RU2713211C1 - Optical signal receiving device and method - Google Patents

Optical signal receiving device and method Download PDF

Info

Publication number
RU2713211C1
RU2713211C1 RU2019123173A RU2019123173A RU2713211C1 RU 2713211 C1 RU2713211 C1 RU 2713211C1 RU 2019123173 A RU2019123173 A RU 2019123173A RU 2019123173 A RU2019123173 A RU 2019123173A RU 2713211 C1 RU2713211 C1 RU 2713211C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
constellation
block
qpsk
64qam
Prior art date
Application number
RU2019123173A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ашот Эрнстович Кочарян
Original Assignee
Ашот Эрнстович Кочарян
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ашот Эрнстович Кочарян filed Critical Ашот Эрнстович Кочарян
Priority to RU2019123173A priority Critical patent/RU2713211C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2713211C1 publication Critical patent/RU2713211C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: optical communication technique.SUBSTANCE: invention relates to optical communication and can be used to receive optical signals. According to one embodiment, the optical coherent receiver has a heterodyne configuration, wherein in this configuration, spectral-efficient multi-level DP M-QAM modulation formats, such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, in which the optical signal can be presented in form of two polarized modes, each of which is modulated with M-QAM formats, i.e. such as 16QAM, 64QAM and 256QAM, respectively, and digital signal processing methods based on coherent optical communication, which have significant performance advantages compared to direct detection, which enable to recover information on the phase of the optical signal.EFFECT: high efficiency of detecting a received signal and high spectral efficiency of the communication system.18 cl, 29 dwg

Description

Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться для когерентного восстановления сигнала в системах, в которых сигнал представлен в виде нескольких компонент, каждая из которых модулирована форматом модуляции M-QAM таким, как QPSK, 16QAM или более высокоуровневыми форматами такими, как 64QAM или 256QAM, например, в волоконно-оптических системах, использующих форматы модуляции с двойной поляризацией DP M-QAM такие, как DP-QPSK, DP-16QAM или более высокоуровневые форматы такие, как DP-64QAM или DP-256QAM, в которых передаваемый оптический сигнал состоит из двух компонент, являющихся ортогонально поляризованными модами, каждая из которых модулирована форматом модуляции M-QAM, т.е. QPSK, 16QAM или более высокоуровневыми форматами такими, как 64QAM или 256QAM.The invention relates to optical communication technology and can be used for coherent signal reconstruction in systems in which a signal is represented as several components, each of which is modulated with an M-QAM modulation format such as QPSK, 16QAM or higher-level formats such as 64QAM or 256QAM for example, in fiber-optic systems using DP M-QAM dual polarization modulation formats such as DP-QPSK, DP-16QAM or higher-level formats such as DP-64QAM or DP-256QAM, in which the transmitted optical signal is consists of two components, which are orthogonally polarized modes, each of which is modulated by the M-QAM modulation format, i.e. QPSK, 16QAM or higher-level formats such as 64QAM or 256QAM.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Оптические сигналы активно используются в цифровых системах связи. В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) сигнал, генерируемый лазером, передается через оптическое волокно. Передаваемая информация накладывается на луч путем модуляции тока лазера или при помощи внешней модуляции луча путем прикладывания напряжения к модулятору, сопряженному с лазерным источником.Optical signals are actively used in digital communication systems. In fiber optic communication lines (FOCL), the signal generated by the laser is transmitted through the optical fiber. The transmitted information is superimposed on the beam by modulating the laser current or by using external beam modulation by applying voltage to a modulator coupled to the laser source.

К основным параметрам волокна, схематически изображенного на фиг. 1, относятся такие его параметры, как диаметр сердцевины 1, диаметр оболочки 2, оптические потери и длина, числовая апертура, пропорциональная синусу максимального угла между осью световода и лучом, введенным в световод, и корню разности квадратов коэффициентов преломления сердцевины и оболочки волокна. Сердцевина 1 и оболочка 2 волокна обеспечивают распространение излучения, а внешнее покрытие 3 предохраняет волокно от внешних воздействий. Волноводные свойства оптического волокна зависят не только от его параметров, но и от длины волны распространяющегося излучения. Чтобы учесть этот фактор, вводится нормированная частота, пропорциональная диаметру сердцевины волокна, числовой апертуре, и обратно пропрорциональная длине волны излучения, как описано в статье Е.М. Дианов, А.С. Курков, «Волоконная Оптика», журнал Физика, №23, 2006, которая включена здесь в качестве ссылки. Значение нормированной частоты определяет, в частности, модовый состав излучения в волокне. Мода соответствует устойчивому состоянию электромагнитного поля излучения, распространяющегося вдоль некоторой траектории внутри волокна. При значении нормированной частоты меньше 2.4 в волокне распространяется только одна мода, и такое оптическое волокно называется одномодовым. При значении нормированной частоты больше 2.4 появляются моды более высоких порядков, и такое волокно называется многомодовым.The main parameters of the fiber schematically depicted in FIG. 1, its parameters include core diameter 1, sheath diameter 2, optical loss and length, numerical aperture proportional to the sine of the maximum angle between the axis of the fiber and the beam introduced into the fiber, and the root of the difference in the square of the refractive indices of the core and fiber sheath. The core 1 and the sheath 2 of the fiber provide the distribution of radiation, and the outer coating 3 protects the fiber from external influences. The waveguide properties of an optical fiber depend not only on its parameters, but also on the wavelength of the propagating radiation. To take this factor into account, a normalized frequency is introduced, proportional to the diameter of the fiber core, the numerical aperture, and inversely proportional to the radiation wavelength, as described in the article by E.M. Dianov, A.S. Kurkov, “Fiber Optics,” Journal of Physics, No. 23, 2006, which is incorporated herein by reference. The value of the normalized frequency determines, in particular, the mode composition of the radiation in the fiber. The mode corresponds to a stable state of the electromagnetic field of radiation propagating along a certain trajectory inside the fiber. When the normalized frequency is less than 2.4, only one mode propagates in the fiber, and such an optical fiber is called single-mode. With a normalized frequency value greater than 2.4, higher-order modes appear, and such a fiber is called multimode.

С появлением оптических усилителей широкое применение получил метод увеличения пропускной способности ВОЛС за счет одновременной передачи по волокну множества информационных каналов на спектрально разнесенных оптических сигналах, называемый уплотнением по длинам волн (Wave Division Multiplexing). В зависимости от интервала частот между каналами и числа каналов WDM устройства подразделяются на системы с разреженным спектральным уплотнением (coarse WDM (CWDM)), плотным спектральным уплотнением (dense WDM (DWDM)) и широким спектральным уплотнением (wide WDM (WWDM)), определенными в стандартах ITU G.671 и ITU G.694.1 международного союза электросвязи (ITU-International Telecommunication Unit). В литературе WDM устройства с интервалами между каналами 50ГГц и менее иногда называются устройствами сверхплотного спектрального уплотнения (High Dense WDM (HDWDM)).With the advent of optical amplifiers, the method of increasing the fiber-optic transmission bandwidth due to the simultaneous transmission of multiple information channels on spectrally separated optical signals through the fiber, called Wave Division Multiplexing, has become widely used. Depending on the frequency interval between the channels and the number of WDM channels, the devices are divided into systems with sparse spectral multiplexing (coarse WDM (CWDM)), dense spectral multiplexing (dense WDM (DWDM)) and wide spectral multiplexing (wide WDM (WWDM)), defined in ITU G.671 and ITU G.694.1 standards of the International Telecommunication Union (ITU-International Telecommunication Unit). In the WDM literature, devices with channel spacing of 50 GHz or less are sometimes referred to as High Dense WDM (HDWDM) devices.

Методы, используемые в волоконной оптической связи для восстановления передаваемого сигнала, можно разделить на категории прямого и когерентного детектирования. При прямом детектировании фотодетектор принимает оптический сигнал, использующий, например, такой формат модуляции, как On-Off keying (OOK), и преобразует его в электрический сигнал, представляющий мощность оптического сигнала, без возможности определения фазы или частоты несущей. В этом случае дальнейшее повышение скорости передачи данных достигается за счет использования двоичной дифференциальной фазовой модуляции DPSK, в которой кодируется информация о разности фаз между двумя соседними символами, а так же использования форматов модуляции более высокого порядка.The methods used in fiber optic communication to reconstruct the transmitted signal can be divided into categories of direct and coherent detection. In direct detection, the photodetector receives an optical signal using, for example, a modulation format such as On-Off keying (OOK), and converts it into an electrical signal representing the power of the optical signal, without the possibility of determining the phase or frequency of the carrier. In this case, a further increase in the data transfer rate is achieved through the use of DPSK binary differential phase modulation, which encodes information on the phase difference between two adjacent symbols, as well as the use of higher order modulation formats.

Ввиду появления в начале 90-х годов ХХ-го века эрбиевых волоконных усилителей и высокой цены оборудования системы когерентного детектирования не сразу нашли свое применение в волоконно-оптических линиях связи. Методы когерентного детектирования волоконно-оптических систем основаны на использовании амплитудных и фазовых модуляций высокого порядка, поляризационного мультиплексирования, когерентного детектирования локальным гетеродинным лазером, а так же высокоскоростных КМОП аналого-цифровых преобразователелей (АЦП). Скорость оцифровки данных таких АЦП сравнима со скоростью передачи данных в волоконно-оптических линиях связи, что позволяет использовать методы цифровой обработки сигналов для восстановления передаваемого сигнала. Когерентный прием сигнала позволяет детектировать сигналы очень низкой интенсивности, а так же восстанавливать информацию о фазе оптического сигнала, для чего требуется стабильная синхронизация по фазе и/или частоте между принятым оптическим сигналом и оптическим гетеродином (локальный осциллятор, ЛО, local oscillator, LO), используемым в когерентном приемнике, как описано для частного случая когерентного приемника для сигнала с одной поляризацией в патенте RU 2394377 С1 "КОГЕРЕНТНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК С УПРАВЛЕНИЕМ ПОСРЕДСТВОМ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ И С ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ/КОРРЕКЦИЕЙ", который включен здесь в качестве ссылки. При когерентном детектировании принимаемый оптический сигнал смешивается с оптическим сигналом оптического гетеродина, за счет чего частота сигнала понижается с частоты оптической несущей (порядка 100 ТГЦ) до частоты обычно в несколько ГГЦ. Затем смешанные сигналы детектируются фотодетектором так, что фототок содержит компоненту на частоте fIF=fC-fLO разности между центральной частотой принятого сигнала fC и частотой fLO гетеродина. Эта разность известна как промежуточная частота (ПЧ, intermediate frequency, IF) и содержит всю информацию (амплитуду и фазу), передаваемую оптическим сигналом. Когерентные приемники видят только сигналы, близкие по длине волны к гетеродину, и поэтому при изменении длины волны гетеродина когерентный приемник работает аналогично настраеваемому фильтру.Due to the appearance of erbium fiber amplifiers in the early 90s of the 20th century and the high price of equipment, coherent detection systems did not immediately find their application in fiber-optic communication lines. The methods of coherent detection of fiber-optic systems are based on the use of high-order amplitude and phase modulations, polarization multiplexing, coherent detection by a local heterodyne laser, as well as high-speed CMOS analog-to-digital converters (ADCs). The data digitization rate of such ADCs is comparable to the data transfer rate in fiber-optic communication lines, which allows the use of digital signal processing methods to restore the transmitted signal. Coherent signal reception allows the detection of signals of very low intensity, as well as restoring information about the phase of the optical signal, which requires stable synchronization in phase and / or frequency between the received optical signal and the optical local oscillator (local oscillator, LO, local oscillator, LO), used in a coherent receiver, as described for the special case of a coherent receiver for a signal with one polarization in patent RU 2394377 C1 "CO-OPERATED OPTICAL RECEIVER WITH FEEDBACK CONTROL AND WITH Electrons compensation / correction ", which is incorporated herein by reference. In coherent detection, the received optical signal is mixed with the optical signal of the optical local oscillator, due to which the frequency of the signal is reduced from the frequency of the optical carrier (of the order of 100 THz) to a frequency of usually several GHz. The mixed signals are then detected by a photodetector so that the photocurrent contains a component at a frequency f IF = f C -f LO of the difference between the center frequency of the received signal f C and the frequency f LO of the local oscillator. This difference is known as an intermediate frequency (IF) and contains all the information (amplitude and phase) transmitted by the optical signal. Coherent receivers only see signals that are close in wavelength to the local oscillator, and therefore, when the local oscillator wavelength changes, the coherent receiver works similarly to a tunable filter.

Если частота сигнала и частота гетеродина равны, то метод детектирования называется «гомодинным», в противном случае метод детектирования называется «гетеродинным». Для гетеродинных систем промежуточная частота дожна быть, по меньшей мере, в два раза больше скорости передачи данных оптического сигнала. Гомодинный прием требует, чтобы сигнал гетеродина LO, был синхронизован по фазе с входным оптическим синалом, тогда как гетеродинное детектирование требует синхронизации с принятым сигналом по частоте. Хотя гомодинные системы могут обеспечивать более высокую чувствительность, чем гетеродинные системы, гомодинное детектирование предъявляет больше требований к своей реализации, в основном, вследствие строгого требования к фазовой синхронизации. При гетеродинном детектировании, поскольку ПЧ значительно меньше fC, вся информация может быть восстановлена при помощи стандартных методов демодуляции радио сигнала. При этом цифровая обработка сигнала (digital signal processing, DSP), основанная на когерентной оптической связи, дает существенные преимущества по производительности по сравнению с прямым детектированием. Необходимость новых форматов модуляций обусловлена характеристиками канала волоконно-оптических линий связи. При относительно низких скоростях передачи данных на уровне 10Гб/с формат модуляции ООК был вплоне допустим для работы DWDM систем с интервалом между каналами на уровне 50ГГц. Однако при скорости передачи данных 40Гб/с спектральная ширина сигнала уже в 4 раза больше для формата модуляции OOK, что приводит к потерям при интервале между каналами на уровне 50ГГц.If the signal frequency and the local oscillator frequency are equal, then the detection method is called "homodyne", otherwise the detection method is called "heterodyne". For heterodyne systems, the intermediate frequency must be at least twice the data rate of the optical signal. Homodyne reception requires that the LO LO signal is phase locked to the input optical sine, while LO detection requires synchronization with the received frequency signal. Although homodyne systems can provide higher sensitivity than heterodyne systems, homodyne detection poses more requirements for its implementation, mainly due to the strict requirement for phase synchronization. In heterodyne detection, since the IF is much less than f C , all information can be restored using standard methods for demodulating a radio signal. At the same time, digital signal processing (DSP), based on coherent optical communication, provides significant performance advantages over direct detection. The need for new modulation formats is due to the characteristics of the channel of fiber-optic communication lines. At relatively low data rates of 10 Gb / s, the OOK modulation format was generally acceptable for DWDM systems with a channel spacing of 50 GHz. However, at a data transfer rate of 40 Gb / s, the spectral width of the signal is already 4 times larger for the OOK modulation format, which leads to losses in the channel spacing of 50 GHz.

