專利名稱：在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字相干光接收機(jī)，具體地，本發(fā)明涉及數(shù)字相干光接 收機(jī)中的頻差監(jiān)測裝置和方法。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制-直接監(jiān)測或相位調(diào)制-延遲干涉監(jiān)測技術(shù)相比，相 干光通信技術(shù)可以容忍更低的光信噪比，可采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)補(bǔ)償 線性損傷，可以實(shí)現(xiàn)更高的頻譜利用率。相干光通信技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)滿 足了下一代光通信網(wǎng)對(duì)更高單波長速率和更高頻譜效率的需求，因而引 起了人們極大的興趣。
在相干光接收機(jī)中，信號(hào)光與本地激光器產(chǎn)生的本振光進(jìn)行混頻， 然后經(jīng)光電變換便得到了可反映信號(hào)光電場包絡(luò)的基帶電信號(hào)。對(duì)該基 帶電信號(hào)進(jìn)行采樣量化和數(shù)字信號(hào)處理最終可恢復(fù)出原始發(fā)送信號(hào)。在 實(shí)際應(yīng)用中，無法保證發(fā)射機(jī)中激光器的頻率與接收機(jī)中激光器的頻率 完全一致，因而基帶電信號(hào)存在非零中頻，即頻差。目前，商用激光器
的標(biāo)稱發(fā)射頻率誤差達(dá)到i2.5GHz，在這樣情況下，實(shí)際系統(tǒng)中頻差可能 高達(dá)士5GHz。因此，必須對(duì)相干光接收機(jī)中的頻差進(jìn)行監(jiān)測(監(jiān)測范圍 至少達(dá)到士5GHz)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行控制或補(bǔ)償。另一方面，光通信系統(tǒng)以 很高的信號(hào)速率連續(xù)工作，從而要求頻差監(jiān)測方法復(fù)雜度低、精度高。
圖1示出了已知的相干光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，90度光混頻 器103將接收到的光信號(hào)101與本振激光器104輸出的連續(xù)光102混合 后輸出給平衡光電探測器105與106。平衡光電探測器105和106將光信 號(hào)分別轉(zhuǎn)換成了基帶電信號(hào)的同相分量和正交分量。然后，這兩路基帶 電信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器107和108的采樣和量化得到了離散的數(shù)字基帶 復(fù)信號(hào)109 (有時(shí)也可稱為復(fù)信號(hào)離散序列、復(fù)信號(hào)序列或復(fù)信號(hào)采樣序列)。本振激光器104、平衡光電探測器105與106、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器107 和108構(gòu)成了數(shù)字相干光接收機(jī)的前端處理部。電均衡器110對(duì)復(fù)信號(hào) 序列109進(jìn)行均衡濾波以補(bǔ)償線性傳輸損傷，其輸出的信號(hào)111中的色 散得到了近似完全的補(bǔ)償。后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理模塊116對(duì)信號(hào)111進(jìn)行 載波相位恢復(fù)、差分解碼等處理后就能恢復(fù)出所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)117。由于載 波與本振激光之間存在頻差，所以將復(fù)信號(hào)109分出一路至頻差監(jiān)測裝 置112用于監(jiān)測頻差。如果希望避免色散等損傷對(duì)頻差監(jiān)測的影響，也 可以從均衡器輸出的信號(hào)111分出一路作為頻差監(jiān)測器的輸入。頻差監(jiān) 測裝置112對(duì)信號(hào)109 (或信號(hào)111)進(jìn)行相應(yīng)處理得到監(jiān)測信號(hào)113， 并將其用于頻差控制。頻差控制有兩種工作方式。第一種方式是反饋控 制方式，頻差監(jiān)測器112將監(jiān)測信號(hào)113輸出至本振控制器114,本振控 制器114將頻差監(jiān)測信號(hào)113轉(zhuǎn)換為本振頻率控制信號(hào)115，從而將本振 激光器的輸出頻率調(diào)諧到與信號(hào)載頻一致。另一種方式是前饋補(bǔ)償方式， 頻差監(jiān)測裝置112將監(jiān)測信號(hào)113輸出給數(shù)字信號(hào)處理模塊116，數(shù)字信 號(hào)處理模塊116根據(jù)頻差監(jiān)測信號(hào)113在數(shù)字域中對(duì)信號(hào)111中的頻差進(jìn) 行補(bǔ)償。
