通過相位共軛光學變體的通信的制作方法

通過相位共軛光學變體的通信的制作方法
【專利摘要】一種光學傳送系統，被配置為傳輸攜帶相同調制有效載荷符號的至少兩個相位共軛光學變體，具有所述相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項中相互不同：光線的偏振、傳輸的時間、空間位置、光學載波波長以及子載波頻率。所述至少兩個相位共軛光學變體可以由單個偏振分集發射機生成為正交偏振，并且可以通過具有相同波長和空間路徑的光學傳輸鏈路來傳播。光學變體以在星座解映射之前實現對應電信號的相干求和的方式在接收器處被檢測和處理。相干求和趨向于消除給予在光纖傳輸鏈路中的單個相位共軛光學變體上的非線性失真的有害影響，因為所述非線性失真趨向于彼此相反。
【專利說明】通過相位共軛光學變體的通信
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]這一申請要求來自于2011年9月16日提交的美國臨時專利申請第61/535，548號以及于2011年9月26日提交的美國專利申請第13/245160號的優先權，兩者標題均為“PERFORMANCE ENHANCEMENT THROUGH OPTICAL VARIANTS”，其通過引用而整體結合于此。
【技術領域】
[0003](多個)發明涉及光學通信設備，并且更具體但非唯一地，涉及用于管理通過非線性和/或噪聲光學信道的數據傳送的設備。
【背景技術】
[0004]這一章節介紹可以幫助促進(多個)發明的更好理解的方面。據此，這一章節的陳述要以這一角度來解讀而不是被理解為承認關于哪些是現有技術或者哪些不是現有技術。
[0005]前向糾錯(FEC)使用系統地生成的冗余數據來減少接收機處的比特誤碼率(BER)0這一減少的代價是所要求的前向信道帶寬的伴隨增長，而后者取決于FEC碼的開銷。通常，具有更大開銷或者更低凈數據速率的FEC碼被用于更嘈雜的信道。當信道條件隨著時間改變時，凈數據速率和/或FEC碼能夠適應性地改變，以維持可接受的BER。然而，當被應用到光學傳送系統時，伴隨著FEC編碼的一個問題是各種可實施的FEC碼之間的編碼增益差異通常不超過某個最大值，如Shannon的信息能力理論所給定的。另外，針對能力接近的FEC碼的數字信號處理(DSP)復雜度可以嚴峻地高。因此，對于某些光學信道，可能需要另外的和/或可替換的性能增強技術以克服FEC編碼的這些以及其他相關限制。

【發明內容】

[0006]傳輸之后的光學信號質量的提升可以通過執行兩個或多個光學變體(opticalvariant)的集合的數字構造性求和來獲取。光學變體是如下的相干光學信號，它們攜帶有效載荷數據、比特字或比特序列的相同片段，但是它們在其自由度中的至少一個維度中相互不同，例如，在傳輸的時間、空間位置、光線的偏振、光學載波波長以及子載波頻率中的一項或多項中相互不同。構造性求和趨向于平均掉給予在光學傳送鏈路中的個體光學變體上的線性和非線性噪聲/失真兩者的有害影響，因為所述噪聲/失真本質上是非相干的。光學變體可以與旨在于傳輸的原始光學信號或者原始信號的相位擾亂副本相同。
[0007]當相位共軛在接收器處被移除時，給予在兩個相位共軛信號上的非線性失真基本上彼此相反。因此，當攜帶相同調制有效載荷符號的兩個相位共軛光學變體在移除它們之間的相位共軛之后被相干地求和，給予在兩個相位共軛信號上的非線性失真將基本上消除。這一方法有效地提高非線性光纖傳輸之后的信號質量，超過可以通過相干地求和如下的兩個光學變體所獲取的質量，這兩個光學變體是相同光學信號的復制副本或者相位擾碼副本。在一個實施例中，兩個相位共軛光學變體可以在以下各項中的一項或多項中相互不同:偏振、時間、空間位置、光學載波波長、以及在光學傳輸期間的子載波頻率。兩個“相位共軛光學變體”指代在移除它們之間的恒定相位偏移和/或時間延遲之后是復數共軛的兩個光學變體。進一步地，在所提供的方法中可以利用多于兩個的相位共軛光學變體；在這些示例中，第三、第四等等的相位共軛光學變體在從第三、第四等等的相位共軛光學變體中移除恒定相位偏移和/或時間延遲之后是第一兩個復數共軛中的一個復數共軛的副本。
[0008]根據第一實施例，至少兩個相位共軛光學變體是正交偏振的，并且由偏振分集發射機所生成并且共享光纖傳輸鏈路中的相同波長和空間路徑。偏振分集接收器用于接收至少兩個正交偏振部件并且聯合地處理它們以恢復所傳輸的光學變體。然后，在變體被構造性求和以提供原始信號的星座表示之前，這兩個變體之間相位共軛被移除。
[0009]根據第二實施例，用于旨在于傳輸的光學信號的至少兩個相位共軛光學變體關于彼此被時間延遲了 T，T可以是多個調制符號周期，并且被調制到偏分復用(PolarizationDivision Multiplexed, PDM)信號。在接收機處,在它們的構造性求和以提供原始信號的星座表示之前，這兩個變體之間的時間延遲和相位共軛被移除。
[0010]根據第三實施例，至少兩個相位共軛光學變體被調制成不同的光學載波波長，并且是用于傳輸的波分復用。這些波長可以行進通過光纖傳輸鏈路中的相同空間路徑。在接收機處，這些光學變體首先被波分解復用并且被聯合地處理。然后，在它們被構造性求和以提供原始信號的星座表示之前，這些變體之間的相位共軛被移除。
[0011]根據第四實施例，至少兩個相位共軛光學變體是用于傳輸的空分復用。這至少兩個光學變體可以行進通過多核光纖鏈路的不同核或者多模光纖的不同空間模式，只要影響它們的非線性影響近似相同。在接收機處，這至少兩個光纖變體首先被光學地或電子地空分解復用，并且被聯合地處理，然后，在它們被構造性求和以提供原始信號的星座表示之前，這至少兩個變體之間的相位共軛被移除。