Ввиду бурного роста волоконно-оптических линий связи и необходимости большей пропускной способности значительные усилия направлены на исследования с целью поиска эффективных многоуровневых форматов модуляции. Любая цифровая схема модуляции использует конечное число различных сигналов для представления цифровых данных. Так фазовая модуляция (Phase-shift-keying, PSK) использует конечное число значений фазы, каждая из которых взаимооднозначно соответствует заданной последовательности бит.Обычно каждое значение фазы кодирует одинаковое количество бит, и каждая такая последовательность бит образует символ, заданный данным значением фазы. Демодулятор (demodulator), предназначенный для восстановления последовательностей символов, используемых модулятором (modulator), определяет фазу полученного сигнала и отображает ее в соответствующий ей символ, тем самым восстанавливая переданный сигнал. Приемник сравнивает фазу полученного сигнала с эталонным сигналом. Этот прием использует когерентное детектирование и носит название когерентной фазовой манипуляции (coherent phase shift keying, CPSK).Due to the rapid growth of fiber-optic communication lines and the need for more bandwidth, considerable efforts are directed to research with the aim of finding effective multi-level modulation formats. Any digital modulation scheme uses a finite number of different signals to represent digital data. So phase modulation (Phase-shift-keying, PSK) uses a finite number of phase values, each of which is one-to-one corresponds to a given sequence of bits. Usually each phase value encodes the same number of bits, and each such sequence of bits forms the character specified by this phase value. A demodulator designed to recover the sequences of characters used by a modulator determines the phase of the received signal and maps it to its corresponding symbol, thereby restoring the transmitted signal. The receiver compares the phase of the received signal with the reference signal. This technique uses coherent detection and is called coherent phase shift keying (CPSK).

Лазерный луч, распространяющийся в волокне, может быть представлен в виде двух поляризованных мод. Формат модуляции DP-QPSK (квадратурная фазовая манипуляция с двойной поляризацией, dual-polarization quarature phase-shift keying) использует две ортогональные поляризации лазерного луча, обозначаемых далее X и Y, каждая из которых модулирована форматом QPSK, и таким образом, кодирует четыре бита на символ. Это уменьшает спектральную ширину сигнала, делая спектрально-эффективный формат DP-QPSK пригодным для DWDM систем с интервалами между каналами на уровне 50ГГц. Этот формат был рекомендован Форумом по Взаимодействию Оптических Сетей (Optical Internetworking Forum, OIF) в качестве формата модуляции данных в 100Гб/с волоконно-оптических системах.A laser beam propagating in a fiber can be represented as two polarized modes. The modulation format DP-QPSK (quadrature phase shift keying with double polarization, dual-polarization quarature phase-shift keying) uses two orthogonal polarizations of the laser beam, denoted below by X and Y, each of which is modulated by the QPSK format, and thus encodes four bits per symbol. This reduces the spectral width of the signal, making the spectrally efficient DP-QPSK format suitable for DWDM systems with channel spacing of 50 GHz. This format was recommended by the Optical Internetworking Forum (OIF) as a data modulation format in 100Gb / s fiber optic systems.

В последние годы большое внимание уделяется высокоуровневым форматам модуляции таким, как 16-QAM и 64-QAM, способным обеспечить достижение высоких скоростей передачи данных в оптическом сигнале при высокой спектральной эффективности. Сочетание расширенных DP М-QAM форматов модуляции таких, как DP-QPSK, DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, в которых оптический сигнал может быть представлен в виде двух поляризованных мод, каждая из которых модулирована форматами M-QAM, т.е. такими как, 16QAM, 64QAM и 256QAM соответственно, с методами спектральной фильтрации (spectral shaping) и помехоустойчивого кодирования FEC (forward error correction) является необходимым требованием для достижения высокой спектральной эффективности оптических систем связи.In recent years, much attention has been paid to high-level modulation formats such as 16-QAM and 64-QAM, capable of achieving high data rates in an optical signal with high spectral efficiency. A combination of advanced DP M-QAM modulation formats such as DP-QPSK, DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, in which the optical signal can be represented as two polarized modes, each of which is modulated with M-QAM formats, t .e. such as 16QAM, 64QAM and 256QAM respectively, with spectral shaping and forward error correction (FEC) coding methods is a necessary requirement to achieve high spectral efficiency of optical communication systems.

Схема когерентного приемника оптического сигнала, описанного в публикации Seb J. Savory, "Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, September/October 2010, которая включена здесь в качестве ссылки, схематически изображенная на фиг. 2, включает в себя четыре ключевые подсистемы:Scheme of a coherent optical signal receiver described in Seb J. Savory, "Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, September / October 2010, which is incorporated herein by reference, schematically depicted in FIG. 2, includes four key subsystems:

1) Оптический блок 4 обработки оптического входного оптического сигнала 5, называемый когерентным оптическим приемником (coherent optical receiver).1) The optical unit 4 for processing the optical input optical signal 5, called a coherent optical receiver (coherent optical receiver).

2) Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, Analog to Digital Converter, ADC) 6.2) Analog-to-digital converter (ADC, Analog to Digital Converter, ADC) 6.

3) Цифровой демодулятор (digital demodulator) 7, преобразующий оцифрованные отсчеты сигналов с АЦП в набор сигналов с частотой следования символов.3) Digital demodulator (digital demodulator) 7, which converts the digitized samples of signals from the ADC into a set of signals with a symbol repetition rate.

4) Внешний приемник (outer receiver) 8, включающий блок коррекции ошибок. Оптический блок 4 обработки входного оптического сигнала 5 предназначен для линейного отображения оптического поля в набор электрических сигналов. Этот блок часто реализуется согласно схеме, изображенной на фиг. 3, включающей поляризационный делитель пучка (ПДП, polarization beam splitter, PBS) 9, делящий оптический сигнал 5 на две компоненты 10 и 11, гетеродин 12, делитель мощности 13, делящий сигнал гетеродина 12 на две компоненты 14 и 15, два 90° гибрида (90° hybrid, 90 degree hybrid) 16 и 17, каждый из которых смешивает компоненту 10 и 11 соответственно с выхода поляризационного делителя 9 и компоненту 14 и 15 соответственно с выхода делителя мощности 13, за счет чего частота сигнала понижается с частоты оптической несущей до ПЧ, балансные фотодетекторы 18-21, на которые поступают сигналы с выходов 90° гибридов 16 и 17. Примером такого оптического блока может служить когерентный приемник (coherent receiver), описанный в патенте US 8295713 В2 "DUAL STAGE CARRIER PHASE ESTIMATION IN A COHERENT OPTICAL SIGNAL RECEIVER", который включен здесь в качестве ссылки.4) External receiver (outer receiver) 8, including the block error correction. The optical unit 4 for processing the input optical signal 5 is intended for linear mapping of the optical field into a set of electrical signals. This block is often implemented according to the circuit shown in FIG. 3, including a polarization beam splitter (PBS) 9, dividing the optical signal 5 into two components 10 and 11, a local oscillator 12, a power divider 13, dividing the local oscillator 12 into two components 14 and 15, two 90 ° hybrid (90 ° hybrid, 90 degree hybrid) 16 and 17, each of which mixes component 10 and 11 respectively from the output of the polarization divider 9 and component 14 and 15, respectively, from the output of the power divider 13, due to which the signal frequency decreases from the frequency of the optical carrier to IF, balanced photodetectors 18-21, to which signals are output s 90 ° hybrids 16 and 17. An example of such an optical assembly may serve as a coherent receiver (coherent receiver), described in US Patent 8,295,713 B2 "DUAL STAGE CARRIER PHASE ESTIMATION IN A COHERENT OPTICAL SIGNAL RECEIVER", which is incorporated herein by reference.

Существуют разные варианты реализации 90° гибрида, например, описанные в публикации М. Seimetz; С.-М. Weinert "Options, Feasibility, and Availability of 2×4 90° Hybrids for Coherent Optical Systems" JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24, NO. 3, MARCH 2006, которая включена здесь в качестве ссылки. Одна из возможных реализаций 90° гибрида состоит в использовании системы 3-дБ ответвителей (3-dB coupler) 22 с дополнительной фазовой задержкой 23 на девяносто градусов в одной из ветвей, как показано на фиг. 4. Ответвитель 22 состоит из двух параллельных волноводов 24, 25, расположенных достаточно близко друг к другу, так что возможен обмен энергиями между ними. Для математического описания таких устройств используется матрица преобразования (transfer matrix), как описано, например, в книге Massood Tabib-Azar "Integrated Optics, Microstructures, and Sensors", Kluwer Academic Publishings, Boston, MA (1995), которая включена здесь в качестве ссылки.There are various options for the implementation of the 90 ° hybrid, for example, described in the publication M. Seimetz; CM. Weinert "Options, Feasibility, and Availability of 2 × 4 90 ° Hybrids for Coherent Optical Systems" JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24, NO. 3, MARCH 2006, which is incorporated herein by reference. One possible implementation of the 90 ° hybrid is to use a 3-dB coupler system 22 with an additional phase delay of 23 ninety degrees in one of the branches, as shown in FIG. 4. The coupler 22 consists of two parallel waveguides 24, 25 located quite close to each other, so that the energy exchange between them is possible. For the mathematical description of such devices, a transfer matrix is used, as described, for example, in Massood Tabib-Azar's book "Integrated Optics, Microstructures, and Sensors", Kluwer Academic Publishings, Boston, MA (1995), which is incorporated herein by reference links.

Электрические сигналы с балансных фотодекторов 18-21 поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 26-29 блока 6, изображенного на фиг. 5. Аналого-цифровые преобразователи 26-29 блока 6 преобразуют с частотой оцифровки электрические сигналы в набор дискретных по времени квантованных сигналов: АЦП 26 преобразует электрический сигнал с выхода фотодетектора 18, АЦП 27 преобразует электрический сигнал с выхода фотодетектора 19, АЦП 28 преобразует электрический сигнал с выхода фотодетектора 20, АЦП 29 преобразует электрический сигнал с выхода фотодетектора 21. Высокоскоростные АЦП позволяют оцифровывать сигнал со скоростью, достаточной для полного восстановления передаваемых данных. При передаче данных со скоростью S символов в секунду минимальная скорость оцифровки равна S герц. Асинхронная оцифровка, позволяющая восстановить частоту и фазу следования символов, требует скорости оцифровки 2S. Частота следования символов передатчика как правило отличается от частоты оцифровки АЦП приемника, но может быть восстановлена интерполяцией и передескритезацией оцифрованного сигнала, выполняемых в блоке 30 цифрового демодулятора 7, следующего за блоком АЦП. На фиг. 5 изображено расположение подсистем блока демодулятора 7 для одной из возможных реализаций, как описано в публикации Seb J. Savory, "Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, September/October 2010.Electrical signals from balanced photodetectors 18-21 are fed to the inputs of analog-to-digital converters 26-29 of block 6 shown in FIG. 5. Analog-to-digital converters 26-29 of block 6 convert electrical signals with a sampling frequency into a set of time-quantized quantized signals: the ADC 26 converts the electrical signal from the output of the photodetector 18, the ADC 27 converts the electrical signal from the output of the photodetector 19, the ADC 28 converts the electrical signal from the output of the photodetector 20, the ADC 29 converts the electrical signal from the output of the photodetector 21. High-speed ADCs allow you to digitize the signal at a speed sufficient to completely restore the transmitted data . When transmitting data at a speed of S characters per second, the minimum digitization speed is S hertz. Asynchronous digitization, which allows you to restore the frequency and phase of the sequence of characters, requires a 2S digitization speed. The frequency of the transmitter symbols as a rule differs from the digitization frequency of the ADC receiver, but can be restored by interpolation and rescritization of the digitized signal, performed in block 30 of the digital demodulator 7, following the ADC block. In FIG. Figure 5 shows the location of the subsystems of the demodulator unit 7 for one of the possible implementations, as described in Seb J. Savory, "Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. September 5, 2010.

Оптические сигналы, получаемые приемником через стандартную линию оптоволоконной связи, искажены эффектами хроматической дисперсии (ХД, chromatic dispersion, CD), поляризационной модовой дисперсии (ПМД, polarization mode dispersion, PMD), вращения углов поляризации и поляризационными потерями (polarization dependent losses, PDL). Поляризационные эффекты в волокне приводят к вращению поляризаций луча так, что на приемнике они уже не ортогональны и не совпадают с направлениями поляризационного делителя пучка 9. В результате поляризации на выходе поляризационного делителя пучка 9 содержат энергии обеих поляризаций передаваемого сигнала, включая искажения такие, как ХД и ПМД. Ввиду того, что каждая из поляризаций передаваемого сигнала содержит соотвестствующие передаваемые данные, необходимо не только компенсировать искажения, обусловленные такими эффектами, как хроматическая дисперсия и поляризационно модовая дисперсия, но и отделить эти сигналы данных один от другого. Цель цифровой когерентной технологии заключается в одновременном получении и амплитуды, и фазы модулированного сигнала для каждой из поляризованных мод переданного сигнала так, что может быть использован линейный цифровой коменсатор с конечной импульсной характеристикой (КИХ, finite impulse response, FIR) для выполнения компенсации хроматической дисперсии, восстановления поляризации и компенсации поляризационной модовой дисперсии в электрическом домене.Optical signals received by the receiver through a standard fiber-optic communication line are distorted by the effects of chromatic dispersion (CD), polarization mode dispersion (PMD), rotation of polarization angles and polarization losses (PDL) . The polarization effects in the fiber lead to the rotation of the beam polarizations so that they are no longer orthogonal at the receiver and do not coincide with the directions of the polarization beam divider 9. As a result of polarization at the output of the polarization beam divider 9, they contain the energies of both polarizations of the transmitted signal, including distortions such as CD and PMD. Due to the fact that each of the polarizations of the transmitted signal contains the corresponding transmitted data, it is necessary not only to compensate for distortions caused by effects such as chromatic dispersion and polarization mode dispersion, but also to separate these data signals from each other. The goal of digital coherent technology is to simultaneously obtain both the amplitude and phase of the modulated signal for each of the polarized modes of the transmitted signal so that a linear digital compensator with a finite impulse response (FIR) can be used to perform chromatic dispersion compensation, restoration of polarization and compensation of polarization mode dispersion in the electric domain.

Блок цифрового демодулятора, изображенный на фиг. 5, помимо блока интерполяции и передискретизации 30, может включать в себя такие блоки, как блок 31 устранения задержек между сигналами разных каналов (deskew) и ортогонализации (orthogonalization); блок 32 статической компенсации искажений сигнала таких, как хроматическая дисперсия (ХД, chromatic dispersion, CD); блок 33 динамической компенсации изменяющихся во времени эффектов таких, как вращение поляризации (polarization rotation) и поляризационная модовая дисперсия (ПМД, polarization mode dispersion, PMD), выходной сигнал которого, представляет собой отделенные друг от друга компоненты, поляризованные моды, переданного сигнала с нескомпенсированными отклонениями частоты и фазы несущей; блок 34 восстановления частоты несущей; блок 35 восстановления фазы несущей, выходной сигнал которого представляет собой сигналы созвездия для каждой из поляризованных мод, переданного сигнала с восстановленными частотой и фазой несущей.The digital demodulator unit shown in FIG. 5, in addition to the interpolation and oversampling unit 30, may include such units as a unit 31 for eliminating delays between the signals of different channels (deskew) and orthogonalization (orthogonalization); block 32 static compensation of signal distortions such as chromatic dispersion (CD, chromatic dispersion, CD); unit 33 for dynamic compensation of time-varying effects such as polarization rotation and polarization mode dispersion (PMD), the output signal of which is separated components, polarized modes of the transmitted signal with uncompensated deviations of the frequency and phase of the carrier; a carrier frequency recovery unit 34; a carrier phase reconstruction unit 35, the output signal of which is constellation signals for each of the polarized modes of the transmitted signal with the restored carrier frequency and phase.