圖2給出了一種由Andreas Leven等提出的頻差監(jiān)測裝置 ("Frequency Estimation in Intradyne Reception" ， IEEE Photonics Technology Letters, Volume: 19， No. 6， March 15, page 366-368)。進(jìn)入頻 差監(jiān)測器112的復(fù)信號(hào)109(或lll)被分成兩路，一路連接到寄存器201， 另一路連接至乘法器204。寄存器201和取復(fù)共軛器202對(duì)復(fù)信號(hào)109(或 111)進(jìn)行延時(shí)、共軛處理得到信號(hào)203，并將其輸出至乘法器204的另 一個(gè)輸入端。乘法器204將復(fù)信號(hào)109 (或lll)與信號(hào)203相乘，將結(jié) 果輸出給4次方器205。這個(gè)過程去除了信號(hào)相位噪聲對(duì)頻差監(jiān)測的影響。 QPSK調(diào)制信號(hào)可能的相位取值為士兀/4、 士3tc/4，那么204輸出信號(hào)的調(diào) 制信息的可能取值為0、士7t、 ±3兀/4，通過4次方器后調(diào)制信息便 被去除，不過同時(shí)頻差也變?yōu)榱?倍。求和器206的作用相當(dāng)于平均器， 可以減小加性噪聲對(duì)頻差監(jiān)測的影響。最后，由取l/4輻交器207對(duì)求和 器206的輸出進(jìn)行取1/4輻角操作并輸出頻差監(jiān)測信號(hào)113。該監(jiān)測信號(hào)為頻差在一個(gè)采樣周期內(nèi)引起的信號(hào)相位增量。
上述方法存在兩個(gè)問題。首先，因?yàn)槿?/4輻角器的輸出范圍是[-兀/4， +tc/4]，導(dǎo)致該方法所能監(jiān)測的頻差范圍是[-Rs/8， +Rs/8]，其中Rs為符 號(hào)速率。目前光傳輸中可實(shí)現(xiàn)的最高的符號(hào)速率為20G符號(hào)/秒 (symbol/second)。以這樣的系統(tǒng)為例，該方法可估計(jì)的頻差范圍也只 有[-2.5GHz，十2.5GHz]，僅為所需要監(jiān)測范圍[-5GHz， 5GHz]的一半。其 次，該方法中既包含了復(fù)數(shù)的乘法運(yùn)算又包含了復(fù)數(shù)的4次方運(yùn)算，這 樣的運(yùn)算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)實(shí)數(shù)的加減或邏輯運(yùn)算。以目前的數(shù)字信號(hào) 處理技術(shù)而言，對(duì)光傳輸系統(tǒng)中速率高達(dá)10Gsymbol/second或 20Gsymbol/second的符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算復(fù)雜度如此高的處理幾乎是不現(xiàn)實(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問題提出。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種在 光相干接收機(jī)中使用的頻差估計(jì)方法和裝置。該方法和裝置可以對(duì)實(shí)際 系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的頻差實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而準(zhǔn)確的估計(jì)；并且該方法和裝置中不 包含任何復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，大大降低了算法復(fù)雜度。理論上該方法能夠?qū)?現(xiàn)任意大頻差的穩(wěn)定而準(zhǔn)確的監(jiān)測。另外，還可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù) 符號(hào)率和需要的頻差監(jiān)測范圍來簡化本頻差監(jiān)測裝置，從而進(jìn)一步降低 處理復(fù)雜度。
為此，本申請?zhí)峁┝艘韵掳l(fā)明。
發(fā)明1、 一種在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝置，所述數(shù) 字相干光接收機(jī)包括前端處理部，所述前端處理部用于產(chǎn)生數(shù)字基帶 電信號(hào)；均衡器，所述均衡器用于對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)進(jìn)行均衡濾波； 頻差監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述數(shù)字基帶電信號(hào)或所述均衡器輸出的信號(hào) 中包含的頻差，
