[发明专利]相位偏差估计器、相干接收机和相位偏差估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信，更具体地，涉及相干接收机。

背景介绍

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。和已在光通信领域得到广泛应用的非相干技术 (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：3dB的光信噪比(OSNR) 增益；可以方便地采用均衡技术；可以采用更高效的调制技术(如正交 调制QAM)。和电相干技术一样，光相干接收机也需要一个装置来恢复 载波相位。随着电子器件技术的发展，光通信采用了越来越多的数字技 术以解决在光领域很难解决的问题。Dany-Sebastien Ly-Gagnon等在 OFC2005 OTuL4中介绍了使用数字信号处理技术的光相干接收机。他们 使用基于数字信号处理的前向相位估计来取代在实际中很难实现的光锁 相环。图1示出了现有技术的光相干接收机的示意图。如图所示，光混 频器102、本振激光器103、光电检测器104，105和模数转换器(ADC) 106，107构成了相干接收机的前端处理部118。它将光输入信号101变 成基带数字电信号I+jQ 108(后文也称基带电信号)，其中I是同相分量， Q是正交分量。由于没有锁相环，基带电信号108既包含了数据信息， 也包含了载波和本振之间的相位偏差。相位偏差估计器109估计上述相 位偏差，输出估计值113。取辐角器110用于得到复数输入的辐角，即得 到基带电信号108的相位111，相位111是数据相位和相位偏差之和。减 法器112将相位偏差113从相位111中减去，得到相位数据119。最后数 据恢复部114输出恢复后的数据值。相位偏差估计器109由串接的4次 方器116、平均器117、取辐角器115和除以4部120构成。在高速光通 信系统中，信号的速率很高，比如40GHz。这样高速的信号对接收机中 的数字信号处理硬件的运算能力提出了很高的要求。从另一角度说，现 有的数字信号处理硬件的运算能力也制约了光数字相干接收机的实现和 应用。现有方法的相位偏差估计器包含了对复数的4次方的运算。相对 于加减法和逻辑运算，这样的乘法运算的复杂度是相当高的。

基于以上情况，迫切需要一种简化的相位偏差估计方法，尤其是没 有乘法运算的方法来降低对数字信号处理硬件的处理能力的要求。

发明内容

本发明针对现有技术的上述问题作出，以解决现有技术中的一个或 更多问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种相位偏差估计器，所述相位偏 差估计器估计输入的基带电信号中的相位偏差，并反馈所述相位偏差， 所述相位偏差估计器包括：预判器，所述预判器用于根据反馈的所述相 位偏差，判断所述基带电信号中的数据的相位；相位偏差复值提取部， 用于根据所述预判器的输出提取所述相位偏差的实部和虚部；相位偏差 确定部，用于根据所述相位偏差复值提取部所提取出的相位偏差的实部 和虚部，确定所述相位偏差；时延反馈部，用于将所述相位偏差延时N 个符号，并将延时后的所述相位偏差反馈给所述预判器，其中，N为大 于1的整数。

根据本发明的第二方面，提供了一种根据本发明第一方面的相位偏 差估计器，其中所述相位偏差复值提取部如下地提取所述相位偏差的实 部w1和虚部w2：在所述预判器判断出所述数据相位为π/4时，w1＝Q -I，w2＝I+Q；在所述预判器判断出所述数据相位为3π/4时，w1＝-Q-I， w2＝Q-I；在所述预判器判断出所述数据相位为5π/4时，w1＝I-Q，w2＝ -I-Q；在所述预判器判断出所述数据相位为7π/4时，w1＝Q+I，w2＝I -Q；其中，I为所述输入的基带电信号的同相分量，Q为所述输入的基 带电信号的正交分量；所述相位偏差确定部包括：第一去噪声装置，用 于去除所述相位偏差复值提取部所提取出的相位偏差的实部中的噪声； 第二去噪声装置，用于去除所述相位偏差复值提取部所提取出的相位偏 差的虚部中的噪声；取辐角器，用于获取由经所述第一去噪声装置去除 了噪声的实部和经所述第二去噪声装置去除了噪声的虚部所组成的复数 信号中的辐角，将所述辐角确定为所述相位偏差。

根据本发明的第三方面，提供了一种根据本发明第二方面的相位偏 差估计器，其中，所述第一去噪声装置和所述第二去噪声装置都是平均 器，所述平均器用于针对N个符号进行算术平均。