DE102019111983A1

DE102019111983A1 - Systems and methods for analog electronic polarization control for coherent optical receivers

Info

Publication number: DE102019111983A1
Application number: DE102019111983.9A
Authority: DE
Inventors: Charles J. Razzell
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Im vorliegenden Text werden Systeme und Verfahren beschrieben, die die Polarisation in kohärenten optischen Empfängern verwalten, indem sie eine analoge Signalverarbeitung verwenden, die die Notwendigkeit ultraschneller, leistungshungriger ADWs und DSPs beseitigen, die eine Digitalisierung des über die volle Bandbreite gehenden Signalweges erfordern und zu sperrigen und teureren Schaltkreisdesigns führen würden. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Polarisationskorrektur unter Verwendung einer analogen Polarisationskorrekturschaltung bereit, die das Äquivalent zweier Matrixoperationen implementiert. Dies wird unter Verwendung analoger Elektronik bewerkstelligt, die eine Kombination von Regel- und Verstärkungsfaktor-Eins-Verstärkern umfasst, um Polarisationen von Eingangssignalen auszurichten, um ein polarisationskorrigiertes Ausgangssignal zu generieren, das des Weiteren auf den Polarisations-Bezugsrahmen des Empfängers ausgerichtet wird.

Described herein are systems and methods that manage polarization in coherent optical receivers using analog signal processing that eliminate the need for ultrafast, high performance ADWs and DSPs that require and bulk digitize the full bandwidth signal path and more expensive circuit designs. Various embodiments of the invention provide polarization correction using an analog polarization correction circuit that implements the equivalent of two matrix operations. This is accomplished using analog electronics that incorporate a combination of unity gain and gain amplifiers to align polarizations of input signals to generate a polarization corrected output signal that is further aligned with the receiver's polarization reference frame.

Description

Querverweis auf Verwandte AnmeldungenCross Reference to Related Registrations

Diese Patentanmeldung ist mit der gleichzeitig anhängigen und gemeinsam abgetreten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/668,643 mit dem Titel „Systems und Methods for Analog Electronic Polarization Control for Coherent Optical Receivers“ verwandt und beansprucht deren Priorität unter 35 U.S.C. § 119(e). Als Erfinder ist Charles John Razzell genannt, und der Tag der Einreichung war der 8. Mai 2018 (Anwaltsregister Nr. 20057-2215P). Dieses Patentdokument wird hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang und für alle Zwecke in den vorliegenden Text aufgenommen.This patent application is with the co-pending and commonly assigned provisional U.S. Patent Application No. 62 / 668,643 entitled "Systems and Methods for Analog Electronic Polarization Control for Coherent Optical Receivers" and claims their priority under 35 USC § 119 (e). The inventor is Charles John Razzell, and the filing date was 8 May 2018 (Attorney Docket No. 20057-2215P). This patent document is hereby incorporated by reference in its entirety and for all purposes in the present text.

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein die Verarbeitung elektrischer Signale. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Offenbarung Systeme und Verfahren zum Steuern der Polarisation in elektrooptischen Kommunikationssystemen.The present disclosure generally relates to the processing of electrical signals. More particularly, the present disclosure relates to systems and methods for controlling polarization in electro-optical communication systems.

Hintergrundbackground

Kohärente optische Kommunikationsverbindungen mit Raten von 100 Gbps/λ und höher sind in den vergangenen Jahren kommerziell eingesetzt worden. Diese Systeme stützen sich selbst im Fall der allerneuesten CMOS-Prozesstechnologien (zum Beispiel 16-nm-Leitungsbreiten in kommerziellen Produkten) in hohem Maße auf leistungshungrige (zum Beispiel >10 W) Digitalsignalverarbeitungs (DSP)-Vorrichtungen. Die Fähigkeit zum Unterstützen unverstärkter Verbindungsabschnitte von bis zu 80 km mit solchen hohen Raten rechtfertigt die Kosten leistungsstarker DSPs vor dem Hintergrund der Reduzierung anderer Investitionsaufwendungen und Betriebskosten. Andererseits bringt der kontinuierlich steigende Bedarf an bandbreitenstarker Kommunikation innerhalb von Datenzentren die Four-Level Pulse Amplitude Modulation (PAM4)-Regimes mit Direktdetektion und Intensitätsmodulation an ihre Grenzen.Coherent optical communication links with rates of 100 Gbps / λ and higher have been used commercially in recent years. These systems rely heavily on power-hungry (eg,> 10W) digital signal processing (DSP) devices even in the case of the most recent CMOS process technologies (e.g., 16nm line widths in commercial products). The ability to support unreinforced interconnections of up to 80 km at such high rates justifies the cost of high-performance DSPs against the background of reducing other capital expenditures and operating costs. On the other hand, the ever increasing demand for high-bandwidth communication within data centers pushes the limits of the Four-Level Pulse Amplitude Modulation (PAM4) regime with direct detection and intensity modulation.

Zum Beispiel wird erwartet, dass IEEE P802.3cd als eine seiner PHY-Optionen, 100GBASE-DR, das seriellen Senden mit 100 Gb/s über eine einzelne Wellenlänge unter Verwendung von PAM4 über eine Einmodenfaser >500 m standardisiert. Die Ergebnisse von Mitwirkenden an der IEEE P802.3cd-Arbeitsgruppe, in 1 gezeigt (IEEE SMF Task Group Contribution von Marco Mazzini (Cisco), August 2014), lassen darauf schließen, dass 56 Gbaud/112 Gbps PAM4 einen Feedforward-Equalizer erfordert, um das Auge zu öffnen. Obgleich einige Lösungsansätze ihre Machbarkeit nachgewiesen haben, lassen zahlreiche Beiträge darauf schließen, dass die Einhaltung der Budgetmargen für die Verbindungsabschnitte für diese Art von PHY-Optionen eine Herausforderung darstellt.For example, IEEE P802.3cd as one of its PHY options, 100GBASE-DR, is expected to standardize 100 Gb / s serial transmission over a single wavelength using PAM4 over a single-mode fiber> 500 m. The results of contributors to the IEEE P802.3cd working group, in 1 (IEEE SMF Task Group Contribution by Marco Mazzini (Cisco), August 2014) suggests that 56 Gbaud / 112 Gbps PAM4 requires a feedforward equalizer to open the eye. While some approaches have proven their feasibility, numerous submissions suggest that meeting the budget margins for the interconnect sections is a challenge for this type of PHY option.

Was also benötigt wird, sind Systeme und Verfahren, welche die Nutzeffekte von kohärenten Modulationsregimes realisieren, während die signifikanten Kosten und der Stromverbrauch von DSP-lastigen Lösungsansätzen vermieden werden, die oftmals ADWs und Equalizer mit extrem hohen Abtastraten erfordern. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.What is needed are systems and methods that realize the benefits of coherent modulation regimes while avoiding the significant costs and power consumption of DSP-heavy approaches that often require ADCs and equalizers with extremely high sampling rates. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are characterized by the features of the subclaims.

Figurenlistelist of figures

Es werden Ausführungsformen der Erfindung besprochen, von denen Beispiele in den beiliegenden Figuren veranschaulicht sein können. Diese Figuren sollen veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Obgleich die Erfindung allgemein im Kontext dieser Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass sie nicht dafür gedacht sind, den Schutzumfang der Erfindung auf diese konkreten Ausführungsformen zu beschränken.

FIGUR („FIG.“) 1 veranschaulicht die Beschränkungen von im Stand der Technik vorgeschlagenen PAM4-Modulationsregimes, die einen Feedforward-Equalizer erfordern.
2 ist ein Blockschaubild eines Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK)-Empfängers, der auf analoger Signalverarbeitung basiert, wie im Stand der Technik vorgeschlagen.
3 ist ein Polarisations-Controller für die DP-QPSK-Empfänger gezeigt in 2, wie im Stand der Technik vorgeschlagen.
4 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte analoge Polarisationskorrekturschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
5 ist ein vereinfachtes Schaubild einer üblichen Differentialdemodulatorschaltung, die für eine absolute Phase unempfindlich ist.
6 veranschaulicht eine beispielhafte kohärente Trägerwiederherstellungsschaltung, die einen spannungsgesteuerten Quadraturoszillator (QVCO) verwendet, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein vereinfachtes Blockschaubild einer veranschaulichenden DP-QPSK-Empfängerschaltung, die eine analoge Polarisationskorrektur verwendet, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
8 veranschaulicht eine kohärente Version der in 7 gezeigten DP-QPSK-Empfängerschaltung, in der analoge Verzögerungsblöcke durch QVCOs ersetzt werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
9 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses zur analogen Polarisationssteuerung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
10 zeigt ein vereinfachtes Blockschaubild einer Berechnungsvorrichtung oder eines Informationshandhabungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Embodiments of the invention will be discussed, examples of which may be illustrated in the accompanying figures. These figures are intended to be illustrative and not restrictive. While the invention will be broadly described in the context of these embodiments, it will be understood that they are not intended to limit the scope of the invention to these particular embodiments.

FIGURE ("FIGURE") illustrates the limitations of prior art proposed PAM4 modulation regimes that require a feedforward equalizer.
2 Figure 4 is a block diagram of a Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK) receiver based on analog signal processing as proposed in the prior art.
3 is a polarization controller for the DP-QPSK receiver shown in 2 as proposed in the prior art.
4 FIG. 10 is a diagram illustrating an exemplary analog polarization correction circuit according to various embodiments of the present disclosure. FIG.
5 FIG. 10 is a simplified diagram of a conventional differential demodulator circuit that is insensitive to an absolute phase.
6 FIG. 12 illustrates an exemplary coherent carrier recovery circuit using a voltage controlled quadrature oscillator (QVCO) according to various embodiments of the present disclosure.
7 FIG. 4 is a simplified block diagram of an illustrative DP-QPSK receiver circuit using analog polarization correction, in accordance with various embodiments of the present disclosure. FIG.
8th illustrates a coherent version of the in 7 shown DP-QPSK receiver circuit in which analog delay blocks are replaced by QVCOs, according to various embodiments of the present disclosure.
9 FIG. 10 is a flowchart of an illustrative process for analog polarization control in accordance with various embodiments of the present disclosure. FIG.
10 FIG. 12 is a simplified block diagram of a computing device or information handling system in accordance with embodiments of the present disclosure. FIG.

