CN1801672B - 用于通过偏振扰频来减轻pmd的接收器 - Google Patents

用于通过偏振扰频来减轻pmd的接收器 Download PDF

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Abstract

一种用于光信号的接收器(10)，该光信号含有由周期性偏振扰频信号造成的时间抖动和时变失真，包括至少一个判决门(11)和时钟恢复模块(13)，该时钟恢复模块将从光信号恢复的时钟信号(C)提供给至少一个判决门(11)。该接收器(10)还包括：扰频频率产生器(16)，同步到偏振扰频信号的扰频频率和相位；抖动函数产生器(17)，产生再现时间抖动的时钟相位控制信号(ΔΦb)；以及至少一个时钟相位调制器(14)，按照时钟相位控制信号(ΔΦb)来调制时钟信号(C)的相位。

Description

用于通过偏振扰频来减轻PMD的接收器
相关申请的交叉引用
本发明是基于优先权申请EP05290047.9，这里将其通过参考引入本申请。
技术领域
本发明涉及一种用于光信号的接收器，该光信号包含由周期性偏振扰频信号造成的时间抖动和时变失真，该接收器包括至少一个判决门以及时钟恢复模块，该时钟恢复模块将从光信号恢复的时钟信号提供给该至少一个判决门。
背景技术
偏振模式色散(PMD)是高速(10至40Gb/s的比特速率)远程传输中的主要障碍之一。为了减轻PMD，与向前纠错(FEC)相结合的分布偏振扰频已经在X.Liu等人于“ECOC 2004 post-deadline session”中的文章“Experimental Demonstration of Broadband PMD Mitigation throughDistributed Fast Polarization Scrambling and FEC”中被提出。
该提出的PDM减轻的方法原理如图3中所示：用于以高比特速率传输光信号的光纤线路1被设置于光发射器2和光接收器3之间。多个快速偏振扰频器4在相继的光纤链路5之间沿着光纤线路1相继地分布。偏振扰频器4的目的是提供对经过光纤线路1传输的光信号进行周期性偏振改变的扰频信号，以及由此将以与比特速率成倒数的时间间隔Ts来传输的相邻比特脉冲7的相干时长(例如TB＝25ps)缩短成这样的短时间，使得相关联的比特错误能够通过纠错方案(向前纠错，FEC)来有效地纠正。偏振扰频器2工作于大约10MHz(例如fscr＝20MHz)的偏振调制速率。向前纠错解码器8设置在继接收器3之后，用于除解码信息比特之外还解码光信号中出现的冗余比特，以及通过利用冗余比特来补偿信息比特的传输错误。
光接收器3以对应于光信号的比特速率的采样速率来采样光信号。存在光纤PMD时，偏振扰频器4以与扰频频率fscr成倒数的周期TS＝1/fscr来产生比特脉冲7的时间抖动6。结果，比特脉冲7按照时间抖动6在其比特时隙中被时间移位，即比特脉冲7比在不存在抖动时的情况要或早或迟地到达。此外，在扰频周期TS内周期性变化的实际PMD失真9还造成了眼图张开的变化，以及由此造成了对于最小错误概率的接收器3的判决门阈值Uth的最优位置的变动。结果，接收器3的错误概率增大。
由于设想的高扰频速率fscr超出了接收器3的时钟恢复的跟踪能力，所以接收器3不能补偿抖动6。除此之外，阈值Uth的变化未被考虑。当在不远的将来提高该方案的PMD减轻的有效性时，例如当并入增强型FEC(UFEC)时，抖动将变成制约性因素。
在L.M
Figure 051D43141_0
ller等人于“OFC 2002 Postdeadline Papers”中的文章“NovelRZ Receivers with Enhanced Jitter and PMD tolerance”中，描述了光归零(RZ)接收器，其在每个比特时隙中利用两个或更多采样点。与采样点相应的判决然后通过逻辑OR运算来组合，以便减少接收器的错误概率。然而，提出的光接收器仅以RZ(不是非归零(NRZ))信号工作。与存在PMD时一样，甚至于RZ信号被“转换”为更宽的NRZ类信号，提出的接收器不大可能应用于当前情况中。
