CN113056878A - 用于补偿光信号的快速偏振态变化的均衡装置 - Google Patents

用于补偿光信号的快速偏振态变化的均衡装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其是均衡数字信号。均衡由2×2MIMO信道估计和偏振态(SOP)估计支持。本发明提出了一种均衡装置、包括该均衡装置的光接收器、相应的方法以及具有用于实现该方法的具有帧结构的光信号。均衡装置包括第一2×2MIMO均衡器，其用于对所述数字信号执行第一均衡，所述第一均衡由基于所述数字信号的所述信道的2×2MIMO信道估计支持。此外，该装置包括第二2×2MIMO均衡器，其设置在所述第一均衡器之后，并且用于对所述数字信号执行第二均衡，所述第二均衡由基于所述数字信号的所述光信号的SOP估计支持。

Description

用于补偿光信号的快速偏振态变化的均衡装置
技术领域
本发明一般涉及处理数字信号，尤其是对数字信号进行均衡。该数字信号具体由信道上传输的光信号导出，因此，本发明还涉及信道估计。本发明尤其涉及在光信号的快速偏振态(state of polarization，SOP)变化的情况下对数字信号进行均衡，因此，本发明还涉及SOP估计。本发明可应用于光纤复合架空地线(optical ground wire，OPGW)光缆领域。
本发明提出一种均衡装置、一种包括该均衡装置的光接收器以及一种由例如均衡装置或光接收器执行的均衡方法。本发明还提出了一种光信号，其包括具有使得能够对快速SOP变化进行均衡的帧结构的帧。
背景技术
在其他技术中，OPGW光缆已经在架空输电线上用于接地，以实现防雷。除了接地之外，OPGW光缆还允许光纤电缆的廉价部署，光纤电缆放置在OPGW光缆中心的金属管中，并被一层或多层铠装线屏蔽。
然而，近年来，现场和实验室测量表明，由雷电感应电流沿导体轴线产生的磁场会非常迅速地改变光纤中光的SOP。这成为一个问题，尤其是在使用相干光偏振复用传输方案时。初步评估了对相干数字信号处理(digital signal processing，DSP)集成电路的跟踪能力的潜在影响，估计雷击引起的SOP速度约为每秒几兆弧度(Mrad/s)。
最近的现场试验证实了这种现象，并且测得SOP速度高达5.1Mrad/s，尽管无法将雷电感应电流的大小与SOP变化的速度关联起来。因此，在最近的实验室实验中，开发了系统的装置，以便测量两种类型的OPGW光缆在高达150kA及以上的雷电感应电流下的SOP。测得超过8Mrad/s的快速SOP速度。在这方面，从雷电模型可以知道，1％的负的首次雷击的峰值电流至少为150kA，在某些极端情况下甚至可以达到500kA。
当使用例如每秒100吉比特(Gb/s)或更高的相干光偏振复用传输方案时，快速SOP变化尤其是一个问题。由于大多数商用数字信号处理器都被设计为承受由机械振动引起的SOP变化，SOP跟踪能力通常只有每秒几百千弧度(krad/s)。因此，业界达成共识，OPGW光缆遭受雷击会导致地铁和长途网络的交通中断。
市场上大多数DSP应用专用电路(ASICs)都使用基于梯度算法的2×2多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)均衡器，例如恒模算法或判决引导最小均方(decision-directed least-mean-square，DD-LMS)算法。考虑到其他处理算法，似乎有可能设计出能够跟踪高达数百krad/s的SOP旋转速度的100G DP-QPSK DSP-ASIC，涵盖发生在埋入式光纤链路中的大多数SOP瞬变以及某些雷电情况。对于高阶正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)，此类DSP器件的SOP跟踪能力将大大降低。
虽然基于2×2MIMO信道估计的DSP改善了2×2MIMO均衡器的性能，但是无法跟踪和补偿空中光纤链路上由雷电流引起的电流所导致的超快SOP旋转速度，除非使用不切实际的训练开销。
发明内容
鉴于上述问题，本发明旨在改善对SOP变化的跟踪和补偿。本发明的目的是提供一种能够跟踪和补偿光信号的快速SOP变化(Mrad/s量级)的均衡装置和方法，特别是基于2×2MIMO均衡。例如，跟踪和补偿由雷击OPGW光缆所引起的SOP变化。本发明还旨在对由光信号导出的数字信号进行数字信号处理，以补偿快速SOP变化。因此，本发明旨在有效地实现均衡以及与其他常规均衡的组合。