Как видно из фиг. 5, существует множество различных обратных связей между блоками когерентного приемника. Некоторые из них, например, связь между фазой и частотой несущей 36 являются естественными, другие зависят от используемых алгоритмов. Например, обратные связи 37 для оценок символов и декодированных данных требуются для алгоритмов с использованием данных об информационном потоке (data aided, DA), но не для слепых алгоритмов. Аналогично, для синхронной оцифровки данных с символьной скоростью требуется обратная связь 38 от блока интерполяции и передискретизации 30 к блоку аналого-цифрового преобразователя 6, не требующаяся при асинхронной дискретизации сигналов. Другие возможные обратные связи включают обратную связь 39 от блока динамического эквалайзера 33 к блоку статического эквалайзера 32, обратную связь 40 от блока восстановления частоты несущей 34 к блоку гетеродина 12, а так же обратную связь 41 от блока восстановления фазы несущей 35 к блоку динамического эквалайзера 33.As can be seen from FIG. 5, there are many different feedbacks between blocks of a coherent receiver. Some of them, for example, the relationship between phase and carrier frequency 36 are natural, others depend on the algorithms used. For example, feedbacks 37 for character estimates and decoded data are required for algorithms using data aided data (DA), but not for blind algorithms. Similarly, for synchronous digitization of data at a symbol rate, feedback 38 is required from the interpolation and oversampling unit 30 to the analog-to-digital converter unit 6, which is not required for asynchronous signal sampling. Other possible feedbacks include feedback 39 from the dynamic equalizer unit 33 to the static equalizer unit 32, feedback 40 from the carrier frequency recovery unit 34 to the local oscillator unit 12, and also feedback 41 from the carrier phase recovery unit 35 to the dynamic equalizer unit 33 .

Функция блока внешнего приемника состоит в оптимальном декодировании демодулированных сигналов для получения наилучшей оценки последовательности бит, закодированных на передатчике. Это может осуществляться в форме опережающей коррекции ошибок с мягким принятием решений (soft-decision forward error correction) или оценки символов с последующей опережающей коррекцией ошибок с жестким принятием решений. Такой блок, схематически изображенный на фиг. 6, может включать блоки вычисления жестких (hard decisions, HD) или мягких (soft decisions, SD) решений 42 и 43, декодеры 44 и 45, например, декодеры на основе LDPC кодов (Low-density parity check code, код с малой плотностью проверок на четность), вычисляющие последовательности бит 46 и 47, переданных по каналу связи, которые далее могут быть использованы в блоке 48 для декодирования переданного пакета данных, например, в формате OTU-4 (Optical Transport Unit, Оптический Транспортный Блок), как описано в статье С-S. Choi, Н. Lee, N. Kaneda, Y.-K. Chen, "Concatenated Non-Binary LDPC and HD-FEC Codes for 100Gb/s Optical Transport Systems", 2012 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, которая включена здесь в качестве ссылки, а так же возвращающие оценки 37 символов для блока демодуляции 7.The function of the external receiver unit is to optimally decode the demodulated signals to obtain the best estimate of the sequence of bits encoded at the transmitter. This can be done in the form of forward error correction with soft decision making (soft-decision forward error correction) or character evaluation followed by advanced error correction with hard decision making. Such a block, shown schematically in FIG. 6 may include hard decision (HD) or soft decision (SD) calculation blocks 42 and 43, decoders 44 and 45, for example, decoders based on LDPC codes (Low density parity check code, low density code parity checks) calculating the sequence of bits 46 and 47 transmitted over the communication channel, which can then be used in block 48 to decode the transmitted data packet, for example, in the OTU-4 format (Optical Transport Unit, Optical Transport Unit), as described in article C-S. Choi, N. Lee, N. Kaneda, Y.-K. Chen, "Concatenated Non-Binary LDPC and HD-FEC Codes for 100Gb / s Optical Transport Systems", 2012 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, which is incorporated herein by reference, as well as 37 character ratings for demodulation block 7.

Ортогонализация, выполняемая в блоке 31, предназначена для компенсации диспропорций (imbalance) амплитуд и фаз демодулируемых сигналов, возникающих как вследствие неидеальностей 90° гибридов 16 и 17, так и других факторов таких, как неточная настройка поляризационного делителя пучка 9 или отклонения в чувствительности фотодиодов. Такая ортогонализация может быть выполнена, например, при помощи процесса Грама-Шмидта (Gram-Schmidt process), описанного в публикации I. Fatadin, Seb J. Savory and D. Ives "Compensation of Quadrature Imbalance in an Optical QPSK Coherent Receiver", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 20, NO. 20, OCTOBER 15, 2008, которая включена здесь в качестве ссылки, для действительных сигналов. Этот алгоритм может быть обобщен на случай комплексных сигналов. Пусть rX и rY - оцифрованные сигналы двух поляризаций X и Y соответственно, поступающие на вход блока 31. Ортонормированный сигнал X для сигнала rX записывается в формеOrthogonalization performed in block 31 is intended to compensate for imbalances in the amplitudes and phases of demodulated signals arising both from imperfections of 90 ° of hybrids 16 and 17, and other factors such as inaccurate tuning of the polarization beam splitter 9 or deviations in the sensitivity of photodiodes. Such orthogonalization can be performed, for example, using the Gram-Schmidt process described in I. Fatadin, Seb J. Savory and D. Ives "Compensation of Quadrature Imbalance in an Optical QPSK Coherent Receiver", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 20, NO. 20, OCTOBER 15, 2008, which is incorporated herein by reference, for valid signals. This algorithm can be generalized to the case of complex signals. Let r X and r Y be the digitized signals of two polarizations X and Y, respectively, received at the input of block 31. The orthonormal signal X for the signal r X is written in the form

Figure 00000001
Figure 00000001

где Е{} означает среднее значение, а

Figure 00000002
обозначает комплексно-сопряженную величину.where E {} means the average value, and
Figure 00000002
denotes a complex conjugate.

Тогда ортонормированный сигнал Y для rY записывается, какThen the orthonormal signal Y for r Y is written as

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

Figure 00000004
Figure 00000004

так чтоso that

Figure 00000005
Figure 00000005

Как легко видеть, для сигналов X и Y выполняется условиеIt is easy to see that for signals X and Y the condition

Figure 00000006
Figure 00000006

ортогональности сигналов. Таким образом, ортогонализация в блоке 31 может быть выполнена следующим образом:orthogonality of signals. Thus, orthogonalization in block 31 can be performed as follows:

Figure 00000007
Figure 00000007

Хроматическая дисперсия сигнала E(z, t)=[EX(z, t), EY[z, t)]T, где t - время, a z - координата вдоль волокна, в отсутствии нелинейных эффектов может быть описана дифференциальным уравнениемChromatic dispersion of the signal E (z, t) = [E X (z, t), E Y [z, t)] T , where t is time, az is the coordinate along the fiber, in the absence of nonlinear effects can be described by the differential equation

Figure 00000008
Figure 00000008

гдеWhere

Figure 00000009
Figure 00000009

а β2 - дисперсия групповой задержки (group delay dispersion, GDD), приблизительно равная - 21nc2/км для стандартного одномодового волокна, J - мнимая единица. Решение уравнения (7) для длины волокна Ltotal дает, что

Figure 00000010
поэтому переданный сигнал может быть восстановлен из сигнала, искаженного хроматической дисперсией. Как показано в публикации S. J. Savory, "Digital filters for coherent optical receivers", Opt. Exp., vol. 16, no. 2, pp. 804-817, 2008, которая включена здесь в качестве ссылки, для принятого сигнала, оцифрованного с интервалом TADC секунд, переданный сигнал может быть восстановлен при помощи фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ, finite impulse response, FIR), чьи коэффициенты hcd[k] заданы величинамиand β 2 is the group delay dispersion (GDD), approximately equal to 21nc 2 / km for a standard single-mode fiber, J is the imaginary unit. The solution of equation (7) for the fiber length L total gives that
Figure 00000010
therefore, the transmitted signal can be reconstructed from a signal distorted by chromatic dispersion. As shown in SJ Savory, "Digital filters for coherent optical receivers", Opt. Exp., Vol. 16, no. 2, pp. 804-817, 2008, which is incorporated herein by reference, for a received signal digitized at an interval of T ADC seconds, the transmitted signal can be reconstructed using a filter with finite impulse response (FIR), whose coefficients are h cd [k] are given by

Figure 00000011
Figure 00000011

где N - число отсчетов, заданных соотношением

Figure 00000012
, а ρ=2πβ2Ltotal/T2 ADC.where N is the number of samples given by
Figure 00000012
, and ρ = 2πβ 2 L total / T 2 ADC .

Хотя фильтр для компенсации дисперсии может быть так же реализован с использованием более короткого фильтра с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ, infinite impulse response, IIR), как показано в публикации G. Goldfarb and G. Li, "Chromatic dispersion compensation using digital IIR filtering with coherent detection," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 19, no. 13, pp. 969-971, Jul. 1, 2007, которая включена здесь в качестве ссылки, КИХ реализация часто более предпочтительна, поскольку она может быть эффективно реализована в частотном домене, например, с использованием метода перекрытия-добавления (overlap-add method), как описано, например, в публикации М. Kuschnerov, F. Hauske, K. Piyawanno, В. Spinnler, М. Alfiad, A. Napoli, and В. Lankl, "DSP for coherent single-carrier receivers," J. Lightw. Technol., vol. 27, no. 16, pp. 3614-3622, Aug. 15, 2009, которая используется здесь в качестве ссылки. Схемы компенсации хроматической дисперсии во временном 49 и частотном 50 доменах показаны на фиг. 7. Для блока 32, реализованного в виде схемы 49, компенсация хроматической дисперсии в сигналах для Х и Y поляризаций выполняется при помощи фильтров 51 и 52 соответственно. Для блока 32, реализованного в виде схемы 50, сигналы для X и Y поляризаций переводятся из временного домена в частотный при помощи FFT (Fast Fourier Transform, Быстрое Преобразование Фурье, БПФ) фильтров 53 и 54 соответственно, выполняется компенсация хроматической дисперсии этих сигналов фильтрами 55 и 56 соответственно, после чего сигналы опять переводятся из частотного во временной домен при помощи IFFT (Inverse Fast Fourier Tranform, Обратное Быстрое Преобразование Фурье, ОБПФ) фильтров 57 и 58 соответственно.Although a filter for dispersion compensation can also be implemented using a shorter filter with an infinite impulse response (IIR), as shown in G. Goldfarb and G. Li, "Chromatic dispersion compensation using digital IIR filtering with coherent detection, "IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 19, no. 13, pp. 969-971, Jul. 1, 2007, which is incorporated herein by reference, a FIR implementation is often preferable because it can be efficiently implemented in the frequency domain, for example, using the overlap-add method, as described, for example, in publication M Kuschnerov, F. Hauske, K. Piyawanno, B. Spinnler, M. Alfiad, A. Napoli, and B. Lankl, "DSP for coherent single-carrier receivers," J. Lightw. Technol., Vol. 27, no. 16, pp. 3614-3622, Aug. 15, 2009, which is used here as a reference. Chromatic dispersion compensation schemes in the time domain 49 and frequency domain 50 are shown in FIG. 7. For block 32, implemented in the form of a circuit 49, the compensation of chromatic dispersion in the signals for X and Y polarizations is performed using filters 51 and 52, respectively. For block 32, implemented in the form of a circuit 50, signals for X and Y polarizations are transferred from the time domain to the frequency domain using FFT (Fast Fourier Transform, Fast Fourier Transform, FFT) filters 53 and 54, respectively, and the chromatic dispersion of these signals is compensated by filters 55 and 56, respectively, after which the signals are again transferred from the frequency domain to the time domain using IFFT (Inverse Fast Fourier Tranform, Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) filters 57 and 58, respectively.

Блок 33 динамического эквалайзера может быть реализован с использованием набора четырех фильтров, показанных на фиг. 8, как описано, например, в патенте WO 2009/070881 A1 "SIGNAL EQUALIZER IN A COHERENT OPTICAL RECEIVER", который включен здесь в качестве ссылки. Динамический эквалайзер 33 выполняет преобразование сигнала при помощи обратной матрицы Джонса канала (inverse-Jones matrix of the channel), задаваемое соотношениямиThe dynamic equalizer unit 33 may be implemented using a set of four filters shown in FIG. 8, as described, for example, in WO 2009/070881 A1 "SIGNAL EQUALIZER IN A COHERENT OPTICAL RECEIVER", which is incorporated herein by reference. Dynamic equalizer 33 performs signal conversion using the inverse-Jones matrix of the channel, defined by the relations

Figure 00000013
Figure 00000013

где hXX[k], hXY[k], hYX[k] - коэффициенты КИХ фильтров 59-62 длины N, 63 и 64 - сумматоры сигналов на выходах фильтров 59, 60 и 61, 62 соответственно,

Figure 00000014
и
Figure 00000015
- скользящие блоки N отсчетов поляризованных мод сигналаwhere h XX [k], h XY [k], h YX [k] are the coefficients of the FIR filters 59-62 of length N, 63 and 64 are the adders of the signals at the outputs of the filters 59, 60 and 61, 62, respectively,
Figure 00000014
and
Figure 00000015
- sliding blocks of N samples of polarized signal modes

Figure 00000016
Figure 00000016

а

Figure 00000017
- значения сигналов поляризаций на выходе эквалайзера 33. Коэффициенты фильтров 59-62 вычисляются обычно при помощи адаптивных алгоритмов, показанных на фиг. 8 в виде блока 65, на вход которого поступают сигналы
Figure 00000018
с выходов сумматоров 63, 64, оценки символов по обратной связи 37 и символы 41 после компенсации частоты и фазы несущей с выхода блока 35. Коэффициенты фильтров 59-62 могут вычисляться согласно алгоритму стохастического усредненного градиента (stochastic gradient algorithm)a
Figure 00000017
- the values of the polarization signals at the output of the equalizer 33. The filter coefficients 59-62 are usually calculated using the adaptive algorithms shown in FIG. 8 in the form of a block 65, the input of which receives signals
Figure 00000018
from the outputs of adders 63, 64, symbol feedback estimates 37 and symbols 41 after compensation of the frequency and phase of the carrier from the output of block 35. Filter coefficients 59-62 can be calculated according to the stochastic gradient algorithm

Figure 00000019
Figure 00000019

где μ - коэффициент, определяющий скорость сходимости алгоритма, величины εX[k] и εY[k] сигналы ошибок (error signals), управляющие алгоритмом адаптации фильтров, а

Figure 00000020
обозначает операцию комплесного сопряжения и транспонирования вектора
Figure 00000021
, как показано, например, в статье T.F. Portela et. al., "Analysis of Signal Processing Techniques for Optical 112 Gb/s DP-QPSK Receivers with Experimental Data", Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, Vol. 10, No. 1, June 2011, которая включена здесь в качестве ссылки. Так, для QPSK формата модуляции для вычисления величин εX и εY широко используется алгоритм слепого выравнивания (constant modulus algorithm, СМА) для слепого восстановления QPSK сигнала, предложенный Годардом, изложенный в статье D.N. Godard, "Self-recovering equalization and carrier tracking in two-dimensional data communication systems", IEEE Trans. Communications, Vol. Com-28, Nov. 11, 1980, pp. 1867-1875, которая включена здесь в качестве ссылки. В этом случае для сигнала для поляризаций X и Y минимизируются ошибкиwhere μ is the coefficient determining the convergence rate of the algorithm, the quantities ε X [k] and ε Y [k] are error signals that control the filter adaptation algorithm, and
Figure 00000020
denotes the operation of complex conjugation and transposition of the vector
Figure 00000021
as shown, for example, in TF Portela et. al., "Analysis of Signal Processing Techniques for Optical 112 Gb / s DP-QPSK Receivers with Experimental Data", Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, Vol. 10, No. 1, June 2011, which is incorporated herein by reference. So, for the QPSK modulation format for calculating ε X and ε Y values, the constant modulus algorithm (CMA) is widely used for blind QPSK signal recovery proposed by Godard, described in DN Godard's article "Self-recovering equalization and carrier tracking in two-dimensional data communication systems ", IEEE Trans. Communications, Vol. Com-28, Nov. 11, 1980, pp. 1867-1875, which is incorporated herein by reference. In this case, for the signal for polarizations X and Y, errors are minimized

Figure 00000022
Figure 00000022

где

Figure 00000023
- абсолютные значения компонент сигнала
Figure 00000024
после компенсации искажений и восстановления поляризаций переданного сигнала, а сигнал каждой из поляризаций нормирован и имеет единичную энергию. На фиг. 9 показана диаграмма созвездия (constellation diagram) QPSK после выполнения алгоритма слепого выравнивания. В управляемом решением компенсаторе (Decision Directed Equalizer, DD-EQ) сигналы xr[k] и yr[k] 41 с выхода блока 35, представляющие собой сигналы xout[k] и yout[k] со скомпенсированными частотой и фазой несущей, и оценки
Figure 00000025
переданных символов 37 поступают на контур принятия решений 65 такой, что минимизируются ошибкиWhere
Figure 00000023
- absolute values of the signal components
Figure 00000024
after distortion compensation and restoration of polarizations of the transmitted signal, and the signal of each of the polarizations is normalized and has a unit energy. In FIG. Figure 9 shows the QPSK constellation diagram after running the blind alignment algorithm. In a solution-controlled equalizer (Decision Directed Equalizer, DD-EQ), the signals x r [k] and y r [k] 41 from the output of block 35, which are signals x out [k] and y out [k] with compensated frequency and phase carrier, and estimates
Figure 00000025
the transmitted characters 37 arrive at the decision loop 65 such that errors are minimized

Figure 00000026
Figure 00000026

Оценки

Figure 00000027
и
Figure 00000028
могут быть получены как при помощи декодирования мягких решений 42, 43 декодерами 44 и 45, так и вычислением жестких решений 42 и 43, например, при помощи стандартной прямоугольной решетки областей решений созвездия (standard rectilinear grid of decision regions in the constellation), дающей в случае созвездия QPSK оценки символов 37:Grades
Figure 00000027
and
Figure 00000028
can be obtained both by decoding soft decisions 42, 43 by decoders 44 and 45, and by calculating hard decisions 42 and 43, for example, using the standard rectangular lattice of decision regions in the constellation, giving the case of the QPSK constellation character rating 37:

Figure 00000029
Figure 00000029

где функция csgn(x) задается формулойwhere the function csgn (x) is given by the formula

Figure 00000030
Figure 00000030

Сходимость этого решения к правильному решению гарантируется, если предварительно используется алгоритм слепого выравнивания для приближения значений отсчетов фильтров блока 33 динамической компенсации искажений сигнала к требуемому миниму.The convergence of this solution to the correct solution is guaranteed if the blind alignment algorithm is previously used to approximate the filter sample values of the dynamic distortion compensation unit 33 of the signal to the required minimum.

