：
Figure BDA0002762516820000073
因此，存在新的解混矩阵
Figure BDA0002762516820000074
可以将其代入上述矩阵方程以得出：
Figure BDA0002762516820000075
这表示两个线性方程，每个线性方程都具有两个复系数，即，
Xout＝C1XXin+C1YYin
以及
Yout＝C2XXin+C2YYin。
尽管这两个方程看起来是独立的，但它们仅从四个独立的实参数中得出，并且因此，矩阵的顶行和底行的系数并非彼此独立。但是，为了向解进行迭代的目的，可以将这些系数视为是独立的，只要它们不以使得顶行和底行通过比例常数相互关联的方式(即，Xout＝αYout，其中，α是比例常数)收敛即可。
求解这些方程中的一个(并假设可以将类似的技术应用于另一个类似的方程)提供了Xout＝C1XXin+C1YYin，其中仅观察到的信号Xin和Yin是已知的。尽管所估计的符号
Figure BDA0002762516820000076
是未知的，但是已知的是，应该从所使用的调制星座(例如，16-QAM)的有限字母提取Xout的理想样本。因此，对于C1X和C1Y的任何候选试验值，可以将误差估计为最接近的有效星座点与Xout、表示为Q(Xout)与Xout之间的差。设
Figure BDA0002762516820000081
量化器Q可以被定义为至少近似地在I维度和Q维度上独立进行操作的两个PAM4调制量化器。
基于已知的复LMS更新方程，可以通过使用以下更新方程累加到系数C1X和C1Y中来朝最小误差条件进行迭代：
Figure BDA0002762516820000082
Figure BDA0002762516820000083
Xout＝Xin·C1X+YinC1Y
使用下式扩展上述复杂表达式：
Figure BDA0002762516820000084
Figure BDA0002762516820000085
产生了X偏振输出的实部和虚部的输出计算：
Figure BDA0002762516820000086
Figure BDA0002762516820000087
系数矩阵的上面一行的实部和虚部的系数更新方程于是为：
Figure BDA0002762516820000088
Figure BDA0002762516820000089
Figure BDA00027625168200000810
Figure BDA00027625168200000811
类似地，可以写出Y偏振输出：
Yout＝Xin·C2X+YinC2Y，
其扩展为：
Figure BDA00027625168200000812
Figure BDA0002762516820000091
并且相应的更新方程为：
Figure BDA0002762516820000092
Figure BDA0002762516820000093
其扩展为：
Figure BDA0002762516820000094
Figure BDA0002762516820000095
Figure BDA0002762516820000096
Figure BDA0002762516820000097
结果是八个实值更新方程，这些方程可以用于求出解混矩阵的四个复系数。在本披露的实施例中，这些更新方程可以在模拟域中被实施为连续时间积分器。
a)LMS更新方程的潜在简化
注意，根据共同的标准复LMS更新方程，每个更新方程都可以递增两个乘积之和。现有的一些方法忽略了以上两个乘积之一，从而导致以下一组更新方程：
Figure BDA0002762516820000098
Figure BDA0002762516820000099
Figure BDA00027625168200000910
Figure BDA00027625168200000911
等等。
这些删除与第二对复系数的类似删除相结合得出以下八个更新方程。
Figure BDA00027625168200000912
Figure BDA0002762516820000101
Figure BDA0002762516820000102
Figure BDA0002762516820000103
Figure BDA0002762516820000104
Figure BDA0002762516820000105
Figure BDA0002762516820000106
Figure BDA0002762516820000107
这与常规复LMS更新相比使得每个复抽头节省了一次乘法和一次加法，但以某种自适应速度为代价。整个方程组仅依赖于四个误差项，优选地每个误差项仅被计算一次，因此，复杂度的降低实际上限于每个系数一次乘法和一次加法。
这些更新方程以其离散时间形式表示，而实施应使用R.H.S.上的项的连续时间积分器。
b)防止X偏振分支和Y偏振分支中的相同收敛
