CN114844571B - 一种模拟相干光通信的载波恢复方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种模拟相干光通信的载波恢复方法及系统，涉及光通信技术领域，包括利用本征激光源解调，并通过电域均衡得到两路均衡后复信号。检测均衡后复信号频差以调节本征激光源频率，使频差趋近于0。利用相位补偿复电波补偿均衡后复信号得到补偿后复信号，其控制包括两反馈环路：第一反馈环根据补偿后复信号的相差调节相位补偿复电波，使其相位抵消均衡后复信号的残余频差和相差；第二反馈环检测相位补偿复电波幅值平方和并保持其恒定。本申请通过锁频环消除收发端频差，通过自适应相位补偿电路补偿残余频差与相差，绕开难度大的锁相环技术，技术实现简单；并且保证信号光电转换的线性特点，便于消除色散，同时避免因差分检测带来OSNR代价。
Description
技术领域
本申请涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种模拟相干光通信的载波恢复方法及系统。
背景技术
大规模商用的相干光通信技术实际是相干光通信与数字信号处理(DigitalSignal Process，DSP)的结合体。而数字信号处理一般由下列部分组成：色散补偿、时钟采样误差提取、自适应均衡(完成偏振解复用与偏振模色散补偿)、载波恢复(频差估计与补偿)、载波恢复(相位噪声估计与补偿)、码元判决、以及差分解码。这种数字相干光通信技术广泛用于100G、400G、以及800G光通信系统，在长途网和城域网建设中发挥了重要作用。
随着互联网企业的兴起，数据中心间的数据通信成指数增长，而现有的数字相干光通信技术成本过高，且功耗大，带来了巨大的电费消耗成本以及散热要求。同时，由于数据中心间距离较近，所以广泛采用传统直调直检技术互联。但对于80km或超80km的数据中心互联，要求使用远距离的相干光通信技术。
现有的相干光通信技术在应用时，其主要的能耗来自于模数转换(analogue-to-digitalconversion，ADC)与数字信号处理，所以将数字信号处理部分变为模拟信号处理或光信号处理可以大幅度降低光模块的功耗，满足发展绿色经济的需要。
传统的模拟相干光通信采用的一种方法是光锁相环技术。光锁相环技术如图1所示，信号经本征光解调后，对解调信号的相位进行检测，并通过调节本征激光频率使本征激光与接收光信号相位一致，光信号被解调为不归零编码(non-return-to-zero line code，NRZ)电信号，最后利用电信号接收器接收NRZ电信号。
另一种方式是电锁相环技术，即让本征激光器工作在自由振荡状态，而用可调的电频率源对解调电信号进行锁定，如图2所示。
这两种锁相环的共同问题是，由于相位检测、环路滤波以及电路走线带来的延迟，锁相环带宽较窄，难以跟踪收发端激光器的快速频差变化。
另一种方法是延迟差分检测，延迟差分检测可以在光域或电域实现。光域延迟相干如图3所示，即延迟信号光一码元，两个相邻信号光码元相干。这种方法由于前后码元都由一个光源发出，不受激光源频差影响。但是，这种相干检测方法无法使用本征激光的放大作用，对未经放大的信号光检测灵敏度很低。而且，这种延迟相干检测相当于前后光信号共轭相乘，所以光域到电域的转换是非线性的，这种情况下，难以有效补偿色散。同时信号共轭相乘会成倍增加噪声，带来光信噪比(Optical Signal Noise Ratio，OSNR)代价。
延迟差分检测也可以在电域实现，电域延迟相干如图4所示，即仍然利用本征光解调光信号，然后在电域延迟相干。这种架构虽然可以使用本征激光的放大作用，对未经放大的信号拥有类比于数字相干光通信的光检测灵敏度。但延迟相干带来的OSNR代价仍然存在。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种模拟相干光通信的载波恢复方法，能够通过锁频环路消除收发端频差，通过自适应相位补偿电路补偿残余频差与相差，绕开难度大的锁相环技术，技术实现简单，并可保证信号光电转换的线性特点，便于消除色散，同时避免因差分检测带来OSNR代价。
为达到以上目的，采取的技术方案是：
本申请第一方面提供一种模拟相干光通信的载波恢复方法，包括：
利用本征激光源对光信号进行解调得到两路模拟复信号，通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并补偿码元间串扰，得到两路均衡后复信号；
对任意一路所述均衡后复信号进行频差检测，并利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节，以使频差保持在预设范围内；
使用两路自适应相位补偿电路分别对所述两路均衡后复信号的残余频差和相差进行补偿，得到两路补偿后复信号；