[0012]因為影響每個光學變體的線性噪聲是非相干的，前述構造性求和過程還有效地增加光學信噪比(0SNR)。與非線性失真的消除一起，在構造性求和過程中相位共軛光學變體的使用可以基本上提高長距離光纖傳輸中的信號質量。在各種實施例中，由光學變體的使用而實現的信號質量提高或者所接收的比特誤碼率的減少可以在FEC編碼所提供的那些之外或者替代FEC編碼所提供的那些來實施。
[0013]在一個實施例中，一種包括光學接收機的裝置，該光學接收機包括前端電路和處理器。前端電路被配置為將攜帶相同調制有效載荷符號的至少兩個相位共軛光學變體轉換為對應的多個數字電信號。處理器被配置為處理多個數字電信號，以生成表示相同調制有效載荷符號的復數值的集合、對該集合的復數值求和以生成求和的復數值、將求和的復數值映射到星座上、以及基于所映射的求和的復數值來確定由相同調制有效載荷符號表示的比特字。
[0014]在另一個實施例中，至少兩個相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項中相互不同:偏振、在光學接收機處的到達時間、空間位置、光學載波波長以及子載波頻率。
[0015]在另一個實施例中，至少兩個相位共軛光學變體是時域中的復數共軛。在另一個實施例中，至少兩個相位共軛光學變體是頻域中的復數共軛。
[0016]至少兩個相位共軛光學變體中的一個光學變體可以包括用于傳輸的符號的光學版本。至少兩個相位共軛光學變體中的另一個光學變體可以包括具有恒定相位旋轉的、用于傳輸的該符號的光學版本的復數共軛版本。[0017]在一個實施例中，處理器被配置為撤銷至少兩個相位共軛光學變體的相位共軛，以及生成表示旨在于傳輸的該符號的至少兩個復數值。
[0018]至少兩個相位共軛光學變體可以是正交偏振的。在另一個實施例中，該裝置可以包括偏振分集發射機，用于生成至少兩個正交偏振的相位共軛光學變體。
[0019]在一個實施例中，前端電路包括至少一個偏振分集光學混合以及至少一個光學本機振蕩器。在另一個實施例中，前端電路包括至少四個模數轉換器(ADC)。
[0020]在一個實施例中，前端電路包括波長解復用器，被配置為解復用至少兩個相位共軛光學變體。在又一實施例中，前端電路包括光學耦合器，被配置為空間解復用至少兩個相位共軛光學變體。
[0021]在一個實施例中，該裝置還可以包括用于傳達至少兩個相位共軛光學變體的介質，其中該介質是以下各項中的一項或多項:單模光纖、多核光纖、光纖束、和多模光纖。
[0022]在一個實施例中，該處理器通過基于針對相同調制有效載荷符號序列的映射星座序列來確定基于FEC的糾錯，可以確定由相同調制有效載荷符號所表示的比特字。在另一個實施例中，處理多個數字電信號以生成表示相同調制有效載荷符號的復數值的集合可以包括執行以下各項中的一項或多項:時間同步、信道估計、信道補償、頻率估計、頻率補償、相位估計、以及相位補償。數字電信號的這一處理可以包括導頻符號的使用。
[0023]在一個實施例中，權利要求1的裝置還可以包括光學發射機，被配置為響應于輸入有效載荷數據流的符號，生成至少兩個相位共軛光學變體的第二集合，該第二集合的至少兩個相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項中相互不同:偏振、傳輸的時間、空間位置、光學載波波長以及子載波頻率。
[0024]光學通信的示例方法包括在光學接收機處將攜帶相同調制有效載荷符號的至少兩個相位共軛光學變體轉換為對應的多個數字電信號；處理多個數字電信號以生成表不相同調制有效載荷符號的復數值的集合；對集合的復數值求和以生成求和的復數值；將求和的復數值映射到星座上；以及基于所映射的求和的復數值來確定由相同調制有效載荷符號表示的比特字。
[0025]根據一個實施例，一種裝置包括光學發射機，光學發射機被配置為響應于輸入有效載荷數據流的符號來生成至少兩個相位共軛光學變體，至少兩個相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項中相互不同:偏振、傳輸的時間、空間位置、光學載波波長以及子載波頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]以示例的方式，根據以下詳細描述和附圖，本發明的各種實施例的其他方面、特征和益處將變得更完全地清楚，其中:
[0027]圖1示出根據本發明的一個實施例的光學傳送系統的框圖；
[0028]圖2示出根據本發明的一個實施例的可以被實施在圖1中示出的光學傳送系統的接收機中的信號處理方法的流程圖；
[0029]圖3示出根據本發明的一個實施例的可以被實施在圖1中示出的光學傳送系統的接收機中的信號處理方法的流程圖；
[0030]圖4示出根據本發明的另一個實施例的光學傳送系統的框圖；[0031]圖5示出根據本發明的又一個實施例的光學傳送系統的框圖；
[0032]圖6示出根據本發明的一個實施例的可以被實施在圖4和5中示出的光學傳送系統的接收機中的信號處理方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]光學傳送鏈路通常被配置為支持多個自由度，諸如時間、空間、載波頻率(波長)和偏振。這些自由度中的每個自由度可以用于光學信號復用。對應于這四個不同的單個自由度的復用技術在文獻中被稱為時分復用、空分復用、波分復用以及偏分復用。