В отличие от вышеперечисленных слепых (blind) алгоритмов, в компенсаторе на основе обучающей последовательности (training based equalizer) блок 65 эквалайзера 33 настраивается известной обучающей последовательностью 66 такой, что эквалайзер имеет полную информацию о переданных данных. При этом так же предполагается, что полоса частот лазера достаточно мала, так что фаза несущей может считаться постоянной на протяжении обучающей последовательности. В этом случае, если для поляризаций X и Y были переданы последовательности символов sX и sY соответственно, то компенсатор минимизирует функцииIn contrast to the above blind algorithms, in the equalizer based on the training sequence (training based equalizer), the equalizer block 65 is tuned by the known training sequence 66 such that the equalizer has complete information about the transmitted data. It is also assumed that the laser frequency band is sufficiently small, so that the phase of the carrier can be considered constant throughout the training sequence. In this case, if the sequences of symbols s X and s Y, respectively, were transmitted for the polarizations X and Y, then the compensator minimizes the functions

Figure 00000031
Figure 00000031

Для такого высокоуровневого формата модуляции, как 16QAM, алгоритм слепого выравнивания QPSK формата может быть обобщен, если заметить, что точки сигнального созвездия 16QAM могут быть разбиты на три группы, точки каждой из которых лежат на окружности одного радиуса с центром в центре созвездия, как показано на фиг. 10: группа 67 включает точки

Figure 00000032
группа 68 включает точки
Figure 00000033
Figure 00000034
а группа 69 - точки
Figure 00000035
Таким образом, созвездие 16QAM содержит три группы, причем группы 67 и 69 содержат по четыре точки, образующие QPSK созвездия с разными амплитудами. В этом случае предлагается сначала использовать обычный алгоритм СМА для предобработки сигнала для обеспечения правильных начальных условий для сходимости алгоритма адаптивной коррекции искажений сигнала, а затем использовать для каждой компоненты поляризации управляемый радиусом компенсатор искажений (radially directed equalizer), величина ошибки которого вычисляется какFor a high-level modulation format such as 16QAM, the QPSK format blind alignment algorithm can be generalized if you notice that the points of the 16QAM signal constellation can be divided into three groups, the points of each of which lie on a circle of the same radius centered at the center of the constellation, as shown in FIG. 10: group 67 includes dots
Figure 00000032
group
68 includes dots
Figure 00000033
Figure 00000034
and group 69 - points
Figure 00000035
Thus, the 16QAM constellation contains three groups, and groups 67 and 69 contain four points each, forming a QPSK constellation with different amplitudes. In this case, it is proposed to first use the usual CMA algorithm for signal preprocessing to provide the correct initial conditions for the convergence of the adaptive signal distortion correction algorithm, and then use for each polarization component a radius-controlled distortion compensator (radially directed equalizer), the error value of which is calculated as

Figure 00000036
Figure 00000036

где rX=|xout| для поляризации X, и rY=|yout| для поляризации Y, сигнал каждой из поляризаций нормирован и имеет единичную энергию, а радиус R0 задается следующими условиями:where r X = | x out | for the polarization X, and r Y = | y out | for polarization Y, the signal of each of the polarizations is normalized and has unit energy, and the radius R 0 is given by the following conditions:

Figure 00000037
Figure 00000037

Диаграмма созвездия 16QAM после выполнения алгоритма управляемого радиусом компенсатора искажений показана на фиг. 11. Как отмечено в работе Seb J. Savory, "Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, September/October 2010, управляемый решением компенсатор (14) так же может быть использован для формата 16QAM при условии, что сначала сигнал пред обрабатывается либо алгоритмом слепого выравнивания (13), либо алгоритмом управляемого радиусом компенсатора (18). Как и в случае созвездия QPSK, оценки

Figure 00000038
могут быть получены как при помощи декодирования мягких решений 42, 43 декодерами 44 и 45, так и вычислением жестких решений 42 и 43, например, при помощи функции csgn16QAM(x), определяемой стандартной прямоугольной решеткой областей решений созвездия (standard rectilinear grid of decision regions in the constellation),The diagram of the 16QAM constellation after executing the radius-controlled distortion compensator algorithm is shown in FIG. 11. As noted by Seb J. Savory, “Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.”, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, September / October 2010, the compensator (14) controlled by the solution can also be used for the 16QAM format, provided that the signal is first processed either by the blind alignment algorithm (13) or by the radius-controlled compensator algorithm (18). As with the QPSK constellation, estimates
Figure 00000038
can be obtained both by decoding soft decisions 42, 43 by decoders 44 and 45, and by calculating hard decisions 42 and 43, for example, using the csgn 16QAM (x) function defined by the standard rectangular grid of decision regions of the constellation regions in the constellation),

Figure 00000039
Figure 00000039

как описано в статье I. Fatadin, D. Ives, and Seb J. Savory, "Blind Equalization and Carrier Phase Recovery in a 16-QAM Optical Coherent System", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 27, NO. 15, AUGUST 1, 2009, которая включена здесь в качестве ссылки.as described in I. Fatadin, D. Ives, and Seb J. Savory, "Blind Equalization and Carrier Phase Recovery in a 16-QAM Optical Coherent System", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 27, NO. 15, AUGUST 1, 2009, which is incorporated herein by reference.

Компенсатор на основе обучающей последовательности (17) так же может быть использован для формата 16QAM.A training sequence based compensator (17) can also be used for the 16QAM format.

Для более высокоуровневых форматов модуляции таких, как 64QAM и 256QAM, требуется разработка своего метода адаптивной коррекции искажений сигнала. Поэтому одной из важных проблем в разработке когерентного приемника оптического сигнала является поиск подходящего метода для адаптивной коррекции искажений для высокоуровневых форматов модуляции. В работе Seb J. Savory, "Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, September/October 2010 предлагается раздельная реализация блоков восстановления частоты 34 и фазы 35 несущей, так как это не только уменьшает величину фазы, необходимой для отслеживания системой восстановления несущей, но и улучшает эффективность восстановления несущей, поскольку многие схемы восстановления фазы дают несмещенную оценку лишь при нулевой ошибке частоты несущей. Если сигнал

Figure 00000040
на выходе блока 33 имеет формуFor higher-level modulation formats such as 64QAM and 256QAM, the development of its own method of adaptive correction of signal distortions is required. Therefore, one of the important problems in the development of a coherent optical signal receiver is the search for a suitable method for adaptive distortion correction for high-level modulation formats. In Seb J. Savory, "Digital Coherent Optical Receivers: Algorithms and Subsystems.", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, September / October 2010, a separate implementation of frequency recovery units 34 and carrier phase 35 is proposed, since this not only reduces the phase necessary for tracking by the carrier recovery system, but also improves the efficiency of carrier recovery, since many phase recovery schemes give an unbiased estimate only at zero carrier frequency error. If the signal
Figure 00000040
at the output of block 33 has the form

Figure 00000041
Figure 00000041

где Tsym - интервал следования символов,

Figure 00000040
- сигнал на входе блока восстановления несущей,
Figure 00000042
- сигнал переданных символов созвездия, а φ[k] и Δƒ - фаза и частота несущей, то задача блока 34 состоит в оценке величины Δƒ, а блока 35 - в оценке величины φ[k]. При этом полученные значения фазы могут использоваться по обратной связи 36, показанной на фиг. 5, для определения частоты несущей. В этой же работе предлагается ряд методов восстановления частоты и фазы несущей для формата модуляции QPSK, основанных на возведении сигнала в четвертую степень, устраняющем модуляцию сигнала. Так частотаwhere T sym is the character spacing,
Figure 00000040
- signal at the input of the carrier recovery unit,
Figure 00000042
is the signal of the transmitted constellation symbols, and φ [k] and Δƒ is the phase and frequency of the carrier, then the task of block 34 is to estimate Δƒ, and block 35 to assess the value of φ [k]. In this case, the obtained phase values can be used by feedback 36 shown in FIG. 5 to determine the carrier frequency. In the same work, a number of methods are proposed for reconstructing the frequency and phase of the carrier for the QPSK modulation format, based on raising the signal to the fourth power, which eliminates signal modulation. So frequency

несущей может быть оценена по формулеcarrier can be estimated by the formula

Figure 00000043
Figure 00000043

или формуле с обратным порядком операцийor a reverse order formula

Figure 00000044
Figure 00000044

где μ - коэффициент сходимости (convergence factor). На фиг. 12 показаны схемы восстановления частоты несущей, соответствующие алгоритмам (22) и (23). В случае алгоритма (22) сигнал

Figure 00000045
возводится в четвертую степень 70, сигнал
Figure 00000046
на выходе задержки 71 возводится в четвертую степень в блоке 72 и после операции комплексного сопряжения в блоке 73 перемножается с сигналом, полученным в блоке 70, после чего выполняется суммирование полученных значений в блоке 75 и вычисление аргумента результата в блоке 76. В случае алгоритма (23) аргумент от сигнала, полученного в блоке 74, умноженный на коэффициент сходимости в блоке 77, складывается в блоке 78 с предыдущей оценкой частоты несущей Δƒ[k-1], умноженной в блоке 79 на коэффициент (1-μ).where μ is the convergence factor. In FIG. 12 shows carrier frequency recovery schemes corresponding to algorithms (22) and (23). In the case of algorithm (22), the signal
Figure 00000045
raised to the fourth power of 70, the signal
Figure 00000046
at the output of the delay 71 is raised to the fourth power in block 72 and after the complex pairing operation in block 73 is multiplied with the signal received in block 70, after which the obtained values are summed in block 75 and the result argument is calculated in block 76. In the case of algorithm (23 ) the argument from the signal received in block 74, multiplied by the convergence coefficient in block 77, is added in block 78 with the previous estimate of the carrier frequency Δƒ [k-1] multiplied in block 79 by a factor (1-μ).

Фаза может быть оценена по формулеThe phase can be estimated by the formula

Figure 00000047
Figure 00000047

где

Figure 00000048
- весовые коэффициенты. Другой предлагаемый алгоритм оценки фазы имеет видWhere
Figure 00000048
- weighting factors. Another proposed phase estimation algorithm has the form

Figure 00000049
Figure 00000049

На фиг. 13 показана схема восстановления фазы несущей, соответствующая алгоритму (24), основанная на схеме, представленной статье T.F. Portela et. al., "Analysis of Signal Processing Techniques for Optical 112 Gb/s DP-QPSK Receivers with Experimental Data", Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, Vol. 10, No. 1, June 2011, которая включена здесь в качестве ссылки. Сигнал возводится в четвертую степень в блоке 80 (М=4) для устранения модуляции сигнала, пропускается через низкочастотный фильтр 81, представленный в формулах (24), (25) весовыми коэффициентами

Figure 00000050
для уменьшения влияния шума, далее вычисляется фаза сигнала в блоке 82, после чего для полученной фазы (24) выполняется развертка в блоке 83. Полученная в блоке 84 поправка используется для компенсации фазы несущей символа
Figure 00000051
в блоке 85 с задержкой сигнала, полученной в блоке 86, так, что на выходе блока 85 получается сигнал
Figure 00000052
который может быть далее послан на блок внешнего приемника 8. Алгоритму (25) соответствует схема восстановления фазы несущей, в которой блок 82 находится перед блоком 81.In FIG. 13 shows a carrier phase recovery scheme corresponding to algorithm (24) based on the scheme presented by TF Portela et. al., "Analysis of Signal Processing Techniques for Optical 112 Gb / s DP-QPSK Receivers with Experimental Data", Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, Vol. 10, No. 1, June 2011, which is incorporated herein by reference. The signal is raised to the fourth power in block 80 (M = 4) to eliminate signal modulation; it is passed through a low-pass filter 81, presented in formulas (24), (25) by weight coefficients
Figure 00000050
to reduce the effect of noise, the signal phase in block 82 is then calculated, after which the obtained phase (24) is scanned in block 83. The correction obtained in block 84 is used to compensate for the phase of the carrier symbol
Figure 00000051
in block 85 with a delay of the signal received in block 86, so that at the output of block 85 a signal is obtained
Figure 00000052
which can then be sent to the external receiver unit 8. Algorithm (25) corresponds to the carrier phase recovery circuit, in which block 82 is located in front of block 81.

