用于光發射機的頻率均衡的制作方法
【專利摘要】被配置為執行數字信號均衡的光發射機指向緩解該發射機的光I-Q調制器中的頻率衰減的有害效應。在各種實施例中，被用于該數字信號均衡的依賴于頻率的譜校正函數能夠被構造為，使得由該發射機生成的經調制的光信號的譜在光載波頻率的附近具有所期望的平坦度，和/或至少部分地是該光I-Q調制器中的頻率衰減的鏡像。
【專利說明】用于光發射機的頻率均衡
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光通信裝備，并且更具體地但是非排他地涉及用于光發射機的頻率均衡。
【背景技術】
[0002]這一節介紹可能幫助促進對本發明的更好理解的各方面。因此，這一節的陳述將從這個角度來閱讀并且不被理解為是關于什么在現有技術中或者什么不在現有技術中的承認。
[0003]光發射機是現今的通信基礎設施內的關鍵元件。在光發射機的發展中的一個持續趨勢是朝向更高的數據傳輸率。然而，使用相對高的數據傳輸率趨向于將如下的性能懲罰加劇到顯著的程度，該性能懲罰由光發射機的某些構成組件的非最優頻率特性所引起。
【發明內容】
[0004]本文所公開的是一種被配置為執行數字信號均衡的光發射機的各種實施例，該數字信號均衡指向緩解該發射機的光1-Q調制器中的頻率衰減的有害效應。在各種實施例中，被用于該數字信號均衡的依賴于頻率的譜校正函數能夠被構造為，使得由該發射機生成的經調制的光信號的譜在光載波頻率的附近具有所期望的平坦度，和/或至少部分地是該光1-Q調制器中的頻率衰減的鏡像。
[0005]根據一個實施例，提供了一種裝置，該裝置包括:前端電路，被配置為將一個或多個電數字信號轉換為具有第一載波頻率和調制符號率的經調制的光信號；以及數字信號處理器，被配置為基于輸入數據流并且按照使得經調制的光信號具有如下譜的方式使用依賴于頻率的譜校正函數來生成所述一個或多個數字信號，該譜在跨位于第一載波頻率的中心的譜范圍上的強度變化不大于大約3dB并且具有大約調制符號率的寬度。
[0006]在上面的裝置的一些實施例中，該數字信號處理器被配置為以如下的方式來生成所述一個或多個數字信號，該方式是使得經調制的光信號的譜在跨所述譜范圍上具有不大于大約2dB或者不大于大約0.5dB的強度變化。
[0007]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，該數字信號處理器被配置為:將星座映射應用至與輸入數據流相對應的第一數據流，以生成第一星座符號流；以及將依賴于頻率的譜校正應用至第一星座符號流，以生成第一數字信號和第二數字信號，其中:第一數字信號具有表示第一星座符號流中的星座符號的同相分量的數字值；并且第二數字信號具有表示第一星座符號流中的星座符號的正交分量的數字值。
[0008]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，該數字信號處理器進一步被配置為:將第一星座符號流劃分為多個分段；將離散傅里葉變換應用至所述分段，以生成對應的多個離散譜；利用依賴于頻率的譜校正函數來卷積所述離散譜，以生成對應的多個經校正的離散譜；將逆離散傅里葉變換應用至所述經校正的離散譜，以生成對應的多個經校正的星座符號的序列；以及將交疊與相加處理應用至所述多個序列，以生成第一數字信號和第二數字信號。
[0009]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，為了將交疊與相加處理應用至所述多個序列，該數字信號處理器被配置為:將這些序列截短以移除它們之間的時間交疊；以及連結產生的經截短的序列以生成第一數字信號和第二數字信號。
[0010]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，該數字信號處理器進一步被配置為:將星座映射應用至與輸入數據流相對應的第二數據流，以生成第二星座符號流；將依賴于頻率的譜校正應用至第二星座符號流，以生成第三數字信號和第四數字信號，其中:第三數字信號具有表示第二星座符號流中的星座符號的同相分量的數字值；并且第四數字信號具有表示第二星座符號流中的星座符號的正交分量的數字值；并且該前端電路被配置為:將第一數字信號和第二數字信號轉換為經調制的光信號的第一偏振分量；以及將第三數字信號和第四數字信號轉換為經調制的光信號的與第一偏振分量正交的第二偏振分量。
[0011]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，依賴于頻率的譜校正函數的平方絕對值由具有第一斜率的第一線段和具有與第一斜率不同的第二斜率的第二線段來表示，所述第一線段和所述第二線段在小于調制符號率的大約四分之一的頻率處相互連接。