所述自适应相位补偿电路包括第一反馈环路和第二反馈环路；
第一反馈环路根据补偿后复信号的残余相差信号调节相位补偿复电波，使其相位正好抵消均衡后复信号的残余频差和相差；第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号，并调节相位补偿复电波保持其I/Q路幅值平方和恒定；
分别对所述两路补偿后复信号进行数据判决恢复出两路调制数据信号。
一些实施例中，所述通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并补偿码元间串扰，得到两路均衡后复信号，具体包括：
通过模拟均衡电路对所述两路模拟复信号进行均衡，以消除色散及电滤波效应，并解复用得到两路均衡后复信号。
一些实施例中，所述光信号为X偏振光信号和Y偏振光信号复用后得到的光信号；
所述模拟均衡电路处理后的所述两路均衡后复信号采用下述公式表示：
其中，
表示X偏振态的均衡后复信号；
表示Y偏振态的均衡后复信号；
X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元；
Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元；
T表示码元周期；
n表示码元序列；
j表示复数单位；
π表示圆周率；
Δf表示收发端频差；
t表示时间；
表示X偏振态的均衡后复信号的相差；
表示Y偏振态的均衡后复信号的相差。
一些实施例中，所述频差检测为基于电域的延迟差分检测；
所述利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节为根据频差的正负调节本征激光源的频率。
一些实施例中，使用两路自适应相位补偿电路产生两路相位补偿复电波，分别对两路均衡后复信号的残余频差与相差进行补偿,得到两路补偿后复信号。两个自适应相位补偿电路工作方式都为反馈环路，具体工作方式为：通过相差检测电路对两路补偿后复信号进行相差检测，得到两路补偿后复信号的残余相差，根据检测得到的相差生成两路相位补偿复电波，以分别对所述两路均衡后复信号的残余频差和相差进行补偿，得到两路补偿后复信号；
所述补偿后复信号为不归零编码电信号。
一些实施例中，所述自适应相位补偿电路所述相位补偿复电波采用下述公式表示：
其中，
Ix(t)表示X偏振态的相位补偿复电波中的I路子电波；
Qx(t)表示X偏振态的相位补偿复电波中的Q路子电波；
Iy(t)表示Y偏振态的相位补偿复电波中的I路子电波；
Qy(t)表示Y偏振态的相位补偿复电波中的Q路子电波；
j表示复数单位；
π表示圆周率；
Δf表示收发端频差；
t表示时间；
表示X偏振态的均衡后复信号的相差；
表示Y偏振态的均衡后复信号的相差；
δX(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差；
δY(t)表示Y偏振态的补偿后复信号的残余相差；
n表示码元序列。
一些实施例中，所述自适应相位补偿电路得到所述两路补偿后复信号过程可采用下述公式表示：
当nT≤t<(n+1)t
当nT≤t<(n+1)t
其中，
表示X偏振态的补偿后复信号；
表示Y偏振态的补偿后复信号；
X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元；
Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元；
T表示码元周期；
n表示码元序列；
j表示复数单位；
δX(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差；
δY(t)表示Y偏振态的补偿后复信号的残余相差。
本申请第二方面提供一种一种模拟相干光通信的载波恢复系统，其特征在于，包括：
相干解调电路，其利用本征激光源对光信号进行解调得到两路模拟复信号；
模拟均衡电路，其连接相干解调电路，用于通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并补偿码元间串扰，得到两路均衡后复信号；
锁频环路，其连接相干解调电路和模拟均衡电路，用于对任意一路所述均衡后复信号进行频差检测，并利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节，以使频差保持在预设范围内；
自适应相位补偿电路，其连接模拟均衡电路，用于使用两路相位补偿复电波对所述两路均衡后复信号的残余频差与相差进行补偿，得到两路补偿后复信号；所述自适应相位补偿电路包括第一反馈环路和第二反馈环路；
