專利名稱：全光學平衡式檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種特別適合于分析高速數(shù)據(jù)信號的采樣安排，并且更具體地涉及一 種具有兩個或更多個偶聯(lián)的采樣門的采樣安排。
背景技術(shù)：
數(shù)字采樣是用于通過經(jīng)由(例如)采樣門來捕獲波形的準瞬時快照來將時變波形 視覺化的一種技術(shù)。這個門由一個脈沖串中的窄脈沖(選通脈沖)“打開”并“關(guān)閉”，這些 窄脈沖展現(xiàn)了一種定義良好的重復行為，這樣使得最終該波形的所有部分都被采樣。這種 采樣實現(xiàn)方式可以是實時的或等時的，其中實時采樣是指采樣率高于待測波形的最高頻率 含量的兩倍(奈奎斯特采樣)，而等時采樣使用一個任意的低采樣率。然而，等時采樣要求 所測量的波形是重復的(為了提供準確的信號重構(gòu))，與實時采樣相比是一種根本性的限 制。本發(fā)明獨立于采樣率，并且因此可以是實時采樣亦或等時采樣。在光學通信領域中利用新的、更復雜的數(shù)據(jù)調(diào)制格式作為關(guān)鍵的技術(shù)的近期的進 步已經(jīng)產(chǎn)生了對光學波形表征工具的一種需要，這種光學波形表征工具能夠從波形中提取 更多的信息，而不是簡單地以其功率作為時間的函數(shù)。具體地講，已經(jīng)開發(fā)了許多不同的調(diào)制格式，這些調(diào)制格式使用光學載波的相位 調(diào)制來對有待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行編碼。幾種類型的相位調(diào)制信號已經(jīng)被應用在商業(yè)系統(tǒng)中， 如差分相移鍵控(DPSK)以及差分正交相移鍵控(DQPSK)。對于這些差分調(diào)制格式，數(shù)據(jù)被 編碼為在連續(xù)符號之間的相對相移。例如，在DPSK調(diào)制方案中，在多個位之間的π相移代 表邏輯“1”而零相移代表邏輯“0”。對于DQPSK調(diào)制，通過允許在連續(xù)位之間的四個不同的 相對相位的變化(例如，0、π/2、π以及3 π/2)，每個符號包含了兩位的信息。

圖1用于進一步闡明相位編碼調(diào)制格式的概念，例如相移鍵控(PSK)、差分相移鍵 控(DPSK)、以及如以上定義的QPSK和DQPSK。對于每種調(diào)制類型而言，數(shù)據(jù)信號的光學相 位及幅值在多個星座圖中被視覺化，這些星座圖將光場幅值示出為離原點R的徑向距離并 且將光場相位示出為角度Φ。在圖1中，邏輯標記(1)和空間(0)被表示為絕對相位及幅 值等級(對于PSK及QPSK格式而言，對應地為圖1(a)和(b))、或者被表示為用于差分編碼 的相位及幅值等級的相位及幅值躍遷(對于DPSK和DQPSK格式而言，對應地為圖1(c)和 (d))。對于D/QPSK而言，如圖所示，每個符號包含兩位信息。因此，四個不同的邏輯相位及 幅值組合被用于代表這些調(diào)制格式類型中的每一個的“符號”。應當指出，數(shù)據(jù)信號的幅值對于這些相位編碼的調(diào)制技術(shù)中的每一種而言是不變 的。因此，如果僅使用常規(guī)的基于光電檢測器的o/e轉(zhuǎn)換裝置來“檢測”輸入信號的功率，那 么相位信息將會被丟失。為了提取相位信息，該信號需要與一個光學參考信號相混合，這種 光學參考信號將相位信息轉(zhuǎn)換為幅值信息。對于差分調(diào)制信號，通常使用延遲干涉儀(DI) (如Mach-Zehnder干涉儀(MZI)、Michelson干涉儀等等)，其中信號本身在被延遲了一個 (或多個)位周期之后用作參考。對于絕對相位編碼信號(例如，PSK或QPSK)，一個獨立 的參考信號對于從每個位中提取相位信息是必需的。DI是一種干涉儀結(jié)構(gòu)，其中輸入的光學波形被拆分為(優(yōu)選是均等地)兩個路徑并且在對這兩個路徑重新組合之前，一個路徑相對于第二路徑被延遲。這種相對延遲被粗 略地設定為與整數(shù)個位時隙(最通常是一個位時隙)相等并且被精細地調(diào)諧為與光學載波 的一個具體的相對相位延遲相匹配。