專利名稱：具有信號(hào)星座的通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此所討論的本發(fā)明涉及光學(xué)通信設(shè)備并且更具體但非絕對(duì)地，涉及允許利用信號(hào)星座對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)從而用于信息的接收和傳輸?shù)脑O(shè)備。
背景技術(shù)：
通常對(duì)信息進(jìn)行調(diào)制以用于傳輸。調(diào)制是變換消息信號(hào)從而易于使用的過程并且通常涉及相對(duì)于一個(gè)波形而改變另一波形。在電信中，調(diào)制用于傳遞消息。例如，信號(hào)的幅度(例如，量)、相位(例如，定時(shí))以及頻率(例如，音高)可以被改變從而傳遞信息。星座圖是由數(shù)字調(diào)制方案進(jìn)行調(diào)制的信號(hào)的表示。例如，可以根據(jù)除了各種其他調(diào)制方案之外的正交幅度調(diào)制(QAM)或是相移鍵控(PSK)來對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。在星座圖中， 信號(hào)顯示為在復(fù)平面中的二維散點(diǎn)圖，其可以被當(dāng)作可能采樣的匹配濾波器輸出值集合的表示。相應(yīng)地，信號(hào)星座代表可能由給定的調(diào)制方案選擇作為復(fù)平面中的點(diǎn)的可能的符號(hào)。 針對(duì)已被調(diào)制的接收到的信號(hào)的測(cè)量出的星座圖可以被用來識(shí)別所接收到的信號(hào)中的干擾和失真的類型。通過將所傳輸?shù)姆?hào)表示為復(fù)數(shù)并且對(duì)分別具有實(shí)部和虛部的余弦和正弦載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，可以利用兩個(gè)頻率相同的載波來發(fā)送符號(hào)。這兩個(gè)載波通常被稱為正交載波并且可以由相干檢測(cè)器進(jìn)行獨(dú)立解調(diào)。使用兩個(gè)獨(dú)立調(diào)制的載波是正交調(diào)制的基礎(chǔ)。在純相位調(diào)制中，調(diào)制符號(hào)的相位是載波本身的相位。信號(hào)星座中的符號(hào)可以被視覺化為在復(fù)平面中的點(diǎn)。實(shí)軸和虛軸通常被稱為同相或是I軸以及正交或是Q軸。在散點(diǎn)圖中描繪出多個(gè)符號(hào)產(chǎn)生了星座圖。在星座圖中的點(diǎn)可以被稱為星座點(diǎn)或是信號(hào)點(diǎn)并且其為包括調(diào)制字母表的調(diào)制符號(hào)的集合。術(shù)語星座圖同樣可以被用于指代調(diào)制方案的信號(hào)星座中的信號(hào)點(diǎn)的理想位置的圖。因此，星座是調(diào)制方案中所有符號(hào)的表示。在接收到信號(hào)后，解調(diào)器對(duì)所接收到的可能被信道或是接收器(例如加性白噪聲、失真、相位噪聲或是干擾)損壞的符號(hào)進(jìn)行檢查。例如根據(jù)在存在有加性高斯噪聲的情況下的最大似然檢測(cè)，解調(diào)器選擇星座圖上最為接近(從歐幾里得距離意義上來說)所接收到的符號(hào)的點(diǎn)作為對(duì)實(shí)際傳輸?shù)男盘?hào)的估計(jì)。星座圖允許該過程的直接的視覺化；接收器將所接收到的符號(hào)識(shí)別為在I-Q平面中的任意點(diǎn)并且接著決定所傳輸?shù)姆?hào)是最為接近所接收到的信號(hào)的星座點(diǎn)。這樣，如果損壞導(dǎo)致了所接收到的符號(hào)較之于實(shí)際傳輸?shù)姆?hào)而言移動(dòng)得更為靠近另一個(gè)星座點(diǎn)，那么所接收到的信號(hào)將被錯(cuò)誤地解調(diào)。對(duì)于對(duì)所接收到的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行分析的目的，在星座圖中的損壞將會(huì)明顯。例如， 高斯噪聲將會(huì)表現(xiàn)為模糊的星座點(diǎn)；非相干單頻干擾將會(huì)表現(xiàn)為圓形星座點(diǎn)；相位噪聲將會(huì)表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)地?cái)U(kuò)展的星座點(diǎn)；并且振幅壓縮將導(dǎo)致拐角點(diǎn)向星座中心移動(dòng)。由于信號(hào)損壞以及當(dāng)損壞導(dǎo)致所接收到的符號(hào)較之于所傳輸?shù)姆?hào)而言移動(dòng)得更為靠近另一個(gè)星座點(diǎn)時(shí)無法對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行正確解調(diào)，因此目前傳輸系統(tǒng)的到達(dá)范圍受限。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)損壞(例如噪聲)導(dǎo)致了所接收到的符號(hào)較之于所傳輸?shù)姆?hào)而言移動(dòng)得更為靠近另一個(gè)星座點(diǎn)時(shí)，光學(xué)通信系統(tǒng)就無法對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行正確的解調(diào)。這種損壞以及無法對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行正確的解調(diào)的后果是目前的通信系統(tǒng)的到達(dá)范圍受限。用于對(duì)被噪聲損壞的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)選星座由在描述復(fù)數(shù)符號(hào)的復(fù)平面中的符號(hào)的二維高斯分布所給出。對(duì)于離散振幅的情況來說，二維高斯可以由具有相同頻率并且振幅相同間隔開的環(huán)的星座來近似。用于多個(gè)環(huán)星座的傳統(tǒng)約束包括為內(nèi)環(huán)半徑整數(shù)倍的環(huán)半徑；以及在每個(gè)環(huán)上的相同的占有頻率。這里所描述的實(shí)施方式從固定振幅環(huán)星座轉(zhuǎn)移開，從而用于光纖中高信號(hào)功率的改進(jìn)的傳輸。由所描述的實(shí)施方式提供的信號(hào)星座產(chǎn)生非線性效應(yīng)的降低，允許了光纖通信系統(tǒng)到達(dá)范圍的擴(kuò)展。