第一反馈环路根据补偿后复信号的残余相差信号调节相位补偿复电波，使其相位正好抵消均衡后复信号的残余频差和相差；第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号，并调节相位补偿复电波保持其I/Q路幅值平方和恒定；
判决电路，其连接自适应相位补偿电路的输出，用于分别对所述两路补偿后复信号进行数据判决恢复两路调制数据信号。
一些实施例中，所述自适应相位补偿电路包括：
相差检测电路，用于对所述补偿后复信号进行检测得到残余相差信号；
相位补偿复电波产生电路，其连接相差检测电路，用于根据残余相差信号调节相位补偿复电波，所述相位补偿电路以反馈环方式工作，包括第一反馈环路和第二反馈环路；第一反馈环路用于根据残余相差信号调节相位补偿复电波；第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号，并调节相位补偿复电波保持其I/Q路幅值平方和恒定。
复信号相乘电路，其连接相差检测电路和相位补偿复电波产生电路，利用相位补偿复电波对均衡后复信号进行相位补偿。
一些实施例中，所述第一反馈环路利用残余相差信号调节相位补偿复电波的方式采用下述公式表示：
其中，
I(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的Q路子信号；
I(t)表示相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t)表示相位补偿复电波中的Q路子电波；
μ1表示第一微调系数；
δt表示时间间隔；
sign表示取正负符号；
δ(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差。
所述第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号采用下述公式表示：
error(t)＝R-I(t)×I(t)-Q(t)×Q(t)
其中，
error(t)表示误差信号；
R表示设定值；
I(t)表示相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t)表示相位补偿复电波中的Q路电波；
所述第二反馈环路利用误差信号调节相位补偿复电波的方式采用下述公式表示：
其中，
I(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的Q路子电波；
I(t)表示相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t)表示相位补偿复电波中的Q路子电波；
error(t)表示误差信号；
μ2表示第二微调系数；
δt表示时间间隔；
sign表示取正负符号。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
可以绕开技术难度极大的光锁相环或电锁相环，无需通过检测补偿后复信号的相位反馈调节接收端本征激光源的频率，而是通过锁频环路跟踪并消除收发端频差，并使用自适应相位补偿电路直接补偿均衡后复信号的残余频差与相差得到补偿后复信号，载波恢复更加简单。
可以绕开基于光域延迟或电域延迟的相干光接收，可以保证信号光电转换的线性特点，便于进行色散补偿，可以在电域实施均衡以补偿色散，并对信号进行偏振解复用；同时避免了差分检测带来的OSNR代价。，
附图说明
图1为现有技术中基于光锁相环的相干光接收。
图2为现有技术中基于电锁相环的相干光接收.
图3为现有技术中基于延迟相干的相干光接收。
图4为现有技术中基于电域延迟相干间的相干光接收。
图5为本发明实施例中模拟相干光通信的载波恢复方法的流程图。
图6为本发明实施例中模拟相干光通信的载波恢复系统的电路示意图。
图7为本发明实施例中自适应相位补偿电路的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本申请作进一步详细说明。
如图5和图6所示，本发明提供一种模拟相干光通信的载波恢复方法包括利用本征激光源对光信号进行解调得到两路模拟复信号，通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用，得到两路均衡后复信号。通过锁频环路和自适应相位补偿电路消除两路均衡后复信号的残余频差和相差即可得到补偿后复信号。分别检测两路补偿后复信号得到相应的相差，从而生成用于对两路均衡后复信号进行补偿的信号。对两路补偿后复信号进行数据判决可恢复两路调制数据信号。
光锁相环和电锁相环本质上是对解调后的信号进行相位检测，根据相位检测结果调节本征激光器的频率，因此，这两种锁相环的共同问题是，由于相位检测、环路滤波以及电路走线带来的延迟，锁相环带宽较窄，难以跟踪收发端激光器的快速频差变化。本方法通过锁频环路跟踪并消除收发端频差，鉴于频差具有变化缓慢的特性，锁频环路可以通过调节本征激光源的频率消除大部分频差。进一步的，使用自适应相位补偿电路直接补偿均衡后复信号的残余频差与相差得到补偿后复信号。本方法可以绕开技术难度极大的光锁相环或电锁相环，无需通过检测补偿后复信号的相位反馈调节接收端本征激光源的频率，载波恢复更加简单。