通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现了本发明的目的。在从属权利要求中进一步限定了本发明的有利实施方式。
特别地，本发明提出组合两个连续的2×2MIMO均衡器或2×2MIMO均衡步骤，以便处理从光信号导出的数字信号，从而补偿光信号的快速SOP变化。此外，本发明提出了一种用于光信号的帧结构，该帧结构分别支持均衡器的2×2MIMO信道估计和SOP估计，以支持数字信号的处理。
本发明的第一方面提供了一种均衡装置，该均衡装置用于处理由信道上传输的光信号导出的数字信号，该均衡装置包括：第一2×2MIMO均衡器，用于对数字信号执行第一均衡，该第一均衡由基于数字信号的信道的2×2MIMO信道估计支持；以及设置在第一均衡器之后的第二2×2MIMO均衡器，用于对数字信号执行第二均衡，该第二均衡由基于数字信号的光信号的SOP估计支持。
信道可以包括光纤，尤其是至少部分地被导电屏蔽物围绕的光纤。在一实施例中，SOP估计可以基于由第一2×2MIMO均衡器输出的数字信号。
根据第一方面的装置可以特别地包括两个2×2MIMO均衡器，并且能够补偿非常快的SOP变化。特别地，第一2×2MIMO均衡器能够补偿色散(chromatic dispersion，CD)、偏振模色散(polarization-mode dispersion，PMD)和光信号的SOP的较慢变化，而第二2×2MIMO均衡器能够完全消除快速SOP变化(旋转量级为Mrad/s)的影响。由于两个2×2MIMO均衡器分别基于2×2MIMO信道估计和SOP估计，不需要反馈回路，因此自然允许跟踪更快的SOP变化(对于需要用于误差计算的反馈回路的架构而言，这是不容易实现的)。在一实施例中，两个2×2MIMO均衡器不彼此耦合。
均衡装置还允许特别有效的并行实施，因为均衡具有前馈结构。此外，可以将均衡与载波恢复(即，载波频率/相位估计和补偿)解耦。均衡装置的复杂度也低。
在第一方面的一种实施方式中，第一均衡器用于通过执行第一均衡来补偿残余CD、PMD和光信号的SOP的较慢的变化，第二均衡器用于通过执行第二均衡来补偿光信号的SOP的较快的变化。
因此，对于CD、PMD以及各种较慢和较快(旋转达到Mrad/s)的SOP变化，可以有效且完全地均衡数字信号。
在第一方面的另一实施方式中，第一均衡器和/或第二均衡器为训练辅助均衡器。
例如，第一均衡器可以用于基于包含在数字信号中的训练序列来执行信道的2×2MIMO信道估计。该训练序列在本文中被称为第一训练序列。执行2×2MIMO信道估计可得出信道状态的估计值。因此，第一均衡器可以基于信道状态的估计值来执行第一均衡，即，第一均衡由2×2MIMO信道估计支持。另外地或可替代地，第二均衡器可以用于基于数字信号中包含的另一训练序列来执行光信号的SOP估计。该训练序列在本文中被称为第二训练序列。执行SOP估计可得出SOP估计值。因此，第二均衡器可以基于SOP估计值来执行第二均衡，即，第二均衡由SOP估计支持。第一训练序列可以不同于第二训练序列，特别地，第一训练序列比第二训练序列更长(例如，包含更多符号)。
由于可以基于每个训练序列执行2×2MIMO信道估计，因此均衡器架构也允许在非常快的SOP瞬变期间访问信道。此外，保留了训练辅助信道估计的所有好处。均衡是调制格式透明的，即有效载荷数据的星座图可以不同于训练序列的星座图。
在第一方面的另一实施方式中，第一均衡器用于基于包含在数字信号中的第一训练序列来执行2×2MIMO信道估计，第二均衡器用于基于包含在数字信号中的第二训练序列来执行SOP估计。
通过这些训练序列，装置可以从数字信号中有效地消除SOP旋转(较慢和较快)的影响。第二训练序列可以不同于第一训练序列。第一训练序列和第二训练序列可以各自包含在由数字信号携带的基带信号中。例如，数字信号可以是由光信号携带的射频(radiofrequency,RF)信号的采样版本。RF信号以及数字信号可以携带基带信号，基带信号包含第一训练序列和第二训练序列。基带信号可以进一步携带有效载荷数据。
在第一方面的另一实施形式中，第一均衡器用于基于光信号的帧中包含的较长的训练序列来执行2×2MIMO信道估计，第二均衡器用于针对帧中包含的(例如，周期性地)多个较短的训练序列中的每一个单独执行SOP估计。