其中，所述頻差監(jiān)測裝置包括輻角差獲得單元、第一減法器、第二 減法器、量化器以及平均器，
所述輻角差獲得單元用于獲得輸入其的信號(hào)中的相鄰符號(hào)的輻角 差；所述第一減法器用于將所述輻角差獲得單元獲得的輻角差與所述平均器的輸出相減；所述量化器用于將所述第一減法器的輸出進(jìn)行預(yù)定間 隔的均勻量化；所述第二減法器用于將所述輻角差獲得單元獲得的輻角 差與所述量化器的輸出相減；所述平均器用于對(duì)所述第二減法器的輸出 進(jìn)行平均。
發(fā)明2、根據(jù)發(fā)明1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述數(shù)字相干光接收機(jī)釆用MPSK編碼，所述量化 器為2兀/M量化器，即將輸入進(jìn)行間隔為2兀/M的均勻量化，M指多進(jìn)制 相移鍵控調(diào)制方式所采用的信號(hào)星座點(diǎn)的數(shù)目，M為2的整數(shù)次冪，這 樣每一個(gè)符號(hào)承載了 bg2M比特的信息。
發(fā)明3、根據(jù)發(fā)明2所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述M為2、 4、 8或16。
發(fā)明4、根據(jù)發(fā)明2所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述量化器包括取整器和倍數(shù)器，所述取整器將量 化器的輸入除以2ti/M并取整數(shù)，所述倍數(shù)器將所述整數(shù)乘以2tu/M得到 量化器的輸出。
發(fā)明5、根據(jù)發(fā)明1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述輻角差獲得單元包括輻角器、寄存器和減法器， 所述輻角器用于獲得所述基帶電信號(hào)的輻角，所述寄存器用于將所述輻 角器所獲得的輻角延時(shí)一個(gè)符號(hào)；所述減法器用于將所述寄存器輸出的 輻角和所述輻角器獲得的輻角進(jìn)行相減。 發(fā)明6、根據(jù)發(fā)明1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述數(shù)字相干光接收機(jī)還包括串并變換器，所述串 并變換器用于將所述基帶電信號(hào)分解為N路信號(hào)，所述均衡器對(duì)所述N 路信號(hào)進(jìn)行均衡濾波，并輸出N路經(jīng)均衡濾波的信號(hào)，所述頻差監(jiān)測裝 置監(jiān)測所述N路信號(hào)中包含的頻差或所述均衡器輸出的N路經(jīng)過均衡濾 波的信號(hào)中包含的頻差；
其中，所述輻角差獲得單元包括第一輻角單元、第二輻角單元以及 減法器，所述第一輻角單元用于獲取所述N路信號(hào)或所述N路經(jīng)過均衡 濾波的信號(hào)中的一路信號(hào)的輻角，所述第二輻角單元用于獲取所述N路信號(hào)或所述N路經(jīng)過均衡濾波的信號(hào)中的與所述一路信號(hào)相鄰的、在時(shí) 間上晚一個(gè)符號(hào)的一路信號(hào)的輻角，所述減法器用于將所述第一輻角單 元獲得的輻角與所述第二輻角單元獲得的輻角相減，所述N為大于1的 整數(shù)。
發(fā)明7、根據(jù)發(fā)明1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述數(shù)字相干光接收機(jī)還包括抽取器，所述抽取器 用于對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)或所述均衡器輸出的信號(hào)進(jìn)行下采樣，并形 成相差一個(gè)符號(hào)的兩路信號(hào)，所述頻差監(jiān)測裝置監(jiān)測所述兩路信號(hào)中包 含的頻差；
其中，所述輻角差獲得單元包括第一輻角單元、第二輻角單元以及 減法器，所述第一輻角單元用于獲取所述兩路信號(hào)中的一路信號(hào)的輻角， 所述第二輻角單元用于獲取所述兩路信號(hào)中的另一路信號(hào)的輻角，所述 減法器用于將所述第一輻角單元獲得的輻角與所述第二輻角單元獲得的 輻角相減。
發(fā)明8、根據(jù)發(fā)明7所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述抽取器包括第一下采樣單元、第二下采樣單元 和寄存器，所述第一下采樣單元對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)或所述均衡器輸 出的信號(hào)進(jìn)行下采樣，所述寄存器將所述數(shù)字基帶電信號(hào)或所述均衡器 輸出的信號(hào)延時(shí)一個(gè)符號(hào)，所述第二下采樣單元對(duì)經(jīng)所述寄存器延時(shí)后 的所述數(shù)字基帶電信號(hào)或所述均衡器輸出的信號(hào)進(jìn)行下采樣。
