TWI710224B - 用於直接偵測光通信系統之頻帶中光干涉減緩 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於減緩干涉信號對在一直接偵測光接收器處接收之光信號之效應的系統、方法及設備。該等光接收器能夠衰減起因於自一傳輸器傳輸至該光接收器之一經傳輸光信號與在該光接收器處接收之一或多個額外信號之間之干涉的干涉雜訊信號。該干涉可係歸因於多路徑干涉或歸因於頻帶中干涉。該等接收器包括用於濾波該經接收光信號以移除該干涉之一可調諧濾波器。一頻率偏移模組處理該經接收光信號以判定指示一經調變光信號與一干涉光信號之載波頻率之間之差之一頻率偏移。可使用由該頻率偏移模組判定之該偏移頻率及一頻寬以調整該可調諧濾波器，以自該經接收信號移除該干涉信號。

Description

用於直接偵測光通信系統之頻帶中光干涉減緩
本發明係關於通信網路之領域，且特定言之係關於光收發器。
通信系統(諸如光通信系統)包含用於經由通信鏈路傳達資料之傳輸器及接收器。在一些實施方案中，由光組件(諸如光鏈路中使用之連接器)引起之反射可干涉經由光鏈路在傳輸器與接收器之間傳輸之原始光信號。
根據一項態樣，本發明中描述之標的物係關於一種用於接收一光信號之光接收器。該接收器包含至少一個光偵測器、一類比轉數位轉換器及一數位信號處理器。該至少一個光偵測器經組態以回應於接收一光信號而產生一第一電類比接收器信號，該光信號包含一經調變光信號及一雜訊光信號。該類比轉數位轉換器係經組態以接收該第一電類比接收器信號且產生一對應第一數位接收器信號之轉換器。該數位信號處理器經組態以自該第一數位接收器信號減去一資料信號以產生一中間數位信號。該數位信號處理器進一步經組態以自該中間數位信號判定一干涉信號之一頻率偏移及一頻寬，該干涉信號之該頻率偏移指示該經調變光信號與該雜訊光信號之載波頻率之間之差。該數位信號處理器亦經組態以使用具有實質上分別等於該干涉信號之頻率及頻寬之一中心頻率及頻寬之一陷波濾波器濾波該第一數位接收器信號以產生一經濾波數位接收器信號。 根據另一態樣，本發明中描述之標的物係關於一種用於接收一光信號之光接收器。該接收器包含至少一個光偵測器、一類比轉數位轉換器及一數位信號處理器。該至少一個光偵測器經組態以回應於接收一光信號而產生一第一電類比接收器信號，該光信號包含一經調變光信號及一雜訊光信號。該類比轉數位轉換器經組態以接收該第一電類比信號且產生一對應第一數位接收器信號。該數位信號處理器經組態以自該第一數位接收器信號減去一資料信號以產生一中間數位信號。該數位信號處理器進一步經組態以自該中間數位信號判定一干涉信號之一頻率及一頻寬，該干涉信號之該頻率指示該經調變光信號與該雜訊光信號之載波頻率之間之差。該數位信號處理器亦經組態以使用具有分別等於該干涉信號之該頻率及頻寬的一頻率及頻寬之一濾波器濾波該中間數位信號以產生一經估計干涉信號。該數位信號處理器進一步經組態以自該第一數位接收器信號減去該經估計干涉信號以產生一經抑制干涉之數位接收器信號。 根據另一態樣，本發明中描述之標的物係關於一種光傳輸器，其包含經組態以產生具有一載波頻率之一光信號之一雷射。該傳輸器進一步包含用於使用一資料信號調變該載波頻率以產生一經調變光信號之一調變器。該傳輸器亦包含經組態以調諧該雷射之該載波頻率之一雷射調諧器。該傳輸器進一步包含經組態以自一遠端接收器接收一干涉信號之一頻率偏移之一處理器，該干涉信號之該頻率偏移指示該經調變光信號與一雜訊光信號之該載波頻率之間之差。該處理器進一步經組態以：回應於接收該頻率偏移，動態比較該頻率偏移與該經調變光信號之一頻寬；及基於該頻率偏移小於該頻寬，控制該雷射調諧器以調諧該雷射之該載波頻率使得該經接收頻率偏移大於該頻寬。 在隨附圖式及下文描述中闡述在本說明書中描述之標的物之一或多個實施方案之細節。自描述、圖式及發明申請專利範圍將明白其他特徵、態樣及優點。應注意，以下圖之相對尺寸可不按比例繪製。
可以多種方式之任何者實施上文介紹且下文更詳細論述之各種概念，此係因為所描述概念不限於實施方案之任何特定方式。主要為了闡釋性目的提供特定實施方案及應用之實例。 圖1展示一例示性通信系統100。特定言之，通信系統100包含經由一通信鏈路106與一第二收發器104通信之一第一收發器102。第一收發器102及第二收發器104之各者可耦合至各自裝置，諸如網路交換器、電腦、資料儲存裝置、網路介面卡、主機-匯流排配接器等。第一收發器102及第二收發器104可提供其等之各自裝置之間之通信。在一些實施方案中，通信鏈路106可包含有線或無線通信鏈路。在一些實施方案中，通信鏈路106可包含光鏈路。 第一收發器102可包含一第一傳輸器108及一第一接收器110。類似地，第二收發器104可包含一第二傳輸器112及一第二接收器114。第一傳輸器108可經由一第一光鏈路116來與第二接收器114通信，而第二傳輸器112可經由一第二光鏈路118來與第一接收器110通信。