在本公开中，序列通常是指一系列相邻的符号。因此，位于序列的初始(即，第一个符号)和末尾(即，最后一个符号)之间的每个符号也是序列的元素。此外，在本公开的同一段落中提及或彼此相关的并且分别被称为“较长”序列和“较短”序列的任何第一序列和任何第二序列应分别理解为更长和更短，意思是第一序列比第二序列长(换句话说，第二序列比第一序列短的意思)。如果在本公开的相同段落或上下文中提及，这一点同样适用于在比较形式中具有相反属性的任何其他名词。例如，“较快的变化”和“较慢的变化”分别是更快和更慢，不是绝对的而是相比较的。
在第一方面的另一实施方式中，第二均衡器用于通过对给定的较短的训练序列执行SOP估计，对帧结构中直接设置在给定的较短的训练序列之前的数据序列和直接设置在给定的较短的训练序列之后的数据序列执行第二均衡。
因此，可以通过均衡装置在数字信号中有效地跟踪和补偿光信号的较快的SOP旋转(数Mrad/s)。
在第一方面的另一实施方式中，训练序列基于完美平方最小相位恒幅零自相关(Perfect-Square Minimum-Phase Constant-Amplitude Zero-Autocorrelation，PS-MPCAZAC)码。
这样的训练序列导致非常好的均衡结果。
在第一方面的另一实施方式中，第一均衡器在频域(frequency domain，FD)或时域(time domain，TD)中实现和/或第二均衡器在FD或TD中实现。
在第一方面的另一实施方式中，均衡装置还包括CD均衡器，其被设置在第一均衡器之前并且用于对数字信号执行均衡，该均衡由基于数字信号的光信号的CD估计来支持。
对数字信号执行的CD估计和均衡可以去除光信号中的大部分CD。第一均衡器可以去除任何残留的CD。
在第一方面的另一实施方式中，均衡装置包括双级均衡器，该双级均衡器包括CD均衡器和第一均衡器，以及第二均衡器。
在第一方面的另一实施方式中，均衡装置包括单级均衡器，该单级均衡器包括CD均衡器、第一均衡器和第二均衡器。
在第一方面的另一实施方式中，均衡装置还包括一个或多个数字信号处理(DSP)单元，用于对数字信号执行数字信号处理，特别是用于符号检测的处理和/或分数过采样数据的处理。
本发明的第二方面提供了一种光接收器，特别是相干光接收器，包括根据第一方面或其任何实施方式的均衡装置，其中，光接收器用于接收信道上的光信号，并从光信号中导出数字信号。
在一实施例中，光接收器被配置为通过从光信号导出RF信号并对RF信号进行采样来从光信号中导出数字信号。例如，光接收器可以包括：用于从光信号中导出RF信号的相干检测器；以及用于对RF信号进行采样的模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)。在这种情况下，数字信号将是从光信号得出的RF信号的采样版本。
本发明的第三方面提供了一种用于处理由信道上传输的光信号导出的数字信号的方法，该方法包括对数字信号执行由基于数字信号的信道的2×2MIMO信道估计支持的第一2×2MIMO均衡，以及对数字信号执行由基于数字信号的光信号的SOP估计支持的第二2×2MIMO均衡。
在第三方面的一种实施方式中，该方法还包括：通过执行第一均衡，补偿残余CD、PMD和光信号的SOP的较慢的变化，并且包括通过执行第二均衡，补偿光信号的SOP的较快的变化。
在第三方面的另一实施方式中，第一均衡和/或第二均衡是训练辅助均衡。
在第三方面的另一实施方式中，该方法包括基于包含在数字信号中的第一训练序列来执行2×2MIMO信道估计，以及基于包含在数字信号中的第二训练序列来执行SOP估计。
在第三方面的另一实施方式中，该方法包括基于光信号的帧中包含的较长的训练序列来执行2×2MIMO信道估计，并且包括针对帧中包含的(例如，周期性地)多个较短的训练序列中的每一个单独执行SOP估计。
在第三方面的另一实施方式中，该方法包括，通过对给定的较短的训练序列执行SOP估计，对帧结构中直接设置在给定的较短的训练序列之前的数据序列和直接设置在给定的较短的训练序列之后的数据序列执行第二均衡。
在第三方面的另一实施方式中，训练序列基于完美平方最小相位恒幅零自相关(PS-MP CAZAC)码。
在第三方面的另一实施方式中，在频域(FD)或时域(TD)中实现该方法。
在第三方面的另一实施方式中，该方法还包括对数字信号执行均衡，该均衡由基于数字信号的光信号的CD估计支持。
在第三方面的另一实施方式中，该方法由双级均衡器执行。
在第三方面的另一实施方式中，该方法由单级均衡器执行。