[0034]除了使用由光學傳送鏈路支持的各種自由度以便獨立光學信號的復用傳輸之外或者取而代之，本發明的各種實施例采用這些自由度以便相干光學信號(被稱為光學變體)的傳輸。在代表性實施例中，兩個光學變體是如下的兩個光學信號，它們攜帶有效載荷數據、比特字或比特序列的相同片段，但是它們攜帶有效載荷數據的方式相互不同:這兩個光學變體是復數共軛。假設旨在于傳輸的光學信號的E電場是E，兩個光學變體中的一個光學變體的E電場可以是E，并且另一個可以是E*，其中表示復數共軛。
[0035]這里，引入更通用的術語“相位共軛光學變體”，其指代在移除它們之間的恒定相位偏移和/或時間延遲之后是復數共軛的兩個光學變體。復數共軛意思是一對復數數字，兩者均具有相同實數部分，但是具有相等量級和相對符號的虛數部分。例如，當以下條件滿足時，E1⑴和E2⑴是E⑴的相位共軛光學變體:
[0036]E1 (t-t^ = exp (j Φ ^.E (t)， (I)
[0037]E2 (t-t2) = exp (j Φ 2).E (t) *，其中j表示虛數單元，t表示時間，tl和t2是時間偏移，并且Φ^Ρ Φ2是相位偏移。根據以上公式，我們得到
[0038]E1 (t-t^ = exp[j (φ^φ；,)].E2 (t_t2) *， (2)
[0039]即，E1 (t) E2(t)是在移除恒定相位偏移(Φ^Φ2)以及時間延遲(t「t2)之后的復數共軛。當存在多于兩個相位共軛光學變體時，另外的相位共軛光學變體采用以下形式:
[0040]
Ε?^-?η) = 0Χ\){]φιι).Ε{?\ 或者(3)
[0041]
A (卜 U = exP( M).廠(,)'
[0042]其中η 是 3、4、......。
[0043]這兩個相位共軛光學變體通過不同維度中的光學傳輸鏈路進行傳輸，不同維度例如以下各項中的一項或多項:傳輸的時間、空間偏振、光線的偏振、光學載波波長、以及子載波頻率。例如，使用第一(例如X)偏振的光學符號的第一傳輸和使用第二 (例如Y)偏振的該相同光學符號的第二傳輸表示該光學符號編碼的比特字的兩個不同光學變體。作為第二不例，在時間tl處的光學符號的第一傳輸和在時間t2>tl處的該相同光學符號的第二傳輸表示該光學符號編碼的比特字的兩個不同光學變體。作為第三示例，使用載波波長X1的光學符號的第一傳輸和使用載波波長\ 2的該相同光學符號的第二 (例如同時的)傳輸表不該光學符號編碼的比特字的兩個不同光學變體。作為第四示例，經由多路徑光纖或光纖電纜的第一傳播路徑(例如，經由多核光纖的第一核或者多模光纖的第一導模)的光學符號的第一傳輸以及經由多路徑光纖或光纖電纜的第二傳播路徑(例如，經由多核光纖的第二核或者多模光纖的第二導模)的該相同光學符號的第二傳輸表示該光學符號編碼的比特字的兩個不同光學變體。
[0044]注意,在這些不例的每個不例中，兩個對應的光學變體被描繪為僅在一個自由度的參數中相互不同。然而，光學變體可以在兩個或更多自由度的參數中相互不同，諸如:(i)偏振和時間；(ii)時間和空間；(iii)時間和波長；(iv)空間和波長；(V)空間和偏振；(vi)波長和偏振；(vii)時間、空間和波長；(viii)時間、空間和偏振；(ix)時間、波長和偏振；(x)空間、波長和偏振；或者(xi)時間、空間、波長和偏振。
[0045]光學變體的概念還應用于(i)攜帶多比特字的光學符號序列以及(ii)使用不同光學符號攜帶相同比特字的光學符號。進一步地，多于兩個的相位共軛光學變體可以根據本發明的原理通過光學路徑被傳輸/接收。假設旨在于傳輸的光學信號的E電場是E，第三、第四等等的光學變體可以是E或者E*，其中表示復數共軛。以示例的方式，根據在參照圖1-6所給出的以下更詳細描述，“光學變體”的其他相關特征將更完全地清楚。
[0046]各種實施例取決于創新性概念，根據該概念，接收機在解調制和解碼之前，以相位相干的方式添加與相同符號流的至少兩個相位共軛光學變體相對應的電信號。每對相位共軛變體在正交傳輸路徑或維度上從發射機被傳達至接收機，但是經受類似的非線性影響，該影響實際上在該對之間的相位共軛被移除時給予這些變體上的非線性失真。據此，盡管在任何一個實施例中被利用的相位共軛光學變體的數目可以是偶數或奇數，更大數量的相位共軛光學變體的 使用是優選的，以最小化當數目是奇數時的非線性影響。
[0047]圖1示出根據本發明的一個實施例的光學傳送系統100的框圖。系統100具有光學發射機110,其被配置為傳輸在偏振或時間或兩者中相互不同的光學變體。系統100還具有光學接收機190，其被配置為以相較于在沒有使用光學變體的情況下可得到的BER而言減少了 BRE的方式，處理所接收的光學變體以恢復對應的原始數據。發射機110和接收機190經由光學傳送鏈路140相互連接。
[0048]發射機110接收有效載荷數據的輸入流102，并且將其應用至數字信號處理器(DSP)112。處理器112處理輸入流102以生成數字信號IH1-1Hp在每個信令間隔(時隙)中，信號IH1和1142攜帶如下的數字值，這些數字值分別表示旨在于使用X偏振光線來傳輸的對應星座符號的同相位(in-phase) (I)分量和正交(Q)分量。信號1143和1144類似地攜帶如下的數字值，這些數字值分別表示旨在于使用Y偏振光線來傳輸的對應星座符號的I分量和Q分量。