在一些實施方案中，第一收發器102及第二收發器104可經由頻帶外鏈路通信。第一傳輸器108及第二傳輸器112可各包含用於處理且傳輸表示分別經由光鏈路116及118傳輸之資料之光信號的電路。類似地，第一接收器110及第二接收器114可包含用於接收且處理分別由第一傳輸器108及第二傳輸器112傳輸之光信號以重新產生資料的電路。舉例而言，第一傳輸器108可包含一數位信號處理器(DSP) 152，第一接收器110可包含一DSP 154，第二傳輸器112可包含一DSP 158，且第二接收器114可包含一DSP 156。在各傳輸器及接收器中之DSP可執行控制及信號處理操作，且亦可與接收器及傳輸器處之各種輸入及輸出光及電埠通信。在一些實施方案中，各光鏈路118及116可分別包含連接器132及134。各連接器132及134可藉由容許兩個光纖之末端間連接來延伸光鏈路116及118的範圍。 圖2展示另一例示性通信系統200。通信系統200類似於通信系統100在於如同圖1中展示之通信系統100，通信系統200亦包含一第一收發器102及一第二收發器104，其中第一收發器102包含一第一傳輸器108及一第一接收器110，且第二收發器104包含一第二傳輸器112及一第二接收器114。然而，不同於其中第一收發器102及第二收發器104使用分開之光鏈路116及118通信之通信系統100，通信系統200中之收發器102及104經由一單一光鏈路140通信。為了容許經由相同光鏈路140通信，通信系統可包含一第一循環器142及一第二循環器144。第一循環器142及第二循環器144可分離在相對方向上進行之光信號。因此，經由光鏈路140在第一循環器142處接收之一光信號被引導朝向第一接收器110，而在第一循環器142處自第一傳輸器108接收之一光信號則被引導朝向光鏈路140。以一類似方式，第二循環器引導經由光鏈路140接收之光信號朝向第二接收器114，且引導自第二傳輸器112接收之光信號朝向光鏈路140。在一些實施方案中，光鏈路140可包含類似於圖1中展示之光連接器132及134之一連接器146。 在一些實施方案中，圖1及圖2中展示之第一收發器與第二收發器之間的光通信可經受不需要的干涉。舉例而言，參考圖1，連接器132可引起經由第一光鏈路116傳輸之光信號的反射。特定言之，連接器132可引起由第一傳輸器108傳輸至第二接收器114之光信號的反射。因此，第二接收器114不僅接收由第一傳輸器108傳輸之光信號，而且接收經反射光信號。類似地，除了歸因於連接器134之經反射信號以外，第一接收器110亦可經由第二光鏈路118接收由第二傳輸器112傳輸之光信號。在一些實施方案中，由起因於經由一單向光鏈路傳輸之一原始信號之反射的干涉信號引起的信號干涉稱為多路徑干涉(MPI)。由於經反射干涉信號基本上為經由光鏈路傳輸之一原始光信號之一經延遲複本，因此干涉信號具有實質上等於原始信號之一載波頻率。如因此提及，雜訊光信號可包含不需要的光信號，其之一個實例係其他光信號或干涉光信號的反射。 包含一雙向光鏈路140之圖2中展示的通信系統200亦可經受來自經反射信號的干涉。舉例而言，連接器146可將由第二傳輸器112傳輸至第一接收器110之光信號的一部分反射返回至第二接收器114。因此，第二接收器114不僅接收由第一傳輸器108傳輸的光信號，而且亦接收由第二傳輸器112傳輸之光信號的經反射部分。類似地，除了由第二傳輸器112傳輸的光信號以外，第一接收器110亦可接收由第一傳輸器108傳輸之光信號的經反射部分。在一些實施方案中，第一傳輸器108及第二傳輸器112在不同載波波長下傳輸光信號。因此，舉例而言，在第一接收器110處接收之經反射信號將包含由第二傳輸器114傳輸之一原始光信號，及具有類似於由第一傳輸器108傳輸之光信號之載波波長之一載波波長之一干涉信號。若第一傳輸器108及第二傳輸器112之載波波長由小於由此等傳輸器之任一者傳輸之光信號的頻寬分離，則干涉經反射信號可引起頻帶中干涉。 在一些實施方案中，尤其在直接偵測光系統中，利用高階調變技術(例如，PAM4)、利用誤差校正技術(諸如正向誤差校正(FEC))可減少習知加成性高斯雜訊(諸如來自跨阻抗放大器之熱雜訊)的影響。然而，此技術在減緩頻帶中干涉(諸如上文關於圖1及圖2論述之起因於反射光信號的頻帶中干涉)之效應方面較不有效。以下論述係關於用於減緩由一原始信號與具有實質上等於原始信號之載波頻率之載波頻率或具有在原始光信號之頻寬內之載波頻率的反射信號之間之干涉引起的頻帶中雜訊的技術。 在一些實施方案中，由一傳輸器經由一光鏈路傳輸之一經調變強度之光信號(本文中亦稱為原始光信號)可由方程式(1)表示：
Figure 02_image001
而除了由傳輸器傳輸之光信號之外，由一接收器接收之干涉光信號亦可由方程式(2)表示：
Figure 02_image003
