CN103339883A - 信号处理电路、信号处理方法、光接收器、以及光通信*** - Google Patents

Abstract

在偏振解复用光通信***中，为了降低相位偏差噪声的影响以便增加估计相位补偿量的准确度，该信号处理电路被提供有：光频率偏差估计装置，用于估计指示在本地光的频率与光载波的频率之间的差的频率偏差，该频率偏差包括在与偏振相对应的且通过使多个光载波与本地光混合而产生的信号数据之中，其中光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振，以便输出频率偏差作为估计值；光频率偏差补偿量分析装置，用于基于多个估计值来计算频率补偿量，该频率补偿量使信号数据的相位旋转以便降低频率偏差；光频率偏差补偿装置，用于与频率补偿量相对应地使信号数据的相位旋转；光相位偏差估计装置，用于估计包括在输入信号数据中并且是在光载波的相位与本地光的相位之间的差的相位偏差；以及光相位偏差补偿装置，用于与相位偏差相对应地使信号数据的相位旋转。

Description

信号处理电路、信号处理方法、光接收器、以及光通信***

技术领域

本发明涉及一种信号处理电路、信号处理方法、光接收器、以及光通信***，并且尤其是涉及一种用于对在偏振复用/解复用光通信***中的光载波的光相位偏差和光频率偏差进行补偿的技术。

背景技术

作为由于盛行的因特网所引起的主干通信***的流量快速增长的结果，希望开发出一种超过40Gbps的可行超高速光通信***。作为实现这种超高速光通信***的技术，注意到光相位调制方法和光偏振复用/解复用技术。

与执行对激光束的光强的数据调制的光强调制方法不同，光相位调制方法执行对激光束的相位的数据调制。作为光相位调制方法，QPSK（Quadruple Phase Shift Keying：四相移相键控）或者8PSK的方法为大家所熟知。根据光相位调制方法，能够通过将多个比特分配给一个符号来降低符号率（波特率）。为此，因为能够通过利用光相位调制方法来降低电力设备的工作速度，因此期望降低装置的制造成本。

例如，在QPSK方法的情况下，将2比特（例如00、01、11、10）分别分配给四个光相位（例如45度、135度、225度、315度）。其结果是，QPSK的符号率降低为光强调制方法的符号率（即比特率）的一半。

图5例示了QPSK的星座和符号映射。星座是在相位平面上示出符号以及分配给符号的比特流的图。图5示出了QPSK的四个符号。此外，图5还示出了在光相位调制方法中与每个符号相关联的比特流（例如00、01、11、10）。这被称作用于使比特流与如上所述的每个符号相关联的符号映射。在这里，在图5至7中，横轴和纵轴分别是I（inphase：同相）轴和Q（quadrature：正交）轴。

在下文中，将举例说明使用QPSK作为光相位调制法的光通信方法。然而，即使使用另一光相位调制方法，以下描述也适用于光相位调制方法。

为了基于光相位调制方法接收光信号，使用光相干接收方法。在光相干接收方法中，通过被称为90度混频器(90degrees hybrid)的光学元件来将信号光与具有与该信号光几乎相同光频的激光束（称为本地振荡光（local oscillation light）和本地光（local light））组合。此后，接收90度混频器的输出的光接收元件输出在信号光与本地光之间的差拍信号。因为光相干接收方法的基本技术为大家所熟知，因此下面仅对要点进行描述。

为了使描述简单，假定信号光和本地光的偏振是相同线偏振类型。在使用光相干接收方法的情况下，由光接收元件输出的电信号的交流电分量是光信号与本地光之间的差拍信号。差拍信号的振幅与信号光的强度和本地光的强度成正比。如果光信号的光载波的频率与本地光的频率彼此相同，那么差拍信号的相位是信号光的相位与本地光的相位之间的相位差。同时，如果本地光的相位与输入到光发射器的光调制器的光载波（激光束）的光相位相同，那么差拍信号的相位与光发射器中的激光束的相位相同。为此，通过执行到差拍信号的相位的符号映射，并且将差拍信号的相位转换成比特流，能够重生在光发射器中对光载波相位调制所利用的传输数据。也就是说，如果光发射器发射具有图5所示的星座的光信号，那么光接收器能够重生具有相似星座的信号。

然而，通常，信号光的光载波的频率与本地光的频率不是完全相同的。此外，光接收器中的本地光的相位通常与输入到光发射器中的光调制器的激光束的相位不相同。在输入到光发射器中的光调制器的光载波与光接收器中的本地光之间的光相位差被称为光相位偏差。此外，在光信号的光载波的频率与本地光的频率之间的差被称作光载波频率偏差（在下文中称为“光频率偏差”）。

图6示出了在存在光相位偏差的情况下QPSK信号的星座。在存在光相位偏差的情况下，接收与图5所示的星座相比其星座旋转了与光相位偏差相对应的角度的信号。不可能预先知道光相位偏差的值。为此，当对图6所示的数据原样执行图5所示的符号映射并且转换成比特流时，可能会重生假数据。