光域延迟或电域延迟的相干光接收都需要进行延迟差分检测，光域到电域的转换是非线性的，这种情况下，难以有效补偿色散，会成倍增加噪声OSNR。本方法可以保证信号光电转换的线性特点，便于进行色散补偿，同时避免了差分检测带来的OSNR代价。通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用后，可通过锁频环路和自适应相位补偿电路消除频差和相差即可得到补偿后复信号。
在一个具体的实施例中，所述模拟相干光通信的载波恢复方法包括：
步骤S1、利用本征激光源对光信号进行解调得到两路模拟复信号，通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并消除码间串扰，得到两路均衡后复信号。
步骤S2、对任意一路所述均衡后复信号进行频差检测，并利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节，以使频差保持在预设范围内。
步骤S3、使用两路自适应相位补偿电路，分别对两路均衡后复信号的残余频差与相差进行补偿；两个自适应相位补偿电路工作方式都为反馈环路，其任意一路工作方式为：使用相位补偿复电波，通过复信号相乘电路补偿均衡后复信号得到相位补偿后复信号；对补偿后复信号进行相差检测以产生相位补偿复电波。
步骤S4、分别对所述两路补偿后复信号进行数据判决得到两路调制数据信号。
在本实施例中，所述光信号为X偏振光信号和Y偏振光信号复用后得到的光信号。
在发送端使用X调制数据信号调制出X偏振光信号，使用Y调制数据信号调制出Y偏振光信号，X偏振光信号和Y偏振光信号复用后得到光信号。X偏振光信号和Y偏振光信号可采用下述公式表示：
其中，Signal_X(t)表示X偏振光信号。Signal_Y(t)表示Y偏振光信号。TX(n)表示X调制数据信号，取值为1+j，-1+j，-1-j，1-j，X(n)表示相应的码元，n表示码元序列，T表示码元周期。j表示复数单位。π表示圆周率。fc表示发送端载波光频率。t表示时间。
步骤S1中，在接收端，使用本征激光器对光信号进行解调得到两路模拟复信号(x’路解调模拟复信号、y’路解调模拟复信号)，本征激光器的频率fL受到锁频环路的反馈调节。
使用模拟均衡电路进行均衡。模拟均衡电路包括模拟均衡器，该模拟均衡器可采用2×2的多抽头复信号均衡器。由于电域信号是光信号的线性搬移，所以这个多抽头复信号均衡器不但可以完成偏振解复用，还能消除码间串扰，从而消除色散，得到两路均衡后复信号(x路均衡后复信号、y路均衡后复信号)。
所述两路均衡后复信号可采用下述公式表示：
其中，表示X偏振态的均衡后复信号。/>表示Y偏振态的均衡后复信号。X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元。Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元。T表示码元周期。n表示码元序列。j表示复数单位。π表示圆周率。Δf表示收发端频差，Δf＝fc-fL。t表示时间。/>表示X偏振态的均衡后复信号的相差。/>表示Y偏振态的均衡后复信号的相差。exp表示自然常数e为底的指数函数。/>和/>分别为模拟均衡器输出的X路均衡后复信号和Y路均衡后复信号，两路均衡后复信号均由两路信号Signal_I(t)与Signal_Q(t)组合而成，其中，/>包括I路子信号Signal_IX(t)和Q路子信号Signal_QX(t)，/>包括I路子信号Signal_IY(t)和Q路子信号Signal_QY(t)，可采用下述公式表示：
EAE(t)＝Signal_I(t)+jSignal_Q(t) 式3
其中，EAE(t)表示模拟均衡器输出的X路均衡后复信号或模拟均衡器输出的Y路均衡后复信号。j表示复数单位。
在较佳的实施例中，步骤S2中，对两路均衡后复信号(x路均衡后复信号、y路均衡后复信号)进行差分检测，以便计算频差。具体方法为延迟x路均衡后复信号或延迟y路均衡后复信号，再使用共轭相乘电路(可包括4个模拟乘法器)对延迟后的x路均衡后复信号或延迟后的y路均衡后复信号共轭相乘，得到差分相干信号，采用下述公式表示差分相干信号：
其中，表示X偏振态的均衡后复信号的差分相干信号。/>表示Y偏振态的差分相干信号。X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元。Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元。T表示码元周期。n表示码元序列。j表示复数单位。π表示圆周率。Δf表示收发端频差，Δf＝fc-fL。t表示时间。conj表示共轭。