其中I0T 及I0I 分別表示由第二接收器接收之原始經調變信號及干涉信號之平均光信號強度。a(t)及b(t)分別表示光信號及干涉信號之正規化A/C分量。ωT 及θ(t)表示原始光信號之載波頻率及相位，而ωI 及φ(t)表示干涉信號之載波頻率及相位。θ(t)及φ(t)亦構成調變引發之載波相位改變。 可使用導致下文展示之方程式(3)及(4)之泰勒級數(Tylor series)分別進一步擴展方程式(1)及(2)中之項
Figure 02_image005
及
Figure 02_image007
：
Figure 02_image009
其中f(a(t))及f(b(t))分別表示a(t)及b(t)之一函數。在方程式(1)及(2)中分別用方程式(3)及(4)取代而導致下文展示之方程式(5)及(6)：
Figure 02_image011
其中方程式(5)中之項
Figure 02_image013
及
Figure 02_image015
分別表示經調變強度之光信號之DC分量及AC分量。類似地，方程式(6)中之項
Figure 02_image017
及
Figure 02_image019
分別表示干涉光信號之DC分量及AC分量。 一接收器處之一光偵測器接收由方程式(5)表示之原始經調變強度之光信號及由方程式(6)表示之干涉信號兩者。光偵測器將變換光信號且產生一對應電信號。假定原始光信號及干涉光信號之偏振狀態經對準(最壞情況假定)，且干涉信號之強度顯著小於原始光信號之強度，則由接收器處之光偵測器產生之電流可由以下方程式(7)表示：
Figure 02_image021
其中R表示光偵測器之回應率。方程式(7)中之第一項
Figure 02_image023
係對應於所要原始光信號之電流，而其他四個項表示對應於由原始光信號與干涉光信號之DC及AC分量之間之干涉引起之干涉信號之電流。在四個干涉項當中，表示歸因於原始光信號及干涉光信號之DC分量之間之干涉之電流之項
Figure 02_image025
展現最大振幅。此外，此項之頻寬相對窄，且以一「差頻(beat frequency)」為中心，差頻係原始光信號之載波頻率與干涉信號之載波頻率之間之差。因此，一種減緩干涉之效應之方法係抑制信號
Figure 02_image027
，該信號之中心頻率係原始光信號與干涉信號之載波頻率之間之差且其之頻寬相對窄。 圖3展示能夠減緩一光信號中之干涉之一第一接收器300。特定言之，第一接收器300可用於實施圖1及圖2中展示之第一接收器110及第二接收器112。第一接收器300能夠自動偵測經接收光信號中之一干涉信號，且組態一陷波濾波器以濾波干涉。第一接收器300包含一光偵測器302、一類比轉數位轉換器(ADC) 304、一可調諧陷波濾波器306、一等化器308、一符號決策模組310、一解碼器312，及一頻率偏移監測器314。光偵測器302可係經組態以將經入射於其上之雷射光之強度轉換為一對應電流之一半導體PIN二極體。可利用具有實質上等於或大於經傳輸信號之頻寬之光譜回應範圍的光二極體。在一些實施方案中，亦可利用具有高靈敏度及低暗電流的光二極體。 由光偵測器302接收之光信號不僅包含由一傳輸器傳輸之原始經調變強度的光信號，而且亦包含可由於沿著光鏈路之一或多個反射所致之干涉光信號。光偵測器302將經接收光信號轉換為一類比電接收器信號。在一些實施方案中，光偵測器302可產生對應於經接收光信號之一類比電流。舉例而言，上文之方程式(7)中展示之電流I(t)可表示由光偵測器302產生之類比電接收器信號。 在一些實施方案中，可利用一放大器以放大及/或變換由光偵測器302產生之電流I(t)。舉例而言，可利用一跨阻抗放大器(TIA)以將電流I(t)放大且轉換為一電壓V(t)。在一些實施方案中，可使用運算放大器實施TIA。 可將光偵測器302之類比電接收器信號輸出提供至ADC 304以用於轉換為一數位接收器信號。ADC 304將由光偵測器302輸出之類比電接收器信號轉換為一數位信號yk ，其中yk 表示類比電接收器信號之第k個樣品的數位值y。在一些實施方案中，可利用直接轉換ADC、逐次近似ADC、斜坡比較ADC、Σ-Δ ADC等之任何者以實施ADC 304。可將由ADC 304輸出之數位接收器信號提供至頻率偏移監測器314及可調諧陷波濾波器306。 頻率偏移監測器314處理數位接收器信號，以判定可調諧陷波濾波器306之中心頻率。特定言之，頻率偏移監測器314判定干涉光信號之差頻Δω，其係原始光信號之載波頻率ωT 與干涉光信號之載波頻率ωI 之間的差。為了判定差頻Δω，頻率偏移監測器首先自數位接收器信號yk 移除資料調變。為了自數位接收器信號yk 移除資料調變，頻率偏移監測器314自數位接收器信號yk 減去符號決策模組310之輸出dk 。減法的結果係一中間信號xk 。頻率偏移監測器314接著對中間信號xk 實行一快速傅立葉變換(FFT)分析以判定差頻Δω。特定言之，頻率偏移監測器314使FFT分析之結果與[Δω, Z]相等。