此外，在存在光频率偏差的情况下，上述差拍信号的相位具有通过将光相位偏差加到光频率偏差与接收逝去时间的乘积所获得的值。为此，在存在光频率偏差的情况下，如图7所示，接收图5所示的其星座时间地旋转的信号。因为在这种情况下差拍信号的相位继续时间地变化，因此不可能通过利用图5所示的符号映射来基于差拍信号的相位而重生数据。

因此，在光相位调制方法的情况下，用于对光相位偏差和光频率偏差进行补偿的功能是强制性的，以便降低由于光相位偏差和光频率偏差所引起的星座旋转而造成的影响。在下文中，将描述在光相位调制方法中广泛使用的对光相位偏差和光频率偏差进行补偿的处理。

图8和图9中的每一个示出了用于对光相位偏差和光频率偏差进行补偿的补偿电路的配置。在这里，在一些情况下可以将用于对光相位偏差和光频率偏差进行补偿的补偿电路表示为“补偿电路”。将图8所示的补偿电路201被称作前馈型并且将图9所示的补偿电路301称作反馈型。前馈型补偿电路执行输出信号的相位补偿以便可以消除从输入信号所检测到的相位偏差。反馈型补偿电路执行输入信号的相位补偿以便从输出信号所检测到的相位偏差可以变小。用于检测相位偏差的操作基本上对这两个补偿电路通用。因此，作为补偿电路的示例，将在下面描述图8所示的前馈型补偿电路201。

根据图8，被输入到补偿电路201的输入信号在两个方向上分支，并且一个分支输入信号被输入到相位补偿量估计单元100，并且另一个分支信号被输入到补偿执行单元101。

相位补偿量估计单元100包括相位误差检测部分102、滤波器部分103、以及相位补偿量计算部分104。相位误差检测部分102检测每单位时间的光相位偏差的变化，即两个相邻符号之间的光相位偏差的变化。作为用于检测光相干接收方法中的光相位偏差变化的算法，例如，M次幂算法（M-th Power Algorithm）为大家所知。因为用于将M次幂算法应用于光相干接收方法的配置和过程已为大家广泛所知，因此省去详细描述。

将相位误差检测部分102的输出发送到滤波器部分103。滤波器部分103从相位误差检测部分102的输出除去噪声分量。将滤波器部分103的输出发送到相位补偿量计算部分104。相位补偿量计算部分104计算相位补偿的实际量，即星座的旋转量。例如，相位补偿量计算部分104是积分电路。

补偿执行单元101通过执行复数乘法来执行相位补偿，即与由相位补偿量估计单元100检测到的相位补偿量相对应的量的相位旋转，使得所检测到的光相位偏差可以很小，并且输出其相位已被补偿的信号作为输出信号。具体地说，补偿执行单元101输出输入信号与意指反向旋转φ的复数值（由exp（-icp）表达）的乘积，其中φ是所计算的相位偏差。按照这种方式，对输入信号的相位偏差进行补偿。

在这里，两个相邻符号之间的光相位偏差的变化等于光频率偏差与一个符号时间（一个符号时间等于符号率的倒数）的乘积，并且一个符号时间是固定。为此，通过补偿电路201基于光相位偏差来计算光频率偏差，并且使输入信号的相位旋转以便补偿所计算的光频率偏差，能够使补偿执行单元101对光频率偏差进行补偿。也就是说，通过添加相位补偿量估计单元100基于光相位偏差来计算光频率偏差的过程，还可能的是补偿电路201对光频率偏差进行补偿。

如上所述，根据基于光相位调制方法的光通信***，通过分别利用图8或图9所示的补偿电路201或301对星座旋转进行补偿，能够基于相位调制的信号数据而重生传输数据。因为图8和图9所示的补偿电路201和301通常分别是通过执行数字信号处理而实现的，因此通常将光相位调制方法称作光数字相干方法。

同时，作为实现超高速光通信***的技术，还注意光偏振复用/解复用技术。光发射器基于光偏振复用/解复用技术，利用两个不同光信号来调制具有相同频带并且其偏振态彼此正交的两个独立光载波，并且执行偏振复用方案并发射偏振复用的信号。此外，基于光偏振复用/解复用技术的光接收器通过将其偏振态彼此正交的载波解复用而重生两个独立信号数据，并且其结果是使得光接收器能够实现两倍的传输率。或者，因为通过利用光偏振复用/解复用技术能够使符号率（波特率）降低到传输数据的比特率的一半，因此能够降低电力设备的操作速度。为此，可以适当地说光偏振复用/解复用技术是在相同符号率的光通信***当中能降低装置成本的技术。

通过结合如上所述的光相位调制方法与光偏振复用/解复用技术，能够实现诸如例如100Gbps***的超高速光通信***。此外，提议了用于通过执行对光频率偏差和光频率偏差进行补偿的处理以及通过利用安装在LSI（Large Scale Integration：大规模集成电路）中的数字信号处理电路来将偏振解复用的处理等等，来准确地将所接收到的光信号解调的技术。

将参考图10和图11来描述基于光相位调制方法和光偏振复用/解复用技术的结合的光通信***的光接收器使用上述补偿电路的配置。图10示出了在光数字相干接收方法中广泛使用的前馈型补偿电路的配置。此外，图11示出了图10所示的光频率偏差补偿电路201-1和201-2的详细配置。