[0012]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，所述第一線段和所述第二線段相互連接的頻率小于大約6GHZ。
[0013]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，依賴于頻率的譜校正函數進一步由連接至第二線段的第三線段來表示，所述第三線段具有與第一斜率和第二斜率不同的第三斜率。
[0014]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，第三斜率基本上為零。
[0015]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，第三斜率具有與第一斜率基本相同的絕對值，但是相反的符號。
[0016]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，第一線段位于比第二線段低的頻率處；并且第一斜率大于第二斜率。
[0017]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，該前端電路包括具有依賴于頻率的信號傳送特性的馬赫-曾德爾調制器；并且依賴于頻率的譜校正函數基于所述依賴于頻率的信號傳送特性。
[0018]在上面的裝置中的任何一個裝置的一些實施例中，該前端電路進一步被配置為將該一個或多個數字信號轉換為具有與第一載波頻率不同的第二載波頻率的第二經調制的光信號；并且依賴于頻率的譜校正函數進一步包括附加的成分，以基于升余弦濾波來執行脈沖整形。
[0019]根據另一實施例，提供了一種裝置，該裝置包括:前端電路，被配置為將一個或多個電數字信號轉換為具有調制符號率的經調制的光信號；以及數字信號處理器，被配置為基于輸入數據流并且使用依賴于頻率的譜校正函數來生成所述一個或多個數字信號，該依賴于頻率的譜校正函數的平方絕對值由具有第一斜率的第一線段和具有與第一斜率不同的第二斜率的第二線段來表示，所述第一線段和所述第二線段在小于調制符號率的大約一半的頻率處相互連接。
[0020]根據又另一實施例，提供了一種生成經調制的光信號的方法，該方法包括步驟:使用一個調制符號率，將一個或多個電數字信號轉換為經調制的光信號；以及基于輸入數據流并且使用依賴于頻率的譜校正函數來生成所述一個或多個電數字信號，該依賴于頻率的譜校正函數的平方絕對值由具有第一斜率的第一線段和具有與第一斜率不同的第二斜率的第二線段來表示，所述第一線段和第二線段在小于調制符號率的大約一半的頻率處相互連接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]通過示例的方式，從以下的詳細描述和附圖，本發明的各種實施例的其他方面、特征、以及益處將變得更完全地明顯，在附圖中:
[0022]圖1示出了根據本公開內容的一個實施例的光發射機的框圖；
[0023]圖2A-2B圖形地圖示了圖1中所示出的光發射機的代表性實施例的某些頻率特性；
[0024]圖3A-3B示出了根據本公開內容的一個實施例的能夠在圖1中所示出的發射機中使用的數字信號處理器的框圖；
[0025]圖4A-4B圖形地示出了能夠在圖3中所示出的數字信號處理器中使用的譜校正函數的兩個代表性示例；以及
[0026]圖5A-5B圖形地示出了由圖1中所示出的發射機在其不同配置中所生成的光輸出信號的實驗測量的光譜。
【具體實施方式】
[0027]圖1不出了根據本公開內容的一個實施例的光發射機100的框圖。發射機100被配置為⑴使用星座符號來調制光，并且(ii)將產生的經調制的光輸出信號130應用至光運輸鏈路以用于傳輸給遠程光接收機(未明確示出在圖1中)。發射機100和該遠程接收機兩者分別依賴于在生成信號130和解碼在光運輸鏈路的遠端處的對應接收光信號的過程中的相同的所選擇的星座(諸如正交幅度調制(QAM)星座或者正交相移鍵控(QPSK)星座)。
[0028]發射機100接收有效載荷數據的數字(電)輸入流102并且將它應用至數字信號處理器(DSP) 112。DSP 112處理輸入流102以生成電數字信號111-1144。這樣的處理可以包括但不限于前向糾錯(FEC)編碼、星座映射、以及例如按照下面參考圖3進一步描述的而實施的數字頻率均衡。在每個信令間隔(也稱為與光符號相對應的時隙或者符號時段)中，信號111和114 2攜帶了分別表示被意圖用于使用X偏振光的傳輸的對應星座點(符號)的同相⑴分量和正交(Q)分量的數字值。信號1143和114 4類似地攜帶了分別表示被意圖用于使用Y偏振光的傳輸的對應星座點的I分量和Q分量的數字值，其中Y偏振近似正交于X偏振。