[0049]發射機110的電光(E/0)轉換器(有時也被稱為前端)116將數字信號IH1-1H4R化為調制光學輸出信號130。更具體地，數模轉換器(DAC) Iiei和1182將數字信號IH1和1142轉化成模擬信號形式以分別生成驅動信號I5^P Qx。驅動信號I5^P QxS后以常規模式被用來驅動1-Q調制器124x。基于驅動信號Ix和Qx，1-Q調制器124x調制由激光源120ΧΚ供應的光線的X偏振波束122χ，由此生成調制光學信號126χ。
[0050]DAC 1183和1184類似地將數字信號1143和1144轉化成模擬信號形式以分別生成驅動信號Iy和QY。基于驅動信號Iy和QY，1-Q調制器124r調制由激光源120r所供應的光線的Y偏振波束122r,由此生成調制光學信號126r。偏振波束組合器128組合調制光學信號126)(和126r以生成光學輸出信號130。[0051]在代表性配置中，處理器112生成數字信號IH1-1H4,以便針對要傳輸到接收機190的每個比特字，光學輸出信號130包含攜帶該比特字的至少兩個相位共軛光學變體。理論上，相位共軛光學變體的這一集合可以被視為包括一個或多個重疊和/或非重疊子集。例如，可能有包括兩個或更多個相位共軛光學變體的子集，其中相位共軛光學變體具有相同偏振、但是具有信號130中的不同時間位置。可替換地或另外地，可能有包括兩個相位共軛光學變體的另一個子集，其中相位共軛光學變體在信號130中具有相同時間位置(相同時隙)、但是具有不同偏振。此外，可能有包括兩個相位共軛光學變體的又一個子集，其中相位共軛光學變體具有信號130中的不同時間位置(相同時隙)以及不同偏振。
[0052]在一個實施例中，兩個相位共軛光學變體由正交偏振分量所攜帶。在這一,清況下，信號IH1UH2U143和1143可以被布置為滿足以下條件:
[0053]Ix (t) = real (E (t)), Qx ( = imag (E (t)), (4)
[0054]Iy (t) = real (E (t_ τ ))，Qy = -1mag (Ε (t_ τ ))，
[0055]其中E是旨在于傳輸的原始信號的E電場，并且τ是可以為零或多個調制符號周期的時間延遲。
[0056]在另一個實施例中，兩個相位共軛光學變體由一個偏振分量、但是在不同時間間隔所攜帶。在這一情況下，信號IH1UH2UHS和1143可以被布置為滿足以下條件:
[0057](I)對于 t = ηΤ, ηΤ+1, ηΤ+2,...，(η+1) T_l,
[0058]Ix (t) = real (E(t)), Qx (t) = imag(E(t)),
[0059]Iy (t) = real (E(t+T)), Qy (t) = imag(E (t+T)), (5)
[0060](2)對于 t = (n+l)T, (n+l)T+l, (n+l)T+2,...，(n+2)T_l,
[0061]Ix (t) = real (E(t-T))，Qx(t) =-1mag (E (t_T))，
[0062]Iy (t) = real (E(t)), Qy (t) =-1mag (E (t))，
[0063]其中n是整數，并且T是可以為例如許多調制符號周期的時間延遲。
[0064]處理器112還可以將導頻符號和/或導頻符號序列添加到信號114、1142、1143和1144中的每個信號。所添加的導頻符號和/或導頻符號序列的一個目的是形成具有良好定義的結構的光學幀。這一結構可以在接收機190處用于從導頻符號/序列中區分出對應于有效載荷數據的光學符號，并且用于保證光學變體之間的相位對準。導頻符號/序列然后可以用于執行以下各項中的一項或多項:(i)時間同步、(ii)信道估計和補償、(iii)頻率估計和補償、以及(iv)相位估計和補償。可能的幀結構和適當的導頻符號/序列的可用描述可以在共同擁有的美國專利申請序列第12/964，929號(于2010年12月10日提交)中找至IJ，其通過引用的方式而整體結合于此。
[0065]系統100具有光學分插復用器(optical add-drop multiplexer,0ADM),被配置為如本領域已知的將信號130添加到經由光學傳送鏈路140傳送的其他光學信號。鏈路140說明性地被示出為具有多個光學放大器144的放大鏈路，多個光學放大器144被配置為放大通過該鏈路傳送的光學信號以例如抵消信號衰減。注意到，不具有光學放大器的光學鏈路也可以可替換地被使用。在傳播鏈路140的預計長度之后，信號130經由另一個光學分插復用器OADM 146從該鏈路中分出，并且被引向接收機190用于處理。注意到，由OADM 146應用到接收機190的光學信號被標記為130'，其表明如下的事實:在發射機110和接收機190之間運送時，信號130可能累積歸因于光纖中的各種線性影響和非線性影響的噪聲和其他信號失真。光纖非線性影響的一種類型是信道內四波混合(intra-channel four-wavemixing, IFWM)，其是對應光學符號的相位和幅度的函數。
[0066]接收機190具有前端電路172，該前端電路172包括光電(0/E)轉換器160、四個模數轉換器(ADC) 166廠1664、以及光學本機振蕩器(OLO) 156。0/E轉換器160具有(i)被標記為S和R的兩個輸入端口以及(ii)被標記為I至4的四個輸出端口。輸入端口 S接收光學信號130'。輸入端口 R接收由光學本機振蕩器156生成的光學參考信號158。參考信號158具有基本上與信號130'相同的光學載波頻率(波長)。參考信號158可以例如使用由波長控制回路(在圖1中未被明確示出)控制的可調諧激光器來生成，該波長控制回路將可調諧激光器的輸出波長強制為近似追蹤信號130'的載波波長。
