用于正交相移鍵控光發射器的同相和正交圖案對準的制作方法
【專利摘要】QPSK調制器中的I/Q數據偏斜可以通過將相同的或互補的數據流發送到I和Q通路PSK調制器、將I和Q之間的相對載波相位設置成0或?、以及監測平均QPSK輸出功率來檢測,其中發送到I和Q通路的數據流包括1和0的偽隨機流。
【專利說明】用于正交相移鍵控光發射器的同相和正交圖案對準
【技術領域】
[0001]本公開大體上涉及光通信系統,并尤其涉及在正交相移鍵控(QPSK)光發射器中同 相(I)和正交(Q)數據的對準。
【背景技術】
[0002]下一代長距離光纖通信系統被設計成在1000千米或更長的距離上以每秒100 千兆位進行操作。使用正交相移鍵控(QPSK)調制器來將數據編碼在光載波信號上。在QPSK 中,符號由1-Q平面中的四個點之一表不。因而,每個符號表不兩個位。
[0003]為了合適的操作,QPSK系統的I和Q通路中的數據被圖案對準;即I和Q數據之 間的多單位間隔偏斜(skew)被減少或消除。在實驗室設置中,通過使用外部測試儀表和觀 察眼圖可以手動執行消除偏斜(deskew)。然而,偏斜可能跨越功率循環或時鐘重置而變化。 如果I/Q對準可以作為自動、自校準過程的一部分的話,這將是方便的,所述自動、自校準 過程可以在上電時、在時鐘重置之后、或者在實際應用中期望的任何時候完成。
[0004]因而,所需要的是用于在QPSK系統中的自動I/Q對準的方法。所述方法不應該依 賴于MUX的高級特征。此外,所述方法應該能夠校正偏斜偏移,所述偏斜偏移大于I或Q數 據流的一個單位間隔。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005]圖1A示出將數據饋送到光QPSK調制器的I和Q通路的集成電路。
[0006]圖1B提供圖1的電路的展開圖,其在多路復用器之前包括單位間隔可調延遲器。
[0007]圖2示出用于Mach-Zehnder光調制器的傳遞函數。
[0008]圖3不出在Mach-Zehnder光調制器中的輸入數據和輸出光信號之間的關系。
[0009]圖4圖示在I和Q光信號之間的偏斜。
[0010]圖5A和5B示出檢測到的平均功率對偏斜的圖。
[0011]圖6A和6B是用于使用相同數據流的I/Q數據對準方法的流程圖。
[0012]圖7A和7B是用于使用互補數據流的I/Q數據對準方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]現描述用于最小化QPSK發射器中的I/Q數據偏斜的方法。在光域中,所述方法可 以獨立地應用于雙極化QPSK發射器(DP-QPSK)的每個極化。
[0014]在QPSK操作中,I和Q載波信號具有/2的相對相移O。此處所述的方法涉及 操作I/Q相位控制環以在I和Q載波之間暫時維持0或的相移。當O是0或,并且 將相同的數據流引入I和Q通路時,在QPSK調制器的輸出處觀察到的平均輸出功率指示I 和Q數據之間的對準。此處“平均”意思是在遠長于(10倍或更多)數據的一個單位間隔的 時間上的平均,或者等價地,遠長于數據速率的倒數的時間上的平均。
[0015]例如,當O=Ji時,最小數據偏斜對應于最小平均輸出功率;當0=0時,相反的情況是成立的-最小偏斜對應于最大平均輸出功率。現更詳細地描述導致這些效應的原理和 用于利用該原理以去除多于一個單位間隔的偏斜的方法。
[0016]圖1A示出包括集成電路105的發射器系統100的示例,所述集成電路105將數據 饋送到光QPSK調制器的I和Q通路。集成電路105將若干傳入數據通道合并成兩個輸出 數據流110和130。數據流110在被輸入到相移鍵控(PSK)調制器120之前通過可選的可 調延遲器115。類似地,數據流130在被輸入到相移鍵控(PSK)調制器140之前通過可選的 可調延遲器135。可調延遲器115或可調延遲器135是可選的;需要它們中的至少一個,以 使得可以調整數據流110和130之間的相對延遲、或偏斜。PSK調制器120和140可以被實 現為Mach-Zehnder調制器。激光器145是用于所述系統的光源。相位控制器150調整同 相120和正交140 PSK調制器的輸出之間的載波相位O。檢測器155測量QPSK調制器的 輸出處的平均功率。盡管為了清晰而從附圖中省略,歸零(RZ)雕刻器(carver)可以被放置 在激光器145的輸出處,并且可選的放大器可以被插入在可調延遲器115和Mach-Zehnder 調制器120之間或在可調延遲器135和Mach-Zehnder調制器140之間。