通过光接收器的前端单元的90度混频器（图中未示出）将输入到光接收器的偏振复用光信号偏振解复用成彼此正交的X偏振波和Y偏振波。此后，使每个偏振的光信号与本地光混合以产生差拍信号。在这里，因为输入的偏振复用光的两个偏振面通常与90度混频器的偏振面不相同，因此差拍信号中的每一个包括两者的复用偏振信号。图10和图11所示的偏振解复用电路200将差拍信号（X偏振输入信号（A）和Y偏振输入信号（A））解复用成与偏振彼此正交的两个光载波相对应的信号数据。作为在偏振解复用电路200中使用的信号处理算法，例如CMA（Constant Modulus Algorithm：恒模算法）为大家所知。因为用于将CMA应用于偏振解复用处理的过程为大家所熟知并且与本发明的配置没有直接关系，因此省略对该过程的描述。

将由偏振解复用电路200偏振解复用的信号数据分别输入到光频率偏差补偿电路201-1和201-2以对星座旋转进行补偿。如图11所示，光频率偏差补偿电路201-1和201-2分别包括补偿量估计单元100-1和100-2以及补偿执行单元101-1和101-2。与在图8中所描述的相位补偿量估计单元100相似，补偿量估计单元100-1和100-2的每一个通过基于光相位偏差计算光频率偏差来计算载波频率补偿量。此后，补偿执行单元101-1和101-2基于所计算的载波频率补偿量来分别对被输入到光频率偏差补偿电路201-1和201-2的信号数据的相位进行补偿。

也就是说，光频率偏差补偿电路201-1和201-2对由于光发射器的光源与光接收器的本地光之间的频率差（即波长差）所引起的星座旋转进行补偿。

将对其光频率偏差进行补偿的信号数据分别输入到光相位偏差补偿电路202-1和202-2。光相位偏差补偿电路202-1和202-2对星座的波动进行补偿，该星座的波动不是由光频率偏差引起的，并且例如是由光发射器的光源的相位波动或者光接收器的本地光的相位波动引起的。因为对相位偏差进行补偿的光相位偏差补偿电路202-1和202-2的操作与图8所示的补偿电路201的操作相似，因此省略对该操作的描述。

如上所述，图10和图11所示的、使用光相位调制方法和光偏振复用/解复用技术的组合的前馈型补偿电路对通过偏振解复用所获得的两个独立光信号的每一个的光频率偏差和光相位偏差进行补偿。其结果是，图10和图11所示的前馈型补偿电路能够实现诸如100Gbps***的超高速光通信***。

在这里，与本发明相关的专利文献1和专利文献2公开了一种对光相位调制信号的相位执行校正并且对相位调制信号执行解调的技术。

文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2009－194784

专利文献2：日本专利申请特开No.2009－193204

发明内容

本发明要解决的技术问题

例如16QAM（quadrature amplitude modulation：正交幅度调制）的、使用大量信号电平的光相位调制方法具有受到噪声的影响的倾向。为此，基于使用大量信号电平的光相位调制方法调制的信号的传输波形具有由通过长距离传输所增加的噪声而劣化的倾向。在传输波形劣化的情况下，由于计算光接收器中的相位偏差补偿量而引起了误差。其结果是，与本发明有关的上述技术具有不可能准确地补偿星座旋转，并且因此在一些情况下不可能正常地重生数据的问题。然而，专利文献1和专利文献2没有公开用于解决该问题的配置。

本发明的目的是提供一种解决了降低由于相位偏差所引起的噪声影响并且以极高的准确度来估计相位补偿量的问题的技术。

解决问题的技术方案

根据本发明的信号处理电路包括：光频率偏差估计装置，用于输入通过使多个光载波与本地光混合产生的多个信号数据，该光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振，并且该信号数据与光载波中的每一个的偏振相对应，用于按每个信号数据估计频率偏差，该频率偏差包括在多个输入信号数据的每一个中并且是在光载波的频率与本地光的频率之间的差，并且用于输出所估计的频率偏差作为估计值；光频率偏差补偿量分析装置，用于基于按每个信号数据估计的多个估计值来计算频率补偿量，该频率补偿量是用于使信号数据的相位旋转以便降低频率偏差的补偿量；光频率偏差补偿装置，用于与频率补偿量相对应地使信号数据的相位旋转；光相位偏差估计装置，用于按每个信号数据估计相位偏差，该相位偏差包括在每个输入信号数据中并且是在光载波的相位与本地光的相位之间的差；以及光相位偏差补偿装置，用于与该相位偏差相对应地使信号数据的相位旋转。