Detaillierte Beschreibung Der AusführungsformenDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung konkrete Details dargelegt, um ein Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass die Erfindung auch ohne diese Details praktiziert werden kann. Des Weiteren der Fachmann erkennt jedoch, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die unten beschrieben werden, auf vielfältige Art und Weise implementiert werden können, wie zum Beispiel als ein Prozess, eine Vorrichtung, ein System, ein Gerät oder ein Verfahren auf einem greifbaren computerlesbaren Medium.In the following description, for purposes of explanation, specific details are set forth in order to provide an understanding of the invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the invention may be practiced without these details. Further, those skilled in the art will recognize, however, that embodiments of the present invention described below may be implemented in a variety of ways, such as a process, device, system, apparatus, or method on a tangible computer-readable medium ,

Komponenten oder Module, die in Schaubildern gezeigt werden, sind für beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichend und sollen verhindern, dass die wesentlichen Aspekte der Erfindung in den Hintergrund treten. Es versteht sich des Weiteren, dass im Verlauf der gesamten Besprechung Komponenten als separate Funktionseinheiten beschrieben werden können, die Untereinheiten umfassen können; doch der Fachmann erkennt, dass verschiedene Komponenten oder Abschnitte davon in separate Komponenten unterteilt werden können oder miteinander integriert werden können, einschließlich des Integrierens in einem einzelnen System oder einer einzelnen Komponente. Es ist anzumerken, dass im vorliegenden Text besprochene Funktionen oder Operationen als Komponenten implementiert werden können. Komponenten können in Software, Hardware oder eine Kombination davon implementiert werden.Components or modules shown in diagrams are illustrative of exemplary embodiments of the invention and are intended to obscure the essential aspects of the invention. It is further understood that throughout the discussion, components may be described as separate functional units that may include subunits; however, those skilled in the art will recognize that various components or portions thereof may be divided into separate components or integrated with each other, including integrating into a single system or component. It should be noted that functions or operations discussed herein may be implemented as components. Components can be implemented in software, hardware or a combination thereof.

Des Weiteren sollen Verbindungen zwischen Komponenten oder Systemen innerhalb der Figuren nicht auf direkte Verbindungen beschränkt sein. Vielmehr können Daten zwischen diesen Komponenten durch Zwischenkomponenten modifiziert, umformatiert oder auf sonstige Art und Weise geändert werden. Außerdem können zusätzliche oder weniger Verbindungen verwendet werden. Es ist außerdem anzumerken, dass die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ oder „kommunikativ gekoppelt“ so zu verstehen sind, dass sie direkte Verbindungen, indirekte Verbindungen durch eine oder mehrere Zwischenvorrichtungen und drahtlose Verbindungen enthalten.Furthermore, connections between components or systems within the figures are not intended to be limited to direct connections. Rather, data between these components may be modified, reformatted, or otherwise altered by intermediate components. In addition, additional or fewer connections can be used. It is also to be understood that the terms "coupled," "connected," or "communicatively coupled" are to be understood to include direct connections, indirect connections through one or more intermediate devices, and wireless connections.

Wenn in der Spezifikation von einer „bestimmten Ausführungsform“, „bevorzugten Ausführungsform“, „einer Ausführungsform“ oder „Ausführungsformen“ gesprochen wird, so bedeutet das, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, eine bestimmte Eigenschaft oder eine bestimmte Funktion, das bzw. die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist und in mehr als einer Ausführungsform enthalten sein kann. Außerdem bezieht sich die Erwähnung der oben genannten Formulierungen an verschiedenen Stellen in der Spezifikation nicht unbedingt immer auf dieselbe Ausführungsform oder dieselben Ausführungsformen.When the specification speaks of a "particular embodiment," "preferred embodiment," "embodiment," or "embodiments," it means that a particular feature, structure, property, or function that may or may not function properly which is described in connection with the embodiment, is included in at least one embodiment of the invention and may be included in more than one embodiment. In addition, the mention of the above formulations at various points in the specification may not necessarily always refer to the same embodiment or embodiments.

Die Verwendung bestimmter Begriffe an verschiedenen Stellen in der Spezifikation dient der Veranschaulichung und ist nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen. Ein Dienst, eine Funktion oder eine Ressource ist nicht auf einen einzelnen Dienst, eine einzelne Funktion oder eine einzelne Ressource beschränkt; die Verwendung dieser Begriffe kann sich auf eine Gruppierung verwandter Dienste, Funktionen oder Ressourcen beziehen, die verteilt oder aggregiert sein können. Des Weiteren kann die Verwendung von Speicher, Datenbanken, Informationsbanken, Datenlagern, Tabellen, Hardware und dergleichen im vorliegenden Text dafür verwendet werden, sich auf eine oder mehrere Systemkomponenten zu beziehen, in die Informationen eingegeben werden können oder in denen Informationen auf sonstige Art und Weise aufgezeichnet werden können.The use of particular terms throughout the specification is illustrative and not to be construed in a limiting sense. A service, function, or resource is not limited to a single service, function, or resource; The use of these terms may refer to a grouping of related services, functions or allocate resources that may be distributed or aggregated. Furthermore, the use of memory, databases, information banks, data stores, tables, hardware and the like may be used herein to refer to one or more system components into which information may be entered or in which information may be otherwise provided can be recorded.

Des Weiteren ist anzumerken, dass: (1) bestimmte Schritte optional ausgeführt werden können; (2) Schritte nicht unbedingt auf die konkret im vorliegenden Text dargelegte Reihenfolge beschränkt zu sein brauchen; (3) bestimmte Schritte in anderen Reihenfolgen ausgeführt werden können; und (4) bestimmte Schritte gleichzeitig ausgeführt werden können.It should also be noted that: (1) certain steps may be optionally performed; (2) steps need not necessarily be limited to the order specifically set out in this text; (3) certain steps can be performed in other orders; and (4) certain steps can be performed simultaneously.

In verschiedenen Ausführungsformen machen DSP-freie kohärente Empfängerarchitekturen für Distanzen, die kurz genug sind, damit Polarisationsmodendispersion und chromatische Dispersion vernachlässigbar sind, die Verwendung eines DSP-basierten Equalizers überflüssig. Um einen attraktiven Fortschritt bei den Datenraten zu erreichen, die derzeit standardisiert werden, werden Dualpolarisationsregimes benötigt, die 4 Bits pro Symbol unter Verwendung quaternärer Modulationsregimes in zwei orthogonalen Polarisationen erreichen. Darum ist das Verwalten der Polarisation ohne Rückgriff auf ultraschnelle DSPs wünschenswert. Einige Konstrukteure haben eine Architektur vorgeschlagen, die das in dem Blockschaubild von 2 gezeigte System verwendet.In various embodiments, DSP-free coherent receiver architectures for distances short enough for polarization mode dispersion and chromatic dispersion to be negligible obviate the use of a DSP-based equalizer. In order to achieve attractive advancement in the data rates currently being standardized, dual polarization regimes are needed which achieve 4 bits per symbol using quaternary modulation regimes in two orthogonal polarizations. Therefore, managing the polarization without resorting to ultrafast DSPs is desirable. Some designers have proposed an architecture that uses the in the block diagram of 2 shown system used.

2 ist ein Blockschaubild eines DP-QPSK-Empfängers, der auf analoger Signalverarbeitung basiert. Der DP-QPSK-Empfänger 200 ist ein Homodyn-Empfänger, der einen Ein-Kanal-Laser 202 hat, der als der Überlagerungsoszillator fungiert. Die Anordnung des Polarisationsstrahlteilers (Polarization Beam Splitter, PBS) und der 90°-Hybride 206 ist dafür ausgelegt, symmetrische Quadratur-Lichtausgaben für jede der zwei orthogonalen Polarisationen bereitzustellen, die auf acht Fotodioden 208 treffen, die in symmetrischen Paaren angeordnet sind. Diese Anordnung führt zu vier bipolaren Fotoströmen 210, die durch jeweilige Transimpedanzverstärker (Trans-Impedance Amplifiers, TIAs) 212 verstärkt werden, die I- und Q-Phasen der X- bzw. Y-Polarisationen entsprechen. Somit sind vier Abzweigungen (d. h. XI, XQ, YI, YQ) des Empfängers 200 für eine weitere Signalverarbeitung verfügbar, die idealerweise in der analogen Domäne gehalten wird. Details des vorgeschlagenen Polarisations-Controllers für den DP-QPSK-Empfänger 200 sind in 3 gezeigt. 2 is a block diagram of a DP-QPSK receiver based on analog signal processing. The DP-QPSK receiver 200 is a homodyne receiver that uses a single-channel laser 202 which acts as the local oscillator. The arrangement of the polarization beam splitter (PBS) and the 90 ° hybrid 206 is designed to provide balanced quadrature light outputs for each of the two orthogonal polarizations that are on eight photodiodes 208 meet, which are arranged in symmetrical pairs. This arrangement results in four bipolar photocurrents 210 provided by respective transimpedance amplifiers (TIAs) 212 are amplified corresponding to the I and Q phases of the X and Y polarizations, respectively. Thus, four branches (ie XI, XQ, YI, YQ) of the receiver 200 available for further signal processing, which is ideally kept in the analog domain. Details of the proposed polarization controller for the DP-QPSK receiver 200 are in 3 shown.

Um zu vermeiden, die Polarisationszustände in der DSP-Domäne manipulieren zu müssen, was man normalerweise bei einem DSP-basierten kohärenten der Empfänger erwarten würde, haben einige Konstrukteure vorgeschlagen, eine Polarisationssteuerung unter Verwendung optischer Modulatoren zu implementieren. Um das zu ermöglichen, wird in dem Sender ein 50 kHz-Pilotton in die gleichphasige Signalabzweigung mit x-Polarisation eingespeist, dergestalt, dass ein Steuerschleifenalgorithmus, der in einer CPU mit geringer Leistung abläuft, die Polarisationszustände überwachen und justieren kann, um Polarisationsdrehungen in zwei oder drei Freiheitsgraden zu korrigieren (siehe 3).To avoid having to manipulate the polarization states in the DSP domain, which would normally be expected for a DSP-based coherent receiver, some designers have proposed to implement polarization control using optical modulators. To enable this, a 50 kHz pilot tone is fed into the transmitter into the in-phase x-polarization signal branch, such that a control loop algorithm running in a low power CPU can monitor and adjust the polarization states to make polarization rotations in two or to correct three degrees of freedom (see 3 ).