提供了擴(kuò)展傳輸距離的系統(tǒng)、裝置和方法，這對(duì)于下一代光譜高效的系統(tǒng)來說至為關(guān)鍵。一系列使得來自光纖非線性的信號(hào)失真最小化的最優(yōu)星座中的一個(gè)例子由具有較之于均勻環(huán)星座而言在振幅上更為靠近地放置的點(diǎn)的星座給出。其中臨近原點(diǎn)放置的符號(hào)為稀疏或是缺乏的星座同樣提供了改善的非線性傳輸性能。這里所提供的一些實(shí)施方式被配置用以降低由通過光學(xué)正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制方案?jìng)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)中的非線性效應(yīng)而引起的錯(cuò)誤。在這種方案中，非線性光學(xué)效應(yīng)具有使得由同相分量和正交相位分量承載的相位數(shù)據(jù)失真的傾向。提供了一種利用信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行整形的方法。所述方法包括利用相移鍵控(QPSK)信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)位于至少兩個(gè)環(huán)上。第一環(huán)具有第一半徑rl并且第二環(huán)具有第二半徑r2。第一半徑與第二半徑不相同，并且信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的η維網(wǎng)格上，其中η為整數(shù)。規(guī)則的η維網(wǎng)格由平行于η維中的每一個(gè)的軸的最小數(shù)目的線來形成，所述線連接位于軸原點(diǎn)兩側(cè)的PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)。在規(guī)則的η維網(wǎng)格中，信號(hào)點(diǎn)位于由交叉了所有信號(hào)點(diǎn)的平行于軸的最小數(shù)目的線構(gòu)成的網(wǎng)格的交叉點(diǎn)處。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二半徑大于第一半徑，并且第二半徑為第一環(huán)半徑的非整數(shù)倍。在另一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)點(diǎn)位于兩個(gè)環(huán)上并且其中信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的二維OD) 矩形網(wǎng)格上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二半徑r2不是第一半徑rl的整數(shù)倍。在又一個(gè)實(shí)施方式中，第一半徑r 1與第二半徑r2的比約大于0. 5。信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以由平面上的分量來表示，該平面具有至少一個(gè)軸，所述軸從原點(diǎn)在第一方向和第二方向上延伸，其中所述信號(hào)星座包括至少兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)，第一信號(hào)點(diǎn)位于第一方向上并且第二信號(hào)點(diǎn)位于第二方向上，其中所述第一方向上的第一信號(hào)點(diǎn)的振幅大于第二方向上的第二信號(hào)點(diǎn)的振幅。在一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)點(diǎn)形成螺旋形。例如，信號(hào)點(diǎn)可以位于四個(gè)環(huán)上，且信號(hào)點(diǎn)不是位于規(guī)則的二維OD)矩形網(wǎng)格上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以表示在復(fù)平面上，復(fù)平面具有在第一方向和第二方向上延伸的同相軸，并且復(fù)平面具有在第三方向和第四方向上延伸的虛數(shù)軸，其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)具有同相分量和虛數(shù)分量。在該實(shí)施方式中，信號(hào)點(diǎn)在第一方向上的同相分量的最大振幅大于信號(hào)點(diǎn)在第二方向上的同相分量的最大振幅；并且信號(hào)點(diǎn)在第三方向上的正交分量的最大振幅大于信號(hào)點(diǎn)在第四方向上的正交分量的最大振幅。在另一個(gè)例子中，信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以表示在復(fù)平面中，該復(fù)平面具有在第一方向和第二方向上延伸的同相軸，并且該復(fù)平面具有在第三方向和第四方向上延伸的虛數(shù)軸，其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)具有同相分量和虛數(shù)分量，并且信號(hào)點(diǎn)在第一方向、第二方向、第三方向或是第四方向中的每個(gè)上的最大振幅不相同。實(shí)施方式可以附加性地包括接收將被調(diào)制的信號(hào)，將經(jīng)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行傳輸，以及其組合。在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行整形的方法，其包括利用具有信號(hào)點(diǎn)集合的PSK信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)由具有至少第一分量和第二分量的復(fù)數(shù)來表示，其中PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第一分量的第一最大振幅與PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第二分量的第二最大振幅不同。