在第三方面的另一实施方式中，该方法进一步包括对数字信号执行DSP，特别是用于符号检测的处理和/或分数过采样数据的处理。
第三方面的方法及其实施方式实现了针对第一方面的装置及其相应实施方式的上述优点。
本发明的第四方面提供了一种包括一系列帧的光信号，每个帧包括多个数据序列；用于信道的2×2MIMO信道估计的较长的训练序列，该光信号在该信道上传输；以及用于光信号的SOP估计的多个较短的训练序列，其中，在每两个相继的数据序列之间设置有一个较短的训练序列。
本发明的其他方面提供了一种生成要在信道上传输的光信号的方法，或者一种用于生成待在信道上传输的光信号的光信号发生器，或者一种在信道上传输光信号的方法，或者一种用于处理在信道上传输的光信号的方法，或一种用于处理在信道上传输的光信号的处理装置，其中，所述光信号包括一系列帧，每个帧包括多个数据序列、用于信道的2×2MIMO信道估计的较长的训练序列以及用于光信号的SOP估计的多个较短的训练序列，其中，在每两个相继的数据序列之间设置有一个较短的训练序列。
光学信号发生器可以用于通过用包括一系列帧的数字信号调制RF信号并且用调制的RF信号调制光载波信号来产生光信号。
需要注意，本申请中描述的所有设备、元件、单元和装置可以以软件元件或硬件元件或其任何种类的组合来实现。由本申请中描述的各个实体执行的所有步骤以及所描述的由各个实体执行的功能旨在表示各个实体适于或用于执行各个步骤和功能。即使在以下对特定实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有在执行该特定步骤或功能的实体的特定详细元素的描述中反映出来，本领域技术人员应该清楚，这些方法和功能可以在相应的软件元件或硬件元件或其任何种类的组合中实现。
附图说明
本发明的上述方面和实施方式将在以下结合附图的具体实施方式的描述中进行解释，其中
图1示出了根据本发明实施例的均衡装置。
图2示出了根据本发明实施例的光接收器。
图3示出了根据本发明实施例的均衡装置。
图4示出了根据本发明实施例的均衡装置。
图5示出了根据本发明实施例的用于光信号的帧的结构。
图6示出了在光信号的帧中的训练序列，用于补偿较慢和较快的SOP变化。
图7示出了根据本发明实施例的方法。
图8示出了根据本发明实施例的用于200G DP-QPSK的均衡装置的性能评估。
图9示出了根据本发明实施例的用于400G DP-16QAM的均衡装置的性能评估。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施例的均衡装置100。均衡装置100特别地用于处理数字信号101。数字信号101，例如可以由光接收器200产生，由传输信道202上传输的光信号201导出(见图2)。
装置100包括第一2×2MIMO均衡器102和第二2×2MIMO均衡器105，第二均衡器105被设置在第一均衡器102之后。因此，第一均衡器102和第二均衡器105可以彼此去耦。
第一2×2MIMO均衡器102用于对数字信号101执行第一均衡103。第一均衡103由基于数字信号101的信道202的2×2MIMO信道估计104支持。特别地，第一均衡103将信道估计结果(即，信道状态的估计值)作为输入。第二2×2MIMO均衡器105用于对数字信号101执行第二均衡106。第二均衡106由基于数字信号101的光信号201的SOP估计107支持。特别地，第二均衡将SOP估计结果(即，SOP估计值)作为输入。
均衡装置100用于借助于第一均衡器102来补偿残余CD、PMD和光信号201的SOP的较慢变化，并且用于借助于第二均衡器105来补偿光信号201的SOP的较快的变化。
图2示出了根据本发明实施例的光接收器200。光接收器200包括至少一个如图1所示的装置100。特别地，光接收器200可以是相干光接收器，即可以是用于接收和处理相干光信号的接收器。
光接收器200用于接收传输信道202上的光信号201，并且从接收到的光信号201导出，例如生成，数字信号101。例如，光接收器200为此可以包括用于从光信号201中导出RF信号的相干检测器，并且可进一步包括用于对RF信号进行采样的ADC。在这种情况下，数字信号101可以是从光信号201导出的RF信号的采样版本。
光接收器200用于借助于均衡装置100来补偿CD、PMD以及光信号201的SOP的较慢和较快的变化。
图3和图4分别示出了根据本发明实施例的均衡装置100。每个均衡装置100都基于图1所示的均衡装置100。因此，在图1中，相同的元件用相同的符号表示。图1和图3或图4中的相同元件被标记为相同的附图标记并且作用相同。