Um eine Polarisationssteuerung unter Verwendung einer elektronischen Rückkopplungsschleife zu ermöglichen, wird ein Mittel zum Bereitstellen einer elektrischen Steuerung des Brechungsindex benötigt. Ein Lösungsansatz ist die Verwendung spezieller elektrooptischer Materialien, wie zum Beispiel Lithiumniobat (LiNbO₃)-Kristalle, die Brechungsindizes haben, die auf ein elektrisches Feld reagieren und somit durch ein elektrisches Feld moduliert werden können. Obgleich Controller, die Lithiumniobat-Polarisation verwenden, relativ schnell sind und Dithering-Geschwindigkeiten im MHz-Bereich aufweisen, sie sind relativ teuer. Zu kostengünstigeren Verfahren, die vorgeschlagen wurden, gehören thermooptische Phasenschieber, die auf Siliziumdioxid, Silizium oder bestimmten Polymeren basieren können. Diese sind erheblich langsamer, und darum verursachen Rücksetzungen, die verwendet werden, um eine „endlose“ Polarisationssteuerung zu imitieren, signifikante Burstfehler. Allgemein ausgedrückt, machen hohe Spannungen für eine elektrooptische Modulation oder Mikroheizungen zur thermooptischen Modulation die Implementierung unnötig umständlich. Insgesamt machen Kosten- und Größenüberlegungen die vorhandenen oder vorgeschlagen Verwendungen elektrooptischer oder elektrothermooptischer Verfahren zum Steuern der Polarisation zu einem Haupthindernis für die kommerzielle Attraktivität eines DSP-freien kohärenten optischen Empfängers, da sie Bauformen zur Folge haben, die sehr teuer, sperrig und nahezu unmöglich zu verwenden sind.In order to enable polarization control using an electronic feedback loop, a means for providing electrical control of the refractive index is needed. One approach is to use special electro-optic materials, such as lithium niobate (LiNbO ₃ ) crystals, which have refractive indices that react to an electric field and thus can be modulated by an electric field. Although controllers using lithium niobate polarization are relatively fast and have dithering rates in the MHz range, they are relatively expensive. More cost effective methods that have been proposed include thermo-optic phase shifters that may be based on silicon dioxide, silicon, or certain polymers. These are significantly slower, and therefore, resets used to mimic "endless" polarization control cause significant burst errors. Generally speaking, high voltages for electro-optic modulation or micro heaters for thermo-optic modulation make the implementation unnecessarily cumbersome. Overall, cost and size considerations make existing or proposed uses of electro-optic or electrothermal optical methods for controlling polarization a major obstacle to the commercial appeal of a DSP-free coherent optical receiver because they result in designs that are very expensive, bulky, and nearly impossible to are used.

Was also benötigt wird, sind Systeme und Verfahren, die die Agilität einer Lithiumniobat-Polarisationssteuerung in der elektrischen Domäne erreichen, ohne eine Digitalisierung des über die volle Bandbreite gehenden Signalweges zu erfordern, um einen DSP-Lösungsansatz zu ermöglichen.What is needed are systems and methods that achieve the agility of lithium niobate polarization control in the electrical domain without requiring digitization of the full-bandwidth signal path to enable a DSP approach.

Im vorliegenden Text präsentierte Systeme und Verfahren erlauben eine analoge Polarisationskorrektur, die eine schnelle und „endlose“ Polarisationssteuerung mit viel geringeren Kosten und Größen ermöglichen als vorhandene elektrooptische Verfahren. Die folgenden Absätze beschreiben einen mathematischen Rahmen für das Verständnis von Operationen zum Korrigieren möglicher Änderungen des Polarisationszustands (State of Polarization, SOP) innerhalb einer Faserinstallation. Systems and methods presented herein allow for analog polarization correction, allowing for fast and "endless" polarization control with much lower cost and size than existing electro-optic techniques. The following paragraphs describe a mathematical framework for understanding operations for correcting for potential state of polarization (SOP) changes within a fiber installation.

Unter Vernachlässigung von Verlusten und unter der Annahme eines monochromatischen, polarisierten Lichts als Stimulus kann das Ausgangssignal eines optischen Faserkanals geschrieben werden als: $\begin{array}{l} [_{E_{y o}}^{E_{x o}}] & = J & [_{E_{y i}}^{E_{x i}}] \end{array}$

wobei J eine unitäre 2x2-Jones-Matrix ist, die die Polarisationstransformation der Faserinstallation beschreibt.Neglecting losses and assuming monochromatic polarized light as a stimulus, the output of an optical fiber channel can be written as:

\begin{array}{l} [_{e_{y O}}^{e_{x O}}] & = J & [_{e_{y i}}^{e_{x i}}] \end{array}

where J is a unitary 2x2 Jones matrix describing the polarization transformation of the fiber installation.

Im Allgemeinen kann eine unitäre 2x2-Matrix, U, in eine Form U = D₁ OD₂ faktoriert werden, wobei D₁ , D₂ komplexe diagonale Matrizes sind und O eine reale orthogonalen Matrix ist. Somit kann die Jones-Matrix in Gleichung 1 ausgedrückt werden als: $J = e^{j ψ / 2} [\begin{matrix} e^{j ϕ_{1} / 2} & 0 \\ 0 & e^{-}^{j ϕ_{1} / 2} \end{matrix}] [\begin{matrix} cos θ \\ - sin θ \end{matrix} \begin{matrix} sin θ \\ cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} e^{j ϕ_{0} / 2} & 0 \\ 0 & e^{-}^{j ϕ_{0} / 2} \end{matrix}],$

wobei ψ, ϕ, θ und ϕ₀ vier reale Parameter sind, wobei ϕ₀ eine relative Phasenverschiebung zwischen X- und Y-Polarisationssignalen vor einer Ebenenpolarisationsdrehung um θ und eine anschließende relative Phasenverschiebung um ϕ₁ repräsentiert. Und schließlich repräsentiert ψ die absolute Phase.In general, a unitary 2x2 matrix, U, can be transformed into a U = D ₁ OD ₂ be factored, where D ₁ . D ₂ complex diagonal matrices and O is a real orthogonal matrix. Thus, the Jones matrix can be expressed in Equation 1 as:

J = e^{j ψ / 2} [\begin{matrix} e^{j φ_{1} / 2} & 0 \\ 0 & e^{-}^{j φ_{1} / 2} \end{matrix}] [\begin{matrix} cos θ \\ - sin θ \end{matrix} \begin{matrix} sin θ \\ cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} e^{j φ_{0} / 2} & 0 \\ 0 & e^{-}^{j φ_{0} / 2} \end{matrix}] .

where ψ, φ, θ and φ _{0 are} four real parameters, where φ _{0 represents} a relative phase shift between X and Y polarization signals before a plane polarization rotation by θ and a subsequent relative phase shift by φ ₁ . And finally, ψ represents the absolute phase.

In Ausführungsformen wird angenommen, dass die reale orthogonale Matrix in Gleichung 2 eine Drehung anstatt einer Reflexion, Permutation oder sonstigen bekannten Art von orthogonaler 2x2-Matrix repräsentiert. Diese Annahme ist gerechtfertigt, weil die physikalischen Gesetze von Faserübertragungen nur Drehungen gestatten, und keine anderen Arten von zuvor erwähnten Transformationen. Darum repräsentiert Gleichung 2 in Ausführungsformen die Änderungen in dem Faserkanal, der umgekehrt oder invertiert sein kann, um die Signale in ihren originalen, orthogonalen Polarisatioskanälen zurückzugewinnen.In embodiments, it is assumed that the real orthogonal matrix in Equation 2 represents a rotation rather than a reflection, permutation or other known type of orthogonal 2x2 matrix. This assumption is justified because the physical laws of fiber transmissions allow only rotations, and no other types of transformations mentioned earlier. Therefore, in embodiments, Equation 2 represents the changes in the fiber channel which may be reversed or inverted to recover the signals in their original orthogonal polarization channels.

Um den Effekt der Jones-Matrix J zu invertieren, kann in Ausführungsformen die Reihenfolge der faktorisierten Komponenten umgekehrt werden, und jede Komponente kann individuell so invertiert werden, dass: $J^{- 1} = e^{j ψ / 2} [\begin{matrix} e^{j - ϕ_{0} / 2} & 0 \\ 0 & e^{j ϕ_{0} / 2} \end{matrix}] [\begin{matrix} cos θ \\ sin θ \end{matrix} \begin{matrix} - sin θ \\ cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} e^{- j ϕ_{1} / 2} & 0 \\ 0 & e^{j ϕ_{1} / 2} \end{matrix}]$

In order to invert the effect of the Jones matrix J, in embodiments the order of the factored components may be reversed, and each component may be individually inverted such that:

J^{- 1} = e^{j ψ / 2} [\begin{matrix} e^{j - φ_{0} / 2} & 0 \\ 0 & e^{j φ_{0} / 2} \end{matrix}] [\begin{matrix} cos θ \\ sin θ \end{matrix} \begin{matrix} - sin θ \\ cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} e^{- j φ_{1} / 2} & 0 \\ 0 & e^{j φ_{1} / 2} \end{matrix}]

Wenn jedoch in Ausführungsformen die Demodulatoren in den X- und Y-Polarisationsabzweigungen für eine absolute Phase (DQPSK) unempfindlich sind oder eine unabhängige Trägerwiederherstellung haben, so brauchen die durch ϕ₀ oder ψ repräsentierten Drehungen nicht unbedingt ausgeführt zu werden. Infolge dessen kann eine Korrektur vor der Demodulation reduziert werden zu: $[\begin{matrix} E_{x r} \\ E_{y r} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos θ & - sin θ \\ sin θ & cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} e^{- j ϕ_{1} / 2} & 0 \\ 0 & e^{j ϕ_{1} / 2} \end{matrix}] [\begin{matrix} E_{x o} \\ E_{y o} \end{matrix}]$

However, in embodiments, if the demodulators in the X and Y polarization branches for absolute phase (DQPSK) are insensitive or have independent carrier recovery, then the rotations represented by φ ₀ or ψ need not necessarily be performed. As a result, a correction before demodulation can be reduced to:

[\begin{matrix} e_{x r} \\ e_{y r} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos θ & - sin θ \\ sin θ & cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} e^{- j φ_{1} / 2} & 0 \\ 0 & e^{j φ_{1} / 2} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{x O} \\ e_{y O} \end{matrix}]

Es ist zu beachten, dass es unmöglich sein kann, die Polarisationsdrehung um θ zu invertieren, ohne zuerst die Phasendrehung um ϕ₁ zu invertieren. Vorteilhafterweise werden in Ausführungsformen nur diese zwei speziellen Entdrehungen angewendet, um Signale bereitzustellen, die für eine Demodulation geeignet sind.It should be noted that it may not be possible to invert the polarization rotation by θ without first inverting the phase rotation by φ ₁ . Advantageously, in embodiments, only these two special rotations are applied to provide signals suitable for demodulation.