其中Z表示振幅頻譜，而Δω表示自Z提取之差頻。頻率偏移監測器314接著判定導致Z之最大值或峰值之Δω的值。導致Z之最大值或峰值之Δω係干涉信號的差頻。 如上文論述，在其中干涉信號係由於MPI所致之例項中，干涉光信號之載波頻率ωI 將實質上等於原始光信號之載波頻率ωT 。因此，在此等例項中，差頻Δω等於零。然而，針對其中干涉光信號及原始光信號來自不同傳輸器之頻帶中干涉，差頻Δω將係一非零值。在其中干涉信號係由於MPI所致之一些實施方案中，可排除頻率偏移監測器314，且可在圖3中展示之第一接收器300中使用低通濾波器來替換可調諧陷波濾波器306。在一些此等實施方案中，低通濾波器可係一類比低通濾波器，且可被定位於光偵測器302之後及ADC 304之前。在一些實施方案中，可在接收器處未利用一ADC之通信系統中，利用諸如上文描述之類比低通濾波器。 頻率偏移監測器314能夠監測可隨著時間發生之差頻的任何改變。舉例而言，若用於產生原始光信號之載波頻率ωT 之雷射二極體的頻率隨著時間漂移，則頻率偏移監測器314追蹤載波頻率之此漂移以判定干涉光信號之差頻Δω的正確值。 一旦判定差頻Δω，便將差頻Δω之值傳達至可調諧陷波濾波器306。可調諧陷波濾波器306提供在圍繞一中心頻率之一窄頻寬內之一輸入信號之高衰減，而使窄頻寬外部之輸入信號之頻率分量實質上不改變。在一些實施方案中，雖然由頻率偏移監測器314提供可調諧陷波濾波器之中心頻率，但可將可調諧陷波濾波器之頻寬保持相對恆定。舉例而言，在其中產生原始光信號之雷射之線寬限於幾MHz、且原始光信號中之一調變引發之掃頻訊號(chirp)相對小之一些實施方案中，干涉信號之一實質部分將限於差頻Δω之數十MHz內。因此，可調諧陷波濾波器之頻寬可係數十MHz之組。舉例而言，在其中利用一分散式回饋(DFB)雷射(其可展現約10 MHz之一線寬)以產生載波頻率且其中使用一外部調變器(其具有一相對小的調變引發掃頻訊號)之一些實施方案中，可調諧陷波濾波器306之頻寬可經選擇為數十MHz，諸如約10 MHz至約90 MHz。可調諧陷波濾波器306衰減在圍繞差頻Δω之所要頻寬內之數位接收器信號yk 之頻率分量，藉此實質上衰減干涉信號。 可調諧陷波濾波器306輸出經饋送至一等化器308之一經濾波數位接收器信號。等化器308補償傳輸鏈路損害(諸如頻率相關之相位及振幅失真)，藉此減少此等損害對符號偵測之效應。在一些實施方案中，等化器308亦可減少符號間干涉。在一些實施方案中，等化器308可實行針對經濾波數位接收器信號之光衰減及/或色散之校正。等化器308處理經濾波數位接收器信號且產生經饋送至符號決策模組310之一經等化數位接收器信號。 符號決策模組310自經等化數位接收器信號判定資料符號dk 。將資料符號dk 饋送回至頻率偏移監測器314且饋送至解碼器312，解碼器312基於在傳輸器處採用之編碼及調變技術解碼由符號表示之實際位元。 在一些實施方案中，採用可調諧陷波濾波器306以藉由直接濾波傳入數位接收器信號而直接濾波以衰減干涉信號亦可導致原始資料信號之衰減。原始資料信號之衰減可繼而導致信號損耗及資料傳輸之誤差率之一增加。以下論述係關於利用在不實質上影響原始資料信號之情況下濾波不需要的干涉信號之技術。 圖4展示能夠減緩一光信號中之干涉之一第二接收器400。特定言之，第二接收器400可用於濾波一經接收光信號中之MPI。不同於圖3中展示之直接濾波數位接收器信號以衰減干涉信號之第一接收器300，第二接收器400估計干涉信號且接著自數位接收器信號減去干涉信號之估計。藉由避免直接濾波數位接收器信號，第二接收器400避免連同干涉信號一起衰減原始資料信號之部分。 類似於圖3中展示之第一接收器300，第二接收器400亦包含一光偵測器402及一ADC 404。光偵測器402及ADC 404可分別類似於上文關於圖3論述之光偵測器302及ADC 304。光偵測器402接收包含一原始光信號及由於MPI所致且具有實質上等於原始光信號之載波頻率之一載波頻率之干涉光信號之一光信號。光偵測器402產生對應於經接收光信號之一類比接收器信號。藉由ADC 404將類比接收器信號數位化為一數位接收器信號。 第二接收器400亦包含類似於上文關於圖3中展示之第一接收器論述之等化器308之一等化器408。然而，不同於等化經濾波數位經接收信號之第一接收器300中之等化器308，第二接收器400之等化器408等化由ADC 404輸出之數位接收器信號以產生一經等化數位接收器信號。經等化數位接收器信號可減少在MPI減緩區塊414中實行之符號決策程序之誤差(下文進一步論述)。 第二接收器400進一步包含一MPI減緩區塊414，其包含一初始符號決策模組416、一資料移除模組418、一低通濾波器420及一MPI信號減法器422。第二接收器400亦包含一最終符號決策及解碼器區塊424，其可類似於上文關於圖3中展示之第一接收器300論述之符號決策模組310及解碼器312之組合。 