特别地，图3和图4分别示出了图1的均衡装置100的两种可能的结构。在这两个示例中，均衡装置100包括CD均衡器300和图1所示的两个2×2MIMO均衡器102和105。CD均衡器300用于对输入数字信号101执行CD均衡301，其中，CD均衡301由基于数字信号101的光信号201的CD估计302支持。即，CD均衡301将CD估计结果作为输入。第一均衡器102用于补偿残余CD、PMD和光信号201的SOP的较慢变化。第二均衡器105用于补偿光信号201的SOP的较快变化。第一均衡器102和第二均衡器105可以分别在FD或TD中实现。
图3具体示出了均衡装置100，该均衡装置100包括双级频域均衡器(frequency-domain equalizer，FDE)，SOP时域均衡器(time-domain equalizer，TDE)紧随其后。图4具体示出了均衡装置100，该均衡装置100包括单级FDE，SOP TDE紧随其后。2×2MIMO均衡器102和105(在图3和图4中)是训练辅助均衡器，即，它们被安排分别基于一个或多个训练顺序执行2×2MIMO信道估计104和SOP估计107。例如，2×2MIMO信道估计104可以基于第一训练序列，而SOP估计107可以基于第二训练序列。第一训练序列和第二训练序列中的每一个或两个可以被包含在数字信号101中。第一训练序列和第二训练序列中的一个或两者可以基于PS-MP CAZAC码。
分别如图3和图4所示的均衡装置100都还包括DSP单元或模块，其例如用于符号检测和/或允许处理分数过采样数据。特别地，图3和图4所示的均衡装置100的DSP单元分别包括用于执行串行/并行转换(serial/parallel conversion)、重叠丢弃(Overlap-Discard,OLD)方法、快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)或逆快速傅立叶变换(inverseFFT，IFFT)、帧同步(Frame Alignment)、折叠抽取(Folding Decimation)、信号缓冲(signal buffering)、载波频率偏移(carrier frequency offsetting)、载波相位补偿(carrier phase compensation)、符号对准(symbol alignment)中的至少一个的单元。
在FD中执行的均衡可能尤其基于OLD方法，该方法包括：通过离散FFT将(数据信号101的)串行数据的50％重叠块传输到FD，对每个块应用补偿功能，通过离散逆FFT(IFFT)将信号传输回TD，以及切除重叠以恢复串行数据信号101。为了有效的硬件实现，应选择过采样因子msps，以使得
mod{Nmsps，2}＝0，
其中，{0＜msqs≤2}，N为PS-MP CAZAC序列(第一或第二训练序列)的长度。
图5示出了根据本发明实施例的光信号201的帧500的结构。光信号201通常包括这样的帧500的序列。帧500包括多个数据序列501、较长的训练序列502和多个较短的训练序列503。较短的训练序列503这样设置在帧500中，使得每两个相继的(沿着时间轴)数据序列501之间设置有一个较短的训练序列503。较长的训练序列502可以分别设置在数据序列501和较短的训练序列503之前。
较长的训练序列502可用于信道202的2×2MIMO信道估计104，光信号201在信道202上传输。这意味着，可以将较长的训练序列502作为输入提供给图1、图3或图4所示的装置100的第一均衡器102，特别是用于执行2×2MIMO信道估计104。换句话说，较长的训练序列502是用于执行2×2MIMO信道估计104的合适序列。
较短的训练序列503可各自用于光信号201的SOP估计107。这意味着，可以将各个较短的训练序列503作为输入提供给图1、图3或图4所示的装置100的第二均衡器105，特别是用于执行SOP估计107。换句话说，较短的训练序列503是用于执行SOP估计107的合适的序列。
训练序列502、503，即较短的训练序列503和较长的训练序列502，均可通过使用PS-MP CAZAC序列(即，基于PS-MP CAZAC码)或更一般地使用Frank-Zadoff序列建立。序列可以定义为：
Figure BDA0002952716040000071