根据本发明的信号处理电路包括：光频率偏差估计装置，用于输入通过使多个光载波与本地光混合产生的多个信号数据，该光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振，并且信号数据分别与光载波的偏振相对应，并且用于按每个信号数据估计频率偏差，该频率偏差包括在每个输入信号数据中并且是在光载波的频率与本地光的频率之间的差；光频率偏差补偿装置，用于与该频率偏差相对应地使信号数据的相位旋转；光相位偏差估计装置，用于按每个信号数据估计相位偏差，该相位偏差包括在每个输入信号数据中并且是在光载波的相位与本地光的相位之间的差，并且用于输出所估计的相位偏差作为估计值；光相位偏差量补偿分析装置，用于根据按每个信号数据估计的多个估计值来计算相位补偿量，该相位补偿量是用于使信号数据的相位旋转以便降低相位偏差的补偿量；以及光相位偏差补偿装置，用于与该相位补偿量相对应地使信号数据的相位旋转。

根据本发明的信号处理方法包括：按每个信号数据估计频率偏差，该频率偏差包括在多个信号数据中并且是在光载波的频率与本地光的频率之间的差，该信号数据是通过使多个光载波与本地光混合产生的并且分别与光载波的偏振相对应，并且该光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振；基于按每个信号数据估计的多个估计值来计算频率补偿量，该频率补偿量是用于使信号数据的相位旋转以便降低频率偏差的补偿量；与该频率补偿量相对应地使信号数据的相位旋转；按每个信号数据估计相位偏差，该相位偏差包括在每个输入信号数据中并且是在光载波的相位与本地光的相位之间的差；并且与相位偏差相对应地使信号数据的相位旋转。

根据本发明的信号处理方法包括：按每个信号数据估计频率偏差，该频率偏差包括在多个信号数据中并且是在光载波的频率与本地光的频率之间的差，该信号数据是通过使多个光载波与本地光混合产生的并且分别与光载波的偏振相对应，并且该光载波经相位调制并且具有能够彼此解复用的偏振，并且与频率偏差相对应地使信号数据的相位旋转；按每个信号数据估计相位偏差，该相位偏差包括在信号数据的每一个中并且是在光载波的相位与本地光的相位之间的差，并且输出所估计的相位偏差作为估计值；基于按每个信号数据估计的多个值来计算相位补偿量，该相位补偿量是用于使信号数据的相位旋转以便降低相位偏差的补偿量；并且与相位补偿量相对应地使信号数据的相位旋转。

根据本发明的信号处理电路包括：光相位偏差补偿量分析装置，用于输入通过使多个光载波与本地光混合产生的多个信号数据，该光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振，并且该信号数据与光载波中的每一个的偏振相对应，并且用于基于第一信号数据来计算相位补偿量，该相位补偿量用于使在输入的多个信号数据当中的除第一信号数据之外的信号数据的相位旋转以便降低光载波的频率与本地光的频率之间的频率偏差。

根据本发明的信号处理方法包括：基于第一信号数据来计算相位补偿量，该相位补偿量用于使在多个信号数据当中的除第一信号数据之外的信号数据的相位旋转以便降低光载波的频率与本地光的频率之间的相位偏差，该信号数据是通过使多个光载波与本地光混合产生的并且分别与偏振相对应，并且该光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振。

本发明的有益效果

本发明具有如下效果：本发明使得能够降低由于相位偏差所引起的噪声的影响并且以极高的准确度来计算相位补偿量。

附图说明

[图1]是示出了根据本发明的第一示意性实施例的信号处理电路的配置的方框图；

[图2]是示出了根据本发明的第一示意性实施例的第一修改的信号处理电路的方框图；

[图3]是示出了根据本发明的第二示意性实施例的信号处理电路的示意图；

[图4]是示出了根据本发明的第二示意性实施例的修改的信号处理电路的示意图；

[图5]是示出了QPSK的星座和符号映射的示例的示意图；

[图6]是示出了在存在光相位偏差的情况下QPSK信号的星座的示意图；

[图7]是示出了在存在光频率偏差的情况下时间地旋转的QPSK信号的星座的示意图；

[图8]是示出了前馈型光相位偏差和光频率偏差补偿电路的配置的示意图；

[图9]是示出了反馈型光相位偏差和光频率偏差补偿电路的配置的示意图；

[图10]是示出了前馈型补偿电路的配置的示意图；

[图11]是描述了光频率偏差补偿电路内部的详细配置的示意图；

[图12]是示出了根据本发明的第一示意性实施例的光通信***的配置的示意图；

[图13]是示出了根据本发明的第二示意性实施例的光通信***的配置的示意图；

[图14]是示出了根据本发明的第一示意性实施例的第二修改的信号处理电路的示意图。

具体实施方式

（第一示意性实施例）

在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的第一示意性实施例。在这里，向具有图8至图10所示的部件的相同功能的部件分配与图8至图10所示的部件相同的附图标记，并且在一些情况下可以省略对该部件的描述。

图12示出了根据本发明的第一示意性实施例的光通信***的配置。图12所示的光通信***500包括光发射器510和光接收器520。

光发射器510分别通过不同数据将具有能够从彼此解复用的偏振面的多个光载波相位调制，并且发射经相位调制的光载波。在下文中，将描述光发射器发射其偏振面彼此正交的两个光载波的配置。

光接收器520被布置成接收光发射器510所发射的经相位调制的光载波。光接收器520包括前端单元530、偏振解复用电路200以及信号处理电路20。前端单元530包括90度混频器532和本地光源533。