例如，在DPSK情況中，該相對延遲是π的倍數(shù)以便將 在符號之間的相對相移有效轉(zhuǎn)換為一個二進制的幅值調(diào)制信號。DI具有兩個輸出端口，一 個相長干涉端口以及一個相消干涉端口(該‘相抵消的’端口輸出該‘相長’端口的互補數(shù) 據(jù))。為了在信號敏感度的意義上將DPSK接收器最優(yōu)化，來自DI的兩個輸出由一種所謂的 “平衡式檢測器”結(jié)構(gòu)來檢測。為了恢復嵌入在一個輸入DQPSK信號中的數(shù)據(jù)，該信號首先被均等地拆分， 以便作為“相等功率的”輸入施加到具有不同的相對光學相位延遲(+π/4+η*π以 及-π /4+m* π，其中n和m是整數(shù))的兩個分離的DI中，并且然后由一個平衡式檢測器結(jié) 構(gòu)檢測每個DI對輸出。通過適當?shù)剡x擇這些相對相位延遲，每個符號的兩位信息可以被分 離并且表示為每個平衡式檢測器輸出的一個位。然后對來自每個平衡式檢測器的幅值調(diào)制 輸出進行采樣(例如，數(shù)字采樣)以便將每個位的相應的眼圖視覺化。當使用平衡式檢測用于光學到電學(o/e)的轉(zhuǎn)換隨后是電學數(shù)字采樣時，一個主 要的擔心是測量系統(tǒng)對所測量的波形的影響，已知它會引入測量誤差。具體地講，平衡式 檢測和電學采樣受到兩種主要的限制⑴有限的測量帶寬(當前為< 50GHz)；以及⑵ 顯著的阻抗失配，從而導致所測量的波形的失真。對于高速信號的表征(lOGSymbols/s、 40GSymbols/s或更高)而言，這些效果可能影響測量結(jié)果達到這樣的程度以致使得所測量 的波形是由測量系統(tǒng)的脈沖響應主導，當需要恢復此類高速數(shù)據(jù)信號時，這是不可接受的。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中仍然存在對于一種安排的需要，這種安排能夠?qū)⒏叻柭使?學信號表征化(視覺化)而不會因為ο/θ轉(zhuǎn)換和相關(guān)的阻抗匹配問題而受到測量系統(tǒng)帶寬 或失真的限制。發(fā)明概述本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的這些需要，本發(fā)明涉及一種特別適合于分析高速 數(shù)據(jù)信號的采樣安排，并且更具體地涉及一種包括兩個或更多個偶聯(lián)的采樣門的采樣安排 用于從相位編碼調(diào)制信號中恢復信息。根據(jù)本發(fā)明，一種采樣安排使用由相同的選通頻率4控制的兩個(或更多個)分 離的采樣門從兩個(或更多個)相位編碼調(diào)制信號中獲取樣本。到達這些采樣門的路徑的 長度是由多條可調(diào)諧的(或固定的)延遲線來調(diào)整的，以便使得能夠?qū)λ械妮斎胄盘栠M 行精確的、時間重疊的采樣。對所有的輸入信號進行精確的、時間上重疊的采樣是在一個延 時裝置中進行的。優(yōu)選地，該延時裝置包括至少一條延遲線用于調(diào)整來自一個相應的采樣 門的傳播的光學信號上游的路徑長度。適當?shù)难舆t線安排的實例包括“固定的”(例如，工 廠調(diào)整并設定的)延遲線、“一次性的”延遲線、以及“可調(diào)諧的”延遲線?？商娲兀@個延時裝置包括至少一條延遲線用于調(diào)整至少一個光學或電學采樣 信號，該光學或電學采樣信號由選通源所生成并且被傳送到相應的至少一個采樣門上。在 另一個實施方案中，該延時裝置可以包括上述兩個延時裝置的一種組合。具體地講，對于測量一個或多個延遲干涉儀(DI)的輸出信號對的應用而言，如在 DPSK與DQPSK信號的情況中，該延時裝置用于確保從每個DI的輸出端到兩個相應的采樣門 的延時在采樣門的時間分辨率的尾數(shù)內(nèi)是相等的。因此，來自于每個DI的兩個輸出端的每對樣本來自于待測波形的相同的時間“片”。然后，在檢測以及模擬到數(shù)字(A/D)的轉(zhuǎn)換之 后，所獲得的樣本對被組合在軟件中以便產(chǎn)生表示這些樣本對的平衡式檢測的樣本，這些 樣本然后被顯示在一個用戶接口上，或以其他方式被用于進一步的分析。利用這個方案，避免了在硬件中進行平衡式檢測的需要。具體地講，當使用光學采 樣門時，采樣門帶寬(與時間分辨率逆相關(guān))可以是非常高的并且在電學采樣應用中盛行 的阻抗失配問題不再是一個問題，因為采樣發(fā)生在光學域中。