發(fā)明9、根據(jù)發(fā)明1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述量化器只能對(duì)一定范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行量化，如 果輸入信號(hào)超出該范圍則被截?cái)唷?br> 發(fā)明10、 一種在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測方法，所述數(shù) 字相干光接收機(jī)包括前端處理部，所述前端處理部用于產(chǎn)生數(shù)字基帶 電信號(hào)；以及均衡器，所述均衡器用于對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)進(jìn)行均衡 濾波，
所述頻差監(jiān)測方法對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)或經(jīng)均衡濾波的信號(hào)進(jìn)行 包括輻角差獲得步驟、第一減法步驟、第二減法步驟、量化步驟以及平均步驟的處理，
所述輻角差獲得步驟用于獲得需要其處理的信號(hào)中的相鄰符號(hào)的輻 角差；所述第一減法步驟用于將所述輻角差獲得步驟獲得的輻角差與所
述平均步驟的輸出相減；所述量化步驟用于將所述第一減法步驟的輸出 進(jìn)行預(yù)定間隔的均勻量化；所述第二減法步驟用于將所述輻角差獲得步 驟獲得的輻角差與所述量化步驟的輸出進(jìn)行相減；所述平均步驟用于對(duì) 所述第二減法步驟的輸出進(jìn)行平均。
另外，以上的裝置和方法也可以通過計(jì)算機(jī)裝置(如個(gè)人計(jì)算機(jī)) 的CPU基于實(shí)現(xiàn)上述各部件的功能的軟件進(jìn)行操作而實(shí)現(xiàn)。因而，用于 使計(jì)算機(jī)裝置實(shí)現(xiàn)上述裝置、單元或方法的計(jì)算機(jī)軟件也在本發(fā)明的保 護(hù)范圍內(nèi)。
進(jìn)一步，保存上述計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)也在本發(fā)明的保護(hù) 范圍內(nèi)。這種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如可以是軟盤、磁帶、CD、 DVD、 Flash、 MO等本領(lǐng)域所知道的任何利用光、電、磁等進(jìn)行存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ) 介質(zhì)。


圖1示出了已知的相干光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2示出了作為公知技術(shù)的Lucent頻差監(jiān)測裝置的方框圖； 圖3示出了依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的頻差監(jiān)測裝置； 圖4示出了本發(fā)明的頻差監(jiān)測裝置中采用的無限范圍2WM量化器 的一種實(shí)施方式；
圖5示出了本發(fā)明的頻差監(jiān)測裝置中采用的有限范圍2;r/M量化器的 一種實(shí)施方式；
圖6示出了本發(fā)明的頻差監(jiān)測裝置的一種低速實(shí)現(xiàn)方案(并行)； 圖7示出了本發(fā)明的頻差監(jiān)測裝置的另一種低速實(shí)現(xiàn)方案(抽取)，
以及
圖8是示出了依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的頻差監(jiān)測方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
數(shù)字相干光接收機(jī)中的信號(hào)可以采用各種調(diào)制格式進(jìn)行調(diào)制，如
BPSK調(diào)制、QPSK調(diào)制、8-PSK調(diào)制等。本發(fā)明適用于所有的這些調(diào)制 方式。為了簡便，下面針對(duì)QPSK調(diào)制的情況進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖3給出了依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的頻差監(jiān)測裝置112'的示意圖。 在QPSK調(diào)制的情況下，復(fù)信號(hào)109 (或lll)的第k個(gè)采樣值可以表示 為
/ + =」("exp 0K。。+ 0W (" + AAfl :r]} + "艦(A)
其中，A(k)是信號(hào)幅度，(DMOD(k)為調(diào)制信息，取值為i;r/4、 ±3tt/4，
Op"k)為相位噪聲，Aco為頻差，T為符號(hào)周期，kAo)T為由頻差引起的相