В работе Irshaad Fatadin и Seb J. Savory, "Compensation of Frequency Offset for 16-QAM Optical Coherent Systems Using QPSK Partitioning", IEEE Photonics Technology Letters, 23(17)1246-1248, Sep. 2011, которая включена здесь в качестве ссылки, предлагается использовать группы 67 и 69 созвездия 16QAM для оценки частоты несущей этого формата модуляции. Для этого предлагается взять N пар последовательных символов таких, что в каждой паре каждая из точек принадлежит либо группе 67, либо 69. Тогда частота несущей вычисляется по этим парам аналогично QPSK модуляции по формуле (22), где k-ая пара символов создержит символы

Figure 00000053
Для высокоуровневых форматов модуляции таких, как 64QAM и 256QAM, так же требуется разработка своих методов восстановления частоты несущей. Кроме того для высокоуровневых форматов модуляции требуются свои методы восстановления фазы несущей.By Irshaad Fatadin and Seb J. Savory, "Compensation of Frequency Offset for 16-QAM Optical Coherent Systems Using QPSK Partitioning", IEEE Photonics Technology Letters, 23 (17) 1246-1248, Sep. 2011, which is incorporated herein by reference, is proposed to use groups 67 and 69 of the 16QAM constellation to estimate the carrier frequency of this modulation format. To do this, it is proposed to take N pairs of consecutive symbols such that in each pair each point belongs to either group 67 or 69. Then the carrier frequency is calculated for these pairs in the same way as QPSK modulation according to formula (22), where the kth pair of symbols contains the symbols
Figure 00000053
For high-level modulation formats such as 64QAM and 256QAM, the development of their own carrier frequency recovery methods is also required. In addition, high-level modulation formats require their own carrier phase recovery methods.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В варианте осуществления согласно изобретению предлагается устройство, включающее в себя: оптический блок обработки входного оптического сигнала, включающий поляризационный делитель, делящий входной оптический сигнал на две компоненты, гетеродин, делитель мощности, делящий сигнал гетеродина на две компоненты, два 90° гибрида, каждый из которых смешивает соответствующую компоненту с выхода поляризационного делителя входного оптического сигнала и соответствующую компоненту с выхода делителя мощности сигнала гетеродина, фотодетекторы, на которые поступают сигналы с выходов 90° гибридов; блок, включающий аналого-цифровые преобразователи, на входы которых поступают электрические сигналы с фотодетекторов, преобразующие с частотой оцифровки электрические сигналы в набор дискретных по времени квантованных сигналов; цифровой демодулятор, на который поступают сигналы с выходов аналого-цифровых преобразователей, включающий такие блоки, как блок ортогонализации, блок статической компенсации искажений сигнала таких, как хроматическая дисперсия, блок динамической компенсации изменяющихся во времени эффектов таких, как вращение поляризации и поляризационная модовая дисперсия, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, блок восстановления частоты несущей как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, блок восстановления фазы несущей, выходной сигнал которого представляет собой сигналы созвездия для каждой из поляризованных мод переданного сигнала с восстановленными частотой и фазой несущей, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM; внешний приемник, включающий блок коррекции ошибок.In an embodiment according to the invention, there is provided a device comprising: an optical unit for processing an input optical signal, comprising a polarization divider dividing the input optical signal into two components, a local oscillator, a power divider dividing the local oscillator signal into two components, two 90 ° hybrids, each which mixes the corresponding component from the output of the polarizing divider of the input optical signal and the corresponding component from the output of the power divider of the local oscillator signal, photodetectors which receive signals from the outputs of 90 ° hybrids; a unit comprising analog-to-digital converters, the inputs of which receive electrical signals from photodetectors, converting electrical signals with a sampling frequency into a set of time-quantized quantized signals; a digital demodulator that receives signals from the outputs of analog-to-digital converters, including blocks such as an orthogonalization block, a block for static compensation of signal distortions such as chromatic dispersion, a block for dynamic compensation of time-varying effects such as polarization rotation and polarization mode dispersion, both for the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, a carrier frequency recovery unit as for the DP-QPSK modulation format, and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, a carrier phase recovery unit, the output signal of which is constellation signals for each of the polarized modes of the transmitted signal with the restored carrier frequency and phase both for the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM; an external receiver including an error correction unit.

Использование гетеродинного детектирования дает то преимущество, что частота сигнала понижается с частоты оптической несущей до ПЧ, за счет чего вся информация может быть восстановлена при помощи стандартных методов демодуляции радио сигнала.The use of heterodyne detection gives the advantage that the signal frequency is reduced from the frequency of the optical carrier to the IF, due to which all information can be restored using standard methods of demodulation of the radio signal.

Использование цифрового демодулятора дает то преимущество, что цифровая обработка сигнала, основанная на когерентной оптической связи, дает существенные преимущества по производительности по сравнению с прямым детектированием.The use of a digital demodulator provides the advantage that digital signal processing based on coherent optical communication provides significant performance advantages over direct detection.

Другое преимущество данного варианта осуществления согласно изобретению состоит в том, что сочетание многоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, в которых оптический сигнал может быть представлен в виде двух поляризованных мод, каждая из которых модулирована форматами M-QAM, т.е. такими как, 16QAM, 64QAM и 256QAM соответственно, с методами спектральной фильтрации и помехоустойчивого кодирования FEC является необходимым требованием для достижения высокой спектральной эффективности оптических систем связи.Another advantage of this embodiment according to the invention is that a combination of multi-level modulation formats DP M-QAM such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, in which the optical signal can be represented as two polarized modes, each which are modulated by M-QAM formats, i.e. such as 16QAM, 64QAM, and 256QAM, respectively, with spectral filtering and noiseless coding methods FEC is a necessary requirement to achieve high spectral efficiency of optical communication systems.

В другом варианте осуществления согласно изобретению предлагается способ, включающий: разделение входного оптического сигнала на две компоненты, разделение сигнала гетеродина на две комопненты, смешивание соответствующей компоненты входного оптического сигнала и сигнала гетеродина, преобразование с частотой оцифровки электрических сигналов в набор дискретных по времени квантованных сигналов, ортогонализацию, компенсацию искажений сигнала таких, как хроматическая дисперсия, компенсацию изменяющихся во времени эффектов таких, как вращение поляризации и поляризационная модовая дисперсия, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, восстановление частоты несущей как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, восстановление фазы несущей, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, коррекцию ошибок демодулированного сигнала.In another embodiment, the invention provides a method comprising: dividing the input optical signal into two components, dividing the local oscillator signal into two components, mixing the corresponding components of the input optical signal and the local oscillator signal, converting the electrical signals into a set of time-quantized quantized signals, orthogonalization, compensation of signal distortions such as chromatic dispersion, compensation of time-varying effects such as polarization expansion and polarization mode dispersion, both for the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, carrier frequency recovery as for the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, carrier phase recovery, both for DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats, like DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, error correction of the demodulated signal.

Эти варианты осуществления и другие подразумеваемые преимущества, предусмотренные закономерности и функции станут понятны при изучении подробного описания, приводимого далее.These options for implementation and other implied benefits, provided patterns and functions will become apparent when studying the detailed description below.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Прилагаемые фигуры включены для способствования уяснению излагаемых сведений. Они иллюстрируют варианты осуществления и в сочетании с излагаемым материалом могут помочь пониманию принципов изобретения. Другие варианты осуществления и другие подразумеваемые преимущества, предусмотренные закономерности и функции станут понятны при изучении подробного описания, приводимого далее. Элементы рисунков не обязательно нарисованы в реальных масштабах по отношению друг к другу. Общие сущности обозначаются на рисунках одинаковыми номерами.The accompanying figures are included to facilitate understanding of the information presented. They illustrate embodiments and, in combination with the recited material, may help an understanding of the principles of the invention. Other embodiments and other implied advantages, provided patterns and functions will become apparent upon examination of the detailed description that follows. Elements of drawings are not necessarily drawn in real terms in relation to each other. General entities are indicated by the same numbers in the figures.

фиг. 1 показывает схематическое изображение оптического волокна,FIG. 1 shows a schematic representation of an optical fiber,

фиг. 2 показывает схему когерентного приемника оптического сигнала.FIG. 2 shows a diagram of a coherent optical signal receiver.

фиг. 3 показывает оптический блок обработки входного оптического сигнала, предназначенный для линейного отображения оптического поля в набор электрических сигналов.FIG. 3 shows an optical processing unit of an input optical signal for linearly mapping an optical field into a set of electrical signals.

фиг. 4 показывает структуру 90° гибрида с использованием системы 3-дБ ответвителей с дополнительной фазовой задержкой на 90 градусов 20 в одной из ветвей, а так же структуру 3-дБ ответвителя.FIG. 4 shows the structure of a 90 ° hybrid using a 3-dB coupler system with an additional phase delay of 90 degrees 20 in one of the branches, as well as a 3-dB coupler structure.

фиг. 5 показывает элементы оптического блока, блок аналого-цифрового преобразователя и компоненты блока цифрового демодулятора.FIG. 5 shows the elements of the optical unit, the analog-to-digital converter unit, and the components of the digital demodulator unit.

фиг. 6 показывает схематическое изображение блока внешнего приемника.FIG. 6 shows a schematic representation of an external receiver unit.

фиг. 7 показывает схемы компенсации хроматической дисперсии во временном и частотном доменах.FIG. 7 shows compensation schemes for chromatic dispersion in the time and frequency domains.

фиг. 8 показывает схему блока динамического эквалайзера.FIG. 8 shows a block diagram of a dynamic equalizer.

фиг. 9 показывает диаграмму созвездия QPSK после выполнения алгоритма слепого выравнивания, фиг. 10 показывает созвездие 16QAM с точками созвездия, разбитыми на группы точек, лежащих на окружностях разных радиусов.FIG. 9 shows a QPSK constellation diagram after executing a blind alignment algorithm, FIG. 10 shows a 16QAM constellation with constellation points divided into groups of points lying on circles of different radii.

фиг. 11 показывает диаграмму созвездия 16QAM после выполнения алгоритма управляемого радиусом компенсатора.FIG. 11 shows a diagram of a 16QAM constellation after executing a radius-controlled equalizer algorithm.

фиг. 12 показывает шаги восстановления частоты несущей для сигналов созвездия QPSK.FIG. 12 shows carrier frequency recovery steps for QPSK constellation signals.

фиг. 13 показывает шаги восстановления фазы несущей для сигналов созвездия QPSK.FIG. 13 shows carrier phase recovery steps for QPSK constellation signals.

фиг. 14 показывает оптический блок обработки входного оптического сигнала, предназначенный для линейного отображения оптического поля в набор электрических сигналов, и блок аналого-цифрового преобразователя, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 14 shows an optical input signal processing unit for linearly mapping an optical field into a set of electrical signals, and an analog-to-digital converter unit, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 15 показывает расположение подсистем блока цифрового демодулятора для одной из возможных реализаций, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению, фиг. 16 показывает схему блока динамического эквалайзера, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 15 shows the location of the subsystems of the digital demodulator unit for one of the possible implementations, in accordance with one embodiment of the invention, FIG. 16 shows a block diagram of a dynamic equalizer in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 17 показывает диаграмму созвездия 64QAM на выходе блока динамического эквалайзера для поляризованной моды X для формата модуляции DP-64QAM, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 17 shows a diagram of a 64QAM constellation at the output of a dynamic equalizer block for polarized mode X for a modulation format DP-64QAM, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 18 показывает диаграмму созвездия 64QAM на выходе блока динамического эквалайзера для поляризованной моды Y для формата модуляции DP-64QAM, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 18 shows a diagram of a 64QAM constellation at the output of a dynamic equalizer block for a polarized mode Y for a modulation format DP-64QAM, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 19 показывает созвездие 64QAM с точками созвездия, разбитыми на группы точек, лежащих на окружностях разных радиусов, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 19 shows a 64QAM constellation with constellation points divided into groups of points lying on circles of different radii, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 20 показывает созвездие 256QAM с точками созвездия, разбитыми на группы точек, лежащих на окружностях разных радиусов, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 20 shows a 256QAM constellation with constellation points divided into groups of points lying on circles of different radii, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 21 показывает созвездие 256QAM с точками созвездия, разбитыми на группы точек, лежащих на окружностях разных радиусов, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 21 shows a 256QAM constellation with constellation points divided into groups of points lying on circles of different radii, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 22 показывает блок восстановления частоты несущей, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 22 shows a carrier frequency recovery unit, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 23 показывает диаграмму созвездия 64QAM на выходе блока динамического эквалайзера для поляризованной моды X для формата модуляции DP-64QAM после компенсации частоты несущей, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 23 shows a diagram of a 64QAM constellation at the output of a dynamic equalizer block for polarized mode X for a modulation format DP-64QAM after carrier frequency compensation, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 24 показывает диаграмму созвездия 64QAM на выходе блока динамического эквалайзера для поляризованной моды Y для формата модуляции DP-64QAM после компенсации частоты несущей, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 24 shows a diagram of a 64QAM constellation at the output of a dynamic equalizer block for a polarized Y mode for the DP-64QAM modulation format after carrier frequency compensation, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 25 показывает шаги восстановления фазы несущей, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 25 shows steps for recovering a carrier phase, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 26 показывает блок восстановления частоты несущей, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 26 shows a carrier frequency recovery unit, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 27 показывает шаги восстановления фазы несущей, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 27 shows carrier phase recovery steps, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 28 показывает диаграмму созвездия 64QAM для поляризованной моды X для формата модуляции DP-64QAM после восстановления фазы несущей и устранения проскальзывания, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 28 shows a diagram of a 64QAM constellation for polarized mode X for a DP-64QAM modulation format after recovering a carrier phase and eliminating slippage, in accordance with one embodiment of the invention.

фиг. 29 показывает диаграмму созвездия 64QAM для поляризованной моды Y для формата модуляции DP-64QAM после восстановления фазы несущей и устранения проскальзывания, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению.FIG. 29 shows a diagram of a 64QAM constellation for polarized mode Y for the DP-64QAM modulation format after recovering the carrier phase and eliminating slippage, in accordance with one embodiment of the invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Фигуры показывают устройство, включающее в себя: оптический блок обработки входного оптического сигнала, включающий поляризационный делитель, делящий входной оптический сигнал на две компоненты, гетеродин, делитель мощности, делящий сигнал гетеродина на две компоненты, два 90° гибрида, каждый из которых смешивает соответствующую компоненту с выхода поляризационного делителя входного оптического сигнала и соответствующую компоненту с выхода поляризационного делителя сигнала гетеродина, фотодетекторы, на которые поступают сигналы с выходов 90° гибридов; блок, включающий аналого-цифровые преобразователи, на входы которых поступают электрические сигналы с фотодетекторов, преобразующие с частотой оцифровки электрические сигналы в набор дискретных по времени квантованных сигналов; цифровой демодулятор, на который поступают сигналы с выходов аналого-цифровых преобразователей, включающий такие блоки, как блок ортогонализации, блок статической компенсации искажений сигнала таких, как хроматическая дисперсия, блок динамической компенсации изменяющихся во времени эффектов таких, как вращение поляризации и поляризационная модовая дисперсия, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, блок восстановления частоты несущей как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, блок восстановления фазы несущей, выходной сигнал которого представляет собой сигналы созвездия для каждой из поляризованных мод переданного сигнала с восстановленными частотой и фазой несущей, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM таких, как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM; внешний приемник, включающий блок коррекции ошибок. Фиг. 2 показывает блок-схему когерентного приемника оптического сигнала, состоящего из оптического блока 4 обработки оптического входного оптического сигнала 5, аналого-цифрового преобразователя 6, цифрового демодулятора 7 и внешнего приемника 8, включающего блок коррекции ошибок.The figures show a device including: an optical input optical signal processing unit, including a polarizing divider dividing the input optical signal into two components, a local oscillator, a power divider dividing the local oscillator signal into two components, two 90 ° hybrids, each of which mixes the corresponding component from the output of the polarizing divider of the input optical signal and the corresponding component from the output of the polarizing divider of the local oscillator signal, photodetectors, to which the signals from moves 90 ° hybrids; a unit comprising analog-to-digital converters, the inputs of which receive electrical signals from photodetectors, converting electrical signals with a sampling frequency into a set of time-quantized quantized signals; a digital demodulator that receives signals from the outputs of analog-to-digital converters, including blocks such as an orthogonalization block, a block for static compensation of signal distortions such as chromatic dispersion, a block for dynamic compensation of time-varying effects such as polarization rotation and polarization mode dispersion, both for the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, a carrier frequency recovery unit as for the DP-QPSK modulation format, and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, a carrier phase recovery unit, the output signal of which is constellation signals for each of the polarized modes of the transmitted signal with the restored carrier frequency and phase both for the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM; an external receiver including an error correction unit. FIG. 2 shows a block diagram of a coherent optical signal receiver consisting of an optical unit 4 for processing an optical input optical signal 5, an analog-to-digital converter 6, a digital demodulator 7, and an external receiver 8 including an error correction unit.