再次參考MPI減緩區塊414，初始符號決策模組416處理由等化器408輸出之經等化數位接收器信號yk 以判定經接收信號中包含之資料符號ck 。接著藉由資料移除模組418自數位接收器信號yk 減去此等資料符號ck 以產生一中間資料信號。接著藉由一低通濾波器濾波中間資料信號以產生干涉信號之一估計εk 。在一些實施方案中，低通濾波器之頻寬可係基於用於產生載波信號之雷射之信號載波相位雜訊(或線寬)。舉例而言，在其中利用一DFB雷射及外部調變器之一些實施方案中，信號載波之線寬可係約10 MHz至約90 MHz。在一些此等實施方案中，低通濾波器之頻寬亦可經選擇為約10 MHz至約90 MHz。接著自數位接收器信號yk 減去干涉信號之估計εk 以產生一經抑制干涉之數位接收器信號。接著藉由最終符號決策及解碼器區塊424處理經抑制干涉之數位接收器信號以提取經抑制干涉之數位接收器信號中包含之資料。如上文提及，自數位接收器信號減去干涉信號之一估計，而非濾波數位接收器信號。此方法減輕連同干涉信號一起濾出原始資料信號之部分之風險。 雖然圖4中展示之第二接收器400係關於自經接收光信號移除MPI，但下文論述之圖5及圖6中之接收器係關於自經接收光信號移除任何(MPI或頻帶中)干涉信號。 圖5展示能夠減緩一光信號中之干涉之一第三接收器500。特定言之，第三接收器500可用於自經接收光信號濾波MPI或頻帶中干涉信號。類似於圖4中展示之第二接收器400，第三接收器500判定干涉信號之一估計且自數位接收器信號減去干涉信號之估計，藉此減輕對於直接自數位接收器信號濾波干涉信號之需要。此外，第三接收器500提供原始光信號與干涉光信號之載波頻率之間之差頻之監測。 第三接收器500包含一光偵測器502、一ADC 504、一等化器508、一干涉減緩區塊514及一最終符號決策及解碼器模組524。干涉減緩區塊514包含一初始符號決策模組516、一資料移除模組518、一可調諧帶通濾波器520、一頻率偏移監測器526及一信號減法器522。光偵測器502、ADC 504、等化器508、初始符號決策模組516、資料移除模組518及最終符號決策及解碼器模組524類似於上文關於圖4論述之光偵測器402、ADC 404、等化器408、初始符號決策模組416、資料移除模組418及最終符號決策及解碼器區塊424。此外，頻率偏移監測器526類似於上文關於圖3論述之頻率偏移監測器314。 干涉減緩區塊514利用頻率偏移監測器526以監測且判定差頻Δω，且使用此差頻以判定干涉信號之一估計εk 。特定言之，頻率偏移監測器526自數位接收器信號yk 減去由初始符號決策模組416判定之資料符號以產生一中間信號ak 。頻率偏移監測器526接著對中間信號實行一FFT分析以判定差頻Δω。如上文論述，差頻Δω表示干涉信號之中心頻率。將可調諧帶通濾波器520之中心頻率設定為由頻率偏移監測器判定之差頻Δω。帶通濾波器520濾波由資料移除模組518產生之經移除資料之數位經接收信號。由於將帶通濾波器520之中心頻率及頻寬設定為干涉信號之經估計中心頻率及頻寬，因此帶通濾波器520之輸出係干涉信號之一估計εk 。接著自數位接收器信號yk 減去此估計以產生一經抑制干涉之數位接收器信號，藉由符號決策及解碼器模組524處理該經抑制干涉之數位接收器信號以產生資料。 在一些實施方案中，由頻率偏移監測器526判定之差頻之準確度可取決於由初始符號決策模組516進行之符號決策之誤差。在一些實施方案中，當符號決策之誤差高時，由頻率偏移監測器526判定之差頻之準確度可無法接受的低。此繼而減少干涉信號之估計之準確度及干涉減緩區塊514自數位接收器信號移除干涉信號之有效性。在一些此等實施方案中，可利用判定差頻之一反覆方法，下文關於圖6論述該方法之一個實例。 圖6展示用於圖5中展示之第三接收器500中之另一例示性干涉減緩區塊614。特定言之，可使用干涉減緩區塊614代替干涉減緩區塊514。干涉減緩區塊614包含兩個子區塊：一第一子區塊652及一第二子區塊654。第一子區塊652與圖5中展示之干涉減緩區塊514相同且包含類似元件符號。第二子區塊654包含一第二符號決策模組616、一第二資料移除模組618、一第二可調諧帶通濾波器620及一第二信號減法器622。第二符號決策模組616、第二資料移除模組618、第二可調諧帶通濾波器620及第二信號減法器622可類似於第一子區塊652之符號決策模組516、資料移除模組518、可調諧帶通濾波器520及信號減法器522。然而，第二子區塊654不包含如同第一子區塊652中之頻率偏移監測器526之一頻率偏移監測器。代替性地，第二可調諧濾波器620自頻率偏移監測器526接收差頻值。干涉減緩區塊614藉由使用第二符號決策模組616重複符號決策而改良干涉信號估計之準確度。因此，可減輕由符號決策模組516引入之符號判定之任何誤差。