位增加量,iUsE(k)為復(fù)高斯白噪聲。取輻角器301得到復(fù)信號(hào)109(或111)
的輻角302并輸出給寄存器303和減法器304的正輸入端。輻角302的
表達(dá)式如下-
輻角302 = &。D (" + 0州++ -艦+ Mfc 2;r
式中，OASE(k)為高斯白噪聲引入的相位誤差，由于取輻角器301的輸出
范圍是[-7c,兀)，所以Mk2;u為取輻角器301引入的360度模糊。減法器304 將302與寄存器303的輸出相減得到輻角差305，輻角差表示如下 輻角差305 = A^。D W + AW + &￡- &￡ (A: -1) + - )2"
應(yīng)該注意，可以使用其它的方法，取得上述輻角差。例如采用圖2 所示的部件201、 202、 204，并對(duì)部件204的輸出取輻角，也可獲得上述 輻角差。
由于相位噪聲O州(k)是慢變過程，所以輻角差305中已去除了相位 噪聲的影響。然后輻角差305分別連接至減法器306和減法器310的正 輸入端。減法器306將監(jiān)測信號(hào)113 (即Ao)T)從輻角差305中減去，得 到信號(hào)307:
信號(hào)307 =(" + &￡ W - &￡ (" 1) + - )2;r
由于差分調(diào)制信息AOmod(1c)和360度模糊(Mk-Mw)2兀均為兀/2的整 數(shù)倍，將信號(hào)307通過7U/2量化器308即可得到差分調(diào)制信息和360度模糊的和309:
和309 = A^。D W + - M"! )2"
減法器310將輻角差305與和309相減，得到信號(hào)311:信號(hào)311-A"r + "("-仏(A:-1)
信號(hào)311中的噪聲項(xiàng)可以認(rèn)為是快變的、零均值的獨(dú)立隨機(jī)變量，可以通過環(huán)路濾波器312進(jìn)行濾波而將其去除。環(huán)路濾波器312由固定系數(shù)乘法器313、 317，加法器315以及寄存器318構(gòu)成。乘法器313將輸入信號(hào)311乘以一個(gè)固定的系數(shù)(l-g，其中g(shù)是一個(gè)大于零而且小于1的實(shí)數(shù))，得到信號(hào)314,并將信號(hào)314輸出至加法器315的一個(gè)輸入端。加法器315將信號(hào)314與信號(hào)316相加，在輸出113的同時(shí)將113輸入到寄存器318。寄存器318中的數(shù)據(jù)被延時(shí)一個(gè)符號(hào)周期后經(jīng)乘法器317乘以一個(gè)固定的系數(shù)g后，得到信號(hào)316，并將信號(hào)316輸出到加法器315的另一個(gè)輸入端口以處理下一個(gè)輸入。
圖3中的部件301、 303、 304對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的輻角差獲得單元。圖3所示的頻差監(jiān)測裝置中的71/2量化器308有兩種實(shí)現(xiàn)方式。圖4給出的一種實(shí)施方式的7T/2量化器308。如圖4所示，在這種實(shí)施方式中，7U/2量化器308由串聯(lián)的7C/2取整器401和2tc/M倍數(shù)器402組成，將量化器的輸入除以2;i/M并取整數(shù)(例如采用四舍五入的方法)，然后將該整數(shù)乘以2Ti/M得到量化器的輸出。該過程實(shí)際上完成了對(duì)任意輸入信號(hào)進(jìn)行以2tt/M為間隔的均勻量化操作。該量化器為無限范圍2tt/M量化器。它可以對(duì)任意輸入值進(jìn)行以7i/2為間隔的均勻量化，在具體實(shí)施方式
中，例如針對(duì)QPSK (正交相移鍵控)調(diào)制格式，M取4。
正是因?yàn)樵撠?2量化器308的輸入范圍可以是任意大，所以采用該量化器的頻差監(jiān)測器可以監(jiān)測任意大的頻差。
圖4中的量化器的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)任意大的輸入信號(hào)進(jìn)行2tc/M量化，但是需要除法和乘法運(yùn)算各一次，復(fù)雜度很高。圖5給出了另一種更為簡單的tu/2量化器實(shí)現(xiàn)方式。如圖5所示的是一種低復(fù)雜度的2tu/M量化器實(shí)現(xiàn)方案。其特征在于只能對(duì)一定范圍內(nèi)(如-LX2ti/M LX2ti/M)的信號(hào)進(jìn)行量化，如果輸入信號(hào)超出該范圍則被截?cái)唷Ｔ摰蛷?fù)雜度2tu/M量化器可用查找表或與A/D轉(zhuǎn)化器類似的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這樣做的代價(jià)是，監(jiān)測范圍由任意大縮小為土[l/(2M)+(L-M)/M]XRs，其中Rs為系