Показанный оптический блок 4 в некоторых вариантах реализации согласно изобретению состоит из поляризационного делителя пучка 9, делящего оптический сигнал 5 на две компоненты 10 и 11, гетеродина 12, делителя мощности 13, делящего сигнал гетеродина 12 на две компоненты 14 и 15, двух 90° гибридов 16 и 17, принимающих сигналы 10 и 11 соответственно с выходов поляризационого делителя пучка 9 и делителя мощности 13, фододетекторов 18-21, преобразующих оптические сигналы на выходе 90° гибридов 16 и 17 в электрические сигналы, как показано на фиг. 14.The shown optical unit 4 in some embodiments according to the invention consists of a polarization beam splitter 9, dividing the optical signal 5 into two components 10 and 11, a local oscillator 12, a power divider 13, dividing the local oscillator 12 into two components 14 and 15, two 90 ° hybrids 16 and 17, receiving signals 10 and 11, respectively, from the outputs of the polarization beam splitter 9 and power divider 13, photodetectors 18-21, converting the optical signals at the 90 ° output of hybrids 16 and 17 into electrical signals, as shown in FIG. 14.

Показанный блок аналого-цифрового преобразователя 6 в некоторых вариантах реализации согласно изобретению состоит из аналого-цифровых преобразователей 26-29, преобразующих с частотой оцифровки электрические сигналы с выходов фотодетекторов 18-21 соответственно в набор дискретных по времени квантованных сигналов, как показано на фиг. 14. При передаче данных со скоростью S символов в секунду, минимальная скорость оцифровки равна S герц. Асинхронная оцифровка, позволяющая восстановить частоту и фазу следования символов, требует скорости оцифровки 2S. Частота следования символов передатчика как правило отличается от частоты оцифровки АЦП приемника, но может быть восстановлена интерполяцией и передескритезацией оцифрованного сигнала.The shown block of the analog-to-digital converter 6, in some embodiments according to the invention, consists of analog-to-digital converters 26-29, converting, with a sampling frequency, the electrical signals from the outputs of the photodetectors 18-21, respectively, into a set of time-quantized quantized signals, as shown in FIG. 14. When transmitting data at a speed of S characters per second, the minimum digitization speed is S hertz. Asynchronous digitization, which allows you to restore the frequency and phase of the sequence of characters, requires a 2S digitization speed. The transmitter symbol repetition rate usually differs from the digitizing frequency of the ADC receiver, but can be restored by interpolating and rescriting the digitized signal.

На фиг. 15 показано расположение подсистем блока цифрового демодулятора 7, в соответствии с одним из вариантов реализации согласно изобретению, использующего набор машинных инструкций, которые могут быть зашиты в цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP), или храниться в отдельной памяти, которая считывается основной памятью процессора или набором процессоров с машиночитаемого носителя данных такого, как постоянное запоминающее устройство (read only memory, ROM) или другого типа жесткого магнитного диска, оптического носителя, кассеты или флеш-памяти (flash memory). В случае программы, хранящейся на отдельном носителе, выполнение последовательности инструкций в модуле заставляет процессор выполнять шаги, описанные выше. Варианты реализации данного изобретения не ограничиваются конкретной комбинацией оборудования и программного обеспечения, а компьютерный программный код, необходимый для реализации изложенного далее изобретения может быть разработан средним специалистом.In FIG. 15 shows the location of the subsystems of the digital demodulator unit 7, in accordance with one embodiment of the invention using a set of machine instructions that can be sewn into a digital signal processor (Digital Signal Processor, DSP), or stored in a separate memory that is read out by the main memory a processor or a set of processors from a computer-readable storage medium such as read-only memory (ROM) or another type of hard magnetic disk, optical media, tape or flash drive Yati (flash memory). In the case of a program stored on a separate medium, executing a sequence of instructions in a module causes the processor to perform the steps described above. Embodiments of the present invention are not limited to a specific combination of hardware and software, and the computer program code necessary to implement the invention set forth below can be developed by a person skilled in the art.

Термин «машиночитаемый носитель», использованный выше, относится к любому машинокодированному носителю, который предоставляет или участвует в предоставлении инструкций процессору. Такой носитель включает но не ограничивается энергонезависимые устройства, энергозависимые устройства и передающие устройства. Например, энергонезависимые устройства могут включать оптические или магнитные диски памяти. Энергозависимые устройства включают динамическое оперативное запоминающее устройство (динамическое ОЗУ, dynamic random access memory, DRAM), которая обычно включает основную память. Традиционные средства машиночитаемой памяти хорошо известны и не нуждаются в детальном описании.The term “machine-readable medium” as used above refers to any machine-encoded medium that provides or participates in providing instructions to a processor. Such media includes, but is not limited to, non-volatile devices, volatile devices, and transmitting devices. For example, non-volatile devices may include optical or magnetic memory disks. Volatile devices include dynamic random access memory (dynamic random access memory, dynamic random access memory, DRAM), which typically includes main memory. Traditional computer readable media are well known and do not need to be described in detail.

Сигналы с выходов аналого-цифровых преобразователей 26-29 блока АЦП 6, показанного на фиг. 14, поступают на блок ортогонализации 31. Ортогонализованные сигналы с выхода блока 31 поступают на вход блока 32 компенсации хроматической дисперсии, выполненного по схеме 49 для временного домена или по схеме 50 для частотного домена. Сигналы с остаточной хроматической дисперсией и другими искажениями такими, как поляризационная модовая дисперсия, поступают на вход блока 30 восстановления символной частоты. Сигнал с блока восстановления символьной частоты 30 поступает на блок динамического эквалайзера 33, который может быть реализован с использованием набора четырех фильтров, показанных на фиг. 16. В некоторых вариантах реализации согласно изобретению коэффициенты фильтров 59-62 вычисляются в блоке 65 при помощи адаптивного алгоритма (12). Для этого для предобработки сигнала может использоваться компенсатор на основе обучающей последовательности 66, в котором для поляризаций X и Y минизируются функции (17), а так же может использоваться алгоритм СМА (13). Для формата QPSK далее может использоваться управляемый решением компенсатор, определяемый выражениями (14) при условии, что предварительно используется алгоритм слепого выравнивания для приближения значений отсчетов фильтров 59-62 к требуемому минимуму.The signals from the outputs of the analog-to-digital converters 26-29 of the ADC unit 6 shown in FIG. 14, arrive at the orthogonalization block 31. Orthogonalized signals from the output of block 31 are fed to the input of the chromatic dispersion compensation block 32, performed according to scheme 49 for the time domain or according to scheme 50 for the frequency domain. Signals with residual chromatic dispersion and other distortions, such as polarization mode dispersion, are input to the symbol frequency recovery unit 30. The signal from the symbol frequency recovery unit 30 is supplied to the dynamic equalizer unit 33, which can be implemented using a set of four filters, shown in FIG. 16. In some embodiments of the invention, filter coefficients 59-62 are calculated in block 65 using an adaptive algorithm (12). For this, a signal compensator based on the training sequence 66 can be used for signal preprocessing, in which functions (17) are minimized for the polarizations X and Y, and the CMA algorithm (13) can also be used. For the QPSK format, a solution-controlled compensator defined by expressions (14) can then be used, provided that the blind alignment algorithm is previously used to approximate the filter sample values 59-62 to the required minimum.

Для формата 16QAM и более высокоуровневых форматов таких, как 64QAM и 256QAM компенсатор (17) на основе обучающей последовательности 66 или компенсатор на основе алгоритма слепого выравнивания СМА (13) так же, как и для QPSK, могут использоваться для предобрабоки сигнала.For 16QAM and higher-level formats such as 64QAM and 256QAM, a compensator (17) based on training sequence 66 or a compensator based on a blind alignment algorithm CMA (13), as well as for QPSK, can be used for signal pre-processing.

Для 16QAM и более высокоуровневых форматов таких, как 64QAM и 256QAM, после того, как коэффициенты фильтров 59-62 приблизились в достаточной степени к требуемому минимуму, далее для каждой компоненты поляризации используется управляемый радиусом компенсатор искажений (radially directed equalizer). Для созвездия 16QAM и более высокоуровневых форматов таких, как 64QAM и 256QAM, минимизируются ошибкиFor 16QAM and higher-level formats such as 64QAM and 256QAM, after the filter coefficients 59-62 are close enough to the required minimum, then a radius-controlled distortion equalizer (radially directed equalizer) is used for each polarization component. Errors are minimized for the constellation of 16QAM and higher-level formats such as 64QAM and 256QAM

Figure 00000054
Figure 00000054

вычисляемые по одному или нескольким символам N≥1, где

Figure 00000055
- весовые коэффициенты, rX=|xout|, rY=|yout|, а сигнал каждой из поляризаций нормирован и имеет единичную энергию. Для созвездия 16QAM радиус R0, вычисляемый для блока 65 в блоках 87 и 88 для поляризаций X и Y, соответственно, задается условиями (19), для созвездия 64QAM радиус R0 задается условиями:calculated by one or more characters N≥1, where
Figure 00000055
are weights, r X = | x out |, r Y = | y out |, and the signal of each of the polarizations is normalized and has a unit energy. For the 16QAM constellation, the radius R 0 calculated for block 65 in blocks 87 and 88 for the polarizations X and Y, respectively, is specified by conditions (19), for the 64QAM constellation, the radius R 0 is specified by the conditions:

Figure 00000056
Figure 00000056

Figure 00000057
Figure 00000057

Figure 00000058
Figure 00000058

Figure 00000059
Figure 00000059

Информация 89, 90 о принадлежности сигнала к определенной группе посылается вместе с сигналами xout и yout блокам восстановления частоты 34 и фазы 35 несущей.Information 89, 90 about the belonging of the signal to a specific group is sent together with the signals x out and y out to the frequency recovery units 34 and the carrier phase 35.

Управляемый решением компенсатор так же может быть использован для формата 16QAM и более высокоуровневых форматов таких, как 64QAM и 256QAM, при условии, что сначала сигнал предобрабатывается либо алгоритмом слепого выравнивания (13), либо алгоритмом управляемого радиусом компенсатора (26). Для формата 16QAM и более высокоуровневых форматов таких, как 64QAM и 256QAM, в управляемом решением компенсаторе оценки переданных символов 37 поступают на контур принятия решений 65 такой, что минимизируются ошибки (14). Как и в случае созвездия QPSK, оценки

Figure 00000060
могут быть получены как при помощи декодирования мягких решений 42, 43 декодерами 44 и 45, так и вычислением жестких решений 42 и 43. Для формата 16QAM в управляемом решением компенсаторе жесткие оценки переданных символов 37 могут быть записаны в видеA compensator controlled by the solution can also be used for 16QAM and higher-level formats such as 64QAM and 256QAM, provided that the signal is first processed either by the blind alignment algorithm (13) or by the radius-controlled compensator algorithm (26). For the 16QAM format and higher-level formats such as 64QAM and 256QAM, in the decision-controlled equalizer, the estimates of the transmitted symbols 37 are sent to the decision loop 65 such that errors are minimized (14). As with the QPSK constellation, estimates
Figure 00000060
can be obtained both by decoding soft decisions 42, 43 by decoders 44 and 45, and by calculating hard decisions 42 and 43. For the 16QAM format in the decision-controlled compensator, hard estimates of the transmitted symbols 37 can be written as

Figure 00000061
Figure 00000061

для формата 64QAM - в виде,for 64QAM format - in the form,

Figure 00000062
Figure 00000062

для формата 256QAM - в видеfor 256QAM format - as

Figure 00000063
Figure 00000063

где функции csgnl6QAM(x), csgn64QAM(x) и csgn256QAM(x) определяются при помощи стандартных прямоугольных решеток областей решений созвездия аналогично (16). Для произвольного высокоуровнего формата модуляции M-QAM такого, как 512QAM, 1024QAM и выше в управляемом решением компенсаторе оценки переданных символов 37 могут быть записаны в видеwhere the functions csgn l6QAM (x), csgn 64QAM (x), and csgn 256QAM (x) are determined using standard rectangular lattices of constellation solution domains in the same way as (16). For an arbitrary high-level M-QAM modulation format such as 512QAM, 1024QAM and higher, in the decision-controlled equalizer, estimates of the transmitted symbols 37 can be written as

Figure 00000064
Figure 00000064

где функции csgnMQAM(x) определяются при помощи стандартных прямоугольных решеток областей решений созвездия аналогично (16), (29)-(31).wherein csgn MQAM (x) function are determined using standard rectangular grating regions constellation solutions analogously to (16), (29) - (31).

Алгоритм управляемого радиусом компенсатора так же может быть построен для любого высокоуровнего формата модуляции M-QAM такого, как 512QAM, 1024QAM и выше. Для этого для созвездия, нормированного на единичную энергию, необходимо разбить точки созвездия на NMQAM групп, g=1, …, NMQAM, так, что точки каждой группы g лежат на окружности одного радиуса R0[g] с центром в центре созвездия, причем (R0[g])2>(R0[g+1])2, и между окружностями радиусов R0[g] и R0[g+1] нет других точек созвездия. Тогда для каждой группы g точек квадрат величины r[g] будет определяться, как полусумма квадратов радиусов (r[g])2=0.5((R0[g])2+(R0[g+1])2). Для такого M-QAM созвездия алгоритм управляемого радиусом компенсатора будет иметь видThe radius-controlled compensator algorithm can also be constructed for any high-level M-QAM modulation format such as 512QAM, 1024QAM and higher. For this, for a constellation normalized to unit energy, it is necessary to divide the constellation points into N MQAM groups, g = 1, ..., N MQAM , so that the points of each group g lie on a circle of the same radius R 0 [g] centered at the center of the constellation , and (R 0 [g]) 2 > (R 0 [g + 1]) 2 , and there are no other points of the constellation between circles of radii R 0 [g] and R 0 [g + 1]. Then, for each group of g points, the square of r [g] will be determined as the half-sum of squares of radii (r [g]) 2 = 0.5 ((R 0 [g]) 2 + (R 0 [g + 1]) 2 ). For such an M-QAM constellation, the radius-controlled compensator algorithm will have the form

Figure 00000065
Figure 00000065

Для созвездия QPSK, очевидно, NQPSK=1.For the constellation QPSK, obviously, N QPSK = 1.

