[发明专利]用于补偿光信号的快速偏振态变化的均衡装置

说明书

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其是均衡数字信号。均衡由2×2MIMO信道估计和偏振态(SOP)估计支持。本发明提出了一种均衡装置、包括该均衡装置的光接收器、相应的方法以及具有用于实现该方法的具有帧结构的光信号。均衡装置包括第一2×2MIMO均衡器，其用于对所述数字信号执行第一均衡，所述第一均衡由基于所述数字信号的所述信道的2×2MIMO信道估计支持。此外，该装置包括第二2×2MIMO均衡器，其设置在所述第一均衡器之后，并且用于对所述数字信号执行第二均衡，所述第二均衡由基于所述数字信号的所述光信号的SOP估计支持。

技术领域

本发明一般涉及处理数字信号，尤其是对数字信号进行均衡。该数字信号具体由信道上传输的光信号导出，因此，本发明还涉及信道估计。本发明尤其涉及在光信号的快速偏振态(state of polarization，SOP)变化的情况下对数字信号进行均衡，因此，本发明还涉及SOP估计。本发明可应用于光纤复合架空地线(optical ground wire，OPGW)光缆领域。

本发明提出一种均衡装置、一种包括该均衡装置的光接收器以及一种由例如均衡装置或光接收器执行的均衡方法。本发明还提出了一种光信号，其包括具有使得能够对快速SOP变化进行均衡的帧结构的帧。

背景技术

在其他技术中，OPGW光缆已经在架空输电线上用于接地，以实现防雷。除了接地之外，OPGW光缆还允许光纤电缆的廉价部署，光纤电缆放置在OPGW光缆中心的金属管中，并被一层或多层铠装线屏蔽。

然而，近年来，现场和实验室测量表明，由雷电感应电流沿导体轴线产生的磁场会非常迅速地改变光纤中光的SOP。这成为一个问题，尤其是在使用相干光偏振复用传输方案时。初步评估了对相干数字信号处理(digital signal processing，DSP)集成电路的跟踪能力的潜在影响，估计雷击引起的SOP速度约为每秒几兆弧度(Mrad/s)。

最近的现场试验证实了这种现象，并且测得SOP速度高达5.1Mrad/s，尽管无法将雷电感应电流的大小与SOP变化的速度关联起来。因此，在最近的实验室实验中，开发了系统的装置，以便测量两种类型的OPGW光缆在高达150kA及以上的雷电感应电流下的SOP。测得超过8Mrad/s的快速SOP速度。在这方面，从雷电模型可以知道，1％的负的首次雷击的峰值电流至少为150kA，在某些极端情况下甚至可以达到500kA。

当使用例如每秒100吉比特(Gb/s)或更高的相干光偏振复用传输方案时，快速SOP变化尤其是一个问题。由于大多数商用数字信号处理器都被设计为承受由机械振动引起的SOP变化，SOP跟踪能力通常只有每秒几百千弧度(krad/s)。因此，业界达成共识，OPGW光缆遭受雷击会导致地铁和长途网络的交通中断。

市场上大多数DSP应用专用电路(ASICs)都使用基于梯度算法的2×2多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)均衡器，例如恒模算法或判决引导最小均方(decision-directed least-mean-square，DD-LMS)算法。考虑到其他处理算法，似乎有可能设计出能够跟踪高达数百krad/s的SOP旋转速度的100G DP-QPSK DSP-ASIC，涵盖发生在埋入式光纤链路中的大多数SOP瞬变以及某些雷电情况。对于高阶正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)，此类DSP器件的SOP跟踪能力将大大降低。

虽然基于2×2MIMO信道估计的DSP改善了2×2MIMO均衡器的性能，但是无法跟踪和补偿空中光纤链路上由雷电流引起的电流所导致的超快SOP旋转速度，除非使用不切实际的训练开销。

发明内容