共轭复信号相乘电路由4个模拟乘法电路与两个加/减法电路组成，数学上可采用下述公式表示：
其中，Signal_I(t)表示均衡后复信号中的I路子信号。Signal_Q(t)表示均衡后复信号中的Q路子信号。j表示复数单位。T表示码元周期。t表示时间。公式6既适用于对X路均衡后复信号的频差检测，也适用于Y路均衡后复信号/>的频差检测。
由于TX(n)conj[TX(n-1)]或TY(n)conj[TY(n-1)]可能取值为1，j，-1，-j，所以在计算上述差分相干信号时，需要对或/>进行去调制过程，即消除TX(n)conj[TX(n-1)]或TY(n)conj[TY(n-1)]的影响。由于1，j，-1，-j，的四次方都为1，去调制可以对差分相干信号进行四次方处理。对差分相干信号去调制后，检测Δf，再依据Δf调节本征激光器。由于频率变化速度远小于相差变化速度，所以锁频环路的实现远比锁相环路容易。锁频环路稳定工作后，Δf趋近于0。此时，频差大部分消除，相差没有消除。
在本实施例中，通过锁频环路跟踪并消除收发端频差，鉴于频差具有变化缓慢的特性，锁频环路可以通过本征激光源的频率快速消除大部分频差。后续通过自适应相位补偿电路直接补偿均衡后复信号的残余频差与相差得到补偿后复信号，可以绕开技术难度极大的光锁相环或电锁相环，无需通过检测补偿后复信号的相位反馈调节接收端本征激光源的频率，载波恢复更加简单。
均衡后复信号的残余频差和相差可表示为/>均衡后复信号的残余频差和相差可表示为/>使用自适应相位补偿电路检测相差并产生补偿复电波，相位补偿复电波可采用下述公式表示：
其中，IX(t)+jQX(t)表示均衡后复信号的相位补偿复电波，IX(t)为针对X路均衡后复信号/>的相位补偿复电波中的I路子电波，QX(t)为针对X路均衡后复信号的相位补偿复电波中的Q路子电波。IY(t)+jQY(t)表示均衡后复信号/>的相位补偿复电波，IY(t)为针对Y路均衡后复信号/>的相位补偿复电波中的I路子电波，Qy(t)为针对Y路均衡后复信号/>的相位补偿复电波中的Q路子电波。δX(t)表示X路补偿复信号的误差，也是X路补偿后复信号/>的残余相差，δY(t)表示Y路补偿复信号的误差，也是Y路补偿后复信号/>的残余相差。
使用相位补偿复电波补偿信号残余相差，得到可用于判决的最终信号即补偿后复信号。当残余相差被补偿时，最终信号可表示为：
其中，表示X偏振态的补偿后复信号。/>表示Y偏振态的补偿后复信号。X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元。Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元。T表示码元周期。n表示码元序列。j表示复数单位。δX(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差。δY(t)表示Y偏振态的补偿后复信号的残余相差。δX(t)和δY(t)表示最终信号的残余相差，当自适应相位补偿电路作为反馈环路有效工作时，δX(t)和δY(t)趋近于0。
在本实施例中，两个自适应相位补偿电路工作方式都为反馈环路，具体工作方式为：通过相差检测电路对两路补偿后复信号进行相差检测，得到两路补偿后复信号的残余相差，根据检测得到的相差生成两路相位补偿复电波，以分别对所述两路均衡后复信号的残余频差和相差进行补偿，得到两路补偿后复信号。所述补偿后复信号为不归零编码电信号。
补偿复信号的产生并不需要求解均衡后复信号残余频差与相差，而是以自适应方式产生。自适应相位补偿电路由两个反馈环路控制，第一反馈环路通过调节补偿复信号的相位使最终信号的残余相差δX(t)和δY(t)趋近于0，第二反馈环路的作用是保证补偿复信号的恒模特性，即I/Q幅值平方和恒定。
本方法可以绕开技术难度极大的光锁相环或电锁相环，无需通过检测补偿后复信号的相位反馈调节接收端本征激光源的频率，载波恢复更加简单。
如图6所示，本发明提供一种模拟相干光通信的载波恢复系统，包括相干解调电路、模拟均衡电路、锁频环路、自适应相位补偿电路、以及判决电路，相干解调系统的输入端用于接收光信号，输出端连接模拟均衡电路的输入端，模拟均衡电路的输出端连接锁频反馈电路的输入端，锁频反馈电路的输出端连接相干解调电路中的本征激光源。自适应相位补偿电路的输入也连接模拟均衡电路的输出端，同时自适应相位补偿电路的输出端连接判断电路即判决电路。通过锁频环路跟踪并调节本征激光器以消除收发端频差，并使用自适应相位补偿电路直接补偿均衡后复信号的残余频差与相差得到补偿后复信号，载波恢复更加简单。