发明内容
本发明的目的是提供一种接收器，其考虑到由扰频引起的抖动，尤其还有由扰频引起的阈值变动，由此减少接收器的错误概率。
该目的是通过上述种类的接收器来实现的，该接收器进一步包括：扰频频率产生器，同步到偏振扰频信号的扰频频率和相位；抖动函数产生器，产生再现时间抖动的时钟相位控制信号；以及至少一个时钟相位调制器，按照时钟相位控制信号来调制时钟信号的相位。
能够从时钟恢复模块中提取与光信号的扰频有关的信息，并将其用来将扰频频率产生器同步到扰频频率和扰频相位。扰频频率产生器命令抖动函数产生器，其含有信号抖动在扰频周期内的时间演变。抖动函数产生器的输出以判决门的时钟输入来控制时钟相位调制器，以将判决时间保持于比特的最优位置。
以此方式，判决门的时钟是按照抖动来相位调制的，从而在判决门处即使是抖动的比特也总是在最优的判决时间被采样。由抖动造成的比特脉冲到达时间的移位是通过相应地移位判决门的采样时间来补偿的。因此，能够容忍具有较低惩罚的较高抖动，并且该方案的PMD减轻比现有技术中已知的接收器是更有效的。
在优选实施例中，阈值函数产生器产生阈值控制信号，其再现时变失真的最优阈值，并且将该信号作为输入提供给至少一个判决门，从而判决门的阈值由阈值控制信号直接地控制。
于是，扰频频率产生器输出还命令阈值函数产生器，其包含最优阈值幅度(电压)在扰频周期内的时间演变。阈值函数产生器的输出还连接到判决门的阈值输入，以将判决阈值保持于比特的最优位置。
在该实施例的优选改进中，提供了补偿控制设备，其以最小化该判决门的判决比特的错误计数的方式来控制该抖动函数产生器和该阈值函数产生器。以此方式，时钟相位控制信号和阈值能够进行适应以使得判决门的错误最小化。
在又一改进中，提供了向前纠错解码器，用于进行错误计数。该解码器利用光信号中包含的冗余比特来检测和纠正比特错误。
在高度优选的改进中，多路复用器将多个判决门之一连接到向前纠错解码器，该判决门是由连接到补偿控制设备和扰频频率产生器的切换函数产生器来选择的。
在此改进中，依赖于时间(在扰频周期内)的判决时间和阈值是通过操作具有不同阈值和采样相位的两个或更多并联的判决门来“量化”的。在扰频周期内，最优门由多路复用器选择，该多路复用器是由同步到信号扰频的扰频频率产生器来命令的。在采样周期内选择最优(对于最小化错误概率)判决门是在切换函数产生器中进行的，其选择规则通过最小化错误概率来优化。同时，各采样相位和/或各阈值可通过补偿控制设备来优化，以便最小化错误概率。
在又一优选实施例中，抖动函数产生器和阈值函数产生器包括幅度控制设备和相位控制设备，用于分别控制时钟相位控制信号和阈值控制信号的幅度和相位，从而函数产生器可分别容易地跟随时间抖动和时变失真。
在另一实施例中，扰频频率产生器被连接到从光信号提取周期性偏振扰频信号的时钟恢复模块。以此方式，简化了将扰频频率产生器同步到偏振扰频信号的扰频频率和相位的过程。
在另一优选实施例中，提供了继偏振器之后的光电二极管，其从光信号提取偏振扰频相关信号并且将其提供给扰频频率产生器。偏振器与(缓慢)光电二极管的组合提供了用于直接测量由周期性偏振扰频信号产生的偏振调制的简易手段。
在再一优选实施例中，扰频频率产生器被预设为周期性偏振扰频信号的频率和相位。扰频频率产生器精确预设为扰频频率可消除对于从光信号提取偏振扰频信号的需求。
本发明还被实现于具有如上所述接收器的光纤系统中，包括光纤线路，该光纤线路具有用于光信号的偏振调制的多个连续设置的偏振扰频器。偏振扰频器沿着光线线路来分布，用于减轻偏振模式色散。
进一步的优点可从说明书和附图中来获得。上述和下述特征能够按照本发明单独地或者以任何组合共同地来运用。所述实施例不应当理解为穷举，而是具有本发明的描述的示例性特征。
附图说明
本发明在附图中被示出。
图1示出了具有一个判决门的按照本发明的接收器的第一实施例；
图2示出了具有多个判决门的按照本发明的接收器的第二实施例；以及
图3示出了具有按照现有技术的接收器的光纤系统。
具体实施方式