基於由第二符號決策模組616偵測之符號重新判定干涉信號之估計，且自數位接收器信號減去第二估計。在一些實施方案中，第二資料移除模組618可自由第一子區塊652接收之相同光信號yk (而非自由第一子區塊652輸出之經抑制干涉之數位接收器信號)減去由第二符號決策模組616輸出之資料符號ck ，如圖6中展示。類似地，第二信號減法器622亦可自由第一子區塊652接收之光信號yk (而非自由第一子區塊652輸出之經抑制干涉之數位接收器信號)減去由第二可調諧帶通濾波器620產生之干涉信號之估計。 在一些實施方案中，可使用無限脈衝回應(IIR)數位濾波器實施圖3中展示之可調諧陷波濾波器306以及圖5及圖6中展示之可調諧帶通濾波器520及620。然而，IIR濾波器可展現不穩定操作。以下論述係關於用於實施相較於IIR濾波器提供經改良穩定性之可調諧陷波及帶通濾波器之替代方法。 圖7展示一例示性帶通濾波器700之一方塊圖。特定言之，帶通濾波器700可用於實施圖5及圖6中展示之帶通濾波器。帶通濾波器700包含一第一餘弦區塊702、一第一正弦區塊704、一第一低通濾波器706、一第二低通濾波器708、一第二餘弦區塊710、一第二正弦區塊712、一加法器714及一按比例調整區塊716。如上文關於圖5及圖6論述，帶通濾波器濾波由資料移除模組518及618提供之經移除資料之數位接收器信號ak 。將信號ak 提供至第一餘弦區塊702及第一正弦區塊704兩者。第一餘弦區塊702使信號ak 與一cos(ωtk )相乘，而第一正弦區塊704使信號ak 與一sin(ωtk )相乘，其中ω表示帶通濾波器之中心頻率(即，Δω)。第一餘弦區塊702及第一正弦區塊704兩者將信號ak 之高頻率分量偏移為低頻率分量。藉由將信號ak 之高頻率分量偏移為低頻率分量，可利用低通濾波器(而非帶通濾波器)以濾波信號ak 。利用低通濾波器而非帶通濾波器可係有利地，此係因為相較於帶通濾波器，可於數位域中更有效實施低通濾波器。第一低通濾波器706及第二低通濾波器708之頻寬可經選擇以實質上等於原始載波信號及干涉載波信號之線寬或頻寬，其可由頻率偏移監測器(諸如圖5中展示之頻率偏移監測器526)監測。低通濾波器706及708選擇干涉信號之所需光譜分量以分別產生經濾波信號uk 及vk 。接著分別藉由第二餘弦區塊710及第二正弦區塊712將經濾波信號uk 及vk 升頻轉換或偏移至較高頻率分量。由第二餘弦區塊710及第二正弦區塊712輸出之經升頻轉換信號在加法器714處經加總且依一比例因數α按比例調整以產生干涉信號之估計εk 。在一些實施方案中，可使用一硬體有效移動平均濾波器實施第一低通濾波器706及第二低通濾波器708。在一些實施方案中，移動平均濾波器之一例示性窗大小可係約64個樣品。 在一些實施方案中，圖7中展示之帶通濾波器700亦可用於實施一陷波濾波器，諸如圖3中展示之陷波濾波器306。在一些此等實施方案中，自數位接收器信號yk 減去帶通濾波器700之輸出εk 等效於濾波具有一中心頻率ω及與帶通濾波器700相同之頻寬之數位接收器信號yk 。 圖8展示用於減緩頻帶中干涉之另一例示性收發器800。特定言之，收發器800可用於實施圖2中展示之通信系統200之第一收發器102及第二收發器104之一者或兩者。如上文關於圖2論述，第一接收器110可接收係由第一傳輸器108傳輸至第二接收器112之光信號之一反射之一干涉信號。由第一傳輸器108傳輸之光信號之反射由雙向光鏈路140上之連接器146引起。在一些實施方案中，若由第一接收器110接收之原始光信號之載波頻率與干涉信號(具有第一傳輸器108之載波頻率)之載波頻率之間之差增加，則減少干涉信號對原始光信號之影響。在一些實施方案中，若載波頻率之間之差大於由接收器110接收之原始光信號之頻寬，則干涉信號不再係一頻帶中干涉信號，且因此可被忽略。圖8中展示之收發器800能夠改變傳輸器之載波頻率，使得所得干涉信號之載波頻率在由接收器接收之原始光信號之頻帶外。 收發器800包含一傳輸器802及一接收器804。傳輸器802包含用於在傳輸器802處產生一光載波信號之一雷射806、用於將資料調變至由雷射806產生之光載波信號上之一調變器808及可控制雷射806之波長(或載波頻率)之一波長控制器810。接收器804類似於上文關於圖3論述之接收器300且包含與接收器300中之組件相同之組件。特定言之，接收器804包含監測傳入光信號且判定差頻Δω之頻率偏移監測器314。在一些實施方案中，由頻率偏移監測器314判定之差頻Δω亦經傳達至傳輸器802之波長控制器810。波長控制器810亦可在記憶體中儲存由接收器804接收之光信號之頻寬或自接收器804接收該頻寬。接著，波長控制器810可更改雷射806之載波頻率使得差頻Δω變得大於由接收器接收之光信號之頻寬。因此，所得干涉信號將在頻帶外，藉此對在接收器804處接收之原始光信號具有最小影響。 