在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行整形的方法，其包括利用具有多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的PSK信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中信號(hào)點(diǎn)由沿著第一軸的第一分量以及沿著第二軸的第二分量來表示，其中多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的第一分量的第一最大振幅與多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的第二分量的第二最大振幅不同。例如，PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以位于復(fù)平面中的至少一個(gè)橢圓上。在另一個(gè)例子中，PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以位于復(fù)平面中的至少一個(gè)卵形曲線上。在一個(gè)實(shí)施方式中，一種包括第一編碼器的裝置，所述編碼器被配置用于接收二進(jìn)制比特流，所述編碼器進(jìn)一步被配置為通過基于相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)二進(jìn)制比特流進(jìn)行整形從而對(duì)二進(jìn)制比特流進(jìn)行編碼，其中所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)位于至少兩個(gè)環(huán)上，第一環(huán)具有第一半徑rl并且第二環(huán)具有第二半徑r2，其中所述第一半徑和第二半徑不同，并且其中所述信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的η維網(wǎng)格上，其中η為整數(shù)，所述第一編碼器進(jìn)一步被配置為利用載波對(duì)經(jīng)編碼的二進(jìn)制比特流進(jìn)行調(diào)制。所述裝置可以包括多路分解器，其被配置用于將二進(jìn)制比特流從表示著有待傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號(hào)的信號(hào)中分離出來。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置包括接收器，其被適配為對(duì)由光學(xué)信號(hào)承載的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置為用于對(duì)經(jīng)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斊?。在另一個(gè)可選實(shí)施方式中，所述裝置可以包括用于對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解碼的接收器并且被配置用于對(duì)經(jīng)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行傳輸。在一個(gè)實(shí)施方式中，一種包括調(diào)制器的裝置，所述調(diào)制器用于利用具有信號(hào)點(diǎn)集合的PSK信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述信號(hào)點(diǎn)中的每一個(gè)由具有至少第一分量和第二分量的復(fù)數(shù)來表示，其中所述PSK信號(hào)星座中的信號(hào)點(diǎn)集合的第一分量的第一最大振幅與所述PSK信號(hào)星座中的信號(hào)點(diǎn)集合的第二分量的第二最大振幅不同。在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種包括調(diào)制器的裝置，所述調(diào)制器用于利用具有多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的PSK信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述信號(hào)點(diǎn)由沿著第一軸的第一分量和沿著第二軸的第二分量表示，其中所述多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的第一分量的第一最大振幅與所述多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的第二分量的第二最大振幅不同。在此處提到“一個(gè)實(shí)施方式”或“一實(shí)施方式”意味著結(jié)合實(shí)施方式而討論的特定特征、結(jié)構(gòu)或是特性可以包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中。在說明書各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施方式中”并非必然全部指代相同的實(shí)施方式，而獨(dú)立或是可替代的實(shí)施方式也并非必然與其他實(shí)施方式互相排除。這對(duì)于術(shù)語“實(shí)現(xiàn)”同樣適用。


從以下所給出的詳細(xì)描述和附圖可以更徹底地理解示例實(shí)施方式，其中相同的元素用相同參考標(biāo)號(hào)來表示，這些附圖僅僅作為說明而給出并且因此并非限制性的，其中圖IA和圖IB定性地說明了由于非線性的光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致的失真如何在4-相移鍵控(QPSK)信號(hào)點(diǎn)的解調(diào)期間引入誤差；圖2A和圖2B說明了可以通過利用不同振幅的信號(hào)對(duì)光學(xué)載波的同相分量和正交相位分量進(jìn)行調(diào)制從而降低解調(diào)誤差的一個(gè)實(shí)施方式；圖3說明了根據(jù)本發(fā)明原理的信號(hào)星座的一個(gè)實(shí)施方式；圖4說明了用于正交相移鍵控(QPSK)的示例性傳輸器結(jié)構(gòu)；圖5說明了用于QPSK的示例性接收器結(jié)構(gòu)；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理采用了利用信號(hào)星座進(jìn)行的調(diào)制的示例性光學(xué)傳輸系統(tǒng)的示意性示圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖對(duì)各種示例性的實(shí)施方式進(jìn)行充分地描述，應(yīng)當(dāng)注意的是這里所公開的特定結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)僅僅是出于描述示例性實(shí)施方式的目的而為表示性的。