在本發(fā)明的一個實施方案中，將兩個采樣門用于多于一個的輸入信號對，如在 DQPSK信號的情況中，其中在由兩個DI解調(diào)之后，對兩個輸出信號對進行測量以便在2位/ 符號DQPSK信號中展示每個位的眼圖。例如，通過在兩個采樣門之前包括多個光學開關(guān)，可 以通過這些采樣門以一種預定方式的切換來測量這些DI輸出對。本發(fā)明的另一個實施方案包括用來對外部參考時鐘進行采樣的一個采樣門，該外 部參考時鐘可以被用于為從待測信號中獲得的樣本建立時基。在以下的討論過程中并且通過參考附圖，本發(fā)明的其他以及進一步的方面和實施 方案將會變得清楚。附圖簡要說明現(xiàn)在參見附圖，圖1展示了在多個星座圖中被視覺化的四個不同的相位編碼調(diào)制格式的調(diào)制原 理，這些星座圖包含了關(guān)于光場的幅值及相位的信息；圖2展示了用于解調(diào)DPSK信號的一種現(xiàn)有技術(shù)安排；圖3示出了本發(fā)明的一個實施方案用于在一個解調(diào)的DPSK信號中進行采樣，并且 還展示了使用本發(fā)明的這個實施方案的一個解調(diào)的40GSymbol/SDPSK信號的測量眼圖；圖4示出了來自圖3的本發(fā)明的實施方案，其中一個典型的信號DI解調(diào)設置在本 發(fā)明的四個輸入端口的前方；圖5展示了與圖4的安排相關(guān)聯(lián)的一種定時狀態(tài)；并且圖6展示了本發(fā)明的一個實施方案，該實施方案使用一個外部參考時鐘來使所獲 得的樣本同步。詳細說明在說明本發(fā)明的示例性采樣安排的細節(jié)之前，將參見圖2回顧用于解調(diào)DPSK編碼 信號的一種現(xiàn)有技術(shù)安排。DPSK信號是使用一個延遲干涉儀(DI) 10來解調(diào)的，該延遲干涉 儀在兩個干涉儀臂之間具有一種相對延遲差異。DIlO被示出為包括一個第一信號路徑12 以及一個第二信號路徑14。一個輸入調(diào)制DPSK信號通過一個分路器16，這樣使得信號的一 個近似相等的功率等級被引導到路徑12及14中。第二路徑14包括一個延遲元件18，它被 表示為一個固定的延遲量(在這個實例中是25ps)以及一個變化的延遲量(示出為△ Φ)。 將這個相移選擇為使其獲得了具有整數(shù)位(通常是一個單一位)的一個延遲。然后，DPSK 編碼信號的原始及相移版本被重新組合到一個信號組合器20中并且沿著兩個分離的輸出 路徑22與M被拆分。就分路器16來說，沿路徑22及M的這些輸出信號包括組合后的原 始/相移信號的一半的功率。在來自DIlO的兩個輸出端處，DPSK信號中的相位信息被轉(zhuǎn)換為兩個幅值調(diào)制信 號，一個第一“相長干涉”信號具有沿第一輸出路徑22的功率P。，以及一個第二“相消干涉”信號(顯示出互補信息)具有沿第二輸出路徑M的功率Pd。利用傳統(tǒng)的技術(shù)，這兩個輸出信號可以作為輸入施加到一個平衡式光電檢測器 上，它將會從另一個信號中減去一個信號并且將這個差轉(zhuǎn)換到電子域中，理想地提供代表 Pe-Pd的一個電信號。在圖2的現(xiàn)有技術(shù)安排中，一對光電二極管21和23用于提供這種光 電轉(zhuǎn)換。然而，此類o/e轉(zhuǎn)換技術(shù)受限于脈沖響應的帶寬及質(zhì)量。其結(jié)果是，在檢測之后產(chǎn) 生的電信號并不代表理想的情況，特別是對于高速信號而言。相比之下，本發(fā)明利用一種采樣技術(shù)來單獨地測量每個DI輸出端上的波形，其方 式將在以下進行詳細說明。然后使用一種軟件嵌入算法以一種模擬理想的平衡式檢測器的 方式來組合這些樣本，進行運算Pe-Pd以便產(chǎn)生如在圖3的眼圖34中所示出的一個采樣的 輸出波形。對于非DPSK的輸入信號(如DQPSK)而言，類似的理論適用但不是在一個單一 的DI之后僅具有兩個輸出信號，可以存在各自具有兩個輸出信號的多個DI，它們可以由以 下說明的本發(fā)明的多個實施方案來處理。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，兩個DI輸出信號的采樣是在光學域中進行的， 以便完整地移除在光電轉(zhuǎn)換中固有的帶寬限制的影響并且提供一個最終結(jié)果，該最終結(jié)果 可以與希望的理想結(jié)果P。