Die Ableitung geeigneter Steuerungssignale für θ und ϕ₁ wird weiter unten ausführlicher besprochen. Die folgenden Absätze beschreiben, wie diese Korrekturen effizient in einem analogen Signalweg gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden können, um eine Polarisationskorrektur auszuführen.The derivation of suitable control signals for θ and φ ₁ will be discussed in more detail below. The following paragraphs describe how these corrections can be efficiently applied in an analog signal path according to various embodiments of the present disclosure to perform a polarization correction.

Zuerst beinhaltet - in Ausführungsformen - das Nehmen jeder 2x2-Drehungsmatrix, zum Beispiel nacheinander, und das Herausmultiplizieren der realen und imaginären Komponenten jedes Signals eine Phasendrehung der Y-Polarisationskomponente relativ zu der X-Polarisation. Das ergibt: $[\begin{matrix} cos ϕ + j sin ϕ & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} X_{i} + & j X_{q} \\ Y_{i} + & j Y_{q} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos ϕ X_{i} - sin ϕ X_{q} + j (sin ϕ X_{i} + cos ϕ X_{q}) \\ Y_{i} + j Y_{q} \end{matrix}]$

First, in embodiments, taking each 2x2 rotation matrix, for example, one at a time, and multiplying out the real and imaginary components of each signal involves phase-shifting the Y-polarization component relative to the X-polarization. That makes:

[\begin{matrix} cos φ + j sin φ & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} X_{i} + & j X_{q} \\ Y_{i} + & j Y_{q} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos φ X_{i} - sin φ X_{q} + j (sin φ X_{i} + cos φ X_{q}) \\ Y_{i} + j Y_{q} \end{matrix}]

In Ausführungsformen kann zum Zweck der Vereinfachung die relative Drehung zu einem einzelnen Abzweig zusammengefasst werden, anstatt sie zum Beispiel gleichmäßig zwischen beiden Abzweigungen aufzuteilen.In embodiments, for the sake of simplicity, the relative rotation may be summarized as a single branch rather than, for example, evenly divided between the two branches.

In ähnlicher Art und Weise $[\begin{matrix} cos θ & sin θ \\ - sin θ & cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} X_{i} + j X_{q} \\ Y_{i} + j Y_{q} \end{matrix}] = [\begin{matrix} X_{i} cos θ + Y_{i} sin θ + j {X_{q} cos θ + Y_{q} sin θ} \\ - X_{i} sin θ + Y_{i} cos θ + j {- X_{q} sin θ + Y_{q} cos θ} \end{matrix}]$

In a similar way

[\begin{matrix} cos θ & sin θ \\ - sin θ & cos θ \end{matrix}] [\begin{matrix} X_{i} + j X_{q} \\ Y_{i} + j Y_{q} \end{matrix}] = [\begin{matrix} X_{i} cos θ + Y_{i} sin θ + j {X_{q} cos θ + Y_{q} sin θ} \\ - X_{i} sin θ + Y_{i} cos θ + j {- X_{q} sin θ + Y_{q} cos θ} \end{matrix}]

In Ausführungsformen werden bandbreitenstarke analoge Signale linear mit Gewichten kombiniert, die verschiedene Vorzeichen haben können und die durch den Sinus und Kosinus der zwei Winkel ϕ und θ bestimmt werden. Insbesondere kann die Rate, mit der sich diese Winkel ändern, viele Größenordnungen niedriger sein als die Bandbreite des Signalweges (zum Beispiel Hunderte von kHz im Vergleich zu 30 GHz). Folglich können in Ausführungsformen Regelverstärker anstelle von Wahr-Multiplizierern verwendet werden, die dafür ausgelegt sind, die Signalbandbreite an beiden Ports zu unterstützen.In embodiments, bandwidth-rich analog signals are linearly combined with weights that may have different signs and that are determined by the sine and cosine of the two angles φ and θ. In particular, the rate at which these angles change may be many orders of magnitude lower than the bandwidth of the signal path (for example, hundreds of kHz as compared to 30 GHz). Thus, in embodiments, control amplifiers may be used in place of true multipliers configured to support the signal bandwidth at both ports.

4 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte analoge Polarisationskorrekturschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Schaltung 400 repräsentiert eine mögliche analoge Elektronik-Implementierung der Matrixoperationen, die mit Bezug auf Gleichung 5 und Gleichung 6 besprochen wurden, die veranschaulichen, dass durch Multiplizieren zweier 2x2-Matrizen eine Gesamtkorrekturfunktion generiert werden kann. 4 FIG. 10 is a diagram illustrating an exemplary analog polarization correction circuit according to various embodiments of the present disclosure. FIG. circuit 400 represents a possible analog electronics implementation of the matrix operations discussed with respect to Equation 5 and Equation 6, which illustrate that by multiplying two 2x2 arrays an overall correction function can be generated.

Die analoge Polarisationskorrekturschaltung 400 umfasst Eingänge, die X-Polarisations-Eingangssignale (zum Beispiel 420) auf einem X-Kanal und Y-Polarisationssignale (zum Beispiel 422) auf einem Y-Kanal empfangen. Die analoge Polarisationskorrekturschaltung 400 umfasst des Weiteren Verstärker 404, 406, die als Regelverstärker implementiert werden können. In Ausführungsformen sind die Verstärker 404 in dem Y-Kanal Verstärkungsfaktor-Eins-Verstärker.The analog polarization correction circuit 400 includes inputs that receive X polarization input signals (eg, 420) on an X channel and Y polarization signals (eg, 422) on a Y channel. The analog polarization correction circuit 400 further includes amplifiers 404 . 406 that can be implemented as a variable gain amplifier. In embodiments, the amplifiers 404 in the Y-channel unity gain amplifier.

In Ausführungsformen kombiniert in der Schaltung 400 ein erster Satz Verstärker (zum Beispiel 402, 404) zwei Arten von Drehungen zum Beispiel durch Drehen der Phase des X-Polarisationssignals 420 in einer solchen Weise, dass es auf das Y-Polarisationssignal 422 ausgerichtet ist, das nicht gedreht wurde, wie durch den Verstärkungsfaktor-Eins-Verstärker 404 angezeigt. In Ausführungsformen justieren die vier Verstärkungen - sinϕ, cosϕ, -sinϕ und cosϕ - die Verstärker 402 so, dass eine bestimmte Drehung von X-Polarisationssignalen 420 relativ zu dem Y-Polarisationssignal 422 erhalten wird.In embodiments combined in the circuit 400 a first set of amplifiers (eg 402, 404) two types of rotations, for example by rotating the phase of the X polarization signal 420 in such a way that it's on the Y polarization signal 422 which has not been rotated, as by the gain-one amplifier 404 displayed. In embodiments, the four gains - sinφ, cosφ, -sinφ and cosφ - adjust the amplifiers 402 such that a certain rotation of X polarization signals 420 relative to the Y polarization signal 422 is obtained.

Es versteht sich, dass die resultierenden Signale, wenn sie zum Beispiel in einem Empfänger verwendet werden, im Allgemeinen nicht auf den Polarisations-Bezugsrahmen des Empfängers ausgerichtet sind. Darum kreuzmultiplizieren die anschließenden acht Verstärker 406 in Ausführungsformen die X- und Y-Polarisation, um die Polarisation des kombinierten Signals zu drehen, um zum Beispiel das kombinierte Signal auf den Polarisations-Bezugsrahmen des Empfängers auszurichten, dergestalt, dass Komponenten, die in X- und Y-Polarisationsabzweigungen des Empfängers aufgelöst werden, im Wesentlichen orthogonal zueinander sind.It will be understood that the resulting signals, when used in a receiver, for example, are generally not aligned with the receiver's polarization reference frame. Therefore, the subsequent eight amplifiers cross-multiply 406 In embodiments, the X and Y polarization to rotate the polarization of the combined signal, for example to align the combined signal to the polarization reference frame of the receiver, such that components resolved into X and Y polarization branches of the receiver are substantially orthogonal to each other.

In Ausführungsformen wird der Kreuzterminus zwischen den X- und Y-Polarisationen in dem zweiten Satz von Verstärkern (einschließlich beispielsweise 406) durch einen zweiten Winkel θ bestimmt. In Ausführungsformen wird der Winkel θ in einer solchen Weise ausgewählt, dass die orthogonalen Eigenschaften der polarisierten X- und Y- Signale in den elektrischen Signale durch die X- und Y-Abzweigungen des Empfängers an Ausgangsanschlüssen 430 wiederhergestellt werden, die in 4 mit {X_ir, X_qr} und {Y_ir, Y_qr} bezeichnet sind. Infolge dessen werden „reine“ (d. h. orthogonale) X- und Y-Kanäle erzeugt, die im Idealfall eine perfekte Trennung von Polarisationssignalkomponenten aufweisen.In embodiments, the cross term between the X and Y polarizations in the second set of amplifiers (including, for example, 406) is determined by a second angle θ. In embodiments, the angle θ is selected in such a manner that the orthogonal properties of the polarized X and Y signals in the electrical signals through the X and Y branches of the receiver are at output terminals 430 to be restored in 4 denoted by {X _ir , X _qr } and {Y _ir , Y _qr }. As a result, "pure" (ie orthogonal) X and Y channels are generated, ideally having perfect separation of polarization signal components.