示例性的實(shí)施方式可以采用多種替代的形式來實(shí)施并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為僅僅限于這里所列舉出的實(shí)施方式。詳細(xì)描述和附圖的通篇都僅僅是說明性并且用于進(jìn)行解釋而非限制本發(fā)明的。雖然術(shù)語第一、第二等在這里用于描述各種元素，然而這些元素不應(yīng)當(dāng)由這些術(shù)語限制，因?yàn)檫@些術(shù)語僅僅用于將一個(gè)元素區(qū)分于另一個(gè)元素。例如，第一元素可以被命名為第二元素， 并且類似地，第二元素可以被命名為第一元素，而不會(huì)背離示例性實(shí)施方式的范圍。正如在此所使用的，術(shù)語“以及”是用于結(jié)合和分離的目的并且包括所列舉出的相關(guān)聯(lián)項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的任何以及所有組合，并且單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“該”意在同時(shí)包括復(fù)數(shù)形式， 除非上下文清楚地另外指出。除非另外定義，這里所使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有如示例性實(shí)施方式所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所共同理解的相同意義。此外將被理解的是，正如這些在通用詞典中所定義的一樣，術(shù)語應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與其相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的上下文中的意義相一致的意義，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為理想的或是過于正式的意義，除非在此明示地定義了。還應(yīng)當(dāng)注意的是在某些可選的實(shí)施方式中，所標(biāo)注的功能/活動(dòng)可以不同于圖中所標(biāo)注出的順序而發(fā)生。例如，兩個(gè)顯示為連續(xù)的數(shù)字實(shí)際上可能同時(shí)執(zhí)行或是有時(shí)候相反順序地執(zhí)行，這取決于所涉及的功能性/活動(dòng)。
用于檢測(cè)被噪聲損壞的信號(hào)的星座可以由在描述復(fù)符號(hào)的復(fù)平面中的符號(hào)的二維高斯分布而給出。對(duì)于離散振幅的情況來說，二維高斯可以由在具有相同頻率并且振幅相同間隔開的環(huán)中的星座來近似。用于多環(huán)星座的傳統(tǒng)的約束包括為內(nèi)環(huán)半徑整數(shù)倍的環(huán)半徑；以及在每個(gè)環(huán)上的相同的占有頻率。然而，損壞(例如，噪聲)可能導(dǎo)致所接收到的符號(hào)較之于所傳輸?shù)姆?hào)而言移動(dòng)得更為靠近另一個(gè)星座點(diǎn)。由于這個(gè)效應(yīng)，光學(xué)通信系統(tǒng)可能無法對(duì)所接收到的信號(hào)正確地解調(diào)并且結(jié)果是，通信系統(tǒng)的到達(dá)范圍受限。沒有采用固定振幅環(huán)星座的實(shí)施方式提供了改進(jìn)的光纖中高信號(hào)功率的傳輸。在此所描述的信號(hào)星座產(chǎn)生了非線性效應(yīng)的降低，允許了光纖通信系統(tǒng)到達(dá)范圍的擴(kuò)展。因此，這種通信系統(tǒng)的傳輸距離可以被擴(kuò)展，而這對(duì)于下一代高光譜效率的系統(tǒng)而言尤為關(guān)鍵。一系列使得來自光纖非線性的信號(hào)失真最小化的最優(yōu)星座中的一個(gè)例子由具有較之于均勻環(huán)星座而言振幅上更為靠近地放置的點(diǎn)的星座給出。其中臨近原點(diǎn)放置的符號(hào)為稀疏或是缺乏的星座同樣提供了改善的非線性傳輸性能。這里所提供的一些實(shí)施方式被配置用于降低否則會(huì)在利用光學(xué)正交相移鍵控 (QPSK)調(diào)制方案?jìng)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)中由非線性效應(yīng)而引起的誤差。在這種方案中，非線性光學(xué)效應(yīng)具有使得通過同相分量和正交相位分量承載的相位數(shù)據(jù)失真的傾向。圖IA和圖IB定性地說明了由于非線性光學(xué)效應(yīng)而導(dǎo)致的失真如何在對(duì)4-QPSK信號(hào)點(diǎn)的解調(diào)期間引入誤差。在圖IA中，4-QPSK信號(hào)點(diǎn)表示在復(fù)平面中。信號(hào)點(diǎn)在振幅上相等地間隔開并且示出為位于單位環(huán)上。圖IB說明了在傳輸之后接收到的信號(hào)點(diǎn)。正如所接收到的散點(diǎn)圖所示，所傳輸?shù)男盘?hào)在傳輸期間由于信道或接收器的噪聲(例如，由于加性白噪聲、失真、相位噪聲或是干擾)而損壞。相應(yīng)地，所接收到的信號(hào)點(diǎn)落入帶100內(nèi)。解調(diào)器對(duì)所接收到的符號(hào)進(jìn)行檢查，并且針對(duì)所接收到的信號(hào)確定相對(duì)應(yīng)的星座點(diǎn)。例如，根據(jù)最大似然檢測(cè)，解調(diào)器選擇星座圖上最為靠近(從歐幾里得距離意義上來說)所接收到的符號(hào)的點(diǎn)來作為實(shí)際傳輸?shù)男盘?hào)的估計(jì)。如果所接收到的信號(hào)的損壞大到足以使得解調(diào)器選擇與所傳輸?shù)男盘?hào)不相同的星座點(diǎn)，則會(huì)發(fā)生解調(diào)誤差。圖2A和圖2B說明了根據(jù)本發(fā)明原理的一個(gè)實(shí)施方式，其可以通過利用具有不同振幅的信號(hào)來對(duì)光學(xué)載波的同相分量和正交相位分量進(jìn)行調(diào)制從而產(chǎn)生解調(diào)誤差的降低。 圖2A和圖2B提供了對(duì)于特定實(shí)施方式的說明，其中星座具有四(4)個(gè)信號(hào)點(diǎn)，但是可能產(chǎn)生較之于光學(xué)4-QPSK(也即存在由于非線性光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致的失真)而言較低的誤差率。