在一些實施方案中，可使用一微控制器、一微處理器或一場可程式化閘陣列(FPGA)之一或多者實施波長控制器。在一些實施方案中，波長控制器可控制一熱電冷卻器(TEC)以調整雷射806之操作溫度以改變其之載波頻率。在一些實施方案中，舉例而言，雷射806之波長可按約0.1 nm/°C之一速率改變。在一些此等實施方案中，約2 °C之一溫度改變可導致雷射806之頻率之約34 GHz之一改變。 如上文論述，頻率偏移監測器(諸如圖3中展示之頻率偏移監測器314)可在正常資料傳輸期間自光信號判定差頻Δω。在一些其他實施方案中，亦可利用導頻訓練脈衝以判定差頻Δω。舉例而言，參考圖1，第一傳輸器108可傳輸可連同干涉光信號一起在第二接收器114處接收之導頻訓練脈衝。第二接收器114處之一頻率偏移監測器(諸如圖3中展示之頻率偏移監測器314)可使用經接收導頻訓練脈衝判定差頻Δω。圖5、圖6及圖8中展示之頻率偏移監測器亦可使用經接收導頻訓練脈衝判定差頻Δω。在一些此等實施方案中，頻率偏移監測器可在導頻訓練脈衝已停止且資料傳輸已開始之後繼續監測頻率偏移。 熟習此項技術者可容易明白對本發明中描述之實施方案之各種修改，且本文中定義之一般原理亦可應用於其他實施方案而不脫離本發明之精神或範疇。因此，發明申請專利範圍不旨在限於本文展示之實施方案，但符合與本文所揭示之本發明、原理及新穎特徵一致之最廣範疇。
100‧‧‧通信系統102‧‧‧第一收發器104‧‧‧第二收發器106‧‧‧通信鏈路108‧‧‧第一傳輸器110‧‧‧第一接收器112‧‧‧第二傳輸器114‧‧‧第二接收器116‧‧‧第一光鏈路118‧‧‧第二光鏈路132‧‧‧連接器134‧‧‧連接器140‧‧‧光鏈路142‧‧‧第一循環器144‧‧‧第二循環器146‧‧‧連接器152‧‧‧數位信號處理器(DSP)154‧‧‧數位信號處理器(DSP)156‧‧‧數位信號處理器(DSP)158‧‧‧數位信號處理器(DSP)200‧‧‧通信系統300‧‧‧第一接收器302‧‧‧光偵測器304‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)306‧‧‧可調諧陷波濾波器308‧‧‧等化器310‧‧‧符號決策模組312‧‧‧解碼器314‧‧‧頻率偏移監測器402‧‧‧光偵測器404‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)408‧‧‧等化器414‧‧‧MPI減緩區塊416‧‧‧初始符號決策模組418‧‧‧資料移除模組420‧‧‧低通濾波器422‧‧‧多路徑干涉(MPI)信號減法器424‧‧‧最終符號決策及解碼器區塊502‧‧‧光偵測器504‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)508‧‧‧等化器514‧‧‧干涉減緩區塊516‧‧‧初始符號決策模組518‧‧‧資料移除模組520‧‧‧可調諧帶通濾波器522‧‧‧信號減法器524‧‧‧最終符號決策及解碼器模組526‧‧‧頻率偏移監測器614‧‧‧干涉減緩區塊616‧‧‧第二符號決策模組618‧‧‧第二資料移除模組620‧‧‧第二可調諧帶通濾波器622‧‧‧第二信號減法器652‧‧‧第一子區塊654‧‧‧第二子區塊700‧‧‧帶通濾波器702‧‧‧第一餘弦區塊704‧‧‧第一正弦區塊706‧‧‧第一低通濾波器708‧‧‧第二低通濾波器710‧‧‧第二餘弦區塊712‧‧‧第二正弦區塊714‧‧‧加法器716‧‧‧按比例調整區塊800‧‧‧收發器802‧‧‧傳輸器804‧‧‧接收器806‧‧‧雷射808‧‧‧調變器810‧‧‧波長控制器ak‧‧‧中間信號/經移除資料之數位接收器信號ck‧‧‧資料符號dk‧‧‧資料符號I(t)‧‧‧電流yk‧‧‧數位信號/數位接收器信號εk‧‧‧干涉信號之估計Δω‧‧‧干涉光信號之差頻
圖1展示一例示性通信系統。 圖2展示另一例示性通信系統。 圖3展示能夠減緩一光信號中之干涉之一第一接收器。 圖4展示能夠減緩一光信號中之干涉之一第二接收器。 圖5展示能夠減緩一光信號中之干涉之一第三接收器。 圖6展示用於圖5中展示之第四接收器中之另一例示性干涉減緩區塊。 圖7展示一例示性帶通濾波器之一方塊圖。 圖8展示用於減緩頻帶中干涉之另一例示性收發器。 各圖中之相同元件符號及名稱指示相同元件。
100‧‧‧通信系統
102‧‧‧第一收發器
104‧‧‧第二收發器
106‧‧‧通信鏈路
108‧‧‧第一傳輸器
110‧‧‧第一接收器
112‧‧‧第二傳輸器
114‧‧‧第二接收器
116‧‧‧第一光鏈路
118‧‧‧第二光鏈路
132‧‧‧連接器
134‧‧‧連接器
152‧‧‧數位信號處理器(DSP)
154‧‧‧數位信號處理器(DSP)
156‧‧‧數位信號處理器(DSP)
158‧‧‧數位信號處理器(DSP)

Claims (17)