[0029]發射機100的電光(E/Ο)轉換器(有時也稱為前端電路)116將數字信號IH1-1H4變換為經調制的光輸出信號130。更具體地，數模轉換器(DAC) 118jP 118 2分別將數字信號114jP 114 2變換為模擬形式以生成驅動信號I jP Q Xo驅動信號IjP Qx然后以常規方式被使用，以驅動1-Q調制器124x。基于驅動信號込和Q x，1-Q調制器124x調制由激光源120供應的光的X偏振的光束122x，由此生成經調制的光信號126x。
[0030]DAC 1183和118 4類似地分別將數字信號114 3和114 4變換為模擬形式以生成驅動信號Iy和Q γ。基于驅動信號Iy和Q γ，1-Q調制器124γ調制由激光源120供應的光的Y偏振的光束122γ，由此生成經調制的光信號126γ。
[0031]偏振光束組合器128組合經調制的光信號126#Ρ 126 γ，以生成光輸出信號130。
[0032]圖2Α和2Β圖形地圖示了發射機100的代表性實施例的某些頻率特性。更具體地，圖2Α和2Β中所示出的曲線圖對應于發射機100的如下實施例，在該實施例中，使用相應的馬赫-曾德爾調制器來實施1-Q調制器1240Ρ 124 γ中的每一個。圖2Α圖形地示出了 1-Q調制器124的頻率響應(信號傳送函數)。圖2Β圖形地示出了光輸出信號130的與圖2Α中所示出的頻率響應相對應的代表性的譜。
[0033]首先參考圖2Α，曲線202和204分別圖形地示出了 1-Q調制器124的與被配置為接收驅動信號I和Q的輸入端口相對應的頻率響應。如在圖2Α中能夠看到的，這兩個頻率響應彼此是類似的，并且如由圖2Α中的兩條直線所指示的，能夠很好地使用兩個線性函數來近似。更具體地，這兩個線性函數中的第一線性函數在小于大約6GHz的頻率處近似于1-Q調制器124的頻率響應。這兩個線性函數中的第二線性函數在大約6GHz與30GHz之間的頻率處近似于1-Q調制器124的頻率響應。注意，第一線性函數的斜率顯著地比第二線性函數的斜率更加陡峭。
[0034]圖2B中所示出的譜對應于光載波頻率&并且表示發射機100的單個WDM信道。該譜具有標記為206、208和210的三個頻帶。頻帶208位于頻率f^B與&+B之間的譜區域中，其中B是在發射機100中使用的調制符號率。頻帶206和210是在頻帶208兩側的調制邊帶。在一個實施例中，發射機100可以包含帶通濾波器(未明確示出在圖1中)，該帶通濾波器被配置為從信號130中移除邊帶206和210，例如，以減少在譜上鄰近的WDM信道(如果有的話)之間的串擾。
[0035]注意，頻帶208具有位于頻率&附近的譜峰212。峰212是1-Q調制器124如圖2A中所指示的在相對低的頻率(例如，在大約6GHz以下)處所展現的相對陡峭的頻率衰減(roll-off)的表現。基于《IEEE微波理論和技術學報》的1994年第42卷第12期 2650-2656 頁 G.K.Gopalakrishnan 的“Performance and Modeling of ResonantlyEnhanced LiNbO3Modulators for Low-Loss Analog Fiber-Optic Links”中所報告的結果，峰212可以部分地歸因于馬赫-曾德爾調制器中的終端與行波電極之間的阻抗失配。這篇論文的教導通過引用以它們的整體并入本文中。因為許多不同類型的光調制器以類似的失配為特征，所以它們的頻率響應可能具有與峰212相類似的峰。盡管這些峰的形狀和頻率寬度可能從調制器到調制器而變化，但是本領域的技術人員將意識到，下面所公開的譜校正函數能夠以相對簡單明了的方式被適配為對應于具體實際的頻率響應。
[0036]能夠被示出的是，譜峰212在信號130的譜中的存在對發射機100的性能是有害的，例如，因為它施加了歸因于信號130中的有效光信噪比(OSNR)的惡化的BER(誤比特率)懲罰。
[0037]本文所公開的一些實施例指向減少一般由1-Q調制器124或者其功能等價物的傳送函數中的上面所描述的頻率衰減(并且更特別地，是由位于相對低頻率處的頻率衰減的相對陡峭部分)所引起的BER懲罰。
[0038]圖3A-3B示出了能夠用來實施根據本公開內容的一個實施例的DSP 112(圖1)的DSP 300的框圖。更具體地，圖3A示出了 DSP 300的總體框圖。圖3B示出了在DSP 300中使用的數字均衡(DEQ)模塊340的框圖。
