[发明专利]频差补偿装置和方法、光相干接收机

说明书

技术领域：

本发明涉及光通信，更具体地，涉及光相干接收机。

背景技术

随着对光通信系统的容量要求和灵活性要求的逐步提高，相干光通 信技术变得越来越重要。和非相干技术(比如“开-关”键控，on-off key， OOK)或自相干技术(如差分四相相移键控DQPSK)相比，相干技术有 如下优点：大约3dB的光信噪比(OSNR)增益；可以采用更高效的调制 技术(如正交调制QAM)来提高传输容量，可以方便地采用电均衡技术 来应对信道变化，降低成本等。相干接收要求本振的频率及相位与载波 的相位完全一致，即本振和载波的相位之差(相差)和频率之差(频差)为 零，否则不为零的相差和频差会出现在接收的基带信号中，从而使相干 接收机的性能会受到很大的影响。在电相干接收机中，相差和频差是通 过由锁相环来精细地控制本振的相位和频率来消除的。但对光相干接收 而言，因为受到光器件技术和标准等因素的制约，很难在接收机中通过 实现锁相环来对本振激光器进行精细控制。所以在光相干接收机中，需 要新的技术来消除基带信号的频差和相差对接收机性能的影响。目前， 已经有了一些技术可以实现对基带信号中的相差的补偿，但这些技术正 常工作的前提是频差极小(MHz的水平)。

图1示出了利用锁相环的光相干接收机。图中的相差检测器106、 环路滤波器105、控制器104构成了锁相环。锁相环的输出111控制本振 激光器103，使本振激光器103的输出102的频率和相位与载波的频率和 相位一致。另外，图1的光混频器107、光电检测器(PD)108和109 构成了前端处理器，用于将输入的光信号101变为基带电信号。数据恢 复器110用于恢复出数据信号。因为受到光器件技术和标准等因素的制 约，图1所示的接收机是很难实现的。所以，目前有一些技术提出通过 对基带数字信号进行处理来消除相差。

图2示出了一种利用数字相位恢复技术的光相干接收机。对比图1， 图2中没有对本振激光器103进行控制，而是通过数字相位恢复器204 来消除本振与载波间的相差。数字相位恢复器204通过对多个连续符号 的相差进行平均来去除噪声，得到真实的相差，然后用该相差来修正这 些符号的相位，从而去除相差。在图2中，光混频器107、光电检测器 108和109、模数转换器201和202构成了前端处理器，用于将光信号变 为基带数字电信号203。由上述说明可以看出，数字相位恢复器的工作原 理是认为多个连续符号的相差是常数。而当频差不为零时，符号的相差 就随时间的变化而变化。所以当频差大于几十MHz时，数字相位恢复器 就无法正常工作。而在实际光通信系统中，由于受到温度等因素的影响， 频差可能会高达几GHz。所以，频差补偿在利用数字相位恢复技术的光 相干接收机中是必不可少的。

图2中还示出了现有技术的数字相位恢复器的一个示例。但数字相 位恢复器也可以由其他装置实现，只要能够恢复数字相位即可。如图2 的下部所示，该数字相位恢复器的输入是由相干接收机的前端处理部输 出的基带电信号203，即I+jQ＝exp(jθ_d+jθ)。一般情况下，基带电信号 203既包含了数据信息θ_d，也包含了载波与本振之间的相位偏差θ。基带 电信号203首先被输入到取辐角器207，求得辐角208。辐角208分别输 入到减法器223和减法器210。在减法器210处将该辐角208与反馈的N 个符号前的相位差相减，粗略地得到数据相位。然后输入2π取模器211 和求商取整部212。所述2π取模器对信号进行2π取模运算，将其限制 在0到2π之间；所述求商取整部将经2π取模器限制在0到2π之间 之后的所述信号除以预定值(例如π/2)，并获取商的整数部分。根据求 商取整部212的结果将信号203输入到相位偏差复值提取部214、215、 216或217。相位偏差复值提取部例如利用图2所示的公式得到用复数表 示的相位偏差的实部w2和虚部w1。