  1. 一種用於接收一光信號之光接收器，其包括： 至少一個光偵測器，其經組態以回應於接收一光信號而產生一第一電類比接收器信號，該光信號包含一經調變光信號及一雜訊光信號； 一類比轉數位轉換器，其經組態以接收該第一電類比接收器信號且產生一對應第一數位接收器信號；及 一數位信號處理器，其經組態以： 自該第一數位接收器信號減去一資料信號，以產生一中間數位信號； 自該中間數位信號判定一干涉信號之一頻率偏移及一頻寬，該干涉信號之該頻率偏移指示該經調變光信號與該雜訊光信號之載波頻率之間的差；及 使用具有實質上分別等於該干涉信號之頻率及頻寬之一中心頻率及頻寬之一陷波濾波器來濾波該第一數位接收器信號，以產生一經濾波數位接收器信號。
  2. 如請求項1之光接收器，其中該數位信號處理器進一步經組態以： 等化該經濾波數位接收器信號以實行對於光衰減及色散之至少一者之校正，以產生一經等化數位接收器信號；及 利用該經等化數位接收器信號以產生該資料信號。
  3. 如請求項1之光接收器，其中該干涉信號之該頻率偏移實質上等於零。
  4. 如請求項1之光接收器，其中該干涉信號之該頻率偏移小於該經調變光信號之一頻寬。
  5. 如請求項1之光接收器，其中該雜訊光信號構成該經調變光信號之一反射，該反射發生在經由其接收該光信號之一光鏈路上。
  6. 如請求項1之光接收器，其中該雜訊光信號構成由除了傳輸該經調變光信號之傳輸器之外之一傳輸器傳輸之另一光信號之一反射，該反射發生在經由其傳達該另一光信號及該經調變光信號兩者之一雙向光鏈路上。
  7. 如請求項1之光接收器，其中該數位信號處理器經組態以基於該中間信號之一快速傅立葉變換之一結果而自該中間數位信號判定一干涉信號之該頻率偏移及該頻寬。
  8. 一種用於接收一光信號之光接收器，其包括： 至少一個光偵測器，其經組態以回應於接收一光信號而產生一第一電類比接收器信號，該光信號包含一經調變光信號及一雜訊光信號； 一類比轉數位轉換器，其經組態以接收該第一電類比信號且產生一對應第一數位接收器信號；及 一數位信號處理器，其經組態以： 自該第一數位接收器信號減去一資料信號，以產生一中間數位信號； 自該中間數位信號判定一干涉信號之一頻率及一頻寬，該干涉信號之該頻率指示該經調變光信號與該雜訊光信號之載波頻率之間的差； 使用具有分別等於該干涉信號之該頻率及頻寬之一頻率及頻寬之一濾波器來濾波該中間數位信號，以產生一經估計干涉信號；及 自該第一數位接收器信號減去該經估計干涉信號，以產生一經抑制干涉之數位接收器信號。
  9. 如請求項8之光接收器，其中該數位信號處理器進一步經組態以： 解串列化該經抑制干涉之數位接收器信號以產生資料區塊；及 解碼該等資料區塊以產生經解碼資料。
  10. 如請求項8之光接收器，其中該數位信號處理器進一步經組態以： 自該經抑制干涉之數位接收器信號判定另一資料信號； 自該經抑制干涉之數位接收器信號及該第一數位接收器信號之一者減去該另一資料信號以產生另一中間數位信號； 使用具有分別等於該干涉信號之該頻率及頻寬的頻率及頻寬之另一濾波器來濾波該另一中間數位信號以產生另一經估計干涉信號；及 自該經抑制干涉之數位接收器信號及該第一數位接收器信號之一者減去該另一經估計干涉信號，以產生另一經抑制干涉之數位接收器信號。
  11. 如請求項8之光接收器，其中該雜訊光信號構成由除了傳輸該經調變光信號之傳輸器以外之一傳輸器傳輸之另一光信號之一反射，該反射發生在經由其傳達該另一光信號及該經調變光信號兩者之一雙向光鏈路上。
  12. 如請求項8之光接收器，其中該干涉信號之該頻率小於該經調變光信號之一頻寬。
  13. 如請求項8之光接收器，其中該濾波器係一帶通濾波器，且其中該帶通濾波器包含用於使該中間數位信號相乘之至少兩個餘弦函數乘法器及至少兩個正弦函數乘法器。
  14. 如請求項8之光接收器，其中該數位信號處理器經組態以基於該中間信號之一快速傅立葉轉換之一結果而自該中間數位信號判定該干涉信號之該頻率及該頻寬。
  15. 一種光傳輸器，其包括： 一雷射，其經組態以產生具有一載波頻率之一光信號； 一調變器，用於使用一資料信號來調變該載波頻率以產生一經調變光信號； 一雷射調諧器，其經組態以調諧該雷射之該載波頻率；及 一處理器，其經組態以： 自一遠端接收器接收一干涉信號之一頻率偏移，該干涉信號之該頻率偏移指示該經調變光信號與一雜訊光信號之該載波頻率之間的差；及 回應於接收該頻率偏移，動態比較該頻率偏移與該經調變光信號之一頻寬；及基於該頻率偏移小於該頻寬，控制該雷射調諧器以調諧該雷射之該載波頻率，使得該經接收頻率偏移大於該頻寬。
  16. 如請求項15之光傳輸器，其中該雷射調諧器係經組態以回應於自第二處理器接收之一控制信號而調整該雷射之溫度之一熱電冷卻器。
  17. 如請求項15之光傳輸器，其中該雜訊光信號構成該經調變光信號之一反射。
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