Der Einfachheit halber können Regelverstärker (zum Beispiel 404, 406) dafür ausgelegt sein, einen vordefinierten Satz von Sinus- oder Kosinus-Gewichten zu implementieren, die einem vordefinierten diskreten Satz quantisierter Winkel entsprechen, in 4 als Winkel ϕ und θ gezeigt. In Ausführungsformen können die Verstärkerverstärkungen programmierbar sein, zum Beispiel gemäß einem Reststrom, der durch einen Strom-DAW definiert wird, dergestalt, dass die Berechnung der trigonometrischen Gewichte unter Verwendung eines relativ kleinen Microcontrollers ausgeführt werden kann. In Ausführungsformen können Vorzeichenänderungen an den Verstärkungen der Verstärker 402-406 bequem durch Kommutieren der analogen Differentialsignale unter Verwendung von CMOS-Schaltern ausgeführt werden. For simplicity, control amplifiers (eg, 404, 406) may be configured to implement a predefined set of sine or cosine weights that correspond to a predefined discrete set of quantized angles 4 shown as angles φ and θ. In embodiments, the amplifier gains may be programmable, for example, according to a leakage current defined by a current DAW, such that the calculation of the trigonometric weights may be performed using a relatively small microcontroller. In embodiments, sign changes to the gains of the amplifiers 402-406 may conveniently be made by commutating the differential analog signals using CMOS switches.

In Ausführungsformen können Vorzeichenänderungen erreicht werden, indem man die relativen Transkonduktanzen zweier paralleler Differentialverstärker justiert, die in entgegengesetzter Polarität verbunden sind. Diese sind jedoch nicht als Beschränkungen des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung gedacht. Dem Fachmann ist klar, dass auch andere trigonometrisch gewichtete Verstärkerverstärkungen gemäß den derzeit vorherrschenden Werten der zwei Winkel ϕ und θ, die Zustände des Systems unter einer Rückkopplungssteuerung sein können, implementiert werden können.In embodiments, sign changes can be achieved by adjusting the relative transconductances of two parallel differential amplifiers connected in opposite polarity. However, these are not intended as limitations on the scope of the present disclosure. It will be understood by those skilled in the art that other trigonometrically weighted amplifier gains may also be implemented according to the currently prevailing values of the two angles φ and θ, which may be states of the system under feedback control.

Insgesamt repräsentiert ein erster Satz von Verstärkern (zum Beispiel 402, 404) in der Schaltung 400 eine mögliche Implementierung - in analoger Elektronik - von Gleichung 5, und ein zweiter Satz von acht Verstärkern 406 repräsentiert eine mögliche Implementierung von Gleichung 6 in einem elektronischen Ansatz zum Manipulieren der Polarisation.Overall, a first set of amplifiers (eg, 402, 404) in the circuit represents 400 a possible implementation - in analog electronics - of equation 5, and a second set of eight amplifiers 406 represents a possible implementation of Equation 6 in an electronic approach to manipulating the polarization.

Die in 4 veranschaulichte analoge Polarisationskorrekturschaltung ist nicht auf das konstruktive Detail beschränkt, das dort gezeigt oder im vorliegenden Text beschrieben ist. Wie dem Fachmann klar ist, können auch andere Konfigurationen aus einer beliebigen Anzahl und Kombination von Verstärkern und anderen Schaltungskomponenten verwendet werden, um eine geeignete Schaltung zu implementieren, die eine analoge Polarisationskorrektur unter Verwendung nicht-dispersiver Polarisationsdrehungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführt. Es versteht sich, dass zwar eine minimale Anzahl von Korrekturschritten wünschenswert ist, dass dies aber keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung darstellt, da jede Anzahl von Schritten verwendet werden kann, um eine analoge Polarisationskorrektur auszuführen.In the 4 The analog polarization correction circuit illustrated is not limited to the structural detail shown or described herein. As will be appreciated by those skilled in the art, other configurations of any number and combination of amplifiers and other circuit components may be used to implement a suitable circuit that performs analog polarization correction using non-dispersive polarization rotations, in accordance with various embodiments of the present disclosure. It should be understood that although a minimum number of corrective steps are desirable, this is not a limitation on the scope of the invention, as any number of steps may be used to perform analog polarization correction.

5 ist ein vereinfachtes Schaubild einer üblichen Differentialdemodulatorschaltung, die für eine absolute Phase unempfindlich ist, während das Argument ihres komplexen Ausgangs die Phasenänderung über einen Symbolzeitraum repräsentiert. Um die Verwendung teurerer Multibit-Ultrahochgeschwindigkeits-ADWs im Signalweg zu vermeiden, haben Modulationskonstellationen in Ausführungsformen einen vernachlässigbaren Phasenversatz und keinen Frequenzversatz in dem Punkt, wo harte Entscheidungen getroffen werden, bevorzugt unter Verwendung eines Komparators als einem Ein-Bit-Quantiser. Für QPSK, das für die absolute Phase empfindlich ist, erfordert dies in der Regel einen komplexen, analogen PLL, der mit einer Costas-Schleife oder einer ähnlichen Technik arbeitet. In Ausführungsformen wird ein Rest-Phasenfehler in der Polarisationssteuerschleife nicht korrigiert, wodurch unabhängige PLLs in jedem Polarisationsabzweig benötigt werden, wie in 8 gezeigt. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) können die Trägerphasenfehlersteuerpunkte in einen gemeinsamen Phasenfehler und eine Phasendifferenz zwischen den Abzweigungen unterteilt werden. 5 Figure 5 is a simplified diagram of a conventional differential demodulator circuit insensitive to an absolute phase while the argument of its complex output represents the phase change over a symbol period. In order to avoid the use of more expensive multi-bit ultrahigh speed ADCs in the signal path, modulation constellations in embodiments have a negligible phase offset and no frequency offset in the point where hard decisions are made, using a comparator as a one-bit quantizer. For QPSK, which is sensitive to the absolute phase, this usually requires a complex, analog PLL that works with a Costas loop or similar technique. In embodiments, a residual phase error in the polarization control loop is not corrected, thereby requiring independent PLLs in each polarization branch, as in FIG 8th shown. In other embodiments (not shown), the carrier phase error control points may be divided into a common phase error and a phase difference between the branches.

Eine Alternative, die die Notwendigkeit für eine explizite Trägerwiederherstellung vermeidet, beinhaltet die Verwendung von DQPSK. In diesem Fall kann die Wiederherstellung zu herkömmlichem QPSK im Basisband bewerkstelligt werden, zum Beispiel durch Multiplizieren des Signals mit einer verzögerten, komplex-konjugierten Version von sich selbst, wobei die Verzögerung auf einen einzelnen Symbolzeitraum eingestellt wird.An alternative that avoids the need for explicit carrier recovery involves the use of DQPSK. In this case, restoration to conventional baseband QPSK may be accomplished, for example, by multiplying the signal by a delayed, complex-conjugate version of itself, setting the delay to a single symbol period.

$X_{i}^{d} und X_{q}^{d}$

sollen verzögerte Versionen von X_i bzw. X_q sein, wobei die Verzögerung ein einzelner Symbolzeitraum ist.

X_{i}^{d} and X_{q}^{d}

should be delayed versions of X _i respectively. X _q where the delay is a single symbol period.

Es ist ohne Weiteres zu erkennen, dass die Phasenänderung über einen einzelnen Symbolzeitraum durch ∠(X_idd + jX_qdd) gegeben ist, wobei $X_{i d d} + j X_{q d d} = (X_{i} + j X_{q}) (X_{i}^{d} - j X_{q}^{d}) = X_{i} X_{i}^{d} + X_{q} X_{q}^{d} + j (X_{q} X_{i}^{d} - X_{i} X_{q}^{d}) .$

In Ausführungsformen kann diese Beziehung zum Beispiel durch eine in 5 gezeigte Differentialdemodulatorschaltung 500 implementiert werden.It can readily be seen that the phase change over a single symbol period is given by ∠ (X _idd + jX _qdd ), where

X_{i d d} + j X_{q d d} = (X_{i} + j X_{q}) (X_{i}^{d} - j X_{q}^{d}) = X_{i} X_{i}^{d} + X_{q} X_{q}^{d} + j (X_{q} X_{i}^{d} - X_{i} X_{q}^{d}),

In embodiments, this relationship may be represented by, for example, an in 5 shown differential demodulator circuit 500 be implemented.

Während des Betriebes ist zwar der Ausgang der Schaltung 500 für Änderungen der Phase empfindlich, doch er ignoriert die absolute Phase des Eingangs. Frequenzversätze am Eingang werden in Phasenversätze am Ausgang übersetzt und können daher in moderatem Umfang toleriert werden. While the operation is the output of the circuit 500 sensitive to phase changes, but ignores the absolute phase of the input. Frequency offsets at the input are translated into phase offsets at the output and can therefore be tolerated to a moderate extent.

Die Schaltung 500 implementiert eine komplex-konjugierte Verzögerungsmultiplikation eines komplexen Signals. Wenn eine Modulation als Phasendifferenz zwischen dem momentanen und dem vorherigen Symbol codiert wird, wie es bei Differentialmodulationsregimes der Fall ist, so besteht die Art und Weise des Aufdeckens dieser Phasendifferenzen im Multiplizieren des momentanen Symbols mit dem Komplex-konjugierten des vorherigen Signals, d. h. der Winkel des Ausgangssignals ist der Differenzwinkel zwischen den momentanen und den vorherigen Signalen. Dies kann durch eine Ein-Symbol-Verzögerung implementiert werden, die durch den Verzögerungsblock 502 repräsentiert ist, der in 5 als T bezeichnet ist.The circuit 500 implements a complex-conjugate delay multiplication of a complex signal. When a modulation is coded as a phase difference between the current and previous symbols, as is the case with differential modulation schemes, the way of uncovering these phase differences is to multiply the current symbol by the complex conjugate of the previous signal, ie the angle of the output signal is the differential angle between the current and previous signals. This can be implemented by a one-symbol delay passing through the delay block 502 is represented in 5 is designated as T.