注意，用于X偏振分支和Y偏振分支的收敛算法可以是相同的。然而，如之前提到的，期望防止收敛到基本相同的解，因为这导致相干光接收机输出信号的相同偏振分量，实际上是重复一个偏振流而丢弃另一个。
首先，可以使用LMS状态变量的初始条件来阻止收敛到相同的系数。在光纤通道的偏振状态(SOP)导致X信号能量和Y信号能量在接收机通道之间以明显不同的权重分布的情况下，使用与广泛分离的通道相对应的初始条件在自适应已经完成后将在大多数情况下导致以类似方式收敛的一组系数。然而，对于通道中未知的初始SOP，存在这种初始条件不接近最终的自适应状态的情况，从而产生由于受到某个恒定比例因子的影响而导致X分支和Y分支中首次成功收敛将相同的可能性。除非采取某种补救措施，否则这种不期望的事件状态可能会持续并导致数据丢失，直到随后的上电复位为止。
举例来说，返回图2中包括矩阵C的四个复系数的收敛轨迹，矩阵C的最终值为：
Figure BDA0002762516820000111
注意，det(C)≈0，这指示与矩阵C的乘法是不可逆的，使得在将矩阵C用作解混矩阵以试图分离X信号流和Y信号流时会发生不可挽回的信息丢失。
另外，矩阵C的第一行与第二行之间的相关系数是1(比例因子是-1)，这指示X通道与Y通道之间的完全相关。
为了监控和校正可能的不良形式的收敛，本披露的各种实施例例如使用以下公式来监控系数矩阵的第一行与第二行之间的相关系数：
Figure BDA0002762516820000112
在实施例中，为了避免对除法运算的需要，当满足以下不等式时，可以采取纠正措施以恢复正交性：
Figure BDA0002762516820000113
在实施例中，用于恢复正交性的校正动作包括将系数矩阵的第二行替换为第一行的正交副本。例如，设C2X＝-C1Y*并且C2Y＝C1X*，则第一行和第二行的新关联变为：
(C1X·C2X*+C1Y·C2Y*)＝-C1X·C1Y+C1Y·C1X＝0。
在执行该替换之后，可以允许收敛照常继续。图5是根据本披露的各种实施例的模拟的收敛轨迹图，该收敛轨迹图展示了替换结果。在实施例中，例如，为了降低的复杂度，可以考虑其他相关度量，但是应当小心以控制警报阈值的信号幅度依赖性。使用全相关系数来避免该问题可能会产生计算成本。
C.单式激励电路
图6展示了根据本披露的实施例的示例性单式激励电路、以及共轭积和电路的分解视图。单式激励电路600包括共轭积和电路(例如，610)、乘法器(例如，618)、比较器628、630、以及反相器(例如，632)。共轭积和电路610至614包括乘法器(例如，652)和加法器(例如，654)。
在运算中，共轭积和电路610至614产生以下共轭积之和。电路610产生和C1X·C2X*+C1Y·C2Y*；电路612产生和C1X·C2X*+C1Y·C2Y*，并且电路614产生和C2X·C2X*+C2Y·C2Y*。
在实施例中，单式激励电路600防止X偏振控制环路和Y偏振控制环路从光通道选择和提取信号的相同偏振分量(两者都收敛到X分量或两者都收敛到Y分量)。不想要的收敛产生非酉琼斯矩阵或其逆矩阵，在实施例中其通过涉及琼斯矩阵的两行的相关系数计算来检测。在实施例中，响应于这样的检测，可以将可以定义琼斯矩阵的状态的一组模拟积分器重置为符合酉的值。这可以通过将系数矩阵(例如，复时变解混矩阵)变换为最接近的酉矩阵来实现。在实施例中，复系数矩阵可以表示在每一行中包括两个复系数的2×2偏振与相位复合矩阵。在实施例中，变换可以包括：1)颠倒这两个复数的顺序；2)取这两个复数的共轭以获得两个共轭数，并且对这两个共轭数之一求反。
在实施例中，系数矩阵的一行被保留，而另一行被替换，例如以促进正交性并获得校正矩阵。在实施例中，该校正矩阵可以例如通过偏振控制环路连续地更新，并且可以用于在相干接收机的X偏振分支和Y偏振分支中执行模拟输出信号的偏振和相位校正以防止信号重复。
在实施例中，单式激励电路600估计表示系数矩阵(例如，LMS自适应逆琼斯矩阵)的第一行向量与第二行向量之间的相关性的相关系数的分子和分母(或与其相关联的度量)。在实施例中，分子超过表示分母的度量一定预定量可以表示指示超过预定分数的相关性。这样的度量可以包括反对角元素的乘积，该乘积超过与系数矩阵相关联的主对角元素的乘积。在实施例中，过度相关指示可能的失收敛并且被用于触发对LMS算法的重置。
图7是根据本披露的实施例的用于防止相干接收机中不想要的偏振信号重复的说明性过程的流程图。在实施例中，过程700开始于步骤702，此时获得表示相关系数的相应分子和分母的度量。相关系数可以表示校正矩阵的第一行向量与第二行向量之间的相关性。
在步骤704处，使用比较器做出指示表示分子的度量超过表示分母的度量的确定。
在步骤706处，响应于该确定，可以通过执行变换来获得系数矩阵的源行的正交化值。
在步骤708处，可以用系数矩阵的源行的正交化值覆写或替换系数矩阵的目标行，以获得更新的校正矩阵。
最后，在步骤710处，可以使用更新的系数矩阵来校正信号误差。