-Pd非常接近。然而，本發(fā)明的采樣技術(shù)并不限于光學域；在適當 的應用中(例如，較低速度的應用)可以使用多種電學采樣技術(shù)。圖3示出了本發(fā)明的一種實施方案，該實施方案利用與以上結(jié)合圖2的說明相同 的輸入DPSK編碼的信號以及包括DIlO的解調(diào)安排。如果僅采樣了每個符號兩個位的DQPSK 信號中的一個位，也可以利用圖3的實施方案。如以下將詳細說明的，使用根據(jù)本發(fā)明形成 的一種采樣安排40來替代現(xiàn)有技術(shù)的o/e轉(zhuǎn)換安排以便更準確地從相位編碼的輸入信號 中恢復數(shù)據(jù)。沿第一輸出路徑22傳播的“相長”信號被示出為作為一個輸入被施加到安排 40的第一信號端口 Al上。類似地，沿第二輸出路徑M傳播的“相消”信號作為一個輸入被 施加到第二信號端口 A2上。應當理解，本發(fā)明的技術(shù)可以被擴展為支持更多數(shù)目的輸入端口，如以下將詳細 討論的。此外，這些輸入信號可以是光學的亦或電學的。在其最廣義的形式中，本發(fā)明是在 硬件中對輸入信號對進行采樣并且使用軟件算法將所產(chǎn)生的樣本組合在一個單一的輸出 中的一種組合，這種單一的輸出與對這些輸入信號對的平衡式檢測相對應。返回參見圖3的具體實施方案，這一結(jié)果被示出為對Al和A2的同時采樣以及對 A1-A2的功率的采樣版本的后續(xù)重構(gòu)。在本發(fā)明的核心處是一對采樣門42與44，它們由公 共選通源46生成的以一個采樣頻率fs為特征的采樣信號打開和關(guān)閉。這些采樣信號可以 處于電學域中或者光學域中，這取決于到達端口 Al與A2處的這些信號的域。然而，當有待 測試的信號是光學信號時，本發(fā)明的全部益處是最明顯的，在這種情況下，光學采樣是優(yōu)選 的實施方案以便消除所有的高速電子裝置及o/e轉(zhuǎn)換。通過對來自平衡式檢測器結(jié)構(gòu)的輸 出波形進行數(shù)字采樣，可以將相應的電學眼圖視覺化，這種電學眼圖示出了與DPSK信號中 的相變對應的邏輯二進制幅值等級。光學采樣門42與44可以包括多種多樣的實現(xiàn)方式中的任何一種，這些實現(xiàn)方式 使用不同的非線性光學方法來產(chǎn)生門的功能。示例性的合適的部件包括但不限于光纖中的 四波混頻、光學晶體中的和頻率生成、以及光纖或半導體光學放大器中的交叉相位調(diào)制。盡 管選通源46被展示為一個單一的元件，應當理解還可以使用具有相同采樣頻率fs的多個分離的選通源，其中每個分離的選通源用于控制一個分離的門。應當指出，許多采樣門類型是偏振敏感的，也就是說，采樣的效率可能與進入采樣 門的光線的偏振狀態(tài)(SOP)有關(guān)，并且這個效率對于某些輸入SOP而言可能甚至基本上是 “零”。具體地講，基于四波混頻的采樣門對于偏振狀態(tài)是特別敏感的。因此，如果貫穿該裝 置使用標準的(即，非偏振維持的)單模光纖，可能希望的是在光學信號路徑22與M的每 一個中插入偏振控制裝置以便使進入相關(guān)聯(lián)的采樣門的信號的SOP最優(yōu)化?？商娲兀梢詫嵤┰谟?007年4月3日授權(quán)的、題為“獨立于偏振的光學采樣安 排”的共同擁有的美國專利7，199，870中說明的一種安排來使這種設計獨立于偏振?？商娲?，為了使得沿PMF的這些軸線之一(例如，一條慢軸線)發(fā)射的光線最優(yōu) 化，本發(fā)明的光纖及所有其他光學部件可以是維持偏振的，其中一個偏振控制器被安置在 一條維持偏振的輸入光纖的輸入端之前，相對于DIlO處于上游。本發(fā)明的一個關(guān)鍵的設計參數(shù)是為了通過選通源46協(xié)助對齊門42與44的采樣 時間，這樣使得信號的兩個部分是同時采樣的以便使在軟件中的組合是準確的。一條延遲 線48被安置在第一輸入端口 Al處并且用于調(diào)整從輸入端Al到采樣門42的距離(或延 時)，由此相對于門44的采樣時間來調(diào)整門42的采樣時間。圖5將說明一個實例，該實例 突出了用于調(diào)整延遲線48的狀態(tài)?？