其中，N是符号中的序列长度。对于序列长度为N＝2p个符号，其中p∈{1，2，3，...}，可以得到由
Figure BDA0002952716040000072
给出的上述多相码的最小不同相数。然而，对于长度为N＝22p′个符号，其中p′∈{1，2，3，...}，PS-MP CAZAC序列的星座图是指log(N)PSK调制信号(即，p′＝1表示BPSK，p′＝2表示QPSK，p′＝3表示8PSK，依此类推)。
用于2×2MIMO信道估计104和SOP估计107的训练序列502和503分别定义为：
Figure BDA0002952716040000081
Figure BDA0002952716040000082
其中，χ≥1。PS-MP CAZAC块和保护间隔(guard intervals，GIs)特别定义为：
cx＝[c[0]，c[1]，...，c[N-1]]，
cy＝[c[N/2]，c[N/2+1]，...，c[N-1]，c[0]，c[1]，...，c[N/2-1]]，
gixf＝[c[N-NGI]，c[N-NGI+1]，...，c[|N-1]]
gixb＝[c[0]，c[1]，...，c[NCI-1]]
giyf＝[c[N/2-NGI]，c[N/2-NGI+1]，...，c[N/2-1]]
giyb＝[c[N/2]，c[N/2+1]，...，c[N/2+NGI-1]]
通常，NTS1＜＜NTS，例如，对于一个64GBd系统，NTS＝96个符号(具有NGI＝64个符号的PS-MP CAZAC块，并且包括长度为NGI＝16个符号的GIs)，NTS1＝4个符号(GI通常不需要用于SOP估计)。
以下，针对FD概述了训练辅助2×2MIMO信道估计104和SOP估计107(2×2SOP矩阵FD估计)。无噪声传输系统可以建模为：
Figure BDA0002952716040000083
其中，Rx，Ry和Cx，Cy分别表示在FD中接收和发送的PS-MP CAZAC序列的x偏振和y偏振。
为了执行2×2MIMO信道估计104，需要将上述方程式的左右矩阵从左侧乘以：
Figure BDA0002952716040000084
以得到以下HA[k]和HB[k]：
Figure BDA0002952716040000085
Figure BDA0002952716040000091
将HA[k]和HB[k]转化到TD场：
Figure BDA0002952716040000097
Figure BDA0002952716040000098
其中
Figure BDA0002952716040000092
需要TD加窗以从HA[k]和HB[k]中提取四个信道分量，使得：
hxx[n]＝hA[n]rect[n]
hxy[n]＝hA[n-N]rect[n]
hyx[n]＝hB[n-N]rect[n]
hyy[n]＝hB[n]rect[n]
其中：
Figure BDA0002952716040000093
NCIR≤NTDw≤N/4
由于由第一2×2MIMO均衡器102之后的第二2×2MIMO均衡器执行2×2SOP估计107，剩余信道脉冲响应(channel impulse response，CIR)仅由δSOP旋转矩阵给出，使得NCIR＝1个符号。
此外，已知2×2SOP矩阵的公式为：
Figure BDA0002952716040000094
可以执行以下平均：
Figure BDA0002952716040000095
Figure BDA0002952716040000096
基于hv[n]和hu[n]，可以计算第二2×2MIMO均衡器105的抽头。
由于第二2×2MIMO均衡器105处理以1Sa/S采样的数据，因此执行以下矩阵求逆：
Figure BDA0002952716040000101
如果第二2×2MIMO均衡器105在FD中实施，则需要四个附加的FFTs来将四个信道元素转换到FD。在第二均衡106的长度与SOP估计107的长度不同的情况下，可以执行零填充或截断(通常在TD加窗阶段)。
以下，针对TD详细概述了训练辅助2×2MIMO信道估计104和SOP估计107(2×2SOP矩阵TD估计)。在SOP估计107在TD中执行的情况下(对于较短的训练序列复杂度较低)，可以获得hA[n]和hB[n]：
Figure BDA0002952716040000102
Figure BDA0002952716040000103