在各种实施例中，可以获得与第一信号流相关联的第一组系数和与第二信号流相关联的第二组系数。响应于第一组系数和第二组系数满足条件，可以将第一组系数变换为相对于第二组系数相互正交的修改的一组系数。然后可以将第二组系数替换为该修改的一组系数以获得一系列系数值，该系数值可以用于对独立信号流执行源分离，而不会重复独立信号流中的一个信号流。
注意，(1)可以可选地执行某些步骤，(2)步骤可以不限于本文阐述的特定顺序，(3)可以以不同的顺序执行某些步骤，并且(4)某些步骤可以同时完成。
本披露的各方面可以利用用于一个或多个处理器或处理单元以使得步骤得以执行的指令编码在一个或多个非暂态计算机可读介质上。应当注意的是，该一个或多个非暂态计算机可读介质应当包括易失性存储器和非易失性存储器。应当注意的是，替代性实施方式是可能的，包括硬件实施方式或软件/硬件实施方式。硬件实施的功能可以使用专用集成电路(ASIC)、可编程阵列、数字信号处理电路系统等来实现。因此，任何权利要求中的术语都旨在覆盖软件实施方式和硬件实施方式两者。如本文使用的术语“一个或多个计算机可读介质”包括具有在其上具体化的指令程序的软件和/或硬件或其组合。考虑到这些实施方式的替代方案，将理解的是，附图及随附描述提供了本领域技术人员写入程序代码(即，软件)和/或制造电路(即，硬件)以执行所需处理将需要的功能信息。
应当注意的是，本披露的实施例可以进一步涉及具有非暂态有形计算机可读介质的计算机产品，该非暂态有形计算机可读介质在其上具有用于执行各种计算机实施的操作的计算机代码。介质和计算机代码可以是专门设计和构造用于本披露的目的的介质和计算机代码，或者其可以属于相关领域的技术人员熟知或可用的种类。有形计算机可读介质的示例包括但不限于：磁性介质，如硬盘、软盘和磁带；光学介质，诸如CD-ROM和全息设备；磁光介质；以及被专门配置用于存储或用于存储和执行程序代码的硬件设备，诸如ASIC、可编程逻辑器件(PLD)、闪存设备、以及ROM设备和RAM设备。计算机代码的示例包括如由编译器产生的机器代码以及包含由计算机使用解释器执行的高级代码的文件。本披露的实施例可以全部或部分地实施为可以处于由处理设备执行的程序模块中的机器可执行指令。程序模块的示例包括库、程序、例程、对象、组件、以及数据结构。在分布式计算环境中，程序模块可以物理地位于本地、远程、或两者的环境中。
本领域技术人员将认识到的是，没有计算系统或编程语言对于本披露的实践是至关重要的。本领域技术人员还将认识到的是，以上所描述的多个元件可以被物理地和/或功能性地分成多个子模块或组合在一起。
对于本领域技术人员将理解的是，前述示例和实施例是示例性的并且不限于本披露的范围。意图是，在阅读本说明书和研究附图之后对本领域技术人员而言显而易见的所有排列、增强、等效物、组合以及对其的改进都包括在本披露的真实精神和范围内。还应当注意的是，可以以不同方式布置任何权利要求中的元素，从而包括具有多种相关性、配置、和组合。

Claims (10)

1.一种用于通过在自适应反馈控制下使独立信号流经受由乘法系数控制的源分离来防止相干接收机中独立信号流重复的实时方法，该方法包括：
获得与第一信号流相关联的第一组系数和与第二信号流相关联的第二组系数；
响应于该第一组系数和该第二组系数满足条件，将该第一组系数变换为相对于该第二组系数相互正交的修改的一组系数；
将该第二组系数替换为该修改的一组系数以获得一系列系数值；以及
使用该系列系数值对独立信号流执行源分离，而不会重复这些独立信号流中的一个信号流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行源分离包括防止与输出信号相关联的自适应解混收敛到基本相同的解，从而防止该相干接收机输出信号的相同偏振分量。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：相关系数，该相关系数表示该第一组系数与该第二组系数之间的相关性。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，满足该条件包括表示该相关系数的分子的度量超过表示该相关系数的分母的度量的分数，该第一组系数表示系数矩阵的第一行向量，并且该第二组系数表示该系数矩阵的第二行向量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，该第一行向量由两个复数表示，并且该变换包括：
颠倒这两个复数的顺序；
取这两个复数的共轭以获得两个共轭数；以及
对这两个共轭数之一求反。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，表示该分母的该度量包括反对角元素的乘积超过与该系数矩阵相关联的主对角元素的乘积。
7.一种用于防止相干接收机中偏振信号重复的单式激励电路，该电路包括：
输入，该输入用于接收与第一信号流相关联的第一组系数和与第二信号流相关联的第二组系数；
耦合至该输入的共轭和电路，该共轭和电路包括使用该第一组系数和该第二组系数来执行共轭和运算的第一组乘法器和一组加法器；以及