傊舆t線48的操作可以是可調(diào)式或固定的，這取決 于測量應用。對應地由模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器(A/D)50與52將來自采樣門42與44的輸出樣本 數(shù)字化，并且隨后被饋送進入一個軟件處理與信號視覺化系統(tǒng)M中。為了提供平衡式檢測 功能，與本發(fā)明相關(guān)的系統(tǒng)M的主要功能是對于每個測量組合所獲得的樣本對。而且，該 軟件可以用于將每個測量的輸入信號對視覺化為相應的平衡式檢測信號。圖3的眼圖觀 是與這個相長端口相關(guān)聯(lián)的采樣輸出，眼圖30是與這個相消端口相關(guān)聯(lián)的采樣輸出，而最 重要的是，眼圖34是所生成的DPSK采樣信息眼圖，其中這些圖各自是由系統(tǒng)M產(chǎn)生的。本發(fā)明的一個可替代的實施方案允許使用低帶寬的平衡式接收器對來自采樣門 42與44的輸出樣本進行檢測，以便在A/D轉(zhuǎn)換器將這些樣本數(shù)字化之前進行硬件內(nèi)的平衡 式檢測。應當理解，本發(fā)明獨立于對每個樣本的時間戳使用的具體方法。具體地講，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)可以既用于實時采樣又用于等時采樣，無論用于等時采樣的時基設計如 何。圖4展示了一個適合用于(例如)QPSK或DQPSK信號測量的實施方案，該實施方 案要求生成用于適當?shù)慕庹{(diào)的兩個樣本對。如上所述，輸入的相位編碼信號沿信號路徑12 與14被一個功率分路器16拆分。然而，在這種情況中，沿信號路徑14傳播的信號中的一 部分然后被作為一個輸入施加到一個第一 DI10-1上，而沿信號路徑12傳播的剩余部分被 作為一個輸入施加到一個第二 DI10-2上，如圖4中所示。每個DIlO包括一個分離的延遲 元件18，展示為延遲元件18-1 (與DI10-1相關(guān)聯(lián))與延遲元件18-2 (與DI10-2相關(guān)聯(lián))。 延遲元件18-1與18-2被示出為展現(xiàn)用于輸入信號的解調(diào)的適當?shù)奈谎舆tTS與相位關(guān)系 Δ Φ 1與Δ Φ2。具體地講，對于DQPSK的情況而言，這些相位關(guān)系可以是(例如)Δ Φ 1 = + π /4并且Δ Φ2 = - π /4，以便將2位/符號DQPSK數(shù)據(jù)信號中的每個位分離開。通過以 一種預定的方式觸發(fā)這些開關(guān)56與58，可以分離地測量來自每個DI10-1與10_2的輸出，并且利用本發(fā)明，DQPSK信號的每個解調(diào)位的相應的平衡式檢測信號可以被視覺化。在這種情況中，已經(jīng)產(chǎn)生了四個輸出信號的一個集合，來自DI10-1的一個第一信 號對Al與A2(與圖3的實施方案相似，如以上所討論的)以及來自DI10-2的一個第二信 號對Bl與B2。為了最有效率地利用采樣安排40的這些元件，開關(guān)56與58被定位在安排 40的進入端口處(在采樣門42和44之前)，以便協(xié)助來自DI10-1與10_2的輸入信號對 的交替采樣，這就是說，首先是A1、A2，并且然后是B1、B2。如圖所示，與輸入端Bl相關(guān)聯(lián)的 一條第二延遲線48-2被包括在該安排中以便提供與以上定義的和以下詳細討論的延遲線 48相同的同步活動。圖4還指出可以在采樣發(fā)生之前進行信號的o/e轉(zhuǎn)換。在這種情況中，沿每條信 號路徑安置一個光電二極管或其他的o/e轉(zhuǎn)換元件，并且在圖4中總體地展示為轉(zhuǎn)換部件 70。在這種情況中，采樣門42與44將包括多個電學采樣門。o/e轉(zhuǎn)換部件70的定位是靈 活的并且可以直接在DI10-1與10-2之后，或者在采樣門42與44之前的任何點處。此外， 延遲線48-1與48-2連同開關(guān)56與58可以是電學的或光學的。圖5展示了在采樣門42與44之間要求的關(guān)鍵性定時以便在正確的匹配時間對所 生成的信號對的每個部分進行采樣。圖5是圖4的實施方案的一個提取部分。在圖5中， 信號直到點A才被拆分，對應于DI10-1輸出。