6 veranschaulicht eine beispielhafte kohärente Trägerwiederherstellungsschaltung, die einen Quadratur-VCO verwendet, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 6 gezeigt, umfasst die Schaltung 600 einen phasenverriegelten QVCO 602, der ein Phasenregelkreis-Rückkopplungssignal 604 empfängt. Um eine kohärente Detektion zu erreichen, ist das Referenzsignal in Ausführungsformen keine verzögerte Version des empfangenen Signals mehr, sondern eine lokal generierte kohärente Referenz des phasenverriegelten QVCO 602, der zum Beispiel ein Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal erzeugt. 6 FIG. 12 illustrates an exemplary coherent carrier recovery circuit using a quadrature VCO according to various embodiments of the present disclosure. FIG. As in 6 shown, the circuit includes 600 a phase locked QVCO 602 , which is a phase locked loop feedback signal 604 receives. In order to achieve coherent detection, in embodiments the reference signal is no longer a delayed version of the received signal but a locally generated coherent reference of the phase-locked QVCO 602 which generates, for example, a sine and cosine output signal.

7 ist ein Blockschaubild einer veranschaulichenden DP-QPSK-Empfängerschaltung, die eine analoge Polarisationskorrektur verwendet, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Empfängerschaltung 700 ist ein optischer Empfänger, der das optische Frontend 702, die Fotodioden 703, die analoge Polarisationskorrekturschaltung 704, die Differentialmodulatorschaltung 708, Tiefpassfilter 710, den Polarisations-Controller 712 und Zeitpunktwiederherstellungs- und Bit-Slicing-Module 714, 716 umfassen kann. Im Interesse der Kürze wird eine Beschreibung ähnlicher Komponenten, die zuvor mit Bezug auf 4 bis 6 beschrieben wurden, und ihrer Funktion hier nicht wiederholt. 7 FIG. 12 is a block diagram of an illustrative DP-QPSK receiver circuit using analog polarization correction, in accordance with various embodiments of the present disclosure. The receiver circuit 700 is an optical receiver, which is the optical frontend 702 , the photodiodes 703 , the analog polarization correction circuit 704 , the differential modulator circuit 708 , Low pass filter 710 , the polarization controller 712 and Timing Recovery and Bit Slicing Modules 714 . 716 may include. For the sake of brevity, a description of similar components, previously with reference to 4 to 6 and their function is not repeated here.

Das optische Frontend 702 kann jedes beliebige optische Frontend sein, das dem Fachmann bekannt ist. In Ausführungsformen verarbeitet die analoge Polarisationskorrekturschaltung 704 das Ausgangssignal der Fotodioden 703 dergestalt, dass vor der Differentialdetektion durch die Differentialmodulatorschaltung 708, die eine nicht-lineare Operation ausführt, die das Quadrieren von Amplituden beinhaltet, zwei Polarisationsströme isoliert werden. In Ausführungsformen wird das Eingangssignal 740 sowohl in der X-Polarisation als auch der Y-Polarisation gesendet, die in dem Empfänger 700 voneinander unabhängig sind und zwei unabhängige Bitströme generieren. In Ausführungsformen wird dies bewerkstelligt, indem willkürliche, unbekannte Drehungen in mindestens zwei Freiheitsgraden, denen das Eingangssignal 740 in einem Faserkanal unterzogen werden kann und die einander ansonsten beeinflussen können, rückgängig gemacht werden.The optical frontend 702 can be any optical frontend known to those skilled in the art. In embodiments, the analog polarization correction circuit processes 704 the output of the photodiodes 703 such that before the differential detection by the differential modulator circuit 708 performing a non-linear operation involving squaring amplitudes, two polarization currents are isolated. In embodiments, the input signal becomes 740 in both the X-polarization and the Y-polarization sent in the receiver 700 are independent of each other and generate two independent bit streams. In embodiments, this is accomplished by arbitrary, unknown rotations in at least two degrees of freedom to which the input signal 740 can be subjected in a fiber channel and which otherwise can influence each other, be reversed.

Genauer gesagt, empfängt das optische Frontend 702 zum Beispiel über das PBS 750 das Eingangssignal 740, zum Beispiel von einem optischen Kanal. Das PBS 750 trennt das Eingangssignal 740 in zwei Komponenten, X und Y, die orthogonale Polarisationen in zwei Abzweigungen sind, d. h. einem X-Polarisationsabzweig 752 und einem Y-Abzweig 754. In Ausführungsformen wird der X-Polarisationsabzweig 752 in den 90°-Hybrid 756, zum Beispiel einen Sechs-Port-Hybrid, eingespeist, und der Y-Polarisationsabzweig 754 wird in den 90°-Hybrid 756 eingespeist.More specifically, the optical front end receives 702 for example via the PBS 750 the input signal 740 , for example from an optical channel. The PBS 750 separates the input signal 740 into two components, X and Y, which are orthogonal polarizations in two branches, ie an X polarization branch 752 and a Y branch 754 , In embodiments, the X-polarization branch becomes 752 into the 90 ° hybrid 756, for example, a six-port hybrid, and the Y polarization branch 754 gets in the 90 ° hybrid 756 fed.

In Ausführungsformen kann der Hybrid 756, 758 eine Verbindung für den Überlagerungsoszillator 760, wie zum Beispiel einen Laser, umfassen. Es ist anzumerken, dass der Überlagerungsoszillator 760 in einem idealen Homodyn-Empfänger auf der gleichen Wellenlänge arbeitet wie das zu decodierende Signal. In der Praxis können Drift und Toleranzen zu suboptimalen Bedingungen führen, dergestalt, dass Wellenlängen nicht exakt die gleichen sind.In embodiments, the hybrid 756 . 758 a connection for the local oscillator 760 , such as a laser. It should be noted that the local oscillator 760 in an ideal homodyne receiver operates on the same wavelength as the signal to be decoded. In practice, drift and tolerances can lead to suboptimal conditions, such that wavelengths are not exactly the same.

In Ausführungsformen erzeugt der Hybrid 756 verschiedene Phasen auf der Basis der Summierung seiner Eingangssignale. In Ausführungsformen wird in dem obersten Abzweig, der den Hybrid 756 umfasst, das Überlagerungsoszillatorsignal mit dem X-Polarisationssignals 752 summiert, und der Hybrid 756 gibt vier Phasen aus, zum Beispiel 0°, 180°, 90° und 270°. Umgekehrt wird die Y-Polarisation in dem untersten Abzweig durch den Hybrid 758 verarbeitet, um zum Beispiel vier Signale, die vier Phasen aufweisen, und in der gleichen Reihenfolge wie der Hybrid 754 auszugeben.In embodiments, the hybrid generates 756 different phases based on the summation of its input signals. In embodiments, in the uppermost branch, which is the hybrid 756 comprises the local oscillator signal with the X polarization signal 752 summed up, and the hybrid 756 outputs four phases, for example 0 °, 180 °, 90 ° and 270 °. Conversely, the Y polarization in the lowest branch is through the hybrid 758 For example, to process four signals having four phases and in the same order as the hybrid 754 issue.

Die Fotodioden 703 können Differential-Fotodioden sein, die in Ausführungsformen Licht verarbeiten, das eine positive Amplitude hat. D. h. die Fotodioden 703 selbst generieren keine negativen Signale. In Ausführungsformen sind die Ausgangssignale der Fotodioden 703 elektrische Stromsignale, die 180° phasenungleich sind und die die Differenz von beispielsweise des 0°-Ausgangs des Hybrids 756 und des 180°-Ausgangs repräsentieren, d. h. einen bipolaren Fotostrom, der sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann. Die Differenz der Fotoströme ist ein Signal, das die gleichphasige Komponente X_i des X-Polarisationssignals 752 repräsentiert. In ähnlicher Weise generieren die Fotodioden 703 am 90°-Ausgang und am 270°-Ausgang einen bipolaren Fotostrom, der die Quadraturkomponente X_q des X-Polarisationssignals 752 repräsentiert, und so weiter. Insgesamt können die Hybride 756, 758 jeweils zwei elektrische Signale in symmetrischen Paaren ausgeben, zum Beispiel X_i und X_q, die sich auf eine gleichphasige Polarisation bzw. eine Quadraturpolarisation beziehen. Es versteht sich, dass diese vier elektrischen Signale im gesamten übrigen Teil des Empfängers 700 verstärkt, gefiltert und weiterverarbeitet werden können.The photodiodes 703 may be differential photodiodes that, in embodiments, process light that has a positive amplitude. Ie. the photodiodes 703 even do not generate negative signals. In Embodiments are the output signals of the photodiodes 703 electric current signals which are 180 ° out of phase and which are the difference of, for example, the 0 ° output of the hybrid 756 and the 180 ° output, ie a bipolar photocurrent that can take both positive and negative values. The difference of the photocurrents is a signal that is the in-phase component X _i of the X polarization signal 752 represents. Similarly, the photodiodes generate 703 at the 90 ° output and at the 270 ° output a bipolar photocurrent, which is the quadrature component X _q of the X polarization signal 752 represents, and so on. Overall, the hybrids can 756 . 758 each output two electrical signals in symmetrical pairs, for example, X _i and X _q , which relate to in-phase polarization and quadrature polarization, respectively. It is understood that these four electrical signals throughout the remaining part of the receiver 700 amplified, filtered and processed further.

In Ausführungsformen werden das gleichphasige Signal X_i und das Quadratursignal X_q in die analoge Polarisationskorrekturschaltung 704 eingespeist, die die Phasen der Signale in dem x-Polarisationsabzweig relativ zu der Phase des y-Polarisationssignals dreht. In Ausführungsformen erlaubt die Betonung des relativen Wertes der Phasendifferenz die Drehung der X-Polarisationswerte, während die Y-Polarisationswerte nicht gedreht werden. Wie in 7 veranschaulicht, kann dies bewerkstelligt werden, indem man die vier Verstärker (zum Beispiel 402) in dem X-Polarisationsabzweig verwendet, um die Phasenwinkel ϕ der Eingangssignale der Verstärker zu drehen, während die Phasenwinkel der Eingangssignale der Verstärker (zum Beispiel 404) in dem Y-Polarisationsabzweig, der einen Verstärkungsfaktor Eins haben kann, nicht gedreht werden.In embodiments, the in-phase signal becomes X _i and the quadrature signal X _q in the analog polarization correction circuit 704 which rotates the phases of the signals in the x-polarization branch relative to the phase of the y-polarization signal. In embodiments, the emphasis on the relative value of the phase difference allows the rotation of the X polarization values while not rotating the Y polarization values. As in 7 This can be accomplished by using the four amplifiers (eg, 402) in the X-polarization branch to rotate the phase angles φ of the amplifier's input signals, while the phase angles of the inputs to the amplifiers (e.g., 404) in the Y Polarization branch, which may have unity gain, can not be rotated.

