[发明专利]相干光接收设备、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及相干光接收设备、系统和方法，具体地，涉及将内差相干检测技术与数字信号处理技术组合在一起的相干光接收设备、系统和方法。

背景技术

光纤通信系统是实现长距离和大容量通信的重要技术。近年来，作为用于实现大容量光纤通信的技术，已经研究开发了利用相干光通信方案和数字信号处理来执行信号均衡和解调的技术。

在相干光通信方案中，要发送的信息应用于光波的幅度和相位之一或两者，然后发送。为了接收应用于幅度或相位的信息，将接收光与具有与接收光实质上相同光频率的本地振荡光(在以下描述中简写为“本地光”)混合，使用光检测器来检测通过混合产生的干涉光并将其转换为电信号。该技术被称为相干检测技术。作为一种检测方案，根据接收光信号与本地光之间的频率或相位关系，存在零差检测方案、外差检测方案和内差检测方案。

零差检测使用具有与接收光信号同步的频率和相位的本地光，外差检测使用具有远离接收光信号频率的频率的本地光，内差检测使用具有与接收光信号实质上相同频率并具有与接收光信号不同步的相位的本地光。

在对在20世纪80年代广泛使用的相干光通信的研究中，使用外差检测用于高灵敏度目的。然而，近来高速和大容量性能取得进展，需要多值解调。因此，在外差检测的情况下，存在以下问题：从光检测器输出的电信号的波段较宽，并且难以应用。在零差检测的情况下，由于接收波段可以是基带，从光检测器的输出电信号波段的观点，这是最有利的。然而，在零差检测的情况下，需要稳定地执行接收光信号与本地光之间的光相位同步，导致技术实现困难。在当前相干检测方案中，内差检测变为主流，在内差检测中，不需要本地光的相位同步，不提供光锁相环。然而，即使在内差检测的情况下，由于接收之后的信号处理变得复杂，难以利用电路实现。

作为解决内差检测中的问题的手段，已经开发了接收信号的数字信号处理技术。该技术是通过快速模数转换器对从光检测器输出的电信号进行数字化，并利用数字信号处理电路来处理数字化接收信号以解调信号的技术。数字信号处理方案可以通过能够高度集成的互补金属氧化物半导体(COMS)电路来实现，与模拟电路相比，可以执行高度复杂的处理。利用数字信号处理技术，可以通过在内差检测之后的数字解调来执行对频率差的所需补偿或所需相位同步。利用内差检测技术和数字信号处理技术，可以在不使用零差检测所需的光相位同步技术或外差检测所需的宽带光接收电路技术的情况下，实现高性能相干光通信方案。

经过内差检测的电输出包括关于接收光信号的光幅度和相位的信息。如果将内差相干检测技术和数字信号处理技术组合在一起，则可以补偿在光传输中变成问题的波形失真。具体地，可以补偿由于光纤中的波长色散而导致的波形失真。

波长色散是光在介质中的传播速度根据波长而不同的现象，当具有1nm的频谱宽度的光信号在传播之后产生1ps的脉冲展宽时传输路径的波长色散量表示为1ps/nm。一般地，通过在接收侧将具有相反波长色散特性的光学器件(光纤)插入路径中来合适地补偿波长色散。

波长色散对光信号的影响(出现失真)具有线性效应，并利用线性系统来表述，因此，可以对该影响进行数字信号处理。非专利文献1描述了由于波长色散导致的失真具有线性系统的形式。

具体地，使用传输路径的波长色散的值D和由传输波长的值λ确定的脉冲响应h(t)来建立以下表达式。

y(t)=h(t)⊗x(t)---(1-1)]]>

这里，x(t)表示输入信号，y(t)表示输出信号。

如果x(t)的傅立叶变换是X(f)，y(t)的傅立叶变换是Y(f)，h(t)的傅立叶变换是H(f)，则建立以下表达式。

Y(f)＝H(f)×X(f)    (1-2)