從這一點開始，關(guān)鍵的是，從點A到信號被采 樣的點的有效光學路徑長度的差異(即時差)是非常接近相等的以便在原始信號中生成源 于相同時間的樣本。這是為了能夠?qū)⑦@兩個樣本組合入軟件中并且模擬平衡式檢測的一個 條件。使用圖5中的符號可以將該定時條件表達為I (Te-tJ-CTd-td) I < Δ τ，其中Tc是 “相長”信號從點A到采樣門42的傳播時間，t。是采樣選通脈沖從選通源46到采樣門42 的傳播時間，Td是“相消”信號從點A到采樣門44的傳播時間，td是采樣選通脈沖從選通 源46到采樣門44的傳播時間，而Δ τ表示采樣門42與44的時間分辨率。如以上所暗示 的，延遲線48-1對于協(xié)助實現(xiàn)這種定時條件起到了關(guān)鍵性作用，特別是因為對應于可商購 的延遲干涉儀的“相長”與“相消”端口的輸出光纖的相對長度通常是未被準確控制或已知 的。然而，利用這種精確控制以及采樣安排40內(nèi)的每個其他部件，延遲線48可以被省略， 特別是對于具有高的(即差的)△ τ的低帶寬采樣門方案。這種定時條件應用于本發(fā)明的 系統(tǒng)內(nèi)的所有輸入信號對(例如，在圖4的安排中，一個類似的條件適用于點B到采樣門42 與 44)。已經(jīng)指出，本發(fā)明獨立于將所獲得的采樣同步到原始信號的一個副本中所使用的 時基設計。然而，應當指出，本發(fā)明與由MJesthmd等人于2008年2月5日轉(zhuǎn)讓給本申請 的受讓人的美國專利7，327，302是相兼容的并且通過引用將其結(jié)合在此。圖6展示了本發(fā) 明的一個實施方案，其中一個外部參考信號源60用于為系統(tǒng)提供一個門控制信號，其中參 考時鐘信號C的頻率f。與在端口 A1、A2、B1與B2處出現(xiàn)的解調(diào)信號的頻率是直接相關(guān)的。 如圖所示，來自源60的參考時鐘輸出信號C是由一個分離的采樣門62使用相同的選通源 46進行采樣的。然后，所生成的時鐘采樣通過一個A/D轉(zhuǎn)換器64被數(shù)字化并被作為一個輸 入施加到軟件處理系統(tǒng)M上。利用這個輸入信息，外部時鐘的時基可以由所嵌入的軟件算 法來確定。由于外部時鐘的頻率f。與輸入信號位率的頻率直接相關(guān)，外部時鐘的時基可以 被直接傳送給所恢復的輸出信號。
應當理解，本領域的普通技術(shù)人員將容易地想到其他的優(yōu)點及修改。因此，本發(fā)明 在其更廣義的方面并不限于在此所示出并說明的特定細節(jié)和代表性實施方案。因此，可以 做出不同的修改而不背離如所附權(quán)利要求所限定的總的發(fā)明概念的精神或范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于對一對輸入數(shù)據(jù)信號進行平衡式檢測的采樣安排，該對輸入數(shù)據(jù)信號是從 在一個公共點上的一個原始信號按比例分配的，該采樣安排包括至少一對采樣門，所述對中的一個第一采樣門響應于該對輸入信號中的一個第一輸入 信號并且所述對的一個第二采樣門響應于所述對的輸入信號中的一個第二輸入信號，每個 采樣門產(chǎn)生代表施加到其上的對應輸入信號的一個樣本流；一個選通源，該選通源是可操作的以便提供采樣來控制該至少一對采樣門在一個預定 的采樣頻率fs下打開和關(guān)閉；與所述至少一對采樣門相關(guān)聯(lián)的至少一個可調(diào)式延遲裝置，該延遲裝置被配置為確保 所述至少一對采樣門生成起源于在所述原始信號中的相同時間間隔的多個樣本；以及一個處理器，該處理器被配置為對該采樣的輸入信號對進行平衡式檢測以便生成作為 一個輸出的所述輸入信號對的一種采樣的平衡式檢測版本。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該至少一個可調(diào)式延遲裝置包括至少一條 可調(diào)式延遲線用于將在每個輸入信號與每個采樣門之間的路徑長度中的差異最小化。
3.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該對輸入數(shù)據(jù)信號在一個光學載波信號上 進行編碼，因此通過每個采樣門產(chǎn)生的樣本流的效率是取決于所述光學載波信號的偏振狀 態(tài)(SOP)并且受其控制。