Die gedrehten Signale können dann zum Beispiel durch den Satz von acht Verstärkern 406 verarbeitet werden, die in Ausführungsformen als θ-Rotatoren fungieren, die die Kombination der gleichphasigen Signale und der Quadratursignale so drehen, dass sie auf die X- und Y-Koordinaten des Empfängers 700 ausgerichtet sind, und zwar so, dass sie gemäß Gleichung 5 bzw. Gleichung 6 getrennt werden. Infolge dessen wird das Ausgangssignal der θ-Rotatoren polarisationskorrigiert, wodurch eine saubere Trennung der Polarisationssignale erreicht wird. Dem Fachmann ist klar, dass in Ausführungsformen ein negatives Vorzeichen in die Funktion eines Verstärkers selbst bewegt werden kann, zum Beispiel durch Kommutieren von Differentialsignalpaaren.The rotated signals can then be, for example, through the set of eight amplifiers 406 which, in embodiments, function as θ rotators that rotate the combination of in-phase signals and quadrature signals to match the X and Y coordinates of the receiver 700 are aligned so that they are separated according to Equation 5 and Equation 6, respectively. As a result, the output of the θ rotators is polarization corrected, whereby clean separation of the polarization signals is achieved. It will be understood by those skilled in the art that in embodiments, a negative sign may be moved into the function of an amplifier itself, for example, by commutating differential signal pairs.

In Ausführungsformen werden die getrennten Polarisationssignale in die Differentialmodulatorschaltung 708 eingespeist, um zum Beispiel die Phasendrehungen zu finden. Die Phasenwinkel θ des Ausgangs der analogen Polarisationskorrekturschaltung 704 repräsentieren Phasendifferenzen, die unter Verwendung von herkömmlichem Bit-Slicing und Zeitpunktwiederherstellung verarbeitet werden können, um den eigentlichen Bitstream zu erhalten.In embodiments, the separated polarization signals become the differential modulator circuit 708 fed, for example, to find the phase rotations. The phase angles θ of the output of the analog polarization correction circuit 704 represent phase differences that can be processed using conventional bit slicing and timing recovery to obtain the actual bitstream.

In Ausführungsformen kann der Polarisations-Controller verwendet werden, um zwei Phasenwinkel ϕ und θ auszugeben, die wiederum die spezifischen Gewichte und/oder Vorzeichen der Verstärkungen der zwei Sätze von Verstärkern steuern können, um effizient die Polarisationsdrehung in dem Faserkanal rückgängig zu machen, dergestalt, dass die Ausgangssignale dieser Summierungsblöcke in der analogen Polarisationskorrekturschaltung 704 polarisationskorrigiert werden und die gleichen Signale sind, die ursprünglich unabhängig in zwei Kanälen gesendet wurden. Oder anders ausgedrückt: Die Blöcke von Verstärkern können in einer Rückkopplungsschleife durch Phasenwinkel ϕ und θ gesteuert werden, um diese Aufgabe erfolgreich zu bewältigen und die zwei Polarisationen, d. h. die X- und Y-Polarisationsabzweigungen des Empfängers, separat aufzulösen, um orthogonale Signale in den zwei Abzweigungen zu erhalten, bevor sie unter Verwendung von Differentialdetektion usw. in einem anschließenden Block von Mischern verarbeitet werden.In embodiments, the polarization controller may be used to output two phase angles φ and θ which, in turn, may control the specific weights and / or signs of the gains of the two sets of amplifiers to effectively cancel the polarization rotation in the fiber channel, that the output signals of these summation blocks in the analog polarization correction circuit 704 polarization corrected and are the same signals that were originally sent independently in two channels. In other words, the blocks of amplifiers may be controlled in a feedback loop by phase angles φ and θ to successfully accomplish this task and to separately resolve the two polarizations, ie the X and Y polarization branches of the receiver, to form orthogonal signals in the two branches before they are processed using differential detection, etc. in a subsequent block of mixers.

8 veranschaulicht eine kohärente Version der in 7 gezeigten DP-QPSK-Empfängerschaltung. Gleiche Bezugszahlen wie in 7 bezeichnen ähnliche Elemente. Wie in 8 gezeigt, können analoge Verzögerungsblöcke in der Empfängerschaltung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durch Quadratur-VCOs 820 (QVCO) ersetzt werden. In Ausführungsformen umfasst die Empfängerschaltung 800 des Weiteren Schleifenfilter 730. Wie in 8 gezeigt, bilden die QVCOs 820 in Ausführungsformen Teil eines Träger-Phasenregelkreises (Phase Locked Loop, PLL). Da die kohärente DP-QPSK-Empfängerschaltung 800 mit dem Schätzen der absoluten Trägerphase (zum Beispiel für 16-QAM-Modulationsregimes) anstatt mit der Differentialdetektion befasst ist, ist das Schleifenfilter 730 in Ausführungsformen mit dem QVCO 820 gekoppelt. In Ausführungsformen stellt der QVCO 820 den Überlagerungsoszillator bereit, um eine absolute Phasenkorrektur in dem Block aus vier Multiplizierern 720 zu ermöglichen, die einem komplexen Multiplizierer entsprechen. 8th illustrates a coherent version of the in 7 shown DP-QPSK receiver circuit. Same reference numbers as in 7 denote similar elements. As in 8th shown, analog delay blocks in the receiver circuit 800 according to various embodiments of the present disclosure by quadrature VCOs 820 (QVCO). In embodiments, the receiver circuit comprises 800 furthermore loop filter 730 , As in 8th Shown are the QVCOs 820 in embodiments part of a carrier phase locked loop (PLL). Because the coherent DP-QPSK receiver circuit 800 is concerned with estimating the absolute carrier phase (for example, for 16-QAM modulation regimes) rather than differential detection, is the loop filter 730 in embodiments with the QVCO 820 coupled. In embodiments, the QVCO 820 the local oscillator ready to provide an absolute phase correction in the block of four multipliers 720 allow for a complex multiplier.

9 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses zur analogen Polarisationssteuerung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Prozess 900 zur analogen Polarisationssteuerung beginnt bei Schritt 902, wenn ein erster Satz von Verstärkern, zum Beispiel programmierbaren Regelverstärkern, gleichphasige Signale (zum Beispiel X_i) und Quadratursignale (zum Beispiel X_q) empfängt, die mit einer ersten Polarisation X und mit einem Phasenwinkel (zum Beispiel ϕ) verknüpft sind. 9 FIG. 10 is a flowchart of an illustrative process for analog polarization control in accordance with various embodiments of the present disclosure. FIG. The process 900 to the analog Polarization control starts at step 902 when a first set of amplifiers, for example programmable variable gain amplifiers, receive in-phase signals (for example X _i ) and quadrature signals (for example X _q ) associated with a first polarization X and a phase angle (for example φ).

Bei Schritt 904 kann ein zweiter Satz von Verstärkern gleichphasige und Quadratursignale empfangen, die mit einer anderen, zweiten Polarisation (zum Beispiel Y) verknüpft sind. In Ausführungsformen können mindestens einige des zweiten Satzes von Verstärkern verstärkte Signale generieren, die mit dem gleichen Phasenwinkel verknüpft sind, hier ϕ.At step 904 For example, a second set of amplifiers may receive in-phase and quadrature signals associated with another, second polarization (Y, for example). In embodiments, at least some of the second set of amplifiers may generate amplified signals associated with the same phase angle, here φ.

Bei Schritt 906 kann der erste Satz von Verstärkern dafür verwendet werden, den Phasenwinkel ϕ von mindestens einem des ersten gleichphasigen Signals und des ersten Quadratursignals relativ zu mindestens einem des zweiten gleichphasigen Signals und des zweiten Quadratursignals zu drehen, um einen Satz gedrehter Signale zu erhalten.At step 906 For example, the first set of amplifiers may be used to rotate the phase angle φ of at least one of the first in-phase signal and the first quadrature signal relative to at least one of the second in-phase signal and the second quadrature signal to obtain a set of rotated signals.

Bei Schritt 908 können der Satz gedrehter Signale und die verstärkten Signale in einen dritten Satz von Verstärkern eingespeist werden, die die gedrehten Signale empfangen, die an diesem Punkt auf einen Polarisations-Bezugsrahmen ausgerichtet sein können, aber nicht müssen.At step 908 For example, the set of rotated signals and the amplified signals may be fed to a third set of amplifiers that receive, but need not, the rotated signals that may or may not be aligned with a polarization reference frame at that point.

Und schließlich kann bei Schritt 910 der dritte Satz von Verstärkern dafür verwendet werden, mindestens eines des Satzes gedrehter Signale und der verstärkten Signale so zu drehen, dass die Polarisation auf einen Bezugsrahmen ausgerichtet ist, zum Beispiel einen Polarisations-Bezugsrahmen eines Empfängers. Infolge dessen sind Komponenten, die in X- und Y-Polarisationsabzweigungen des Empfängers aufgelöst werden, im Wesentlichen orthogonal zueinander.And finally, at step 910 the third set of amplifiers are used to rotate at least one of the set of rotated signals and the amplified signals such that the polarization is aligned with a reference frame, for example a polarization reference frame of a receiver. As a result, components resolved into X and Y polarization branches of the receiver are substantially orthogonal to each other.