[0039]當使用在發射機100中時，DSP 300被配置為如圖3A(也參見圖1)中所指示的那樣接收有效載荷數據流102并且生成數字信號111-1144。DSP 300具有解復用器310，解復用器310將流102解復用以生成數據流312jP 312 2。FEC編碼器320然后如本領域中已知的那樣向數據流312jP 312 2添加冗余，由此將它們分別變換為經FEC編碼的數據流322 i和 322”
[0040]DSP 300進一步具有星座映射模塊330#P 330 γ，星座映射模塊330#Ρ 330 γ分別被配置為處理經FEC編碼的數據流322jP 322 2。使用操作的(例如，QAM或QP SK)星座，星座映射模塊330x將經FEC編碼的數據流322 /變換為對應的星座符號流，其中每個星座符號由復值來表示。在每個時隙中，由星座映射模塊330)(生成的數字信號332 jP 332 2分別攜帶對應復值的實部和虛部。星座映射模塊330γ類似地將經FEC編碼的數據流322 2變換為對應的星座符號流，其中每個星座符號由復值來表示。在每個時隙中，由星座映射模塊330γ生成的數字信號3323和332 4分別攜帶對應復值的實部和虛部。
[0041 ] DSP 300進一步具有DEQ模塊340#Ρ 340 Y，DEQ模塊340#Ρ 340 γ被配置為將數字信號3321-3324變換為數字信號114廠1144。更具體地，DEQ模塊340χ對數字信號332廠3322應用數字均衡處理，由此生成數字信號114廠1142。DEQ模塊340γ類似地對數字信號332 3_3324應用數字均衡處理，由此生成數字信號1143-1144。下面參考圖3Β來進一步描述在DEQ模塊340#Ρ 340 γ中的每個DEQ模塊中執行的示例性數字均衡處理。
[0042]現在參考圖3B，DEQ模塊340具有離散傅里葉變換(DFT)子模塊342，離散傅里葉變換子模塊342被配置為以逐分段的方式對如下的復值序列應用復數離散傅里葉變換，該復值序列經由數字信號332JP 332 i+1 (其中i = I或3)從星座映射模塊33O0P 330 γ中對應的一個星座映射模塊而被接收。更具體地，DEQ模塊340首先將所接收的序列劃分為連續的分段Dk(其中k是從一個分段到下一個分段而遞增一的整數索引)并且然后依次地對每個分段Dk應用復數離散傅里葉變換。在一種代表性配置中，每個分段D k可以包括例如從128到1024個復值。這個離散傅里葉變換的結果是復數離散譜Sk(f)。本領域的技術人員將意識到，在DFT子模塊342的輸入處使用更長的分段Dk—般導致對于譜Sk(f)而言的更高譜分辨率，但是要求更大的計算能力來執行傅里葉變換。因此，分段Dk的大小能夠被選擇為在所期望的譜分辨率與所要求的計算能力之間達到可接受的折中。
[0043]DEQ模塊340進一步具有卷積子模塊346，卷積子模塊346從DFT子模塊342接收譜Sk(f)并且以(用)離散譜校正函數Hdeq (f)來乘以(或者卷積)所接收的譜。在一種配置中，譜校正函數Hdeq(f)可以包括實值。譜校正函數HDEQ(f)的譜形狀被選擇，例如，以便于(i)減少圖2A中所示出的頻率衰減的有害效應，以及(ii)應用適當的帶通濾波以減少信號130中的鄰近WDM信道(如果有的話)之間的串擾。由卷積子模塊346執行的乘法(或卷積)的結果是經校正的復數離散譜S’k(f)。下面參考圖4A和4B來更詳細地描述譜校正函數Hdeq (f)的代表性示例。
[0044]逆DFT子模塊350從卷積子模塊346接收經校正的復數離散譜S’ k(f)并且對它應用復數逆離散傅里葉變換。這個逆離散傅里葉變換的結果是復值序列或者經校正的星座符號Ck。歸因于在卷積子模塊346中執行的譜濾波，每個序列Ck一般比對應的分段Dk長(例如，具有更多的復值)，這引起了兩個連續的序列Ck(例如，Ck(l和Ck(l+1)中的每個序列在時間上相互交疊。交疊與相加子模塊354適當地截短每個序列Ck以移除該時間交疊，并且然后連結產生的經截短的序列以生成數字信號11<和114i+1，其中i = I或3。數字信號IHi攜帶經截短的序列的復值的實部，并且數字信號114 i+1攜帶經截短的序列的復值的虛部。
[0045]在一個實施例中，DEQ模塊340還能夠被配置為除了上面所描述的譜校正之外還執行某些形式的數字脈沖整形。例如，DEQ模塊340能夠被配置為另外地執行升余弦脈沖整形。例如，在美國專利號N0.7,903, 772和美國專利申請
【發明者】A·克拉普利維, C·塞蘇瑪哈萬, P·J·溫澤爾, 劉翔 申請人:阿爾卡特朗訊