[0017]盡管本文所述的方法主要參考光QPSK系統(例如,發射器系統100)來這樣做,但 它們也可應用于在較低頻率下操作的QPSK系統,例如太赫茲、微波、UHF等。在較低頻率下 的組件實現方式是不同的(RF源代替激光器、傳輸線代替光纖),而操作的原理是相同的。
[0018]圖1B示出集成電路105的擴展圖,其在多路復用器之前包括單位間隔可調延遲 器。集成電路105包括諸如162、167和172之類的單位間隔(UI)可調延遲器,所述單位間 隔可調延遲器分別在輸入通道160、165和170上給予延遲。可調延遲器162、167和172是 以一個UI增量可調的,并且它們可以給予任何整數數量的單位間隔的延遲。延遲器的輸出 被發送到多路復用器175 ;多路復用器的輸出110和130然后饋送I和Q光調制器,如圖1A 中所示。電路105的無數其他組件未示出。
[0019]多路復用器175的每個輸出通道承載源自特定組的輸入通道的數據。例如,假設 多路復用器具有8個輸入通道。前四個通道被復用以將數據提供到連接到同相(I)光調制 器的輸出110上,而后四個通道被復用以將數據提供到連接到正交(Q)光調制器的輸出130 上。然后可以通過一起操作用于一組中的所有通道的可調數據延遲器(例如,162、167、172 等)來調整I和Q數據流之間的偏斜。如果例如I數據流超前Q數據流一個n,那么被復 用以形成I數據流的所有輸入通道可以使用其單獨的數據延遲器而延遲一個n以去除I/ Q偏斜。
[0020]出于至少兩個原因,在每個多路復用器輸入數據流上游而不是多路復用器輸出下 游提供整數UI數據延遲器(例如,162、167、172等)。第一,在復用之前,輸入通道可能需要 相對于彼此對準。第二,與快速多路復用器輸出數據速率相比,以相對低的多路復用器輸入 數據速率來實現的數據延遲器更簡單且更便宜。
[0021]圖2示出用于Mach-Zehnder光調制器的傳遞函數。在圖2中,Mach-Zehnder調 制器的傳輸T沿水平方向被繪制為所施加的電壓V的函數。還示出在垂直方向上繪制的以 電壓電平形式的數據V對時間t。可以對Mach-Zehnder調制器加偏壓,以使得表示邏輯0 的電壓電平生成有特定載波相位的最大傳輸,在附圖中用“ + ”表示。表示邏輯I的電壓也 生成最大傳輸,而有31的相移,在附圖中用表不。
[0022]圖3不出在Mach-Zehnder光調制器中的輸入數據和輸出光信號之間的關系。被編碼為電壓的邏輯I和O的傳入數據流被轉換成等幅光脈沖,其中I和O用O或的相移 來表示。在從O到I或從I到O的轉變時,光輸出被最小化。作為示例,在32Gb/s的調制 器中,被分配一個“I”或“0”的單位間隔或時間大約為33ps。
[0023]圖4圖示I和Q光信號之間的偏斜。在圖4中,圖405和410分別描繪了在諸如 圖1A中所示的系統之類的系統的I和Q支路中來自Mach-Zehnder調制器的光輸出。“ + ” 和指示光載波的相位。在圖4中,I和Q通路中的數據是相同的,但在其之間存在兩個 單位間隔的時間延遲或偏斜,由“ A t”指示。在本說明書中描述的I/Q對準方法的目的是 要通過以整數Ul增量調整I和Q通路之間的偏斜來最小化At。
[0024]在操作中,在I和Q數據通路之間的載波相位O的差異是/2。一方面,如果在 I和Q數據通路之間的載波相位O的差異被設置為0,那么當兩個通路中的數據相同時,最 小偏斜對應于由于相長干涉而引起的QPSK調制器的合并輸出中的最大平均功率。這種情 況的平均功率和偏斜之間的關系在圖5A中示出。另一方面,如果在I和Q數據通路之間的 載波相位O的差異被設置為,那么當兩個通路中的數據相同時,最小偏斜對應于由于相 消干涉而引起的QPSK調制器的合并輸出中的最小平均功率。這種情況的平均功率和偏斜 之間的關系在圖5B中示出。