如圖2A所示，PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)位于至少兩個(gè)環(huán)上，第一環(huán)具有第一半徑rl 并且第二環(huán)具有第二半徑r2，其中第一半徑和第二半徑不同，并且其中所述信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的η維網(wǎng)格上，其中η為整數(shù)。信號(hào)點(diǎn)被示出為在具有兩個(gè)軸的二維平面上。規(guī)則的η維網(wǎng)格由平行于η維中的每一個(gè)的軸的最小數(shù)目的線來形成，所述線連接位于軸原點(diǎn)兩側(cè)的PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)。在規(guī)則的η維網(wǎng)格中，信號(hào)點(diǎn)位于網(wǎng)格的交叉點(diǎn)處并且受制于信號(hào)點(diǎn)在振幅上相等地隔開的約束。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二半徑大于第一半徑，并且第二半徑是第一環(huán)半徑的非整數(shù)倍。在另一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)點(diǎn)位于兩個(gè)環(huán)上并且其中信號(hào)點(diǎn)并未位于規(guī)則的二維 (2D)矩形網(wǎng)格上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二半徑r2不是第一半徑rl的整數(shù)倍(也即r2 ！ [!!!(!^，其中！！！為整數(shù))。正如圖2A所示，第一環(huán)的第一半徑r 1小于一(1)而第二環(huán)的第二半徑r2等于一(1)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一半徑rl與第二半徑r2的比率大于約0. 5，以使得星座中的信號(hào)點(diǎn)具有足夠的間隔從而允許存在信號(hào)損壞的情況下的解調(diào)。信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以由平面上的分量來表示，所述平面具有至少一個(gè)軸，所述軸從原點(diǎn)開始在第一方向和第二方向上延伸，其中所述信號(hào)星座包括至少兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)，第一點(diǎn)位于第一方向上并且第二點(diǎn)位于第二方向上，其中所述第一方向上的第一信號(hào)點(diǎn)的振幅大于第二方向上的第二信號(hào)點(diǎn)的振幅。也就是說，位于軸的正方向上的第一信號(hào)點(diǎn)的振幅可能具有第一值而位于相同軸的負(fù)方向上的第二信號(hào)點(diǎn)的振幅可能具有不同的值。在圖2B中說明了示出為具有所傳輸信號(hào)點(diǎn)的非線性失真的所接收到的信號(hào)點(diǎn)。 正如所接收到的散點(diǎn)圖所示，傳輸?shù)男盘?hào)由于傳輸期間信道或是接收器的噪聲而損壞(例如，由于加性白噪聲、失真、相位噪聲或是干擾)。相應(yīng)地，所接收到的信號(hào)點(diǎn)落入帶200內(nèi)。圖3說明了根據(jù)本發(fā)明原理生成的信號(hào)星座的一個(gè)實(shí)施方式。所示出的信號(hào)點(diǎn)落在兩個(gè)環(huán)上。第一環(huán)具有半徑rl。第二環(huán)具有半徑r2。所述第二半徑大于所述第一半徑并且為所述第一半徑的非整數(shù)倍。在一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)星座具有2個(gè)環(huán)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的振幅比率>0.5。具有優(yōu)勢(shì)地，根據(jù)本實(shí)施方式所提供的信號(hào)星座可以增加光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的透明度并且可以允許在一些系統(tǒng)中降低對(duì)于喇曼放大的需要。圖4說明了用于QPI的示例性傳輸器結(jié)構(gòu)400。由多路分解器404將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流402分解為同相分量和正交相位分量。二進(jìn)制比特流的分支接著被單獨(dú)地調(diào)制在兩個(gè)正交基函數(shù)406上。所述調(diào)制由編碼器來完成，所述編碼器接收二進(jìn)制比特流的一個(gè)分支并且通過基于相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)二進(jìn)制比特流進(jìn)行整形而對(duì)所述二進(jìn)制比特流進(jìn)行編碼，其中所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)位于至少兩個(gè)環(huán)上，第一環(huán)具有第一半徑rl并且第二環(huán)具有第二半徑r2，其中所述第一半徑和第二半徑不同，并且其中所述信號(hào)點(diǎn)并未位于規(guī)則的η維網(wǎng)格上，其中η為整數(shù)。所述編碼器進(jìn)一步包括多路復(fù)用器410，其利用正交基函數(shù)406對(duì)所編碼的二進(jìn)制比特流進(jìn)行改變。在所示出的實(shí)現(xiàn)中，兩個(gè)正弦波被用作正交基函數(shù)。之后，分支的兩個(gè)信號(hào)由合并器412進(jìn)行疊加，并且所得到的信號(hào)為QPSK信號(hào)414。注意極化不歸零編碼的使用。這些編碼器可以被放置在二進(jìn)制數(shù)據(jù)源之前，但是這里被放置在后面從而說明涉及了數(shù)字調(diào)制的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間概念上的區(qū)別。圖5示出了用于QPSK的示例性接收器結(jié)構(gòu)500。QPSK信號(hào)502被發(fā)送到匹配濾波器504。所述匹配濾波器對(duì)應(yīng)于相應(yīng)傳輸器的兩個(gè)正交基函數(shù)。所述匹配濾波器可以由相關(guān)器代替。