图1示出了接收器10，其包括连接到光电二极管12的判决门11，该光电二极管设置于接收器10的输入处。接收器10被设置用于接收通过如图3中所示光纤线路1传输的光信号。该光信号包含周期性时间抖动6和依赖于时间的失真9，其是由图3的偏振扰频器4产生的周期性扰频造成的。判决门11用以将光信号中包含的比特脉冲转换成仅包括两个二进制值(0或1)的比特流。为了判决比特脉冲应当被计数为0还是1，判决阈值信号Uth被作为输入传递到判决门11。比特脉冲在阈值Uth以上的信号幅度被识别为1，阈值以下的信号幅度被识别为0。
时钟恢复模块13还连接到接收器10的输入12，并且将从光信号恢复的时钟信号C(频率40GHz，对应于比特速率)提供给判决门11。时钟信号C确定判决门11的判决时间(采样时间)。当该采样是在输入比特脉冲的最大值处进行时，图3中所示判决时间t0是最优的。当不存在PMD时，在判决门11处，图3的比特脉冲7的最大值在其比特时隙的中心到达，从而总是获得最优判决时间。当存在PMD引入的时间抖动6时，最优判决时间t0随着偏振扰频信号的振荡频率而变化。
该变化可通过按照再现时间抖动6的时钟相位控制信号ΔΦb来移位时钟相位调制器14中的时钟信号C而补偿，从而总是能够获得最优的判决时间t0。出于此目的，从扰频信号得出的时间抖动6的时间函数在产生时钟相位控制信号ΔΦb的抖动函数产生器17中在频率、相位和幅度方面被尽可能精确地再现。
类似地，判决门11的最优判决阈值的变化(由于偏振扰频信号造成的时变的失真9(参考图3))是通过利用阈值函数产生器21中产生的阈值控制信号Uth来移位阈值，尽可能精确地再现时变失真9而补偿的。判决门11的阈值被阈值控制信号Uth移位，从而总是能够获得最优的判决阈值。
抖动函数产生器17和阈值函数产生器21连接到扰频频率产生器16(振荡器、计数器等)，其在频率和相位方面被锁定到在时钟恢复模块13的相位比较器中正在从光信号中恢复的周期性偏振扰频信号(频率20MHz)。
可选地，偏振扰频信号的恢复可通过直接测量扰频调制来进行，例如通过利用偏振器和光电二极管作为测量设备。还可能将扰频频率产生器16预设到周期性偏振扰频信号的频率和相位。
分别地，时钟相位控制信号ΔΦb以及阈值控制信号Uth的幅度和相位在作为抖动函数产生器17和阈值函数产生器21一部分的幅度控制设备和相位控制设备(未示出)中进行控制。函数产生器17、21连接到用于抖动和阈值补偿控制的补偿控制设备19。补偿控制设备19用于设置时钟相位控制信号ΔΦb和阈值控制信号Uth的幅度和相位，其方式为最小化在连接到补偿控制设备19的向前纠错解码器20中测量的比特错误计数。
图2示出了相对于图1的接收器10而改进的接收器10’，其中使用了多个并行判决门11a至11n，并且它们的判决时间和阈值被“量化”了，即它们具有不同的(固定的)阈值和采样相位(在扰频周期内)。每个判决门11a至11n接收在作为补偿控制设备19’的一部分的公共阈值函数产生器17’中产生的其自身的各阈值控制信号Uth1至UthN。每个判决门11a至11n还连接到其自身的时钟相位调制器14a至14n，各时钟相位调制器被施加有在也是作为补偿控制设备19’的一部分的公共抖动函数产生器21’中产生的各时钟相位控制信号ΔΦ1至ΔΦN。
在扰频周期内，最优判决门由多路复用器23选定，该多路复用器由同步到光信号的扰频的扰频频率产生器16来命令。在采样周期内选择最优(对于最小化错误概率)判决门是在连接到补偿控制设备19’的切换函数产生器22中进行的，其选择规则通过最小化错误概率来优化。同时，各时钟相位控制信号ΔΦ1至ΔΦN和/或各阈值控制信号Uth1至UthN可通过补偿控制设备19’来优化以最小化错误概率。
图1和图2的接收器可有利地与图3这类设置结合使用，从而提供这样的光纤系统，其能够补偿由偏振扰频器4造成的时间抖动6以及时变失真9。以此方式，判决门11的判决质量可被优化，可以提高扰频对PMD减轻的效力。而且，接收器10、10’允许扩展到具有更高PMD减轻效率的UFEC。
在接收器ASIC内仅需实施低/中速电子器件，可选地，中速DSP可能作为接收器10、10’的模块，并且能够在任何关心偏振扰频的低成本PDM减轻时使用。