具有上述配置的光接收器520接收光发射器510发射的经相位调制的光载波。此后，光接收器520通过利用偏振解复用电路200将所接收到的光载波的偏振解复用，并且按每个解复用的偏振补偿星座。

通过90度混频器532使由光接收器520接收到的光信号与从本地光源533输出的本地光混合并且因此产生四个差拍信号。这些差拍信号与和90度混频器的彼此正交的偏振面相平行的光信号的实部和虚部相对应。在这里，因为用于使经相位调制的光信号与本地光混合并且产生差拍信号的前端单元530的配置在光相干接收方法中为大家所熟知，因此省略详细描述。

将与由图12所示的90度混频器输出的X偏振和Y偏振的实部和虚部相对应的四个差拍信号输入到偏振解复用电路200以作为复值信号。

在这里，在将偏振复用光输入到90度混频器532的情况下，偏振复用光的光载波的两个偏振面与90度混频器532所解复用的偏振面通常彼此不相同。为此，差拍信号的每一个包括两个偏振复用的光载波的信号数据这两者。

偏振解复用电路200将这些差拍信号解复用成与在光发射器中所复用的光载波的偏振相对应的两个信号数据。此后，偏振解复用电路200将与光载波的偏振（X偏振和Y偏振）相对应地解复用的信号数据输出到信号处理电路20。在这里，可以优选的是偏振解复用电路200使用上述CMA以作为用于偏振解复用的算法。

将偏振解复用电路200所解复用的信号数据输入到信号处理电路20作为X偏振输入信号和Y偏振输入信号。通过使输入信号的相位旋转，信号处理电路20补偿在本地光与光发射器510所发射的光载波之间的频率偏差和相位偏差，并且在调制时恢复星座。在下文中，将详细地描述信号处理电路20的配置和操作。

图1示出了根据本发明的第一示意性实施例的信号处理电路20的配置。如图1所示，信号处理电路20包括光频率偏差补偿电路221-1和221-2、光相位偏差补偿电路202-1和202-2、以及补偿量分析单元204。

此外，光频率偏差补偿电路221-1包括补偿量估计单元100-1和补偿执行单元101-1。同样地，光频率偏差补偿电路221-2包括补偿量估计单元100-2和补偿执行单元101-2。

此外，光相位偏差补偿电路202-1包括补偿量估计单元100-3和补偿执行单元101-3。光相位偏差补偿电路202-2包括补偿量估计单元100-4和补偿执行单元101-4。

将通过偏振解复用电路200而被按每个光载波的偏振解复用成信号数据的差拍信号分别输入到光频率偏差补偿电路221-1和221-2作为X偏振波输入信号和Y偏振波输入信号。光频率偏差补偿电路221-1和221-2的每一个补偿在光发射器510产生的光载波与本地光源533产生的本地光之间的波长差（频率差）所引起的星座旋转。

光频率偏差补偿电路221-1的补偿量估计单元100-1的配置和工作与图8所示的相位补偿量估计单元100中的一个相似。也就是说，如图8所示，补偿量估计单元100-1包括相位误差检测部分102、滤波器部分103、以及相位补偿量计算部分104。此后，补偿量估计单元100-1基于被输入到光频率偏差补偿电路221-2的信号数据的光相位偏差来计算光频率偏差。此后，补偿量估计单元100-1计算用于补偿信号数据的光频率偏差的相位补偿量作为估计值。补偿量估计单元100-2还基于与补偿量估计单元100-1相同的过程来计算用于补偿被输入到光频率偏差补偿电路221-2的信号数据的光频率偏差的相位补偿量作为估计值。

在这里，可以优选的是补偿量估计单元100-1和100-2使用M次幂算法作为用于检测光相位偏差的算法。

将由补偿量估计单元100-1和100-2估计的估计值发送到补偿量分析单元204。此后，补偿量分析单元204基于估计值来计算新的补偿量。补偿量分析单元204将新计算的补偿量输出到补偿执行单元101-1和101-2。

补偿执行单元101-1和101-2的每一个通过基于以这种方式计算的新的光频率偏差补偿量使输入信号的相位旋转，来对光频率偏差进行补偿补偿。

由光接收器在相同时间处接收被输入到光频率偏差补偿电路221-1和221-2的信号数据。因此，适当的是认为这些光频率偏差彼此几乎相同。然而，在一些情况下，补偿量的估计值可能包括在补偿量估计单元100-1和100-2的每一个估计补偿量时由于噪声影响所引起的误差。补偿量的估计值的误差引起由补偿执行单元执行的相位旋转量的误差。其结果是，存在因为没有对星座正确地补偿而不能正确地重生符号的可能性。因此，优选的是包括在补偿量的估计值之中的误差尽可能地小。

补偿量分析单元204基于由补偿量估计单元100-1和100-2估计的补偿量来计算相位旋转量。在这里，可以优选的是补偿量分析单元204不但使用由补偿量估计单元100-1和100-2估计的补偿量，而且还可选地使用用于估计补偿量的信号数据或者在估计处理中所计算的数据，来计算相位旋转量。