包括一组比较器和第二组乘法器的检测电路，该检测电路执行包括以下各项的步骤：
确定该第一组系数和该第二组系数是否满足条件；
响应于该确定，将该第一组系数变换为相对于该第二组系数相互正交的修改的一组系数；
将该第二组系数替换为该修改的一组系数以获得一系列系数值；以及
使用该系列系数值对独立信号流执行源分离，而不会重复这些独立信号流中的一个信号流。
8.根据权利要求7所述的单式激励电路，其中，执行源分离包括防止与输出信号相关联的自适应解混收敛到基本相同的解，从而防止该相干接收机输出信号的相同偏振分量。
9.根据权利要求7所述的单式激励电路，进一步包括：相关系数，该相关系数表示该第一组系数与该第二组系数之间的相关性。
10.根据权利要求9所述的单式激励电路，其中，表示该分母的该度量包括反对角元素的乘积超过与该系数矩阵相关联的主对角元素的乘积。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103141064A (zh) * 2010-09-28 2013-06-05 瑞典爱立信有限公司 具有异步检测和禁止信号发生器的自适应均衡器
US20130202021A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-08 Tyco Electronics Subsea Communications Llc System and Method for Polarization De-Multiplexing in a Coherent Optical Receiver
US20150162991A1 (en) * 2012-01-05 2015-06-11 Shalabh Gupta Receiver for coherent optical transport systems based on analog signal processing and method thereof
US20170250760A1 (en) * 2016-02-26 2017-08-31 Zte Corporation Imaging cancellation in high-speed intensity modulation and direct detection system with dual single sideband modulation
US20170359134A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 Nxp B.V. Processing module for a communication device and method therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103141064A (zh) * 2010-09-28 2013-06-05 瑞典爱立信有限公司 具有异步检测和禁止信号发生器的自适应均衡器
US20150162991A1 (en) * 2012-01-05 2015-06-11 Shalabh Gupta Receiver for coherent optical transport systems based on analog signal processing and method thereof
US20130202021A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-08 Tyco Electronics Subsea Communications Llc System and Method for Polarization De-Multiplexing in a Coherent Optical Receiver
US20170250760A1 (en) * 2016-02-26 2017-08-31 Zte Corporation Imaging cancellation in high-speed intensity modulation and direct detection system with dual single sideband modulation
US20170359134A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 Nxp B.V. Processing module for a communication device and method therefor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
许渤;郭群;谭敏;邱昆;: "反馈时延对高速率光数字接收机时域均衡器影响的分析", 光电子・激光, no. 11 *

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