[0067]0/E轉換器160操作用于混合輸入信號130'和參考信號158以生成八個混合的光學信號(在圖1中未被明確不出)。0/E轉換器160然后將八個混合光學信號轉換成四個電信號162^1624,其指不對應于信號130'的兩個正交偏振分量的復數值。例如，電信號1621和1622可以分別是對應于信號130'的X偏振分量的模擬同相位信號和模擬正交相位信號。電信號1623和1624類似地可以分別是對應于信號130'的Y偏振分量的模擬同相位信號和模擬正交相位信號。
[0068]在一個實施例中，0/E轉換器160是偏振分集的90度光學混合(PD0H)，具有耦合至其八個輸出端口的四個平衡的光檢測器。各種適當的rooH從加利福尼亞費里蒙得的Optoplex公司以及馬里蘭銀泉的CeLight, Inc.中商業可得。關于可以在系統100的各種實施例中用于實現0/E轉換器160的各種0/E轉換器的附加信息被公開在例如美國專利申請公開第2010/0158521和2011/0038631號以及國際專利申請第PCT/US09/37746號(于2009年3月20日提交)，所有均通過引用的方式而整體結合于此。
[0069]由0/E轉換器160生成的電信號162^1624中的每個電信號在400166^1664的對應ADC中被轉換成電子形式。可選地，電信號162^1624中的每個電信號可以在所得的信號被轉換成電子形式之前在對應的放大器(未被明確示出)中被放大。由ADCiee1-We4生成的數字信號168^1684如以下關于圖3進一步描述的由數字信號處理器(DSP)170處理以恢復被應用于接收機110的原始輸入流102的數據。
[0070]圖2示出根據本發明的一個實施例的可以由處理器170 (圖1)所采用以從數字信號168「1684中恢復出數據流102的信號處理方法200的流程圖，其中相位共軛光學變體被攜帶在相同波長信道的兩個正交偏振狀態。
[0071]在方法200的步驟201，數字信號168^1684被處理以構造對應于兩個正交偏振分量的兩個所接收的光學電場，Ex(t)和匕(0。這一處理可以包括以下各項中的一項或多項:(i)時間和頻率同步、(ii)信道估計和補償、以及(iii)相位估計和補償。
[0072]在代表性實施方式中，步驟202的時間同步過程依賴于導頻符號序列的某些屬性以確定每個光學幀的起始。光學幀的已知結構然后可以用于標識如下的時隙，該時隙具有對應于攜帶有效載荷數據的光學符號的數字樣本和/或數字信號部分。步驟202的頻率同步過程執行電子估計和輸入信號130'的載波頻率和參考信號158的頻率(參見圖1)之間的失配的補償。在確定頻率偏移之后，例如通過向每個數字樣本應用等于頻率偏移乘以
2的相位偏移以及幀的起始 與數字樣本的時間位置之間所流逝的時間，頻率失配可以被補償。[0073]步驟203的信道估計/補償過程執行相位和幅度失真的電子估計和補償，該相位和幅度失真是歸因于諸如色度色散和偏振模式色散而由光學傳送鏈路140所強加的。信道估計取決于對應于導頻符號的數字樣本以確定光學傳送鏈路140的信道響應函數H。逆信道響應函數H-1然后被應用至對應于有效載荷數據的數字樣本以執行信道補償。
[0074]在步驟204，例如通過導頻符號的協助來執行相位估計和相位補償，以糾正或補償輸入信號130'和參考信號158 (圖1)的之間緩慢改變的相位偏移。可以用于這一目的的各種方法被公開在例如美國專利申請公開第2008/0152361和2008/0075472號以及美國專利第7，688，918，號，所有均通過引用的方式而整體結合于此。在這一方式下，多個數字電信號被處理以生成表示調制有效載荷符號的復數值的集合。在步驟205，相位共軛光學變體的所恢復的E電場被進一步處理以移除它們之間的相位共軛，其后跟隨著相干求和。相干總和被映射至星座，并且基于所映射的總和，確定由調制有效載荷符號所表示的比特字。對于由公式(4)所描述的發射機實施例，步驟205被配置為如下地獲取旨在于傳輸的原始光學信號:
[0075]E(t) = Ex(t)+Ey(t+τ )* (6)
[0076]在步驟206，旨在于傳輸的所恢復的原始光學信號電場E(t)被重歸一化、解調制以及FEC解碼，以獲取有效載荷數據102。可以使用硬判決(HD)和軟判決(SD)FEC碼兩者。
[0077]圖3示出根據本發明的另一個實施例的由處理器170 (圖1)采用以從數字信號1681-1684中恢復出數據流102的信號處理方法300的流程圖，其中相位共軛光學變體被攜帶在相同波長信道的不同時間間隔處。
[0078]在這一實施例中，步驟301-304與步驟201-204相同。對于由公式(5)所描述的發射機實施例，步驟305被配 置為如以下地獲取旨在于傳輸的原始光學信號:
[0079]E(t) = Ex(t) +Ex(t+T)*，對于 t = nT，...(n+1)T-1 (7)
[0080]E (t) = Ey(t_T)+Ey(t)*，對于 t= (η+1) Τ,...(η+2)Τ_1
[0081]也就是，在它們之間的相位共軛被移除之后，由X偏振中的T個樣本所延遲的相位共軛光學變體的兩個集合被求和，以確定如下的復數值，該復數值表示旨在于傳輸的符號序列的光學版本的光學電場。在y偏振中針對相位共軛光學變體的兩個集合完成相似的求和。
[0082]在步驟206，旨在于傳輸的所恢復的原始光學信號電場E(t)被重歸一化、解調制以及FEC解碼，以獲取有效載荷數據102。