如上所述，补偿量分析单元204基于补偿量估计单元100-1和100-2的输出数据这两者来估计补偿量。其结果是，信号处理电路20能降低噪声的影响并且提高估计频率偏差补偿量的准确度。

可以优选的是补偿量分析单元204执行用于对由补偿量估计单元100-1和100-2所输出的补偿量的估计值求平均值的处理，作为用于估计补偿量的最简单方法。因为添加到这两者信号上的噪声分量不具有相互相关性，因此通过对估计值求平均值来抑制噪声的影响。在这里，可以优选的是补偿量分析单元204通过利用除了求平均值过程之外的过程来估计补偿量。

此外，可以优选的是补偿量分析单元204使用下述方法作为用于估计补偿量的另一方法。也就是说，补偿量分析单元204监视由补偿量估计单元100-1和100-2输出的补偿量的估计值。在一个补偿量估计单元的补偿量的估计值指示从补偿量的过去估计值大幅波动并且从另一补偿量估计单元的补偿量的估计值大幅波动的特性的情况下，可以优选的是优先地执行采用最新估计值之前的估计值或者补偿量的其它估计值的处理。补偿量的估计值以不应有地相当大的规模波动的运动很可能是由由于噪声的影响所造成的估计频率偏差处理的故障所引起的。此后，在补偿量的估计值由于估计频率偏差处理的故障而受到不小于π/2的错误相位改变的情况下，担心产生被称作相位滑移的星座旋转并且因此在随后符号重生处理中将会引起错误。然而，通过如上所述监视补偿量分析单元204的估计值，能够防止上述被称作相位滑移的现象。

在这里，光相位偏差补偿电路202-1和202-2的操作与先前参考图8所述的补偿电路201中的一个相似。也就是说，光相位偏差补偿电路202-1和202-2能对例如由光发射器的光源的相位波动或者光接收器的本地光的相位波动所引起的星座波动进行补偿。此后，光频率偏差补偿电路202-1和202-2分别输出通过对X偏振输入信号和Y偏振输入信号的光频率偏差和光相位偏差进行补偿而获得的X偏振输出信号和Y偏振输出信号。

图2例示了根据第一示意性实施例的信号处理电路的第一修改。根据图2所示的信号处理电路21，将光频率偏差补偿电路221-1和221-2的配置分别应用于光相位偏差补偿电路221-3和221-4。

与图1所示的信号处理电路20相比，图2所示的信号处理电路21进一步包括补偿量分析单元205。在信号处理电路21中，将由补偿量估计单元100-3和100-4分别估计的相位补偿量发送到补偿量分析单元205。此后，将由补偿量分析单元205计算的新的相位补偿量提供给补偿执行单元101-3和101-4。

也就是说，图2中的信号处理电路21的光相位偏差补偿电路221-3和221-4基于由补偿量估计单元100-3和100-4估计的相位补偿量的估计值这两者来计算新的相位补偿量。通过以这种方式改变图1所示的光相位偏差补偿电路202-1和202-2的配置，光相位偏差补偿电路还能降低噪声的影响并且提高估计相位偏差补偿量的准确度。

图14例示了根据第一示意性实施例的第二修改的信号处理电路。图14中的信号处理电路22与图2中所述的信号处理电路21相同，除了光频率偏差补偿电路221-1和221-2分别被图11所示的光频率偏差补偿电路201-1和201-2替换这点之外。

图14中的信号处理电路22包括图2所示的光相位偏差补偿电路221-3和221-4。与图2所示的信号处理电路21相似，信号处理电路22能降低噪声对光相位偏差补偿电路的影响并且提高估计相位偏差补偿量的准确度。

也就是说，图14中的信号处理电路22的补偿量分析单元205基于由补偿量估计单元100-3和100-4估计的相位补偿量的估计值这两者来计算新的相位补偿量。通过以这种方式来改变图1所示的光相位偏差补偿电路202-1和202-2的配置，光相位偏差补偿电路能降低噪声的影响并且提高估计相位偏差补偿量的准确度。

在这里，与图1所示的补偿量分析单元204相似，可以优选的是信号处理电路21和22的补偿量分析单元205使用如下所述的方法作为用于估计补偿量的另一方法。也就是说，补偿量分析单元205对补偿量估计单元100-3和100-4所估计的补偿量的估计值进行监视。在一个补偿量估计单元的补偿量的估计值表示波动从补偿量的过去估计值大幅波动以及从其它补偿量估计单元的补偿量的估计值大幅波动的特性的情况下，可以优选的是执行采用包括上次估计值的估计值或者优先地采用补偿量的其它估计值的处理。与补偿量分析单元204相似，通过如上所述在补偿量分析单元205对补偿量的估计值进行监视，能够防止相位滑移。

此外，可以优选的是补偿量分析单元205执行对由补偿量估计单元100-3和100-4输出的补偿量的估计值求平均值的处理。因为添加到这两者信号上的噪声分量不具有相互相关性，因此通过对估计值求平均值来抑制噪声的影响。或者，可以优选的是补偿量分析单元205通过利用除了求平均值过程之外的过程来估计补偿量。