[0025]此外,圖5A和5B示出測量作為偏斜以及載波相位的函數的平均調制器輸出功率 如何允許監測并控制I和Q數據之間的偏斜。
[0026]如果輸入數據(對I和Q的相同復件)是偽隨機位流,那么平均輸出功率中的最大 值510 (0=0)或最小值520 (O=JI )能夠在零偏斜處觀察到,但是平均功率可以是離開零 偏斜多于一個單位間隔的近似平的515、525。平均輸出功率的突然變化510、520能夠在零 偏斜處觀察到。在圖5中,以離散的一個n的步長來調整偏斜。這可以在圖1A和IB的系 統中通過使用分別在輸入通道162、165和170上給予延遲的單位間隔(UI)可調延遲器(諸 如,162、167和172)來實現。
[0027]因而,偽隨機位流提供了用于消除多UI偏斜的方式。(用于去除子UI偏斜的方法 在2011年3月23日提交的共同待決申請號xx/xxx, xxx中得以描述,并且該共同待決申請 通過引用被結合到本文中。)小于偽隨機圖案長度的一半的偏斜能夠被可靠地檢測。因而, 更大偏斜的校正需要更長的偽隨機圖案。
[0028]在實踐中,精確地識別QPSK輸出處的最小平均功率而不是最大平均功率可能更 容易。如果設置0=0而不是O=Ji更方便(或者也許只是可能),那么互補(而不是相同的) 數據流可以被發送到I和Q數據輸入。(此處除了用“I”替代“0”之外,位串的補碼是相同 的串,反之亦然。)例如,如果“1011011000111”被發送到I,并且其補碼“0100100111000” 被發送到Q,那么在0=0的情況下的最小偏斜將與最小QPSK平均輸出功率一致。當然可以 設計涉及載波相位O和數據極性的其他方案以識別偏斜。
[0029]圖6A和6B是使用相同的數據流的I/Q數據對準方法的流程圖。在610,提供QPSK 調制器,所述QPSK調制器具有I和Q數據輸入、用于調整相對I和Q載波相位O的相位控 制、以及用于測量平均調制器輸出功率的檢測器。在620,偽隨機數據位串的相同的復件被 發送到I和Q數據輸入,其中在所述位的I和Q復件之間的延遲(如果有的話)是所述偏斜。 在630,測量平均調制器輸出功率。在640,相對I和Q載波相位被設置成0=0并且調整所 述偏斜,直到平均調制器輸出功率是最大值。在650,相對I和Q載波相位被設置成O= ,并且調整所述偏斜,直到平均調制器輸出功率是最小值。在660,相對I和Q載波相位能夠可選地被設置成O=Ji,并且能夠可選地調整所述偏斜,直到平均調制器輸出功率是最小值。 可替代地,在670,相對I和Q載波相位能夠可選地被設置成0=0,并且能夠可選地調整所述偏斜,直到平均調制器輸出功率是最大值。在640、650、660和670處,通過使用分別在圖1A和IB中在輸入通道162、165和170上給予延遲的可調延遲器(諸如162、167和172),能夠以離散的、一個UI步長來調整所述偏斜。
[0030]如上面所解釋的,如果使用互補而不是相同的I和Q數據流的話,零偏斜與最小輸出功率(O=O)或最大輸出功率(O=JI )—致。圖7A和7B是使用互補數據流的I/Q數據對準方法700的示例的流程圖。在步驟710,提供了 QPSK調制器,所述QPSK調制器具有I 和Q數據輸入、用于調整相對I和Q載波相位O的相位控制、和用于測量平均調制器輸出功率的檢測器。在720,偽隨機數據位串的互補復件被發送到I和Q數據輸入,其中在偽隨機數據位串的互補I和Q復件之間的延遲(如果有的話)是所述偏斜。在730,測量平均調制器輸出功率。在740,相對I和Q載波相位被設置成O=O,并且調整所述偏斜,直到平均調制器輸出功率是最小值。在750,在750,相對I和Q載波相位被設置成O= ,并且調整所述偏斜,直到平均調制器輸出功率是最大值。在760,相對I和Q載波相位能夠可選地被設置成0=^1,并且能夠可選地調整所述偏斜,直到平均調制器輸出功率是最大值。可替代地,在770,相對I和Q載波相位能夠可選地被設置成0=0,并且能夠可選地調整所述偏斜, 直到平均調制器輸出功率是最小值。在740、750、760和770處,通過使用分別在圖1A和IB 中在輸入通道162、165和170上給予延遲的可調延遲器(諸如,162、167和172)能夠以離散的、一個n步長來調整所述偏斜。