4.如權(quán)利要求3所述的一種采樣安排，其中該至少一對采樣門包括響應于一個光學采 樣信號的多個采樣門，其中該選通源是可操作的以便提供該光學采樣信號。
5.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該至少一對采樣門包括響應于一個電學采 樣信號的多個采樣門，該選通源是可操作的以便提供該電學采樣信號。
6.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該至少一對采樣門包括響應于一個光學采 樣信號的多個采樣門，該選通源是可操作的以便提供該光學采樣信號并且每個采樣信號的 偏振狀態(tài)(SOP)被布置為在每個采樣門處提供相對高的采樣效率。
7.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該輸入信號是電學的并且該對采樣門是電 學的并且該選通源生成一個電學采樣信號，該電學采樣信號此后作為一個輸入被施加到這 些采樣門上。
8.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該選通源包括在相同頻率上運行的一對選 通元件，每個分離的選通元件被連接為控制至少一個對應的采樣門。
9.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該采樣信號對是由多個光學信號所表示的 并且對每個樣本對的平衡式檢測是通過以下方式進行的使用一個光至電的平衡式接收器，該接收器具有兩個光學輸入端Sl和S2以及與S1-S2 相對應的一個電學輸出端；一個A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器被連接到該平衡式接收器的輸出端上以便將樣本的一個模 擬集合轉(zhuǎn)換為它的一個數(shù)字表示。
10.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該采樣信號對是由多個電信號所表示的 并且對每個采樣對的平衡式檢測是通過以下方式進行的使用一個電路，該電路具有兩個電學輸入端Sl和S2以及與S1-S2相對應的一個電學 輸出端；一個A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器連接到該平衡式接收器的輸出端上以便將樣本的一個模擬集合轉(zhuǎn)換為它的一個數(shù)字表示。
11.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該采樣信號對是由多個光學信號所表示 的并且對每個樣本對的平衡式檢測是通過以下方式進行的利用多個分離的光至電接收器檢測每個樣本對的第一和第二分量； 將該樣本對的每個分量連接到一個A/D轉(zhuǎn)換器上以便將這些樣本的模擬集合轉(zhuǎn)換為 它們的多個數(shù)字表示；然后對這些數(shù)字表示的采樣輸出對在一個逐樣本的基礎上進行減法以便形成該重構(gòu) 的平衡式檢測信號。
12.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該可調(diào)式延遲裝置是選自下組，其組成 為固定的延遲裝置、一次性延遲裝置、或可調(diào)諧延遲裝置。
13.如權(quán)利要求11所述的一種采樣安排，其中該可調(diào)式延遲裝置是選自下組，其組成 為光學延遲裝置以及電學延遲裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中一個單一對的光學采樣門是響應于一個單一對的光學輸入信號而形成一個采樣的信 號對；一個單一的光學選通源在一個預定的頻率上控制該單一對的光學采樣門； 一個可調(diào)式光學延遲裝置被安置在該輸入信號對與該采樣信號對之一或兩者中以便 控制該輸入信號對到每個采樣門的路徑差異；并且使用多個分離的光至電接收器將來自該單一對的光學采樣門的這些輸出采樣信號轉(zhuǎn) 換為多個電信號、隨后對每個信號進行A/D轉(zhuǎn)換，其中這些數(shù)字表示的信號然后進行減法 以便形成該輸入信號對的平衡式檢測版本。