如上所述，根据第一示意性实施例以及第一示意性实施例的第一和第二修改，能够降低噪声的影响并且更准确地估计补偿量。其结果是，能够提高光通信***的传输特性。

在这里，根据第一示意性实施例，可以优选的是信号处理电路20仅包括补偿量估计单元100-1和100-2以及补偿量分析单元204。此外，可以优选的是补偿量分析单元204基于补偿量估计单元100-1和100-2的估计值来计算新的相位补偿量。

也就是说，补偿量估计单元100-1和100-2的每一个按每个信号数据估计相位偏差，该相位偏差是在光载波的相位与本地光的相位之间的差。上述相位偏差是指在本地光的相位与光载波的相位之间的差，其中光载波的相位被包括在通过使经相位调制的多个光载波与本地光混合所产生的并且分别与光载波相对应的信号数据之中。

此外，可以优选的是补偿量分析单元204基于由补偿量估计单元100-1和100-2估计的多个相位偏差来计算用于使信号数据的相位旋转以便降低在光载波的相位与本地光的相位之间的相位偏差的相位补偿量。

还借助于信号处理电路20的上述配置，获得能够降低噪声对相位偏差的估计值的影响并且提高计算相位补偿量的准确度的效果是可能的。

（第二示意性实施例）

接下来，将描述根据本发明的第二示意性实施例的信号处理电路。

在专利文献1和专利文献2中所述的技术具有如下所述的电路规模增大的问题。

通常，用于使LSI工作的时钟速率约为数百MHz至15GHz。为此，必须在LSI中将电路布置成并联以便对在光通信中所使用的例如100Gbps信号的高速信号进行处理。然而，因为在处理高速信号的情况下并联电路的数目变得非常大，因此LSI的电路规模以及耗电量增大。

此外，在使用光偏振复用/解复用技术的光通信***的情况下，与未使用光偏振复用/解复用技术的情况相比，每单位时间用于执行信号处理的操作次数加倍。从上述视点来看，LSI电路的规模增大。

第二示意性实施例的目的是提供一种可降低光偏振复用/解复用光通信***的电路规模的信号处理电路、信号处理方法、光接收器、以及光通信***。

图13示出了根据本发明的第二示意性实施例的光通信***的配置。图13所示的光通信***600包括光发射器610和光接收器620。

光发射器610利用彼此不同的数据将具有能够从彼此解复用的偏振面的多个光载波相位调制，并且发射经相位调制的光载波。在下文中，将描述光发射器发射其偏振面彼此正交的两个光载波的配置。

将光接收器620布置成接收光发射器610所发射的经相位调制的光载波。光接收器620包括前端单元630、偏振解复用电路200、以及信号处理电路10。前端单元630包括90度混频器632和本地光源633。

具有上述配置的光接收器620接收光发射器610所发射的经相位调制的光载波。光接收器620将所接收到的光载波偏振解复用并且按每个偏振对星座进行补偿。

通过被布置在偏振解复用电路200前面的前端单元630的90度混频器632，将由光接收器620接收到的光信号偏振解复用成彼此正交的X偏振和Y偏振。使解复用的光信号的每一个与本地光混合并且因此产生四个差拍信号。这些差拍信号与和彼此正交的90度混频器偏振面相平行的光信号的实部和虚部相对应。在这里，因为用于使相位调制的光信号与本地光混合并且从而产生差拍信号的前端单元630的配置在光相干接收方法中为大家所熟知，因此省略其详细描述。

将与由90度混频器632输出的X偏振和Y偏振的实部和虚部相对应的四个差拍信号输入到偏振解复用电路200作为X偏振输入信号和Y偏振输入信号。

在这里，在将偏振复用光输入到90度混频器632的情况下，偏振复用光的光载波的两个偏振面与通过90度混频器532解复用所获得的偏振面通常彼此不相同。为此，差拍信号的每一个包括两个经偏振复用的光载波的信号数据这两者。

偏振解复用电路200将这些差拍信号解复用成与在光发射器中复用的光载波的偏振相对应的两个信号数据。此后，偏振解复用电路200将与光载波的偏振（X偏振和Y偏振）相对应地解复用的信号数据输出到信号处理电路20。在这里，可以优选的是偏振解复用电路200使用上述CMA作为用于将偏振解复用的算法。

将由偏振解复用电路200解复用的信号数据输入到信号处理电路10作为X偏振输入信号和Y偏振输入信号。通过使输入信号的相位旋转，信号处理电路20对在本地光与光发射器610所发射的光载波之间的频率偏差和相位偏差进行补偿，并且恢复在每次调制时存在的星座。在下文中，将详细地描述信号处理电路10的配置和工作。

图3示出了根据本发明的第二示意性实施例的信号处理电路10的配置。如图3所示，信号处理电路10包括光频率偏差补偿电路211-1和211-2以及光相位偏差补偿电路202-1和202-2。

此外，光频率偏差补偿电路211-1和211-2分别包括补偿执行单元101-1和101-2。此外，光频率偏差补偿电路201-1和201-2中的一个包括补偿量估计单元100-1。在第二示意性实施例中将描述光频率偏差补偿电路211-1包括如图3所示的补偿量估计单元100-1的情况。