Claims (11)

1.一种用于光信号的接收器，该光信号含有由周期性偏振扰频信号造成的时间抖动和时变失真，包括至少一个判决门和时钟恢复模块，该时钟恢复模块用于从该光信号恢复时钟信号，其中扰频频率产生器同步到该偏振扰频信号的扰频频率和相位，抖动函数产生器根据该扰频频率产生器同步到的该偏振扰频信号的扰频频率和相位产生再现该时间抖动的时钟相位控制信号，以及至少一个时钟相位调制器按照该时钟相位控制信号来调制该时钟信号的相位，以将调制的时钟信号提供给该至少一个判决门。
2.根据权利要求1的接收器，其中阈值函数产生器产生再现该时变失真的最优阈值的阈值控制信号，其作为输入提供给该至少一个判决门。
3.根据权利要求2的接收器，其中提供了补偿控制设备，其以最小化该判决门的判决比特的错误计数的方式来控制该抖动函数产生器和该阈值函数产生器。
4.根据权利要求3的接收器，其中向前纠错解码器用于进行该错误计数。
5.根据权利要求4的接收器，其中多路复用器将多个判决门之一连接到该向前纠错解码器，该判决门是由连接到该补偿控制设备和该扰频频率产生器的切换函数产生器来选择的。
6.根据权利要求2的接收器，其中该抖动函数产生器和该阈值函数产生器包括幅度控制设备和相位控制设备，用于分别控制该时钟相位控制信号和该阈值控制信号的幅度和相位。
7.根据权利要求1的接收器，其中该扰频频率产生器连接到从该光信号提取该周期性偏振扰频信号的该时钟恢复模块。
8.根据权利要求1的接收器，其中光电二极管位于继偏振器之后，其从该光信号提取偏振扰频相关信号并将该信号提供给该扰频频率产生器。
9.根据权利要求1的接收器，其中该扰频频率产生器被预设为该周期性偏振扰频信号的频率和相位。
10.一种光纤系统，具有根据权利要求1的接收器，包括光纤线路，该光纤线路具有用于该光信号偏振调制的多个连续设置的偏振扰频器。
11.一种用于在接收器的至少一个判决门中的最优判决时间来采样光信号的方法，该光信号含有由周期性偏振扰频信号造成的时间抖动和时变失真，包括步骤：
从该光信号提取该周期性偏振扰频信号，
再现该偏振扰频信号的扰频频率和相位，
根据再现的该偏振扰频信号的扰频频率和相位，产生再现该时间抖动的时钟相位控制信号，以及
按照该时钟相位控制信号，调制该至少一个判决门的时钟信号的相位。
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