15.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中兩對光學采樣門是響應于兩對光學輸入信號而形成兩對采樣的信號； 一個單一的光學選通源在一個預定的頻率下控制這兩對光學采樣門； 可調(diào)式延遲裝置被用于控制每個輸入信號對到每個采樣門的路徑差異；并且 使用多個分離的光至電接收器將在每對采樣門之后的這些輸出采樣信號轉(zhuǎn)換為多個 電信號、隨后對每個信號進行A/D轉(zhuǎn)換，其中這些數(shù)字表示的信號然后進行減法以便形成 這兩個輸入信號對的平衡式檢測版本。
16.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中一個單一對的光學采樣門是響應于至少兩對光學輸入信號而形成多對采樣信號； 一個單一的光學選通源在一個預定的頻率下控制該至少兩對光學采樣門，該采樣安排 進一步包括多個光學開關(guān)，這些光學開關(guān)被安置在與兩個或更多個輸入端及一個單一的輸出端相 關(guān)聯(lián)的每個采樣門之前的輸入信號路徑中，并且被控制為使得這些光學開關(guān)以一種預定的 順序選擇將哪一對輸入信號發(fā)送給這些采樣門；以及可調(diào)式光學延遲裝置，該可調(diào)式光學延遲裝置沿每個輸入信號對而安置以便控制該輸 入信號對到每個采樣門的路徑差異，其中使用多個分離的光至電接收器將在這兩個采樣門之后的這些輸出采樣信號轉(zhuǎn)換為多 個電信號、隨后對每個信號進行A/D轉(zhuǎn)換，這樣使得這些數(shù)字表示的信號然后進行減法以便形成這些輸入信號對的平衡式檢測版本。
17.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該安排進一步包括至少一個額外的采樣門，該采樣門響應于至少一個輸入?yún)⒖紩r鐘信號而形成多個采樣 參考時鐘信號，其中該至少一個額外的采樣門是由與響應于這些輸入信號對的這些采樣門 相同的選通源來控制的；其中使用多個分離的光至電接收器將在這些采樣門之后的這些輸出采樣參考時鐘轉(zhuǎn)換為 多個電信號、隨后對每個時鐘進行A/D轉(zhuǎn)換，這樣使得這些數(shù)字表示的時鐘信號被用于為 這些采樣信號創(chuàng)建多個時基以便在這些輸入信號對的重構(gòu)平衡式檢測版本中正確地定位 每個樣本。
18.如權(quán)利要求1所述的一種采樣安排，其中該安排進一步包括一種用于光學信號的解調(diào)方法，這些光學信號包括在光學相位中編碼的數(shù)據(jù)，該光學 相位耦合連接到該采樣安排的輸入端上，其中在解調(diào)之后，該輸入光學信號被拆分為多個 輸入信號對，這些輸入信號對包含被轉(zhuǎn)換為調(diào)幅形式的光學相位信息。
19.如權(quán)利要求17所述的一種采樣安排，其中該解調(diào)方法被設計為對選自下組的調(diào) 制格式進行解調(diào)，該組包括差分相移鍵控(DPSK)、差分正交相移鍵控(DQPSK)、相移鍵控 (PSK)、正交相移鍵控(QPSK)、或差分八級相移鍵控(D8PSK)。
全文摘要
已經(jīng)設計了一種雙門采樣系統(tǒng)用于對一個或多個輸入信號對進行采樣的平衡式檢測。本發(fā)明對每個信號對中的兩個信號進行同時的采樣，隨后使用軟件將這些樣本對進行數(shù)字化和組合。通過首先對這些信號進行采樣并且然后將所采樣的信號組合成為相應的平衡式檢測信號，這有可能避免由傳統(tǒng)的平衡式檢測器與電學示波器引入的帶寬限制和阻抗問題。具體地講，對于光學采樣門可以設計出非常高帶寬的采樣門而沒有任何阻抗問題，并且因此可以對非常高速的信號進行近乎完美的平衡式檢測重構(gòu)。隨著新的相位調(diào)制的光學數(shù)據(jù)信號被引入市場(如PSK、DPSK、QPSK以及DQPSK)，平衡式檢測變得越來越重要。本發(fā)明非常適合用于這些新類型信號的分析。
文檔編號H04B10/00GK102150384SQ200980135355
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者H·桑那拉德, M·斯克爾德, M·韋斯特倫德, P·安德里克森 申請人:愛斯福公司