在濾波之后，以時(shí)間間隔Ts 506針對(duì)每個(gè)分量對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。針對(duì)每個(gè)分量而采樣的信號(hào)被提供給檢測(cè)設(shè)備508。每個(gè)檢測(cè)設(shè)備利用參考閾值來確定是否檢測(cè)到了一 (1)或者零(0)。針對(duì)每個(gè)分量所檢測(cè)到的信號(hào)由多路復(fù)用器510進(jìn)行混合以創(chuàng)建所得到的恢復(fù)的二進(jìn)制比特流512。利用星座整形來解決由于非線性、極化噪聲或是二者的組合引起的相位噪聲。整形過程試圖使得非線性和噪聲效應(yīng)最小化。所提供的信號(hào)星座可以被用于調(diào)制單獨(dú)的信號(hào)或是用于多個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)。例如，信號(hào)星座可以用在OFDM方案中。圖6為根據(jù)這里所描述的調(diào)制采用利用了信號(hào)星座的調(diào)制的示例性光學(xué)傳輸系統(tǒng)的示意性示圖。在示例性的系統(tǒng)5中，通過色散管理傳輸鏈路40將112-Gb/s PDM-OFDM傳輸器10連接到112-Gb/s PDM-OFDM接收器設(shè)備50?？梢砸韵嗨频姆绞教幚砥渌麛?shù)據(jù)率信號(hào)。在傳輸器10處，首先將原始112-Gb/s數(shù)據(jù)11分成χ極化分支12和y極化分支 14，由符號(hào)映射模塊16利用根據(jù)本發(fā)明的PSK方案的調(diào)制將所述極化分支中的每一個(gè)映射到頻率子載波上，而其將由反向快速傅里葉變換(IFFT)模塊20所提供的反向快速傅里葉變換傳送到時(shí)域中。例如，每一個(gè)極化分支12或是14可以通過在此已經(jīng)描述過的相移鍵控(PSK)調(diào)制而被映射到1280個(gè)頻率子載波上，而其又連同16個(gè)導(dǎo)頻子載波一起由具有將近63%的填充比的大小為2048的IFFT傳送到時(shí)域中。16個(gè)導(dǎo)頻子載波可以均勻地分布在頻域中。可以由前綴/TS插入擴(kuò)展模塊M插入循環(huán)前綴，從而容納可能由光學(xué)傳輸鏈路40 中的色度色散(CD)以及極化模式色散(PMD)所導(dǎo)致的符號(hào)間干擾。IFFT算法組織在符號(hào)基礎(chǔ)上，需要在應(yīng)用算法之前由串行-并行模塊沈?qū)斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行并行化以及在之后由并行-串行模塊觀進(jìn)行串行化。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行化之后，在傳輸器處需要編碼器將二進(jìn)制開-關(guān)編碼傳送進(jìn)入例如具有相位值[π /4，3 π /4，5 π /4， 7 π/4]的四級(jí)相位調(diào)制信號(hào)。多頻率載波的疊加產(chǎn)生了時(shí)域中的模擬信號(hào)。因此在傳輸器中的串行化之后需要數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 30以及在接收器50中的數(shù)字信號(hào)處理之前需要相對(duì)的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 56。DAC以給定的采樣率工作。例如，在對(duì)應(yīng)于PDM-OFDM信號(hào)的一個(gè)極化分量的實(shí)部和虛部的時(shí)域樣本被串行化之后，其可以由兩個(gè)56-GS/s DAC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由兩個(gè)DAC轉(zhuǎn)換的兩個(gè)模擬波形被用于驅(qū)動(dòng)I/Q調(diào)制器32從而形成PDM-OFDM信號(hào)的一個(gè)極化分量，其接著由極化波束分束器(PBQ 34與(相似地形成)的PDM-OFDM的另一個(gè)極化分量組合從而形成原始的光學(xué)PDM-OFDM信號(hào)。兩個(gè)IQ調(diào)制器32中的每一個(gè)連接到激光器31。前綴/訓(xùn)練符號(hào)插入模塊M還可以插入訓(xùn)練符號(hào)用于信道估計(jì)。通過傳輸鏈路40將正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)承載到112_Gb/s PDM-OFDM接收器 50。光學(xué)鏈路可以是線內(nèi)色散補(bǔ)償傳輸鏈路并且包括多個(gè)摻鉺光纖放大器(EDFA)42以及由色散補(bǔ)償光纖(DCF)形成的相對(duì)應(yīng)的線內(nèi)色散補(bǔ)償模塊43用于在多個(gè)光纖段44之上傳送信號(hào)期間對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和補(bǔ)償。在接收器50處，利用具有極化分集的數(shù)字相干檢測(cè)來對(duì)在接收器前端52處的所接收到的光學(xué)信號(hào)的兩個(gè)正交分量的字段進(jìn)行采樣。這樣，接收器前端包括極化分集光學(xué)混合M、光學(xué)本地振蕩器55以及模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 56。ADC在預(yù)定的采樣率下進(jìn)行工作，所述預(yù)定的采樣率可以與DAC 30的相同。接著執(zhí)行符號(hào)同步，并且提取訓(xùn)練符號(hào)用于信道估計(jì)，所述信道估計(jì)使得在接收器數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 60處的每一個(gè)OFDM子載波上的例如PMD以及CD的有害效應(yīng)最小化。接收器DSP包括用于前綴/訓(xùn)練符號(hào)移除的模塊62、并行-串行轉(zhuǎn)換模塊66、快速傅里葉變換模塊(FFT) 68、信道補(bǔ)償模塊70、符號(hào)映射模塊72以及串行-并行轉(zhuǎn)換模塊74，從而導(dǎo)致提供給傳輸器的原始數(shù)據(jù)的重建。上述關(guān)于示例性方法而描述的各種功能由根據(jù)實(shí)施為軟件、固件、硬件或是這些的組合的適當(dāng)?shù)闹噶疃ぷ鞯奶囟ɑ蚱胀ㄓ猛镜臄?shù)字信息處理設(shè)備來執(zhí)行。例如，元素可以由專用的硬件來實(shí)現(xiàn)。專用硬件元素可以被稱為“處理器”、“控制器”或是一些類似的術(shù)語。