統(tǒng)的符號(hào)傳輸速率。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)制方式、符號(hào)率和所要監(jiān)測的頻差范圍選擇L的取值，以最小的復(fù)雜度滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。比如在系統(tǒng)的符號(hào)率為10GSymbol/s，要求的頻差監(jiān)測范圍是士5GHz的情況下，如果取L^4，則監(jiān)測范圍僅為士1.25GHz，不能達(dá)到要求；如果取L-6，則監(jiān)測范圍達(dá)到i6.25GHz，滿足系統(tǒng)要求。
采用圖5所示的有限范圍兀/2量化器501可以避免實(shí)數(shù)乘除法操作，從而降低了復(fù)雜度。
光通信系統(tǒng)的符號(hào)率通常在10GSymbol/s以上甚至達(dá)到100GSymbol/s，要在一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)完成相應(yīng)的運(yùn)算對(duì)目前的DSP處理能力來說還不太現(xiàn)實(shí)，因此需要尋求頻差監(jiān)測裝置的低速實(shí)現(xiàn)方式。圖6給出了頻差監(jiān)測裝置的一種低速實(shí)現(xiàn)方案。均衡器110'和后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理器116'以并行方式工作，復(fù)信號(hào)采樣109被串并變換器601分解為N路輸入給均衡器110'。從這N路低速信號(hào)中任意挑選相鄰的兩路信號(hào)602和603或者從均衡器輸出中挑選相鄰的兩路604和605作為低速頻差監(jiān)測器112"的輸入信號(hào)。頻差監(jiān)測器112"與頻差監(jiān)測器112'最主要的區(qū)別在于，后者的取輻角器301和寄存器303被替換成了兩個(gè)取輻角器606和607，后者的輸入信號(hào)109 (或111)也被替換成了低速信號(hào)602和603
(或604和605)。這樣，頻差監(jiān)測器的一次計(jì)算只需在N個(gè)符號(hào)周期內(nèi)完成，即處理速度要求僅為原來的1/N。低速實(shí)現(xiàn)的代價(jià)是頻差監(jiān)測器的響應(yīng)時(shí)間增大為原來N倍。圖6的取輻角器606、取輻角器607以及減法器304也對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的輻角差獲得單元。
圖7是另一種低速頻差監(jiān)測器的工作方式。均衡器110和后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理器116仍然工作于串行模式，低速頻差監(jiān)測器112"所需的低速輸入信號(hào)602、 603 (或604和605)則可由信號(hào)抽取器701對(duì)復(fù)信號(hào)109
(或111)進(jìn)行抽取得到。信號(hào)抽取器701由寄存器702和兩個(gè)N比1下采器703和704組成。N比1下采器703和704分別對(duì)輸入信號(hào)109
(或lll)和被寄存器702延時(shí)一個(gè)符號(hào)周期后的輸入信號(hào)109 (或lll)進(jìn)行N比1下采樣，即得到了低速信號(hào)602和603 (或604和605)。
如上所述，盡管本發(fā)明是針對(duì)QPSK (正交相移鍵控)調(diào)制格式進(jìn)行描述的，但本發(fā)明適用于所有的PSK調(diào)制方式。比如對(duì)于BPSK (二進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制格式，可以采用u量化器，對(duì)于8-PSK可以采用兀/4量化器。 一般來說，對(duì)于MPSK調(diào)制格式，采用2ti/M量化器即可。tt量化器用于對(duì)輸入值進(jìn)行以71為間隔的均勻量化，71/4量化器用于對(duì)輸入值進(jìn)行以Ti/4為間隔的均勻量化，2ti/M量化器用于對(duì)輸入值進(jìn)行以2tt/M為間隔的均勻量化。
兀/4量化器、7t量化器、2;i/M量化器都有相應(yīng)的無限范圍量化器和有限范圍量化器，只要將圖4和圖5所示的t:/2量化器中的tt/2代替為2tc/M即可獲得相應(yīng)的7r/4量化器、Tl量化器、2tt/M量化器。
圖8示出了依據(jù)本發(fā)明的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測方法的流程圖。所述數(shù)字相干光接收機(jī)如前所述包括前端處理部，所述前端處理部用于產(chǎn)生數(shù)字基帶電信號(hào)；以及均衡器，所述均衡器用于對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)進(jìn)行均衡濾波。如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的所述頻差監(jiān)測方法包括對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)或經(jīng)均衡濾波的信號(hào)進(jìn)行輻角差獲得步驟801、第一減法步驟802、第二減法步驟804、量化步驟803以及平均步驟805。