Для высокоуровневых форматов модуляций таких, как 64QAM и 256QAM, так же как и для формата модуляции 16QAM, сигнал на выходе блока динамического эквалайзера 33 представляет собой отделенные друг от друга поляризованные моды переданного сигнала. На фиг. 17 и 18 показаны диаграммы созвездий поляризованных мод сигнала 91 и 92 для случая формата модуляции DP-64QAM. Фиг. 19 и фиг. 20 показывают точки созвездий 64QAM и 256QAM соответственно. В результате действия управляемого радиусом компенсатора искажений сигналы поляризованных мод на выходе эквалайзера 33 оказываются разбиты на группы. Точки созвездия 16QAM разбиваются на три группы 67-69, как показано на фиг. 10, причем две группы 67 и 69, нумеруемые индексами

Figure 00000066
содержат по четыре точки, образующие QPSK созвездия с разными амплитудами. На фиг. 19 показано получающееся разбиение на группы точек созвездия 64QAM такое, что группа 93 включает точки
Figure 00000067
группа 94 включает точки
Figure 00000068
Figure 00000069
группа 95 включает точки
Figure 00000070
группа 96 включает точки
Figure 00000071
Figure 00000072
группа 97 включает точки
Figure 00000073
группа 98 включает точки
Figure 00000074
а так же точки
Figure 00000075
группа 99 включает такие точки, как
Figure 00000076
группа 100 включает точки созвездия
Figure 00000077
Figure 00000078
группа 101 включает точки
Figure 00000079
Таким образом, созвездие 64QAM разбивается на девять групп, точки каждой из групп лежат на окружности одного радиуса, причем три группы 93, 95 и 101, нумеруемые индексами
Figure 00000080
содержат по четыре точки, образующие QPSK созвездия с разными амплитудами. На фиг. 20 показано получающееся разбиение на группы точек созвездия 256QAM такое, что группа 102 содержит точки созвездия
Figure 00000081
Figure 00000082
группа 103 содержит точки
Figure 00000083
группа 104 содержит точки
Figure 00000084
группа 105 содержит точки
Figure 00000085
группа 106 содержит точки созвездия
Figure 00000086
группа 107 содержит точки созвездия
Figure 00000087
группа 108 содержит точки созвездия
Figure 00000088
как показано на фиг. 21. Таким образом, созвездие 256QAM разбивается на тридцать две группы, причем семь групп 102-108, нумеруемых индексами
Figure 00000089
содержат по четыре точки созвездия, образующие QPSK созвездия с разными амплитудами. Для произвольного созвездия M-QAM группы, которые содержат по четыре точки созвездия, образующие QPSK созвездия с разными амплитудами, нумеруются индексами
Figure 00000090
Для созвездия
Figure 00000091
For high-level modulation formats such as 64QAM and 256QAM, as well as for the 16QAM modulation format, the signal at the output of dynamic equalizer 33 is a polarized mode of the transmitted signal that is separated from each other. In FIG. 17 and 18 show diagrams of constellations of polarized modes of the signal 91 and 92 for the case of the modulation format DP-64QAM. FIG. 19 and FIG. 20 show the constellation points 64QAM and 256QAM, respectively. As a result of the action of the radius-controlled distortion compensator, the signals of the polarized modes at the output of the equalizer 33 are divided into groups. The 16QAM constellation points are divided into three groups 67-69, as shown in FIG. 10, moreover, two groups 67 and 69, numbered by indices
Figure 00000066
contain four points forming the QPSK constellation with different amplitudes. In FIG. 19 shows the resulting grouping of 64QAM constellation points such that group 93 includes points
Figure 00000067
group
94 includes dots
Figure 00000068
Figure 00000069
group
95 includes dots
Figure 00000070
group
96 includes dots
Figure 00000071
Figure 00000072
group
97 includes dots
Figure 00000073
group
98 includes dots
Figure 00000074
as well as points
Figure 00000075
group
99 includes points such as
Figure 00000076
group 100 includes constellation points
Figure 00000077
Figure 00000078
group
101 includes dots
Figure 00000079
Thus, the constellation 64QAM is divided into nine groups, the points of each group lie on a circle of the same radius, and the three groups 93, 95 and 101, numbered by indices
Figure 00000080
contain four points forming the QPSK constellation with different amplitudes. In FIG. 20 shows the resulting grouping of 256QAM constellation points such that group 102 contains constellation points
Figure 00000081
Figure 00000082
group
103 contains points
Figure 00000083
group
104 contains dots
Figure 00000084
group
105 contains points
Figure 00000085
group
106 contains constellation points
Figure 00000086
group
107 contains constellation points
Figure 00000087
group
108 contains constellation points
Figure 00000088
as shown in FIG. 21. Thus, the constellation 256QAM is divided into thirty-two groups, with seven groups 102-108 numbered by indices
Figure 00000089
contain four constellation points forming QPSK constellations with different amplitudes. For an arbitrary M-QAM constellation, groups that contain four constellation points each forming QPSK constellations with different amplitudes are numbered by indices
Figure 00000090
For constellation
Figure 00000091

В некоторых вариантах реализации согласно изобретению сигнал xout, yout с выхода динамического эквалайзера 33 вместе с информацией о разбиении сигнала на группы 89, 90 далее поступает на блок 34, схематически изображенный на фиг. 22, в котором выполняется восстановление частоты несущей. Сигналы xout, yout для поляризаций X и Y поступают в блок 109, в котором для созвездия M-QAM отбирается N пар 110 последовательных символов

Figure 00000092
для поляризации
Figure 00000093
для поляризации Y таких, что в каждой паре каждая из точек принадлежит одной из
Figure 00000094
групп,
Figure 00000095
содержащих по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами. В блоке 111 по отобранным парам символов 110 частота несущей 112 оценивается по формуламIn some embodiments of the invention, the signal x out , y out from the output of the dynamic equalizer 33, together with information about splitting the signal into groups 89, 90, is then sent to block 34, schematically shown in FIG. 22, in which carrier frequency recovery is performed. The signals x out , y out for the polarizations X and Y are sent to block 109, in which N pairs of 110 consecutive symbols are selected for the M-QAM constellation
Figure 00000092
for polarization
Figure 00000093
for polarization Y such that in each pair each of the points belongs to one of
Figure 00000094
groups
Figure 00000095
containing four constellation points, forming QPSK constellations with different amplitudes. In block 111 on selected pairs of characters 110, the carrier frequency 112 is estimated by the formulas

Figure 00000096
Figure 00000096

на основании чего частота несущей может быть оценена, например, какon the basis of which the carrier frequency can be estimated, for example, as

Figure 00000097
Figure 00000097

где

Figure 00000098
- весовые коэффициенты, илиWhere
Figure 00000098
- weighting factors, or

Figure 00000099
Figure 00000099

или формулам с обратным порядком операцийor formulas with the reverse order of operations

Figure 00000100
Figure 00000100

на основании чего частота несущей может быть оценена, например, какon the basis of which the carrier frequency can be estimated, for example, as

Figure 00000101
Figure 00000101

где

Figure 00000098
- весовые коэффициенты, илиWhere
Figure 00000098
- weighting factors, or

Figure 00000102
Figure 00000102

Для созвездия QPSK результат совпадает с (22), (23).For the QPSK constellation, the result coincides with (22), (23).

В некоторых вариантах реализации согласно изобретению для формата 16QAM и более высокоуровневых форматов модуляций таких, как 64QAM и 256QAM, в блоке 109 для созвездия M-QAM отбираются все сигналы

Figure 00000103
для поляризации X и сигналы
Figure 00000104
для поляризации Y такие, что каждый из них принадлежит одной из
Figure 00000105
групп,
Figure 00000106
содержащих по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами. В блоке 111 выполняется компенсация частоты несущей по формуламIn some embodiments according to the invention, for the 16QAM format and higher level modulation formats such as 64QAM and 256QAM, in block 109, all signals are selected for the M-QAM constellation
Figure 00000103
for polarization X and signals
Figure 00000104
for polarization Y such that each of them belongs to one of
Figure 00000105
groups
Figure 00000106
containing four constellation points, forming QPSK constellations with different amplitudes. In block 111, the carrier frequency compensation is performed according to the formulas

Figure 00000107
Figure 00000107

подбором частоты 112 несущей Δƒ, максимизирующей концентрацию символов в областях точек созвездий поляризованных мод переданного сигнала, повернутых на величину нескомпенсированной ошибки фазы несущей так, что символы

Figure 00000108
и
Figure 00000109
концентрируются в областях точек созвездий, например 113 и 114 в случае созвездия 64QAM, как показано на фиг. 23 и фиг. 24 соответственно, изображенных на фиг. 15 в виде объектов 115 и 116 на фоне блока 34.selection of the carrier frequency Δƒ 112, which maximizes the concentration of symbols in the regions of the constellation points of the polarized modes of the transmitted signal, rotated by the value of the uncompensated carrier phase error so that the symbols
Figure 00000108
and
Figure 00000109
are concentrated in the regions of the constellation points, for example 113 and 114 in the case of the 64QAM constellation, as shown in FIG. 23 and FIG. 24, respectively, depicted in FIG. 15 in the form of objects 115 and 116 against the background of block 34.

В некоторых вариантах реализации согласно изобретению сигнал с выхода динамического эквалайзера 33 вместе с оценкой частоты несущей 112 поступает в блок 35 восстановления фазы несущей.In some embodiments of the invention, the signal from the output of the dynamic equalizer 33, together with the estimate of the carrier frequency 112, is fed to the carrier phase recovery unit 35.

В некоторых вариантах реализации согласно изобретению для формата QPSK, а так же для формата модуляции 16QAM и более высокоуровневых форматов таких, как 64QAM и 256QAM, фаза несущей восстанавливается по схеме, показанной на фиг. 25. Помимо блоков, показанных на фиг. 13, она содержит блок выборки символов 115, посылающий на блок вычисления фазы 82 информацию о номере группы 116, к которой принадлежит полученный сигнал, и номере отсчета 117 принятого сигнала, блок вычисления начального отсчета фазы 118, использующего оценки

Figure 00000110
символов 37, полученные по обратной связи от внешнего приемника 8, а так же пилотные символы xplt, yplt 119.In some embodiments of the invention for the QPSK format, as well as for the 16QAM modulation format and higher-level formats such as 64QAM and 256QAM, the carrier phase is restored according to the circuit shown in FIG. 25. In addition to the blocks shown in FIG. 13, it contains a character sampling unit 115, which sends to the phase 82 calculation unit information about the number of the group 116 to which the received signal belongs and the reference signal number 117 of the received signal, the calculation unit for the initial reference of phase 118 using estimates
Figure 00000110
characters
37, obtained by feedback from the external receiver 8, as well as pilot characters x plt , y plt 119.

В блоке 115 отбираются символы

Figure 00000111
для поляризации X, символы
Figure 00000112
для поляризации Y, пришедшие в моменты времени t[k], принадлежащие группам
Figure 00000113
содержащим по четыре точки созвездия, образующие QPSK созвездия с разными амплитудами. Как и в схеме на фиг. 13, эти символы в блоке 80 возводятся в четвертую степень (М=4) для устранения модуляции сигнала, в блоке 82 вычисляется фаза сигнала по формулеAt block 115, characters are selected
Figure 00000111
for polarization X, characters
Figure 00000112
for polarization Y, arriving at time t [k], belonging to the groups
Figure 00000113
containing four constellation points forming the QPSK constellation with different amplitudes. As in the circuit of FIG. 13, these symbols in block 80 are raised to the fourth degree (M = 4) to eliminate signal modulation, in block 82, the phase of the signal is calculated by the formula

Figure 00000114
Figure 00000114

где

Figure 00000115
- весовые коэффициенты, либо по формулеWhere
Figure 00000115
- weights, or by the formula

Figure 00000116
Figure 00000116

после чего в блоке 83 выполняется развертка фазы. Кроме фазы, возведенной в четвертую степень, в блок 82 из блока 115 поступает информация о номере группы 116, к которой принадлежит полученный сигнал, и номере отсчета 117 принятого сигнала, необходимые для вычисления выражений (41), (42). Для созвездия QPSK выражения (41), (42) сводятся к (24), (25). Блок вычисления начального отсчета фазы 118 использует усреднение по 2N+1 оценкам символов 37 и пилотов 119 для вычисления начального отсчета фазы, заданного формулойthen, in block 83, a phase scan is performed. In addition to the phase raised to the fourth power, block 82 receives from block 115 information about the number of group 116 to which the received signal belongs and the reference number 117 of the received signal, necessary for calculating expressions (41), (42). For the QPSK constellation, expressions (41), (42) are reduced to (24), (25). The block for calculating the initial phase reference 118 uses averaging over 2N + 1 estimates of symbols 37 and pilots 119 to calculate the initial phase reference specified by the formula

Figure 00000117
Figure 00000117

или формулойor formula

Figure 00000118
Figure 00000118

где

Figure 00000119
- весовые коэффициенты. В результате оценка фазы, посылаемая из блока 83 на блок 84, задается выражениямиWhere
Figure 00000119
- weighting factors. As a result, the phase estimate sent from block 83 to block 84 is given by the expressions

Figure 00000120
Figure 00000120

Таким образом, символы xr[k], yr[k], посылаемые на блок внешнего приемника 8 и на блок эквалайзера 33 по связи 41, вычисляются по формуламThus, the characters x r [k], y r [k] sent to the external receiver unit 8 and to the equalizer unit 33 via communication 41 are calculated by the formulas

Figure 00000121
Figure 00000121

В некоторых вариантах реализации согласно изобретению в блоки 115 и 82 так же поступает оценка Δƒ частоты несущей 112. Для каждого символа

Figure 00000122
выполняется компенсация частоты несущей (40), и фаза несущей вычисляется, какIn some embodiments of the invention, blocks 115 and 82 also receive an estimate of Δƒ of the carrier frequency 112. For each symbol
Figure 00000122
carrier frequency compensation (40) is performed, and the carrier phase is calculated as

Figure 00000123
Figure 00000123

либо по формуламeither by the formulas

Figure 00000124
Figure 00000124

В некоторых вариантах реализации согласно изобретению символы (40) сразу вычисляются в блоке 34 восстановления частоты несущей, который в этом случае показан на фиг. 26. Сигнал (40), обозначенный на схеме блока 34 на фиг. 26 стрелкой 120, посылается на блок 115 блока восстановления фазы несущей 35, схематически показанного в этом случае на фиг. 27. На фиг. 28 и 29 показаны диаграммы созвездий поляризованных мод сигнала 121 и 122 для случая формата модуляции DP-64QAM на выходе блока 35. Сигнал с выхода блока 35 далее поступает на внешний приемник 8 и на блок динамического эквалайзера 33. Получаемые блоком 8 оценки символов по обратной связи 37 поступают на блок 33 динамического эквалайзера и блоки 34 и 35 восстановления частоты и фазы несущей.In some embodiments of the invention, symbols (40) are immediately calculated in the carrier frequency recovery unit 34, which in this case is shown in FIG. 26. The signal (40) indicated in the block diagram 34 in FIG. 26 by an arrow 120, is sent to the block 115 of the carrier phase recovery unit 35, shown schematically in this case in FIG. 27. In FIG. Figures 28 and 29 show diagrams of the constellations of the polarized modes of signal 121 and 122 for the case of the DP-64QAM modulation format at the output of block 35. The signal from the output of block 35 is then sent to an external receiver 8 and to the dynamic equalizer block 33. Feedback symbols received by block 8 37 are supplied to the dynamic equalizer unit 33 and the frequency and phase carrier recovery units 34 and 35.

Разглашаемые здесь способы не ограничиваются областью оптических систем связи, и имеют применение в других областях, где используется когерентный приемник в качестве принимающего/детектирующего устройства.The methods disclosed herein are not limited to the field of optical communication systems, and are used in other areas where a coherent receiver is used as a receiving / detecting device.

Приведенное выше детальное описание должно пониматься во всех отношениях, как пояснительное и иллюстративное, но не как ограничивающее, и область описанного здесь изобретения должно определяться не из описания изобретения, а из формулы изобретения, интерпретированной в соответствии с полным охватом, дозволенным патентами законами. Должно быть понятно, что описанные варианты реализации являются лишь иллюстрациями принципов настоящего изобретения, и что специалистами могут быть реализованы различные модификации без отклонения от сущности и объема правовой охраны этого изобретения, как изложено в прилагаемой формуле изобретения.The above detailed description should be understood in all respects as explanatory and illustrative, but not as limiting, and the scope of the invention described here should not be determined from the description of the invention, but from the claims, interpreted in accordance with the full scope permitted by patent laws. It should be understood that the described embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention, and that various modifications can be made by specialists without departing from the spirit and scope of the legal protection of this invention as set forth in the appended claims.