[0083]圖4示出根據本發明的另一個實施例的光學傳送系統400的框圖。系統400具有光學發射機410，其被配置為傳輸在以下各項中的一項或多項相互不同的相位共軛光學變體:時間、空間、偏振、載波波長和在正交頻分復用(OFDM)系統中的子載波頻率。系統400還具有光學接收機490，其被配置為以相較于在沒有使用光學變體的情況下可得到的BER而言減少了 BRE的方式，處理所接收的光學變體以恢復對應的原始數據。發射機410和接收機490經由光學傳送鏈路440相互連接。
[0084]發射機410具有前端電路416，該前端電路416具有L個電光(E/0)轉換器
也參見圖1)，每個E/0轉換器被配置為使用從波長A1-λ ^的指定集合中所選擇的不同的相應載波波長。發射機410進一步具有波長復用器(MUX)420，其被配置為組合分別由E/0轉換器116^116^生成的光學輸出信號418^418^并且將所得的WDM信號430應用至0ADM436，用于將其添加至通過鏈路440傳送的信號。
[0085]E/0轉換器IW1-1ieL中的每個E/0轉換器基于由DSP412所供應的數字信號的對應集合414，生成其相應的光學輸出信號418。每個信號集合414具有類似于數字信號IH1-1H4 (圖1)的四個數字信號。信號集合414-411由DSP412基于輸入數據流402而生成。當E/0轉換器116^116^中的每個E/0轉換器生成兩個相位共軛光學變體時，相位共軛光學變體的總數則是2L。
[0086]在通過鏈路440傳播之后，信號430經由另一個光學分插復用器0ADM446從該鏈路(例如信號430')中分出，并且被引向接收機490用于處理。接收機490具有前端電路472，該前端電路472包括波長解復用器(DEMUX)450和L個前端電路1721-172L (也參見圖1)。波長解復用器(DEMUX)450被配置為將信號430'解復用成其成分WDM分量452^452〃每個分量具有載波波長λ「λ ^中對應的一個載波波長。如以上參照圖1所描述的，前端電路172^17?中的每個前端電路然后處理信號452^45?中對應的一個信號以生成數字信號的集合468^46?中對應的一個集合，具有每個集合包括分別類似于數字信號168^1684(參見圖1)的四個數字信號。
[0087]由前端電路472生成的信號集合AeS1IeSL由DSP470處理以恢復被應用至發射機410的原始輸入流402的數據。
[0088]圖5不出根據本發明的又一個實施例的光學傳送系統500的框圖。系統500具有光學發射機510，其可以被配置為包括相位共軛光學變體的光學變體，這些相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項相互不同:時間、偏振、空間(由多個不同傳播路徑所表示)。系統500還具有光學接收機590，其被配置為以相較于在沒有使用光學變體的情況下可得到的BER而言減少了 BRE的方式，處理所接收的光學變體以恢復對應的原始數據。發射機510和接收機590經由包括 多核光纖540的光學傳送鏈路相互連接，該多個光線540的不同核提供多個傳播路徑。
[0089]發射機510具有電光(E/0)轉換器516，其類似于E/0轉換器116 (圖1)。發射機510進一步具有光學分路器520和光學耦合器526。光學分路器520被配置為將由E/0轉換器516生成的光學輸出信號518分割為J個(衰減的)信號副本522^522:，其中J是多核光纖540中的核的數目。光學耦合器526被配置為將信號522^52?中的每個信號耦合至多核光纖540中對應的核。
[0090]E/0轉換器516被配置為基于由DSP512所供應的四個數字信號的集合514來生成光學輸出信號518。集合514的四個信號可以分別類似于數字信號IH1-1H4 (參見圖1)。信號集合514由DSP512基于輸入數據流502而生成。
[0091]在一個配置中，在DSP512中實施的處理通常類似于方法200 (圖2)。然而，注意，光學分路器520和光學耦合器526操作用于以因數J來增加每比特字的光學變體的數目。因此，如果信號518具有每比特字nl個光學變體，則在這一配置中由發射機510所生成的輸出信號530包含每比特字n2 (=JXn1)個光學變體。
[0092]在通過多核光纖540傳播之后，信號530被應用至(如信號53(V )接收機590用于處理。接收機590具有光學耦合器546和前端電路572，該前端電路572包括J個前端電路172^172:(也參見圖1)。光學耦合器546被配置為將來自多核光纖540中的每個核的光線引導至前端電路172^172:中對應的一個前端電路。如以上參照圖1所描述的，前端電路1721-171中的每個前端電路然后處理從光學耦合器546所接收的信號，以生成集合568r568j中對應的一個集合，每個集合分別具有類似于數字信號168^1684(參見圖1)的四個數字信號。在一個實施例中，在接收機590中的前端電路172^172:共享單個共有0L0156(參見圖1)。
[0093]由前端電路572生成的信號集合568^56?由DSP570處理以恢復被應用至發射機510的原始輸入流502的數據。
[0094]圖6不出根據本發明的一個實施例的可以由處理器470 (圖4)或570 (圖5)米用以從數字信號AeS1IeSL和568^5684中恢復數據流102的信號處理方法600的流程圖，其中相位共軛光學變體由波長信道或由不同空間路徑所攜帶。
[0095]步驟601-604類似于步驟201-204，但是處理由至少兩個前端所接收的E電場。對于由公式(4)所描述的發射機實施例，步驟605被配置為如以下地獲取旨在于傳輸的原始光學信號:
[0096]E (t) = Elx (t) +Ely (t+ τ ) *+E2x (t) +E2y (t+ τ ) *， (8)
[0097]其中Elx(t)和Ely (t)是針對前端172i的所恢復E電場，并且E2x⑴和E2y(t)是針對前端1722的所恢復E電場。首先，在它們之間的相位共軛被移除之后，由被正交地偏振并且由第一光學信道攜帶的τ個樣本所延遲的相位共軛光學變體的兩個集合被求和，以獲取求和的值的第一集合。然后，在它們之間的相位共軛被移除之后，由被正交地偏振并且由第二信道攜帶的τ個樣本所延遲的相位共軛光學變體的另一兩個集合被求和，以獲取求和的值的第二集合。最后，將求和的值的兩個集合相加以確定如下的復數值，該復數值表示旨在于傳輸的符號序列的光學版本的光學電場。
[0098]在步驟606，所恢復的原始光學信號電場E (t)被重歸一化、解調制以及FEC解碼，以獲取有效載荷數據102。
[0099]盡管這一發明已經參照說明性實施例進行描述，這一描述并非旨在被認為是限制的意義。
[0100]盡管相位共軛光學變體已經通過公示(I)和(2)在時域中被定義，相位共軛還可以在頻率中實現。作為示例，當第二 OFDM符號的調制子載波是第一 OFDM符號的調制子載波的復數共軛時，兩個OFDM符號可以是相位共軛光學變體。實際上，頻域相位共軛可以被視為時域相位共軛加上時間反轉。
[0101]盡管系統500 (圖5)已經參照多核光纖540進行描述，其可以被適配用于與多模光纖一起使用，其中多模光纖的不同導模提供光學變體的生成和傳輸的空間自由度。可以在這樣的系統中結合多模光纖使用的代表性光學耦合器被公開在例如美國專利申請公開第2010/0329670和2010/0329671號以及于2011年I月7號提交的美國專利申請序列第12/986，468號和于2010年6月30號提交的美國專利申請序列第12/827，284號，所有均通過引用的方式而整體結合于此。
[0102]在一個實施例中，多核光纖540的不同核可以被配置為同時傳輸對應于不同比特字的光學變體。然而，可能有益的是，配置多核光纖540以便于在任何時間它的核中的至少兩個核傳輸對應于相同比特字的光學變體。
[0103]此外，系統500可以以相對簡單直接的方式進行修改以使用在以下各項中的一項或多項中相互不同的光學變體:時間、偏振、載波波長和空間。在一個實施例中，這一的修改可以通過以下各項來完成:(i)由前端電路416替換E/Ο轉換器516，(ii)由前端電路472的對應實例來替換前端電路172^172:中的每個前端電路，以及(iii)適當地重配置DSP512和570 (參見圖4和圖5)。
[0104]在方法200、300和600的各種可替換的實施例中，某些處理步驟的順序可以被修改以不同于分別在圖2、3和6中所指示的順序。
[0105]本發明的所描述的實施例以及其他實施例的各種修改(其對于本發明所屬領域的技術人員而言是明顯的)被視為落在所附權利要求所表達的本發明的原理和范圍內。
[0106]除非被明確地聲明，否則任何數值和范圍可以被理解為是近似的，如同詞語“大約”或“近似”位于該值或范圍的值之前。
[0107]將進一步理解的是，細節、材料和部件的布置中的各種改變(其已經被描述和圖示以便于解釋本發明的本質)可以由本領域技術人員做出而不偏離所附權利要求所表達的本發明的原理和范圍。
[0108]在權利要求中的附圖數字和/或附圖標號的使用旨在標識所要求的主題的一個或多個可能的實施例，以便于促進權利要求的解讀。這樣的使用不被認為必要地將這些權利要求限制為對應的附圖所示出的實施例。
[0109]盡管以下方法權利要求中的要素(如果有的話)利用對應的標記以特定序列來記載，除非權利要求的記 載意味著用于實施這些要素的一些或所有要素的特定序列，否則這些要素不必要旨在限制于以該特定序列進行實施。
[0110]本文中對“一個實施例”或“實施例”的引用意思是結合該實施例所描述的特定特征、結構或特性可以被包括在本發明的至少一個實施例中。在說明書中各個地方中的短語“在一個實施例中”的出現并非必要地全部指代相同實施例，而是其他實施例的必要地相互排他的單獨或可替換實施例。同樣的含義應用于術語“實施方式”。
[0111]而且，出于這一描述的目的，術語“耦合”、“耦合的”、“被耦合”、“連接”、“連接的”或“被連接”指代本領域中已知的或以后被開發的任何方式，在該方式中能量被允許在兩個或更多元件之間傳送，并且一個或多個附加元件的介入是可以想到的，盡管并不要求。相反地，術語“直接耦合的”、“直接連接的”等暗示這樣的附加元件的不存在。
[0112]本發明可以在其他特點裝置和/或方法中被實現。所描述的實施例從所有方面來看可以被認為僅是說明性并且不是限制性的。特別地，本發明的范圍由所附權利要求書而不是本文中的描述和附圖所指示。在權利要求的等同體的意義和范圍內得到的所有改變處于它們的范圍內。
[0113]本領域普通技術人員將容易地認識到各種以上所描述的方法的步驟可以通過編程計算機來執行。在本文中，一些實施例旨在涵蓋程序存儲設備，例如數字數據存儲介質，其是機器或計算機可讀的并且編碼指令的機器可執行或計算機可執行程序，其中所述指令執行本文中所描述的方法的步驟中的一些或所有步驟。程序存儲設備可以是例如數字存儲器、磁性存儲介質(諸如磁盤或磁帶)、硬盤驅動或光學可讀數字數據存儲介質。實施例還旨在涵蓋被編程用于執行本文中所描述的方法的所述步驟的計算機。