首先，在輻角差獲得步驟801中，獲得需要其處理的信號(hào)中的相鄰符號(hào)的輻角差；然后在第一減法步驟802中，將所述輻角差獲得步驟獲得的輻角差與所述平均步驟805的輸出相減；然后所述量化步驟803用于將所述第一減法步驟802的輸出進(jìn)行預(yù)定間隔的均勻量化；所述第二減法步驟804用于將所述輻角差獲得步驟801獲得的輻角差與所述量化步驟803的輸出進(jìn)行相減；所述平均步驟805用于對(duì)所述第二減法步驟804的輸出進(jìn)行平均，輸出平均后的信號(hào)，并將平均后的信號(hào)反饋給步驟802。
在不脫離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，可以以其它形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體實(shí)施。本申請中公開的實(shí)施方式在所有方面都是例示性而非限制性的。本發(fā)明的范圍通過所附權(quán)利要求而非前述說明來指示，并且落入本權(quán)利要求的等同含義和范圍內(nèi)的全部改變都被涵蓋于此。
權(quán)利要求
1、一種在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝置，所述數(shù)字相干光接收機(jī)包括前端處理部，所述前端處理部用于產(chǎn)生數(shù)字基帶電信號(hào)；均衡器，所述均衡器用于對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)進(jìn)行均衡濾波；頻差監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述數(shù)字基帶電信號(hào)中包含的頻差或所述均衡器輸出的信號(hào)中包含的頻差，其中，所述頻差監(jiān)測裝置包括輻角差獲得單元、第一減法器(306)、第二減法器(310)、量化器(308)以及平均器(312)，所述輻角差獲得單元用于獲得輸入其的信號(hào)中的相鄰符號(hào)的輻角差；所述第一減法器(306)用于將所述輻角差獲得單元獲得的輻角差與所述平均器的輸出相減；所述量化器(308)用于將所述第一減法器的輸出進(jìn)行預(yù)定間隔的均勻量化；所述第二減法器(310)用于將所述輻角差獲得單元獲得的輻角差與所述量化器(308)的輸出相減；所述平均器用于對(duì)所述第二減法器(310)的輸出進(jìn)行平均。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述數(shù)字相干光接收機(jī)采用MPSK編碼，所述量化器 為2:r/M量化器，即將輸入進(jìn)行間隔為2:r/M的均勻量化，M指多進(jìn)制相 移鍵控調(diào)制方式所采用的信號(hào)星座點(diǎn)的數(shù)目，M為2的整數(shù)次冪，這樣 每一個(gè)符號(hào)承載了 log2M比特的信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述量化器包括取整器和倍數(shù)器，所述取整器將量化 器的輸入除以2tt/M并取整數(shù)，所述倍數(shù)器將所述整數(shù)乘以2tt/M得到量 化器的輸出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān) 測裝置，其特征在于，所述M為2、 4、 8或16。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述輻角差獲得單元包括輻角器(301)、寄存器(303)和減法器(304),所述輻角器用于獲得所述基帶電信號(hào)的輻角，所述寄 存器用于將所述輻角器所獲得的輻角延時(shí)一個(gè)符號(hào)；所述減法器用于將 所述寄存器輸出的輻角和所述輻角器獲得的輻角進(jìn)行相減。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述數(shù)字相干光接收機(jī)還包括串并變換器，所述串并 變換器用于將所述基帶電信號(hào)分解為N路信號(hào)，所述均衡器對(duì)所述N路 信號(hào)進(jìn)行均衡濾波，并輸出N路經(jīng)均衡濾波的信號(hào)，所述頻差監(jiān)測裝置 監(jiān)測所述N路信號(hào)中包含的頻差或所述均衡器輸出的N路經(jīng)過均衡濾波 的信號(hào)中包含的頻差；其中，所述輻角差獲得單元包括第一輻角單元(606)、第二輻角單 元(607)以及減法器(304)，所述第一輻角單元用于獲取所述N路信號(hào) 