[0031]在本說明書中所描述的方法可以在功率循環、時鐘重置或其他擾動 (disturbance)之后被自動執行,或者它們可以被周期性地執行。(對于周期性的操作,觸發消除偏斜的方法的擾動可以是預定時間段到期。)用于消除偏斜的自動化系統可以被實現為QPSK發射器的一部分,例如,作為通信地耦合于QPSK調制器的電子電路。例如,用于子Ul可調延遲器115和135、U1可調延遲器162、167和172、相位控制器150和檢測器155 的控制和接口電路可以被包含在發射器ASIC中。因此,QPSK發射器可以在正常操作模式 (O=Ji /2)和數據偏斜監測或調整模式(O=O或)之間自動切換。
[0032]在本文檔中所描述的技術能夠使用裝置、方法、系統或者裝置、方法和系統的任何組合來加以實現。在本文檔中描述的操作和主題的實現方式(包括在本文檔中公開的結構及其結構等價物)能夠被配置在數字電子電路中、或者在計算機軟件、固件或硬件中,或者在其中的一個或多個的組合中。對于硬件實現方式而言,所述實施例(或者其模塊)能夠被實現在一個或多個專用集成電路(ASIC)、混合信號電路、數字信號處理器(DSP)、數字信號處理設備(DSPD)、可編程邏輯設備(PLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器和/或被設計成執行本文所述的功能的其他電子單元或其組合內。
[0033]當所述實施例以軟件、固件、中間件或者微碼、程序代碼或代碼段來實現時,它們能夠被存儲在機器可讀介質(或計算機可讀介質)中,諸如存儲組件。代碼段能夠表示過程、 功能、子程序、程序、例程、子例程、模塊、軟件封裝、類、或者指令、數據結構、或程序語句的任何組合。代碼段能夠通過傳遞和/或接收信息、數據、自變量、參數、或存儲內容而耦合到另一個代碼段或硬件電路。[0034]盡管本文檔包含許多特定實現方式的詳情,但這些不應該被解釋為對任何發明或 可以被要求保護的范圍的限制,而是作為專用于特定發明的特定實現方式的特征的描述。 在本文檔中,在分別的實現方式的上下文中描述的某些特征也能夠以組合方式被配置在單 個實現方式中。相反地,在單個實現方式的上下文中描述的各種特征也能夠分別地被配置 在多個實現方式中或被配置在任何合適的子組合中。此外,盡管在上文中可以將特征描述 為在某些組合中起作用并甚至最初像這樣要求保護,但在某些情況下,來自要求保護的組 合的一個或多個特征能夠從所述組合中排除,并且要求保護的組合可以指向子組合或子組 合的變形。
[0035]類似地,盡管在附圖中以特定的次序對操作進行描繪,但這不應該被理解為要求 以示出的特定次序或以順序的次序來執行此類操作,或者要求執行所有圖示的操作以實現 期望的結果。在某些環境下,多任務和并行處理可能是有利的。此外,在上述實現方式中的 各種系統組件的分離不應該被理解為在所有實現方式中要求此分離,而應該理解的是,所 述程序組件和系統通常可以被一起集成在單個軟件產品中或封裝到多個軟件產品中。
[0036]提供了公開的實現方式的上述描述以使得本領域任何技術人員能夠制造或使用 本公開。對這些實現方式的各種修改將容易被本領域技術人員顯而易見,并且在不背離本 公開的范圍的情況下,本文所定義的原理可以適用于其他實現方式。因而,本公開非意在限 制于本文所示的實現方式,而是將符合與本文公開的原理和新特征一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種用于監測和對準正交相移鍵控(QPSK)調制器中的同相(I)和正交(Q)數據的方法,包括:將數據位串發送到QPSK調制器的I數據通路,并且將所述數據位串的復件發送到QPSK 調制器的Q數據通路,所述數據位串和所述數據位串的復件具有相對偏斜;以及至少部分通過以下動作來測量作為I和Q數據通路之間的相對偏斜以及載波相位O 的函數的平均調制器輸出功率:用相位控制來調整相對載波相位O,用至少一個可調數據延遲器、通過調整后的相對載波相位O的整數數量的單位間隔來調整所述相對偏斜,以及用檢測器來檢測所述調整后的相對相位O和調整后的相對偏斜的組合的平均調制器輸出功率。