具体的，相干解调电路利用本征激光源对光信号进行相干接收，以解调得到两路模拟复信号。模拟均衡电路通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并补偿码元间串扰，得到两路均衡后复信号。
锁频环路对任意一路所述均衡后复信号进行频差检测，并利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节，以使频差保持在预设范围内。锁频环路将均衡后复信号延迟一码元后，将延迟前的和延迟后的均衡后复信号均进行共轭相乘，并利用频差检测电路检测频差，经比例积分电路对检测得到的频差滤波后，调节本征激光源的频率。
自适应相位补偿电路用于使用两路相位补偿复电波对所述两路均衡后复信号的残余频差与相差进行补偿，得到两路补偿后复信号；对所述两路补偿后复信号分别进行相差检测，并利用检测得到的相差对相应所述均衡后复信号的相位进行补偿，得到两路补偿后复信号。
判决电路，相差补偿后的最终复信号也可看作两路NRZ信号，分别对所述两路补偿后复信号进行数据采集得到两路调制数据信号。
如图7所示，在较佳的实施例中，所述自适应相位补偿电路包括相差检测电路、相位补偿复电波产生电路、以及复信号相乘电路，相差检测电路对补偿后复信号进行检测得到残余相差信号，相位补偿复电波产生电路根据残余相差信号调节相位补偿复电波、以及根据误差信号调节相位补偿复电波，复信号相乘电路利用相位补偿复电波对均衡后复信号进行相位补偿，从而消除均衡后复信号的残余频差和相差，调节补偿后复信号的相位。
两个自适应相位补偿电路工作方式都为反馈环路，具体工作方式为：通过相差检测电路对两路补偿后复信号进行相差检测，得到两路补偿后复信号的残余相差，根据检测得到的相差生成两路相位补偿复电波，以分别对所述两路均衡后复信号的残余频差和相差进行补偿，得到两路补偿后复信号。所述补偿后复信号为不归零编码电信号。
所述相位补偿电路包括sign运算器、第一反馈环路和第二反馈环路，sign运算器用于分别对残余相差信号、补偿后复信号中的I路子信号、补偿后复信号中的Q路子信号、以及误差信号进行sign运算。相位补偿复电波产生电路根据残余相差信号调节相位补偿复电波，使用两路相位补偿复电波对所述两路均衡后复信号的残余频差与相差进行补偿，得到两路补偿后复信号。所述相位补偿电路包括第一反馈环路和第二反馈环路，第一反馈环路根据补偿后复信号的残余相差信号调节相位补偿复电波，使其相位正好抵消均衡后复信号的残余频差和相差；第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号，并调节相位补偿复电波保持其I/Q路幅值平方和恒定第一反馈环路包括第一异或门E1、第二异或门E2、I积分电路、第三异或门E3、反相器P、第四异或门E4、Q积分电路、第一乘法器M1、第二乘法器M2、以及加法器A。sign运算器的输出端分别第一异或门E1、第二异或门E2、第三异或门E3、以及第四异或门E4的输入端。
第一异或门E1的输入端接收残余相差信号的sign运算结果和补偿后复信号中的Q路子信号Q(t)的sign运算结果，第二异或门E2的输入端接收误差信号error的sign运算结果和补偿后复信号中的I路子信号I(t)的sign运算结果，第一异或门E1和第二异或门E2的输出端连接I积分电路，I积分电路的输出为相位补偿复电波中的I路子电波。
第三异或门E3的输入端接收残余相差信号的sign运算结果和补偿后复信号中的I路子信号I(t)的sign运算结果，第四异或门E4的输入端接收误差信号error的sign运算结果和补偿后复信号中的Q路子信号Q(t)的sign运算结果，第三异或门E3连接反相器P的输入端，反相器P的输出端和第四异或门E4连接Q积分电路，Q积分电路的输出为相位补偿复电波中的Q路子电波。
第二反馈环路包括第一乘法器M1、第二乘法器M2、加法器A、以及比较器，第一乘法器M1的输入端连接I积分电路的输出端，第一乘法器M1的输出端连接加法器A的输入端，第二乘法器M2的输入端连接Q积分电路的输出端，第二乘法器M2的输出端连接加法器A的输入端，加法器A的输出端连接比较器。第二反馈环路用于检测相位补偿复电波与设定值之差得到误差信号error，利用误差信号error可保持恒模特性。
在本实施例中，相位补偿复电波产生电路构成两个反馈环路，第一反馈环路的工作原理是检测出补偿后复信号和/>的残余相差信号，由于补偿后复信号/>和/>的反馈环路工作机制相同，故下面一起描述。补偿后复信号EFINAL(t)的残余相差信号检测方法可用下述公式表示：
6(t)＝Sign[IFINAL(t)]QFINAL(t)-Sign[QFINAL(t)]IFINAL(t) 式9
其中，EFINAL(t)＝IFINAL(t)+jQFINAL(t)。IFINAL(t)表示X路或Y路最终信号中的I路子信号，QFINAL(t)表示X路或Y路最终信号中的Q路子信号。j表示复数单位。