中的一路信號(hào)的輻角或所述N路經(jīng)過均衡濾波的信號(hào)中的一路信號(hào)的輻 角，所述第二輻角單元用于獲取所述N路信號(hào)中的與所述一路信號(hào)相鄰 的、在時(shí)間上晚一個(gè)符號(hào)的一路信號(hào)的輻角或所述N路經(jīng)過均衡濾波的 信號(hào)中的與所述一路信號(hào)相鄰的、在時(shí)間上晚一個(gè)符號(hào)的一路信號(hào)的輻 角，所述減法器用于將所述第一輻角單元獲得的輻角與所述第二輻角單 元獲得的輻角相減，所述N為大于1的整數(shù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述數(shù)字相干光接收機(jī)還包括抽取器，所述抽取器用 于對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)或所述均衡器輸出的信號(hào)進(jìn)行下采樣，并形成 相差一個(gè)符號(hào)的兩路信號(hào)，所述頻差監(jiān)測裝置監(jiān)測所述兩路信號(hào)中包含 的頻差；其中，所述輻角差獲得單元包括第一輻角單元(606)、第二輻角單 元(607)以及減法器(304)，所述第一輻角單元用于獲取所述兩路信號(hào) 中的一路信號(hào)的輻角，所述第二輻角單元用于獲取所述兩路信號(hào)中的另 一路信號(hào)的輻角，所述減法器用于將所述第一輻角單元獲得的輻角與所 述第二輻角單元獲得的輻角相減。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述抽取器包括第一下采樣單元(703)、第二下采樣單元(704)和寄存器(702)，所述第一下采樣單元對(duì)所述數(shù)字基帶電信 號(hào)或所述均衡器輸出的信號(hào)進(jìn)行下采樣，所述寄存器將所述數(shù)字基帶電 信號(hào)或所述均衡器輸出的信號(hào)延時(shí)一個(gè)符號(hào)，所述第二下采樣單元對(duì)經(jīng) 所述寄存器延時(shí)后的所述數(shù)字基帶電信號(hào)或所述均衡器輸出的信號(hào)進(jìn)行 下采樣。
根據(jù)權(quán)利要求1所述的在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述量化器只能對(duì)一定范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行量化，如果 輸入信號(hào)超出該范圍則被截?cái)唷?br> 一種在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測方法，所述數(shù)字相 干光接收機(jī)包括前端處理部，所述前端處理部用于產(chǎn)生數(shù)字基帶電信號(hào)；以及 均衡器，所述均衡器用于對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)進(jìn)行均衡濾波， 所述頻差監(jiān)測方法對(duì)所述數(shù)字基帶電信號(hào)或經(jīng)均衡濾波的信號(hào)進(jìn)行包括輻角差獲得步驟、第一減法步驟、第二減法步驟、量化步驟以及平均步驟的處理，所述輻角差獲得步驟用于獲得需要其處理的信號(hào)中的相鄰符號(hào)的輻 角差；所述第一減法步驟用于將所述輻角差獲得步驟獲得的輻角差與所 述平均步驟的輸出相減；所述量化步驟用于將所述第一減法步驟的輸出 進(jìn)行預(yù)定間隔的均勻量化；所述第二減法步驟用于將所述輻角差獲得步 驟獲得的輻角差與所述量化步驟的輸出進(jìn)行相減；所述平均步驟用于對(duì) 所述第二減法步驟的輸出進(jìn)行平均。
全文摘要
本發(fā)明公開了在數(shù)字相干光接收機(jī)中使用的頻差監(jiān)測裝置和方法。數(shù)字相干光接收機(jī)包括前端處理部，用于產(chǎn)生數(shù)字基帶電信號(hào)；均衡器，用于對(duì)數(shù)字基帶電信號(hào)進(jìn)行均衡濾波；頻差監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測數(shù)字基帶電信號(hào)中包含的頻差或均衡器輸出的信號(hào)中包含的頻差，其中，該頻差監(jiān)測裝置包括輻角差獲得單元、第一減法器、第二減法器、量化器以及平均器，輻角差獲得單元用于獲得輸入其的信號(hào)中的相鄰符號(hào)的輻角差；第一減法器用于將輻角差獲得單元獲得的輻角差與平均器的輸出相減；量化器用于將第一減法器的輸出進(jìn)行預(yù)定間隔的均勻量化；第二減法器用于將輻角差獲得單元獲得的輻角差與量化器的輸出相減；平均器用于對(duì)第二減法器的輸出進(jìn)行平均。
文檔編號(hào)H04B10/12GK101552641SQ20081009022
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者中島久雄, 張慧劍, 磊 李, 陶振寧 申請人:富士通株式會(huì)社