2.根據權利要求1所述的方法,其中所述調整相對偏斜包括:當O=Ji時,最小化測量的平均調制器輸出功率以去除相對偏斜。
3.根據權利要求1所述的方法,其中所述調整相對偏斜包括:當0=0時,最大化測量的平均調制器輸出功率以去除相對偏斜。
4.根據權利要求1所述的方法,其中數據位串包括I和0的偽隨機流。
5.根據權利要求1所述的方法,其中QPSK調制器是光QPSK調制器。
6.根據權利要求1所述的方法,其中QPSK調制器是雙極化光QPSK(DP-QPSK)調制器, 并且權利要求1的步驟獨立地適用于DP-QPSK調制器的每個極化。
7.一種用于監測和對準正交相移鍵控(QPSK)調制器中的同相(I)和正交(Q)數據的方法,包括:將數據位串發送到QPSK調制器的I數據通路,并且將互補的數據位串發送到QPSK調制器的Q數據通路,所述數據位串和所述互補的數據位串具有相對偏斜;以及至少部分通過以下動作來測量作為I和Q數據通路之間的相對偏斜以及載波相位O 的函數的平均調制器輸出功率:用相位控制來調整相對載波相位O,用至少一個可調數據延遲器、通過調整后的相對載波相位O的整數數量的單位間隔來調整所述相對偏斜,以及用檢測器來檢測所述調整后的相對相位O和調整后的相對偏斜的組合的平均調制器輸出功率。
8.根據權利要求7所述的方法,其中所述調整相對偏斜包括:當O=Ji時,最大化測量的平均調制器輸出功率以去除相對偏斜。
9.根據權利要求7所述的方法,其中所述調整相對偏斜包括:當O=O時,最小化測量的平均調制器輸出功率以去除相對偏斜。
10.根據權利要求7所述的方法,其中所述數據位串包括I和0的偽隨機流。
11.根據權利要求7所述的方法,其中QPSK調制器是光QPSK調制器。
12.根據權利要求7所述的方法,其中QPSK調制器是雙極化光QPSK(DP-QPSK)調制器,并且權利要求1的步驟獨立地適用于DP-QPSK調制器的每個極化。
13.用于自動對準正交相移鍵控 (QPSK)調制器中的同相(I)和正交(Q)數據的電子電路,所述電子電路包括:控制器,通信地耦合于QPSK調制器的I和Q數據通路;可調數據延遲器;相位控制,用于調整QPSK調制器的I和Q通路之間的相對載波相位O ;以及檢測器,耦合到QPSK調制器的輸出以檢測平均調制器輸出功率,其中所述控制器被配置成:響應于滿足對準準則,指示所述相位控制將相對載波相位從O=JI/2改變為0=0或 ^,然后將數據位串提供給I數據通路并且將另一個數據位串提供給Q數據通路,所述數據位串和所述另一個數據位串具有相對偏斜,測量作為偏斜的函數的平均調制器輸出功率,其中為了執行測量,所述控制器進一步被配置成:指示可調數據延遲器通過整數數量的單位間隔來調整相對偏斜,以及從檢測器讀取調整后的相對偏斜的平均調制器輸出功率,確定與測量的平均調制器輸出功率的極值對應的可調數據延遲器的調整,以去除相對偏斜,指示可調數據延遲器來維持所確定的調整,并且然后指示相位控制將相對載波相位返回到O= /2。
14.根據權利要求13所述的電子電路,其中所述對準準則是功率周期或時鐘重置。
15.根據權利要求13所述的電子電路,其中所述對準準則是預定的時間段到期。
16.根據權利要求13所述的電子電路,其中所述數據位串和所述另一個數據位串是I 和0的偽隨機流。
17.根據權利要求16所述·的電子電路,其中所述另一個數據位串是所述數據位串的復件。
18.根據權利要求16所述的電子電路,其中所述另一個數據位串與所述數據位串互補。
19.根據權利要求13所述的電子電路,其中所述QPSK調制器是光QPSK調制器。
【文檔編號】H04L27/36GK103597791SQ201280026156
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年3月29日 優先權日:2011年4月1日
【發明者】S.K.S.哈塔納, E.易卜拉欣莫夫 申請人:奧普內斯特子系統公司