[0114]描述和附圖僅說明本發明的原理。因此，將認識到，本領域普通技術人員將能夠想出各種布置(盡管在本文中未被明確地描述或示出)來體現本發明的原理并且被包括在其精神和范圍內。此外，本文中所記載的所有示例在原理上表達性地旨在僅出于教導意義的目的來協助讀者理解促進本領域的本發明的原理和(多個)發明人所貢獻的概念，并且被認為沒有對于這樣專門記載的示例和條件的限制。另外，本文中記載原理、方面和本發明的實施例及其特定示例的所有陳述旨在涵蓋其等同體。
[0115]附圖中示出的各種元件的功能，包括被標記為“處理器”的任何功能性框，可以通過專用硬件以及能夠結合適當軟件來執行軟件的硬件的使用來提供。當由處理器來提供時，這些功能可以由單個專用處理器、由單個共享處理器或者由多個單獨的處理器(其中一些可以是共享的)來提供。另外，術語“處理器”或“控制器”的明確使用不應當被認為排他性地指代能夠執行軟件的硬件，并且可以隱含地包括但不限于數字信號處理器(DSP)硬件、網絡處理器、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、用于存儲軟件的只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)和非易失性存儲器。其他硬件，常規的或自定義的，也可以被包括。類似地，附圖中示出的任何開關僅是概念性的。它們的功能可以通過程序邏輯、通過專用邏輯、通過程序控制和專用邏輯的交互來執行或者甚至人工地執行，根據上下文將更具體地理解由實施者可選擇的特定技術。
[0116]本領域普通技術人員將認識到，本文中的任何框圖表示體現本發明的原理的說明性電路系統的概念性視圖。類似地，將認識到，任何流程表、流程圖、狀態轉變圖、偽代碼等表示各種過程，這些過程可以基本上被表示在計算機可讀介質中并且因此由計算機或處理器來執行，無論這樣的計算機或處理器是否被明確地示出。
【權利要求】
1.一種包括光學接收機的裝置，所述光學接收機包括: 前端電路，被配置為將攜帶相同調制有效載荷符號的至少兩個相位共軛光學變體轉換為對應的多個數字電信號；以及處理器，被配置為: 處理所述多個數字電信號以生成表示所述相同調制有效載荷符號的復數值的集合； 對所述集合的所述復數值求和以生成求和的復數值； 將所述求和的復數值映射到星座上；以及 基于所映射的求和的復數值來確定由所述相同調制有效載荷符號表示的比特字。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少兩個相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項中相互不同:偏振、在所述光學接收機處的到達時間、空間位置、光學載波波長以及子載波頻率。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少兩個相位共軛光學變體是時域中的復數共軛。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少兩個相位共軛光學變體是頻域中的復數共軛。
5.根據權利要求1 所述的裝置，其中所述至少兩個相位共軛光學變體中的一個光學變體包括用于傳輸的符號的光學版本。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少兩個相位共軛光學變體中的另一個光學變體包括具有恒定相位旋轉的、用于傳輸的所述符號的所述光學版本的復數共軛版本。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中所述處理器被配置為: 撤銷所述至少兩個相位共軛光學變體的相位共軛，以及 生成表示旨在于傳輸的所述符號的至少兩個復數值。
8.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括: 偏振分集發射機，用于生成至少兩個正交偏振的相位共軛光學變體。
9.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括: 光學發射機，被配置為響應于輸入有效載荷數據流的符號來生成至少兩個相位共軛光學變體的第二集合，所述第二集合的所述至少兩個相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項中相互不同:偏振、傳輸的時間、空間位置、光學載波波長以及子載波頻率。
10.一種光學通信的方法，包括: 在光學接收機處將攜帶相同調制有效載荷符號的至少兩個相位共軛光學變體轉換為對應的多個數字電信號； 處理所述多個數字電信號以生成表示所述相同調制有效載荷符號的復數值的集合； 對所述集合的所述復數值求和以生成求和的復數值； 將所述求和的復數值映射到星座上；以及 基于所映射的求和的復數值來確定由所述相同調制有效載荷符號表示的比特字。
11.一種包括光學發射機的裝置，所述光學發射機被配置為響應于輸入有效載荷數據流的符號來生成至少兩個相位共軛光學變體，所述至少兩個相位共軛光學變體在以下各項中的一項或多項中相互不同:偏振、傳輸的時間、空間位置、光學載波波長以及子載波頻率。
【文檔編號】H04B10/61GK103907294SQ201280044717
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年9月12日 優先權日:2011年9月16日
【發明者】劉翔, A·R·克拉皮里維, R·W·塔克, P·J·溫澤爾 申請人:阿爾卡特朗訊