Aspekte der vorliegenden Erfindung können auf einem oder mehreren nicht-transitorischen computerlesbaren Medien mit Instruktionen für einen oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten codiert sein, um das Ausführen von Schritten zu veranlassen. Es ist anzumerken, dass das eine oder die mehreren nicht-transitorischen computerlesbaren Medien sowohl flüchtigen als auch nicht-flüchtigen Speicher enthalten. Es ist anzumerken, dass alternative Implementierungen möglich sind, einschließlich einer Hardware-Implementierung oder einer Software/Hardware-Implementierung. Hardware-implementierte Funktionen können unter Verwendung eines oder mehrerer ASICs, programmierbarer Arrays, Digitalsignalverarbeitungsschaltungen oder dergleichen realisiert werden. Dementsprechend sollen die „Mittel“-Begriffe in den Ansprüchen sowohl Software- als auch Hardware-Implementierungen umfassen. In ähnlicher Weise enthält der Begriff „computerlesbares Medium oder Medien“ im Sinne des vorliegenden Textes Software und/oder Hardware, auf der ein Programm mit Instruktionen verkörpert ist, oder eine Kombination davon. Vor dem Hintergrund dieser Implementierungsalternativen versteht es sich, dass die Figuren und die zugehörige Beschreibung die Funktionsinformationen vermitteln, die der Fachmann braucht, um Programmcode (d. h. Software) zu schreiben und/oder Schaltungen (d. h. Hardware) herzustellen, um die erforderliche Verarbeitung auszuführen.Aspects of the present invention may be encoded on one or more non-transitory computer readable media having instructions for one or more processors or processing units to cause the execution of steps. It should be noted that the one or more non-transitory computer-readable media include both volatile and non-volatile memory. It should be noted that alternative implementations are possible, including hardware implementation or software / hardware implementation. Hardware-implemented functions may be implemented using one or more ASICs, programmable arrays, digital signal processing circuits, or the like. Accordingly, the "middle" terms in the claims are intended to encompass both software and hardware implementations. Similarly, the term "computer-readable medium or media" as used herein includes software and / or hardware on which a program is embodied with instructions, or a combination thereof. In light of these implementation alternatives, it should be understood that the figures and the related description provide the functional information necessary for a person skilled in the art to write program code (i.e., software) and / or make circuits (i.e., hardware) to perform the necessary processing.

Es ist anzumerken, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sich des Weiteren auf Computerprodukte mit einem nicht-transitorischen, greifbaren computerlesbaren Medium beziehen können, auf denen sich Computercode befindet, um verschiedene Computerimplementierte Operationen auszuführen. Die Medien und der Computercode können solche sein, die speziell für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ausgelegt und konstruiert wurden, oder sie können von der Art sein, die dem einschlägig bewanderten Fachmann bekannt oder verfügbar ist. Zu Beispielen greifbarer computerlesbarer Medien gehören: magnetische Medien wie zum Beispiel Festplatten, Floppy-Disketten und Magnetband; optische Medien wie zum Beispiel CD-ROMs und holografische Vorrichtungen; magneto-optische Medien; und Hardware-Vorrichtungen, die speziell dafür konfiguriert sind, Programm-Code zu speichern oder zu speichern und auszuführen, wie zum Beispiel anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), programmierbare Logikvorrichtungen (PLDs), Flashspeicher-Vorrichtungen und ROM- und RAM-Vorrichtungen. Zu Beispielen von Computercode gehören Maschinencode, wie er zum Beispiel durch einen Kompilierer erzeugt wird, und Dateien, die höheren Code enthalten, die durch einen Computer unter Verwendung eines Interpretierers ausgeführt werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ganz oder teilweise als maschinenausführbare Instruktionen implementiert werden, die sich in Programmmodulen befinden können, die durch eine Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden. Zu Beispielen von Programmmodulen gehören Bibliotheken, Programme, Routinen, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen. In verteilten Berechnungskonfigurationen können Programmmodule physisch in Umgebungen angeordnet sein, die lokal, räumlich abgesetzt oder beides sind.It should be noted that embodiments of the present invention may further relate to computer products having a non-transitory, tangible computer-readable medium on which computer code resides to perform various computer-implemented operations. The media and computer code may be those that have been specifically designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the type known or available to those of ordinary skill in the art. Examples of tangible computer-readable media include: magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and holographic devices; magneto-optical media; and hardware devices that are specifically configured to store or store and execute program code, such as application specific integrated circuits (ASICs), programmable logic devices (PLDs), flash memory devices, and ROM and RAM devices. Examples of computer code include machine code, such as that created by a compiler, and files containing higher code that are executed by a computer using an interpreter. Embodiments of the present invention may be implemented in whole or in part as machine-executable instructions that may reside in program modules executed by a processing device. Examples of program modules include libraries, programs, routines, objects, components, and data structures. In distributed computing configurations, program modules may be physically located in environments that are local, remote, or both.

Der Fachmann erkennt, dass kein Berechnungssystem und keine Programmiersprache für die Praktizierung der vorliegenden Erfindung von ausschlaggebender Bedeutung ist. Der Fachmann erkennt außerdem, dass eine Anzahl der oben beschriebenen Elemente physisch und/oder funktional in Untermodule getrennt oder miteinander kombiniert sein können.Those skilled in the art will recognize that no computing system and programming language are critical to the practice of the present invention. The person skilled in the art also recognizes that a number of the elements described above can be physically and / or functionally separated into sub-modules or combined with each other.

Dem Fachmann leuchtet ein, dass die vorangegangenen Beispiele und Ausführungsformen beispielhaft sind und nicht den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung einschränken. Es ist beabsichtigt, dass alle Permutationen, Erweiterungen, Äquivalente, Kombinationen und Verbesserungen daran, die dem Fachmann beim Lesen der Spezifikation und dem Studium der Zeichnungen offenbar werden, im wahren Wesen und Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung enthalten sein sollen. Es ist außerdem anzumerken, dass Elemente von Ansprüchen anders angeordnet sein können, einschließlich mehrfacher Abhängigkeiten, Konfigurationen und Kombinationen.Those skilled in the art will appreciate that the foregoing examples and embodiments are exemplary and do not limit the scope of the present disclosure. It is intended that all permutations, extensions, equivalents, combinations, and improvements thereto that will become apparent to those skilled in the art upon reading the specification and the study of the drawings, be included within the true spirit and scope of the present disclosure. It should also be noted that elements of claims may be rearranged, including multiple dependencies, configurations, and combinations.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 62668643 [0001]

Claims

An analog polarization control circuit comprising: a first set of amplifiers that rotates the first phase by a first phase angle in response to receiving a first component of a first polarization signal having a first phase; a second set of amplifiers that rotates the second phase by the first phase angle in response to receiving a second component of the first polarization signal having a second phase; third and fourth sets of amplifiers that output un-rotated signals in response to receiving components of a second polarization signal; and a fifth set of amplifiers that rotates one or more of the non-rotated signals and the first and second components of the first polarization signal by a second phase angle to obtain a set of rotated signals that reduces at least one component of the second polarization signal from the first polarization signal.

Analog polarization control circuit according to Claim 1 wherein the second phase angle aligns the set of rotated signals to a polarization reference frame of a receiver.

Analog polarization control circuit according to Claim 2 wherein the second phase angle is selected so that components resolved into X and Y polarization branches of the receiver are reconstructed to be substantially orthogonal to each other.

Analog polarization control circuit according to Claim 3 The fifth set of amplifiers cross-multiply the X and Y polarizations to obtain the set of rotated signals to align the set of rotated signals with the polarization reference frame of the receiver.

Analog polarization control circuit according to one of Claims 1 to 4 wherein at least one of the first and second sets of amplifiers has a variable gain that is positive or negative.

Analog polarization control circuit according to Claim 5 where the variable gain is implemented as a predefined set of trigonometric functions.

Analog polarization control circuit according to Claim 5 or 6 wherein the variable gain is programmed to reduce calculations of trigonometric weights and signs corresponding to the first and second phase angles.

Analog polarization control circuit according to one of Claims 1 to 7 wherein the analog polarization control circuit comprises signal paths that independently process the first and second polarization signals and transport analog signals that represent an order and phase within each polarization signal component in a predefined coordinate system.

A method of analog polarization control, the method comprising: in response to receiving a first set of polarization signals having a first phase and a second set of polarization signals having a second phase, rotating, by a first phase angle, the first phase of one or more signals in the first set of Polarization signals relative to the second phase of one or more signals in the second set of polarization signals to generate a set of rotated signals; and Rotating the set of rotated signals by a second phase angle to align the set of rotated signals with a polarization reference frame.

Method according to Claim 9 wherein rotating the set of rotated signals reduces at least one component of the set of second polarization signals from the first set of polarization signals.

Method according to Claim 9 or 10 wherein the set of rotated signals compensates for polarization rotation of at least one of a first and a second component of the first set of polarization signals relative to the second set of polarization signals.

Method according to one of Claims 9 to 11 wherein rotating the first phase comprises adjusting a gain defined by a set of trigonometric functions.

Method according to Claim 12 further comprising adjusting a polarity of the gain by adjusting relative transconductances of parallel differential amplifiers coupled in opposite polarities.

Method according to one of Claims 9 to 13 wherein the second phase angle is selected so that components resolved into X and Y polarization branches of a receiver are reconstructed to be substantially orthogonal to each other.

A system for analog electronic polarization control, the system comprising: an optical front-end that converts an optical signal into first and second sets of polarization components having respective first and second phases; an analog polarization control circuit operating in response to receiving the first and second sets of polarization components: rotating the first phase of one or more signals in the first set of polarization components by a first phase angle relative to the second phase of one or more signals in the second set of polarization components to generate a set of rotated signals; rotates the set of rotated signals by a second phase angle to align the set of rotated signals with a polarization reference frame; and outputs separate polarization signals; and a differential modulation circuit that performs a set of non-linear operations on the separated polarization signals.

System after Claim 15 wherein the analog polarization control circuit employs amplifiers having variable gain and trigonometric weights corresponding to the first and second phase angles, wherein one or more of the trigonometric weights comprises a scalar value having a positive or negative sign.

System after Claim 16 wherein the analog polarization control circuit controls the amplifiers by adjusting the trigonometric weights that control the first and second phase angles.

System according to one of Claims 15 to 17 wherein the analog polarization control circuit rotates the set of rotated signals by adjusting gains from one or more amplifiers or dampers in a plurality of signal paths representing a Cartesian or complex number representation of the amplitude and phase of each polarization component.

System according to one of Claims 15 to 18 wherein the second phase angle is selected so that components resolved into X and Y polarization branches are reconstructed to be substantially orthogonal to each other.

System after Claim 19 wherein the analog polarization control circuit cross-multiplies the X and Y polarizations to obtain the set of rotated signals to align the set of rotated signals to the polarization reference frame of a receiver.