残余相差信号经滤波后，调节补偿复信号，调节方法可用下述公式表示：
其中，I(t)为针对X路或Y路均衡后复信号的相位补偿复电波中的I路子电波，Q(t)为针对X路或Y路均衡后复信号的相位补偿复电波中的Q路子电波。I(t+δt)表示相位补偿复电波中的I路子电波。Q(t+δt)表示相位补偿复电波中的Q路子电波。μ1表示第一微调系数。δt表示一个超短时间间隔。sign为取正负符号。
第二反馈环路的工作原理为，首先检测复信号平方和与设定值R之差，可采用下述公式表示：
error(f)＝R-I(t)×I(f)-Q(f)×Q(t) 式11
第二反馈环路利用误差信号error(t)，调节相位补偿复电波的方式可用数学公式表示为：
其中，μ2表示第二微调系数。δt表示一个超短时间间隔。sign为取正负符号。
上述数学运算用电路实现时，可以用限幅放大器实现sign运算，用两个积分电路实现自适应的复补偿信号，用电路积分系数的大小实现微调系数的功能。
本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离
本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模拟相干光通信的载波恢复方法，其特征在于，包括：
利用本征激光源对光信号进行解调得到两路模拟复信号，通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并补偿码元间串扰，得到两路均衡后复信号；所述光信号为X偏振光信号和Y偏振光信号复用后得到的光信号；
对任意一路所述均衡后复信号进行频差检测，并利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节，以使频差保持在预设范围内；
使用两路自适应相位补偿电路产生两路相位补偿复电波，分别对所述两路均衡后复信号的残余频差和相差进行补偿，得到两路补偿后复信号；所述补偿后复信号为不归零编码电信号；
所述自适应相位补偿电路包括第一反馈环路和第二反馈环路；
第一反馈环路根据补偿后复信号的残余相差信号调节相位补偿复电波，使其相位正好抵消均衡后复信号的残余频差和相差；第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号，并调节相位补偿复电波保持其I/Q路幅值平方和恒定；
分别对所述两路补偿后复信号进行数据判决恢复出两路调制数据信号；
模拟均衡电路处理后的所述两路均衡后复信号采用下述公式表示：
其中，
表示X偏振态的均衡后复信号；
表示Y偏振态的均衡后复信号；
X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元；
Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元；
T表示码元周期；
n表示码元序列；
j表示复数单位；
π表示圆周率；
Δf表示收发端频差；
t表示时间；
表示X偏振态的均衡后复信号的相差；
表示Y偏振态的均衡后复信号的相差；
所述自适应相位补偿电路所述相位补偿复电波采用下述公式表示：
其中，
Ix(t)表示X偏振态的相位补偿复电波中的I路子电波；
Qx(t)表示X偏振态的相位补偿复电波中的Q路子电波；
Iy(t)表示Y偏振态的相位补偿复电波中的I路子电波；
Qy(t)表示Y偏振态的相位补偿复电波中的Q路子电波；
δX(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差；
δY(t)表示Y偏振态的补偿后复信号的残余相差。
2.基于权利要求1所述的模拟相干光通信的载波恢复方法，其特征在于，所述通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并补偿码元间串扰，得到两路均衡后复信号，具体包括：
通过模拟均衡电路对所述两路模拟复信号进行均衡，以消除色散及电滤波效应，并解复用得到两路均衡后复信号。
3.基于权利要求1所述的模拟相干光通信的载波恢复方法，其特征在于，所述频差检测为基于电域的延迟差分检测；
所述利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节为根据频差的正负调节本征激光源的频率。
4.基于权利要求1所述的模拟相干光通信的载波恢复方法，其特征在于，所述自适应相位补偿电路得到所述两路补偿后复信号过程可采用下述公式表示：
当nT≤t＜(n+1)t
其中，
表示X偏振态的补偿后复信号；
表示Y偏振态的补偿后复信号；
X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元；
Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元；
T表示码元周期；
n表示码元序列；
j表示复数单位；
δX(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差；
δY(t)表示Y偏振态的补偿后复信号的残余相差。
5.一种模拟相干光通信的载波恢复系统，其特征在于，包括：
相干解调电路，其利用本征激光源对光信号进行解调得到两路模拟复信号；所述光信号为X偏振光信号和Y偏振光信号复用后得到的光信号；
模拟均衡电路，其连接相干解调电路，用于通过电域均衡对两路模拟复信号进行解复用并补偿码元间串扰，得到两路均衡后复信号；
锁频环路，其连接相干解调电路和模拟均衡电路，用于对任意一路所述均衡后复信号进行频差检测，并利用检测得到的频差对本征激光源的频率进行调节，以使频差保持在预设范围内；
自适应相位补偿电路，其连接模拟均衡电路，用于使用两路相位补偿复电波对所述两路均衡后复信号的残余频差与相差进行补偿，得到两路补偿后复信号；所述补偿后复信号为不归零编码电信号；所述自适应相位补偿电路包括第一反馈环路和第二反馈环路；
第一反馈环路根据补偿后复信号的残余相差信号调节相位补偿复电波，使其相位正好抵消均衡后复信号的残余频差和相差；第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号，并调节相位补偿复电波保持其I/Q路幅值平方和恒定；
判决电路，其连接自适应相位补偿电路的输出，用于分别对所述两路补偿后复信号进行数据判决恢复两路调制数据信号；
模拟均衡电路处理后的所述两路均衡后复信号采用下述公式表示：
其中，
表示X偏振态的均衡后复信号；
表示Y偏振态的均衡后复信号；
X(n)表示用于在发送端调制X偏振光信号的码元；
Y(n)表示用于在发送端调制Y偏振光信号的码元；
T表示码元周期；
n表示码元序列；
j表示复数单位；
π表示圆周率；
Δf表示收发端频差；
t表示时间；
表示X偏振态的均衡后复信号的相差；
表示Y偏振态的均衡后复信号的相差；
所述自适应相位补偿电路所述相位补偿复电波采用下述公式表示：
其中，
Ix(t)表示X偏振态的相位补偿复电波中的I路子电波；
Qx(t)表示X偏振态的相位补偿复电波中的Q路子电波；
Iy(t)表示Y偏振态的相位补偿复电波中的I路子电波；
Qy(t)表示Y偏振态的相位补偿复电波中的Q路子电波；
δX(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差；
δY(t)表示Y偏振态的补偿后复信号的残余相差。
6.基于权利要求5所述的模拟相干光通信的载波恢复系统，其特征在于，所述自适应相位补偿电路包括：
相差检测电路，用于对所述补偿后复信号进行检测得到残余相差信号；
相位补偿复电波产生电路，其连接相差检测电路，用于根据残余相差信号调节相位补偿复电波；
复信号相乘电路，其连接相差检测电路和相位补偿复电波产生电路，利用相位补偿复电波对均衡后复信号进行相位补偿。
7.基于权利要求5所述的模拟相干光通信的载波恢复系统，其特征在于，所述第一反馈环路利用残余相差信号调节相位补偿复电波的方式采用下述公式表示：
其中，
I(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的Q路子信号；
I(t)表示相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t)表示相位补偿复电波中的Q路子电波；
μ1表示第一微调系数；
δt表示时间间隔；
sign表示取正负符号；
δ(t)表示X偏振态的补偿后复信号的残余相差；
所述第二反馈环路检测相位补偿复电波幅值平方和与设定值之差得到误差信号采用下述公式表示：
error(t)＝R-I(t)×I(t)-Q(t)×Q(t)
其中，
error(t)表示误差信号；
R表示设定值；
I(t)表示相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t)表示相位补偿复电波中的Q路电波；
所述第二反馈环路利用误差信号调节相位补偿复电波的方式采用下述公式表示：
其中，
I(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t+δt)表示调节后的相位补偿复电波中的Q路子电波；
I(t)表示相位补偿复电波中的I路子电波；
Q(t)表示相位补偿复电波中的Q路子电波；
error(t)表示误差信号；
μ2表示第二微调系数；
δt表示时间间隔；
sign表示取正负符号。
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