[发明专利]在光通信中恢复载波相位的系统和方法

说明书

本发明的实施方式为采用任意高阶多维调制格式的高速光通信提供处理周跳、角偏斜以及残余相位噪声的问题的方法。实施方式使用跳过程分析器、偏斜角估计器和相位噪声离散估计器为基于高阶隐马尔可夫模型(HMM)的更精确的似然度计算提供载波相位恢复(CPE)的前馈软判定信息。可以在具有联合的马尔可夫状态转移的双偏振中联合地进行对数似然度计算。一些实施方式为对数似然度计算使用内核滤波器或粒子滤波器。

技术领域

本发明大体地涉及光通信，并且更具体地，涉及估计相干光通信系统的接收器中的软判定解码器的相位。

背景技术

相干光通信技术已经通过使用振幅、相位、x偏振和y偏振来提高数据速率。常规的非相干光学通信仅使用光场的振幅分量。如正交振幅调制(QAM)或幅相移键控(APSK)的相干调制要求载波相位估计(CPE)以进行解调。常规地，已经使用了基于相位解缠的前馈CPE。例如，M次幂方法被特别地用于PSK调制格式。维特比和维特比(V&V)方法使用振幅归一化的非线性函数连同M次幂方法以提高载波相位的估计精度。

对于在下一代光通信中实现高数据速率所需要的高阶QAM信号星座来说，那些盲CPE方法表现得并不好。此外，那些方法具有由M次幂方法引起的相位模糊的根本问题。为了弥补相位模糊，通常使用相位解缠方法。简单的相位解缠方法可能会引起被称为周跳(cycle slip)的额外的问题。在接收器中的相位跟踪回路经历由于信号失真、或诸如非线性相位噪声的一些其它干扰因素引起的暂时失锁(loss of lock)时，周跳由于CPE中的相位突变而发生。

可以使用差分编码或导频符号插入来减少周跳。然而，差分编码具有使由于误差传播导致的比特误差率(BER)加倍的根本问题。由于不期望的导频符号的开销，导频符号插入也具有频谱效率降低的不可避免的缺点。

利用诸如低密度奇偶校验(LDPC)码的前向纠错(FEC)码，所谓的turbo原理用于处理光通信中的各种损失。例如，turbo均衡可以减少线性和非线性失真。turbo差分解码已被用于补偿差分编码中的误差传播的劣化。周跳的问题已经通过turbo CPE处理，turbo CPE使用来自FEC解码器的软判定反馈。然而，将软判定信息从解码器反馈回CPE可增加整体延迟。代替将软判定信息从解码器反馈回CPE，可以通过向解调器反馈以补偿周跳来减小延迟。然而，如果周跳概率在前馈CPE处已较高，则不能很好地工作。

周跳问题对于高阶QAM传输变得甚至更严重。在高阶QAM传输中，参考激光信号的同相被称为I，并且被移位90度的正交信号被称为Q。要生成I-Q均衡的完美QAM星座，对Mach-Zehnder调制器的精确和稳定的偏置控制是不可缺少的。然而，在实践中，特别是用于高速收发器和诸如1024QAM的高阶调制的这样的偏置控制并未实现。偏置缺陷引起角度偏斜的问题，其中，星座点根据I轴与Q轴之间的偏斜角度而偏离理想的正方形网格点。

发明内容

【技术问题】

常规地，可以使用Gram-Schmidt正交化和k-均值聚类以补偿偏斜问题。伴随偏斜问题，在CPE之后，仍然具有残余相位噪声。相位噪声来自诸如光纤非线性和激光线宽的损害。残余的相位噪声会劣化密集高阶QAM信号的性能。因此，在本领域中，需要一种针对高速光通信系统中的高阶QAM传输处理周跳和角偏斜以及相位噪声的方法。

【问题解决方案】

本发明的实施方式提供了一种解决采用任意高阶多维调制格式的高速光通信的周跳、角偏斜和残余相位噪声的系统和方法。实施方式使用载波相位估计(CPE)处的解缠历史以基于高阶隐马尔可夫(Markov)模型(HMM)为更准确的似然度计算提供跳概率(slipprobability)的前馈软判定信息。解码器反馈信息可用于更新解调器模块的似然度，而增加了延迟是边际的因为CPE不需要解码器反馈信息。