當(dāng)由處理器提供時(shí)，功能可以由單一專用處理器、單一共享處理器或是多個(gè)其中一些為共享的個(gè)體處理器來提供。此外，術(shù)語“處理器”或是“控制器”的明示使用不應(yīng)當(dāng)被理解為排他地指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且可以隱含而非限制地包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)硬件、網(wǎng)絡(luò)處理器、專用集成電路(ASIC)或是其他電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、非易失存儲(chǔ)、邏輯、或是一些其他物理硬件組件或是模塊。例如，DSP的功能性模塊以及其他邏輯電路可以實(shí)現(xiàn)為利用半導(dǎo)體技術(shù)構(gòu)建的ASIC (專用集成電路)并且也可以利用FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或是其他硬件塊來實(shí)現(xiàn)。同樣，元素可以實(shí)現(xiàn)為可由處理器或是計(jì)算機(jī)執(zhí)行從而完成該元素的功能的指令。指令的一些例子為軟件、程序代碼以及固件。所述指令在由處理器執(zhí)行時(shí)可操作為指示所述處理器來完成該元素的功能。所述指令可以被存儲(chǔ)在處理器可讀的存儲(chǔ)設(shè)備上。存儲(chǔ)設(shè)備的一些例子是數(shù)字或是固態(tài)存儲(chǔ)器、例如磁盤和磁帶的磁性存儲(chǔ)介質(zhì)、硬驅(qū)動(dòng)或是光可讀的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。除非另外明顯地指出，每個(gè)數(shù)字值和范圍應(yīng)當(dāng)被解釋為如同在該數(shù)值和范圍的值之前有單詞“大約”或是“近似” 一樣為近似的。雖然在此描述了特定的實(shí)施方式，然而本發(fā)明的范圍并不限于這些特定的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離如在下述權(quán)利要求中所表示的本發(fā)明的范圍的情況下，對(duì)出于對(duì)本發(fā)明的性質(zhì)進(jìn)行解釋的目的而已經(jīng)描述和顯示過的部分的細(xì)節(jié)、物質(zhì)以及布置做出改變。雖然在下述方法權(quán)利要求中的元素(如果有的話)是以帶有相對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)的特定順序而記載的，然而除非權(quán)利要求的記載暗示了實(shí)現(xiàn)這些元素中的一些或是全部的特定順序，否則這些元素并不必然意在限于以該特定順序來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行整形的方法，所述方法包括利用相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)位于至少兩個(gè)環(huán)上，第一環(huán)具有第一半徑rl并且第二環(huán)具有第二半徑r2，其中所述第一半徑和所述第二半徑不同，并且其中所述信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的η維網(wǎng)格上，其中η為整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述規(guī)則的η維網(wǎng)格由平行于η維中的每一個(gè)的軸的最小數(shù)目的線來形成，所述線連接位于軸原點(diǎn)兩側(cè)的PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第二半徑大于所述第一半徑，并且其中所述第二半徑為第一環(huán)半徑的非整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)點(diǎn)位于兩個(gè)環(huán)上并且其中所述信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的二維OD)矩形網(wǎng)格上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第二半徑r2不是所述第一半徑rl的整數(shù)倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一半徑rl與所述第二半徑r2的比率大于約0. 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以由平面上的分量表示，所述平面具有至少一個(gè)軸，所述軸從原點(diǎn)在第一方向和第二方向上延伸，其中所述信號(hào)星座包括至少兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)，第一點(diǎn)位于所述第一方向上并且第二點(diǎn)位于所述第二方向上，其中在所述第一方向上的第一信號(hào)點(diǎn)的振幅大于在所述第二方向上的第二信號(hào)點(diǎn)的振幅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)點(diǎn)形成螺旋形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)點(diǎn)位于四個(gè)環(huán)上，且其中所述信號(hào)點(diǎn)并非位于規(guī)則的二維OD)矩形網(wǎng)格上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以表示在復(fù)平面上，所述復(fù)平面具有在第一方向和第二方向上延伸的同相軸，并且所述復(fù)平面具有在第三方向和第四方向上延伸的虛數(shù)軸，其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)具有同相分量和虛數(shù)分量，其中信號(hào)點(diǎn)在所述第一方向上的同相分量的最大振幅大于信號(hào)點(diǎn)在所述第二方向上的同相分量的最大振幅；其中信號(hào)點(diǎn)在所述第三方向上的正交分量的最大振幅大于信號(hào)點(diǎn)在所述第四方向上的正交分量的最大振幅。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以表示在復(fù)平面中，該復(fù)平面具有在第一方向和第二方向上延伸的同相軸，并且該復(fù)平面具有在第三方向和第四方向上延伸的虛數(shù)軸，其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)具有同相分量和虛數(shù)分量，其中信號(hào)點(diǎn)在所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向或是所述第四方向中的每個(gè)上的最大振幅不相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括接收所述光學(xué)信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括傳輸經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。