其中，i∈{0，1，2，...，N-1}。
然后，如上面针对FD的情况所描述的执行其余操作。
图6示出了光信号201的帧500中的训练序列502和503，其可用于补偿较慢和较快的SOP变化。图6具体示出了基于光信号201的帧500的结构(也如图5所示)由图1、图3或图4的均衡装置100执行的均衡方法。
可以通过基于第一(较长)训练序列502的2×2MIMO信道估计104的支持来补偿PMD、残余CD和较慢的SOP变化，尤其是对于在该第一训练序列502之前和之后排列的数据序列501。类似地，可以通过基于给定的第二(较短)训练序列503的SOP估计107的支持来补偿更快的SOP变化，尤其是对于在该给定的第二训练序列503之前和之后排列的数据序列501。这意味着，第二均衡106可以针对帧500中的紧接在给定的训练序列503之前设置的数据序列501和紧接在给定的训练序列503之后设置的数据序列501执行。例如，在图6中，第二个和第三个数据序列501(从左侧起，即标记为dy1,dx1和dy2,dx2的数据序列)通过设置在这些数据序列501之间的较短的训练序列503执行的SOP估计107的支持进行补偿。第二个和第三个数据序列501(即标记为dy2,dx2和dy3,dx3的数据序列)通过设置在这些数据序列501之间的训练序列503执行的SOP估计107的支持进行补偿。该方法优选使用缓冲器执行，尤其是可以实现具有半帧延迟的均衡的缓冲器。
图7示出了根据本发明实施例的方法700。方法700用于处理由信道202上传输的光信号201导出的数字信号101。方法700可以通过图1(或图3或图4)所示的装置100或者通过图2所示的光接收器200来执行。
方法700包括对数字信号101执行由基于数字信号101的信道202的2×2MIMO信道估计104支持的第一2×2MIMO均衡103的步骤701。该步骤701可以由第一2×2MIMO均衡器102执行。方法700还包括对数字信号101执行由基于数字信号101的光信号201的SOP估计107支持的第二2×2MIMO均衡106的步骤702，该步骤702可以由第二2×2MIMO均衡器105执行。
图8和图9分别示出了作为装置100和方法700的构思的证明的仿真结果。特别地，分别示出了针对200G DP-QPSK(图8)和针对400G DP-16QAM(图9)的性能评估。可以看出，在两种情况下，装置100对于所有SOP旋转都表现出明显更好的性能(在10-2的误码率(BitError Rate，BER)代价下的较低的所需光信噪比(Required Optical Signal-to-NoiseRation，ROSNR))，尤其是高达100Mrad/s的更快的SOP旋转。
本发明已经结合作为示例的各实施例以及实施方式进行了描述。然而，根据对附图、本公开和独立权利要求的研究，本领域技术人员通过实践可以理解和实现所要求保护的发明的其他变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括/包含”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的几个实体或项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载的某些措施的这一事实本身并不表示这些措施的组合不能用于有利的实施。

Claims (15)

1.一种均衡装置(100)，用于处理由信道(202)上传输的光信号(201)导出的数字信号(101)，所述均衡装置(100)包括：
第一2×2多输入多输出MIMO均衡器(102)，用于对所述数字信号(101)执行第一均衡(103)，所述第一均衡(103)由基于所述数字信号(101)的所述信道(202)的2×2MIMO信道估计(104)支持；以及
设置在所述第一均衡器(102)之后的第二2×2MIMO均衡器(105)，用于对所述数字信号(101)执行第二均衡(106)，所述第二均衡(106)由基于所述数字信号(101)的所述光信号(201)的偏振态SOP估计(107)支持。
2.根据权利要求1所述的均衡装置(100)，其中
所述第一均衡器(102)用于通过执行所述第一均衡(103)补偿残余色散CD、偏振模色散PMD和所述光信号(201)的所述SOP的较慢的变化；并且
所述第二均衡器(105)用于通过执行所述第二均衡(106)补偿所述光信号(201)的所述SOP的较快的变化。