Claims (18)

1. Устройство приема оптического сигнала, включающее в себя оптический блок обработки входного оптического сигнала, включающий поляризационный делитель, делящий входной оптический сигнал на две компоненты, гетеродин, делитель мощности, делящий сигнал гетеродина на две компоненты, два 90° гибрида, каждый из которых смешивает соответствующую компоненту с выхода поляризационного делителя входного оптического сигнала и соответствующую компоненту с выхода поляризационного делителя сигнала гетеродина, фотодетекторы, на которые поступают сигналы с выходов 90° гибридов, блок, включающий аналого-цифровые преобразователи, на входы которых поступают электрические сигналы с фотодетекторов, преобразующие с частотой оцифровки электрические сигналы в набор дискретных по времени квантованных сигналов, цифровой демодулятор, на который поступают сигналы с выходов аналого-цифровых преобразователей, включающий такие блоки, как блок ортогонализации, блок статической компенсации искажений сигнала, таких как хроматическая дисперсия, блок динамической компенсации изменяющихся во времени эффектов, таких как вращение поляризации и поляризационная модовая дисперсия, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM, таких как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, блок восстановления частоты несущей как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM, таких как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, блок восстановления фазы несущей, выходной сигнал которого представляет собой сигналы созвездия для каждой из поляризованных мод переданного сигнала с восстановленными частотой и фазой несущей, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM, таких как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, внешний приемник, включающий блок коррекции ошибок.1. An optical signal receiving device including an optical input optical signal processing unit including a polarization divider dividing the input optical signal into two components, a local oscillator, a power divider dividing the local oscillator signal into two components, two 90 ° hybrids, each of which mixes the corresponding component from the output of the polarizing divider of the input optical signal and the corresponding component from the output of the polarizing divider of the local oscillator signal, photodetectors, which are received from needles from the outputs of 90 ° hybrids, a unit that includes analog-to-digital converters, the inputs of which receive electrical signals from photodetectors, converting electrical signals with a sampling frequency into a set of time-quantized quantized signals, a digital demodulator, to which signals from the outputs of analog-digital converters, including blocks such as an orthogonalization block, a block of static compensation for signal distortions, such as chromatic dispersion, a block of dynamic compensation of time-varying In addition to effects such as polarization rotation and polarization mode dispersion, for both the DP-QPSK modulation format and the high-level DP M-QAM modulation formats, such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, a carrier frequency recovery unit like for the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, a carrier phase recovery unit whose output signal is constellation signals for each of the polarized modes of the transmitted the signal with the restored frequency and phase of the carrier, as for DP-QPSK modulation format, as well as for high-level DP M-QAM modulation formats, such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, an external receiver including an error correction block. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сигнал с блока восстановления символьной частоты поступает на блок динамического эквалайзера, который может быть реализован с использованием набора четырех настраиваемых фильтров.2. The device according to claim 1, characterized in that the signal from the symbol frequency recovery unit is fed to the dynamic equalizer unit, which can be implemented using a set of four custom filters. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок динамического эквалайзера содержит блок, в котором для любого высокоуровневого формата модуляции M-QAM точки созвездия разбиваются на группы так, что точки каждой группы лежат на окружности одного радиуса с центром в центре созвездия, а отсчеты сигналов поляризованных мод распределяются по этим группам.3. The device according to claim 1, characterized in that the dynamic equalizer block contains a block in which for any high-level modulation format M-QAM, the constellation points are divided into groups so that the points of each group lie on a circle of the same radius with a center in the center of the constellation, and samples of signals of polarized modes are distributed among these groups. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок восстановления частоты несущей включает блок, в котором отбираются пары последовательных символов таких, что в каждой паре каждая из точек принадлежит одной из групп, содержащих по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами, а также блок, в котором эти пары используются для восстановления частоты несущей.4. The device according to claim 1, characterized in that the carrier frequency recovery unit includes a unit in which pairs of consecutive symbols are selected such that in each pair each of the points belongs to one of the groups containing four constellation points forming QPSK constellations with different amplitudes, as well as the unit in which these pairs are used to restore the carrier frequency. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок восстановления частоты несущей включает блок, в котором отбираются пары последовательных символов таких, что в каждой паре каждая из точек принадлежит одной из групп, содержащих по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами, а также блок, в котором эти пары используются для восстановления частоты несущей и для компенсации частоты несущей в сигнале, полученном с блока динамического эквалайзера, для использования полученных символов в блоке восстановления фазы несущей.5. The device according to claim 1, characterized in that the carrier frequency recovery unit includes a unit in which pairs of consecutive symbols are selected such that in each pair each of the points belongs to one of the groups containing four constellation points forming QPSK constellations with different amplitudes, as well as a unit in which these pairs are used to restore the carrier frequency and to compensate for the carrier frequency in the signal received from the dynamic equalizer unit, to use the received symbols in the phase recovery unit s. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок восстановления фазы несущей включает блок выборки символов, принадлежащих одной из групп, содержащих по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами.6. The device according to claim 1, characterized in that the carrier phase recovery unit includes a block for selecting symbols belonging to one of the groups containing four points of the constellation, forming a QPSK constellation with different amplitudes. 7. Способ приема оптического сигнала, включающий разделение входного оптического сигнала на две компоненты, разделение сигнала гетеродина на две компоненты, смешивание соответствующей компоненты входного оптического сигнала и сигнала гетеродина, преобразование с частотой оцифровки электрических сигналов в набор дискретных по времени квантованных сигналов, демодулирование сигнала, включающее ортогонализацию, компенсацию искажений сигнала, таких как хроматическая дисперсия, компенсацию изменяющихся во времени эффектов, таких как вращение поляризации и поляризационная модовая дисперсия, как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM, таких как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, восстановление частоты несущей как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM, таких как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, восстановление фазы несущей как для формата модуляции DP-QPSK, так и для высокоуровневых форматов модуляции DP M-QAM, таких как DP-16QAM, DP-64QAM и DP-256QAM, коррекцию ошибок демодулированного сигнала.7. A method of receiving an optical signal, including dividing the input optical signal into two components, dividing the local oscillator signal into two components, mixing the corresponding components of the input optical signal and the local oscillator signal, converting the electrical signals into a set of time-quantized quantized signals, demodulating the signal, including orthogonalization, compensation of signal distortions, such as chromatic dispersion, compensation of time-varying effects, such as time polarization enhancement and polarization mode dispersion for both the DP-QPSK modulation format and high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, carrier frequency recovery for both the DP-QPSK modulation format and for high-level DP M-QAM modulation formats such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, carrier phase recovery for both the DP-QPSK modulation format and high-level DP M-QAM modulation formats, such as DP-16QAM, DP-64QAM and DP-256QAM, error correction of the demodulated signal. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что коэффициенты фильтров блока динамического эквалайзера вычисляются при помощи адаптивного алгоритма, в котором для предобработки сигнала может использоваться компенсатор на основе обучающей последовательности или СМА алгоритм.8. The method according to claim 7, characterized in that the filter coefficients of the dynamic equalizer block are calculated using an adaptive algorithm in which a compensator based on the training sequence or CMA algorithm can be used to preprocess the signal. 9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для формата QPSK после предобработки сигнала для вычисления коэффициентов фильтров блока динамического эквалайзера может использоваться управляемый решением компенсатор.9. The method according to p. 7, characterized in that for the QPSK format, after processing the signal to calculate the filter coefficients of the dynamic equalizer unit, a compensator controlled by the solution can be used. 10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для формата 16QAM и более высокоуровневых форматов модуляции, таких как 64QAM и 256QAM, после предобработки сигнала для вычисления коэффициентов фильтров блока динамического эквалайзера может использоваться управляемый радиусом компенсатор.10. The method according to claim 7, characterized in that for the 16QAM format and higher-level modulation formats, such as 64QAM and 256QAM, after the signal preprocessing, a radius-controlled compensator can be used to calculate the filter coefficients of the dynamic equalizer block. 11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для формата 16QAM и более высокоуровневых форматов модуляции, таких как 64QAM и 256QAM, после предобработки сигнала алгоримтом слепого выравнивания или алгоритмом управляемого радиусом компенсатора для вычисления коэффициентов фильтров блока динамического эквалайзера может использоваться управляемый решением компенсатор.11. The method according to claim 7, characterized in that for the 16QAM format and higher level modulation formats, such as 64QAM and 256QAM, after preprocessing the signal with a blind equalization algorithm or a radius-controlled compensator algorithm, a solution-controlled compensator can be used to calculate the filter coefficients of the dynamic equalizer block . 12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для любого высокоуровневого формата модуляции М-QAM после компенсации хроматической дисперсии и динамической компенсации изменяющихся во времени эффектов, таких как вращение поляризации и поляризационная модовая дисперсия, отсчеты сигнала разбиваются на такие группы, что каждая группа содержит по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами.12. The method according to p. 7, characterized in that for any high-level modulation format M-QAM after compensation for chromatic dispersion and dynamic compensation for time-varying effects, such as polarization rotation and polarization mode dispersion, the signal samples are divided into groups such that each the group contains four constellation points forming the QPSK constellation with different amplitudes. 13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в блоке восстановления частоты несущей отбираются пары последовательных символов таких, что в каждой паре каждая из точек принадлежит одной из групп, содержащих по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами, и по этим парам символов вычисляется частота несущей.13. The method according to p. 7, characterized in that in the recovery unit of the carrier frequency, pairs of consecutive symbols are selected such that in each pair each of the points belongs to one of the groups containing four constellation points, forming QPSK constellations with different amplitudes, and these symbol pairs calculate the carrier frequency. 14. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в блоке восстановления частоты несущей отбираются все символы, принадлежащие одной из групп, содержащих по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами, и по этим символам подбирается частота несущей, максимизирующая концентрацию этих символов в областях точек созвездий поляризованных мод переданного сигнала, повернутых на величину нескомпенсированной фазы несущей.14. The method according to p. 7, characterized in that in the carrier frequency recovery unit, all symbols belonging to one of the groups containing four constellation points are selected, forming QPSK constellations with different amplitudes, and the carrier frequency is selected from these symbols to maximize the concentration of these symbols in the regions of the constellation points of the polarized modes of the transmitted signal, rotated by the value of the uncompensated phase of the carrier. 15. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в блоке восстановления частоты несущей в сигнале, полученном с блока динамического эквалайзера, компенсируется частота несущей.15. The method according to p. 7, characterized in that in the recovery unit of the carrier frequency in the signal received from the dynamic equalizer unit, the carrier frequency is compensated. 16. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в блоке восстановления фазы несущей отбираются символы, принадлежащие группам, содержащим по четыре точки созвездия, образующих QPSK созвездия с разными амплитудами, которые возводятся в четвертую степень для устранения модуляции сигнала и используются для вычисления фазы несущей.16. The method according to p. 7, characterized in that in the block recovery phase of the carrier are selected characters belonging to groups containing four points of the constellation, forming QPSK constellations with different amplitudes, which are raised to the fourth degree to eliminate signal modulation and are used to calculate the phase carrier. 17. Энергонезависимый компьютерный считываемый носитель, хранящий инструкции компьютерной программы для восстановления принятого сигнала, преимущественно преобразованного из оптического в электрический сигнал, которая (программа), будучи выполнена процессором, обеспечивает выполнение устройством способа демодулирования сигнала по любому из пп. 7-16.17. Non-volatile computer readable medium that stores instructions of a computer program for restoring a received signal, mainly converted from optical to electrical signal, which (program), being executed by the processor, enables the device to perform the signal demodulation method according to any one of claims. 7-16. 18. Цифровой сигнальный процессор, хранящий инструкции компьютерной программы для восстановления принятого сигнала, преимущественно преобразованного из оптического в электрический сигнал, которая, будучи выполнена процессором, обеспечивает выполнение устройством способа демодулирования сигнала по любому из пп. 7-16.18. A digital signal processor that stores instructions of a computer program for restoring a received signal, mainly converted from an optical signal to an electric signal, which, when executed by the processor, enables the device to perform the signal demodulation method according to any one of claims. 7-16.
RU2019123173A 2019-07-23 2019-07-23 Optical signal receiving device and method RU2713211C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123173A RU2713211C1 (en) 2019-07-23 2019-07-23 Optical signal receiving device and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123173A RU2713211C1 (en) 2019-07-23 2019-07-23 Optical signal receiving device and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713211C1 true RU2713211C1 (en) 2020-02-04

Family

ID=69625509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019123173A RU2713211C1 (en) 2019-07-23 2019-07-23 Optical signal receiving device and method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2713211C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816843C2 (en) * 2020-05-29 2024-04-05 Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. Signal processing method and device and coherent receiver

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007120403A2 (en) * 2006-03-10 2007-10-25 Discovery Semiconductors, Inc. Feedback-controlled coherent optical receiver with electrical compensation/equalization
US20120317181A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 Syed Mohammad Amir Husain Zero Client Device with Integrated Secure KVM Switching Capability
WO2015144914A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 The European Union, Represented By The European Commission Method and apparatus for processing radionavigation signals for atmospheric monitoring
RU2567501C2 (en) * 2010-02-26 2015-11-10 Навком Текнолоджи, Инк. Method and system for position estimation with offset compensation
RU2674309C9 (en) * 2017-03-10 2019-02-15 Ашот Эрнстович Кочарян Device, method, program and interface for the terminals system with control by means of a touch screen
RU2664019C9 (en) * 2017-04-10 2019-08-15 Ашот Эрнстович Кочарян Device and method for adaptive compensation of distortion and restoration of carrier signal for coherent receivers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007120403A2 (en) * 2006-03-10 2007-10-25 Discovery Semiconductors, Inc. Feedback-controlled coherent optical receiver with electrical compensation/equalization
RU2567501C2 (en) * 2010-02-26 2015-11-10 Навком Текнолоджи, Инк. Method and system for position estimation with offset compensation
US20120317181A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 Syed Mohammad Amir Husain Zero Client Device with Integrated Secure KVM Switching Capability
WO2015144914A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 The European Union, Represented By The European Commission Method and apparatus for processing radionavigation signals for atmospheric monitoring
RU2674309C9 (en) * 2017-03-10 2019-02-15 Ашот Эрнстович Кочарян Device, method, program and interface for the terminals system with control by means of a touch screen
RU2664019C9 (en) * 2017-04-10 2019-08-15 Ашот Эрнстович Кочарян Device and method for adaptive compensation of distortion and restoration of carrier signal for coherent receivers

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816843C2 (en) * 2020-05-29 2024-04-05 Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. Signal processing method and device and coherent receiver

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mecozzi et al. Kramers–Kronig receivers
Taylor Phase estimation methods for optical coherent detection using digital signal processing
JP5898374B2 (en) Nonlinear cross polarization mitigation algorithm
Winzer et al. Spectrally efficient long-haul optical networking using 112-Gb/s polarization-multiplexed 16-QAM
JP5411303B2 (en) Data detection in signals with data pattern dependent signal distortion
Mori et al. Novel configuration of finite-impulse-response filters tolerant to carrier-phase fluctuations in digital coherent optical receivers for higher-order quadrature amplitude modulation signals
Leven et al. Real-time implementation of digital signal processing for coherent optical digital communication systems
Tsukamoto et al. Unrepeated transmission of 20-Gb/s optical quadrature phase-shift-keying signal over 200-km standard single-mode fiber based on digital processing of homodyne-detected signal for group-velocity dispersion compensation
US9209908B2 (en) System and method for heterodyne coherent detection with optimal offset
Zhang et al. Decision-aided maximum likelihood detection in coherent optical phase-shift-keying system
EP3202056A1 (en) All-optical silicon-photonic constellation conversion of amplitude-phase modulation formats
US9369213B1 (en) Demultiplexing processing for a receiver
EP2274842B1 (en) Ldpc-coded multilevel modulation scheme
Eriksson et al. Comparison of 128-SP-QAM and PM-16QAM in long-haul WDM transmission
US20130058644A1 (en) Blind Equalization Algorithms for Adaptive Polarization Recovery and PMD Compensation
CN111431609A (en) Method and system for receiving orthogonal mode division multiplexing signal
Li et al. Building up low-complexity spectrally-efficient Terabit superchannels by receiver-side duobinary shaping
Kikuchi Coherent optical communication technology
JP2014013965A (en) Polarization multi-value signal optical receiver, polarization multi-value signal optical transmitter and polarization multi-value signal optical transmission device
RU2713211C1 (en) Optical signal receiving device and method
Li et al. A self-coherent receiver for detection of PolMUX coherent signals
Li et al. Heterodyne detection and transmission of 60-Gbaud PDM-QPSK signal with SE of 4b/s/Hz
Djordjevic et al. Beyond 100 Gb∕ s optical transmission based on polarization multiplexed coded-OFDM with coherent detection
van der Heide et al. Real-time Transmission of Geometrically-shaped Signals using a Software-defined GPU-based Optical Receiver
RU2664019C9 (en) Device and method for adaptive compensation of distortion and restoration of carrier signal for coherent receivers