14.一種對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行整形的方法，所述方法包括利用具有信號(hào)點(diǎn)集合的相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)由具有至少第一分量和第二分量的復(fù)數(shù)來表示，其中所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第一分量的第一最大振幅與所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第二分量的第二最大振幅不同。
15.一種裝置，包括第一編碼器，所述編碼器被配置用于接收比特流，所述編碼器進(jìn)一步被配置為通過基于相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)比特流進(jìn)行整形從而對(duì)所述比特流進(jìn)行編碼，其中所述PSK 信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)位于至少兩個(gè)環(huán)上，第一環(huán)具有第一半徑rl并且第二環(huán)具有第二半徑 r2，其中所述第一半徑和所述第二半徑不同，并且其中所述信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的η維網(wǎng)格上，其中η為整數(shù)，所述第一編碼器進(jìn)一步被配置為利用載波對(duì)經(jīng)編碼的比特流進(jìn)行調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述第二半徑大于所述第一半徑，并且其中所述第二半徑為第一環(huán)半徑的非整數(shù)倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)可以由平面上的分量表示， 所述平面具有至少一個(gè)軸，所述軸從原點(diǎn)在第一方向和第二方向上延伸，其中所述信號(hào)星座包括至少兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)，第一點(diǎn)位于所述第一方向上并且第二點(diǎn)位于所述第二方向上，其中在所述第一方向上的第一信號(hào)點(diǎn)的振幅大于在所述第二方向上的第二信號(hào)點(diǎn)的振幅。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，進(jìn)一步包括多路分解器，其被配置用于將比特流從表示著有待傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號(hào)的信號(hào)中分離出來。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進(jìn)一步包括接收器，用于對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解碼。
20.一種對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行整形的方法，所述方法包括利用具有信號(hào)點(diǎn)集合的相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)由具有至少第一分量和第二分量的復(fù)數(shù)來表示，其中所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第一分量的第一最大振幅與所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第二分量的第二最大振幅不同。
21.一種裝置，包括調(diào)制器，用于利用具有信號(hào)點(diǎn)集合的相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制， 其中每個(gè)信號(hào)點(diǎn)由具有至少第一分量和第二分量的復(fù)數(shù)來表示，其中所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第一分量的第一最大振幅與所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)集合的第二分量的第二最大振幅不同。
全文摘要
一個(gè)示例性方法包括利用相移鍵控(PSK)信號(hào)星座對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)位于至少兩個(gè)環(huán)上。第一環(huán)具有第一半徑r1并且第二環(huán)具有第二半徑r2，其中所述第一半徑和第二半徑不同，并且其中信號(hào)點(diǎn)不位于規(guī)則的n維網(wǎng)格上，其中n為整數(shù)。規(guī)則的n維網(wǎng)格由平行于n維中的每一個(gè)的軸的最小數(shù)目的線來形成，所述線連接位于軸原點(diǎn)兩側(cè)的PSK信號(hào)星座的信號(hào)點(diǎn)。所述第二半徑可以大于所述第一半徑，并且所述第二半徑為所述第一環(huán)半徑的非整數(shù)倍。
文檔編號(hào)H04B10/155GK102246437SQ200980150547
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者G·G·T·克拉默, G·J·弗希尼, P·J·文澤, R-j·埃希艾姆布里 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊美國公司