3.根据权利要求1或2所述的均衡装置(100)，其中
所述第一均衡器(102)和所述第二均衡器(105)中的至少一个是训练辅助均衡器。
4.根据权利要求1或2所述的均衡装置(100)，其中
所述第一均衡器(102)用于基于包含在所述数字信号(101)中的第一训练序列(502)来执行所述2×2MIMO信道估计(104)；并且
所述第二均衡器(105)用于基于包含在所述数字信号(101)中的第二训练序列(503)来执行所述SOP估计(107)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的均衡装置(100)，其中
所述第一均衡器(102)用于基于所述光信号(201)的帧(500)中所包含的较长的训练序列(502)来执行所述2×2MIMO信道估计(104)，并且
所述第二均衡器(105)用于针对所述帧(500)中所包含的多个较短的训练序列(503)中的每一个单独执行所述SOP估计(107)。
6.根据权利要求5所述的均衡装置(100)，其中
所述第二均衡器(105)用于通过对给定的较短的训练序列(503)执行所述SOP估计(107)，对所述帧(500)中直接设置在所述给定的较短的训练序列(503)之前的数据序列(501)和直接设置在所述给定的较短的训练序列(503)之后的数据序列(501)执行所述第二均衡(106)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的均衡装置(100)，其中
所述训练序列(502，503)基于完美平方最小相位恒幅零自相关PS-MP CAZAC码。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的均衡装置(100)，其中
所述第一均衡器(102)在频域FD或时域TD中实施；和/或
所述第二均衡器(105)在所述FD或所述TD中实施。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的均衡装置(100)，还包括：
设置在所述第一均衡器(102)之前的CD均衡器(300)，用于对所述数字信号执行均衡(301)，所述均衡(301)由基于所述数字信号(101)的所述光信号(201)的CD估计(302)支持。
10.根据权利要求9所述的均衡装置(100)，包括：
-双级均衡器，所述双级均衡器包括所述CD均衡器(300)和所述第一均衡器(102)；以及
-所述第二均衡器(105)。
11.根据权利要求9所述的均衡装置(100)，包括：
单级均衡器，所述单级均衡器包括所述CD均衡器(300)、所述第一均衡器(102)和所述第二均衡器(105)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的均衡装置(100)，还包括：
一个或多个数字信号处理DSP单元，用于对所述数字信号(101)执行数字信号处理，特别是用于符号检测的处理和/或分数过采样数据的处理。
13.一种光接收器(200)，特别是相干光接收器，包括根据权利要求1至12中任一项所述的均衡装置(100)，其中
所述光接收器(200)用于接收所述信道(202)上的所述光信号(201)，并且从所述光信号(201)中导出所述数字信号(101)。
14.一种用于处理由信道(202)上传输的光信号(201)导出的数字信号(101)的方法(700)，所述方法(700)包括：
对所述数字信号(101)执行(701)由基于所述数字信号(101)的所述信道(202)的2×2多输入多输出MIMO信道估计(104)支持的第一2×2MIMO均衡(103)；以及
对所述数字信号(101)执行(702)由基于所述数字信号(101)的所述光信号(201)的偏振态SOP估计(107)支持的第二2×2MIMO均衡(106)。
15.一种包括一系列帧(500)的光信号(201)，每个帧(500)包括：
多个数据序列(501)；
用于信道(202)的2×2MIMO信道估计(104)的较长的训练序列(502)，所述光信号(201)在所述信道(202)上传输；以及
用于所述光信号(201)的SOP估计(107)的多个较短的训练序列(503)，
其中，每两个相继的数据序列(501)之间设置有一个较短的训练序列(503)。
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