另外，光相位偏差补偿电路202-1包括补偿执行单元101-3和补偿量估计单元100-3。光相位偏差补偿电路202-2包括补偿执行单元101-4和补偿量估计单元100-4。

将由偏振解复用电路200按每个光载波偏振解复用成信号数据的差拍信号分别输入到光频率偏差补偿电路221-1和221-2作为X偏振输入信号和Y偏振输入信号。光频率偏差补偿电路211-1和211-2的每一个对由在光发射器的光载波与光接收器的本地光之间的波长差（频率差）所引起的星座旋转进行补偿。

与图8所示的相位补偿量估计单元100相似，包括在光频率偏差补偿电路211-1之中的补偿量估计单元100-1包括相位误差检测部分102、滤波器部分103、以及相位补偿量计算部分104。此后，补偿量估计单元100-1基于光相位偏差来计算光频率偏差并且输出用于对光频率偏差进行补偿的相位补偿量作为估计值。可以优选的是补偿量估计单元100-1使用M次幂算法作为用于检测光相位偏差变化的算法。补偿执行单元101-1和101-2的每一个通过基于由补偿量估计单元100-1输出的估计值使输入信号的相位旋转来对光频率偏差进行补偿。

在这里，光频率偏差补偿电路211-1向补偿量执行单元101-1和101-2两者提供补偿量估计单元100-1所估计的估计值。在这点上，图3所示的信号处理电路10的配置与图11所示的信号处理电路中的一个不同。

由光接收器520在相同时间接收被输入到光频率偏差补偿电路211-1和211-2的信号数据。因此，适当的是认为这两者信号数据的这些光频率偏差彼此几乎相同。因此，可以优选的是应用由一个光频率偏差补偿电路的补偿量估计单元估计的频率偏差的估计值以对其它光频率偏差补偿电路所处理的信号数据的频率偏差进行补偿。通过将由补偿量估计单元100-1估计的估计值提供给补偿量执行单元101-1和101-2这两者，能够准确地补偿其它光频率偏差而没有实际困难。也就是说，根据第二示意性实施例的信号处理电路10，光频率偏差补偿电路211-2不必包括补偿量估计单元。其结果是，根据第二示意性实施例的信号处理电路10，能够降低与一个补偿量估计单元的规模相对应的信号处理电路的规模。

将其光频率偏差被补偿的信号数据分别输入到光相位偏差补偿电路202-1和202-2。光相位偏差补偿电路202-1包括补偿执行单元101-3和补偿量估计单元100-3。光相位偏差补偿电路202-2包括补偿执行单元101-4和补偿量估计单元100-4。

光相位偏差补偿电路202-1和202-2的操作与先前参考图8所述的补偿电路201相似。也就是说，光相位偏差补偿电路202-1和202-2能对例如由光发射器的光源的相位波动或者光接收器的本地光的相位波动所引起的星座波动进行补偿。此后，光频率偏差补偿电路202-1和202-2分别输出通过对输入信号数据的光频率偏差和光相位偏差进行补偿所获得的X偏振输出信号和Y偏振输出信号。

图4例示了根据本发明的第二示意性实施例的信号处理电路的修改。根据图4所示的信号处理电路11，图3中的光频率偏差补偿电路211-1和211-2分别用作光相位偏差补偿电路211-3和211-4。也就是说，信号处理电路11具有将由一个光相位偏差补偿电路估计的补偿量的估计值提供给其它光相位偏差补偿电路的配置。

在图4中，信号处理电路11包括光相位偏差补偿电路211-3和211-4以代替图3所示的光相位偏差补偿电路202-1和202-2。光相位偏差补偿电路211-3向光相位偏差补偿电路211-4通知光相位偏差补偿电路211-3所检测到的光相位偏差的估计值。光相位偏差补偿电路211-4基于由光相位偏差补偿电路211-3通知的光相位偏差量的估计值来对光相位偏差进行补偿。

具有上述配置的信号处理电路11具有如下效果，即与图3所示的信号处理电路10相比，能够进一步降低与一个补偿量估计电路的规模相对应的光相位偏差补偿电路的规模。

如上所述，第二示意性实施例以及第二示意性实施例的修改带来了能够降低用于对光频率偏差和光相位偏差进行补偿的信号处理电路的规模的效果。

在这里，可以优选的是信号处理电路10仅包括补偿量估计单元100-1。在这种情况下，补偿量估计单元100-1基于输入信号数据来计算补偿执行单元101-2所使用的补偿量，并且输出所计算的补偿量。

也就是说，可以优选的是将配置设置成可以将通过使经相位调制的且彼此正交的光载波与本地光混合所产生的差拍信号当中的第一信号数据输入到补偿量估计单元100-1。此外，可以优选的是补偿量估计单元100-1基于第一信号数据计算用于使第一数据的相位以及除了第一数据之外的信号数据的相位旋转的相位补偿量的估计值。

具有上述配置的信号处理电路10通过利用一个补偿量估计单元100-1来计算用于使第一数据的相位以及除了第一数据之外的信号数据的相位旋转的相位补偿量的估计值。其结果是，还在信号处理电路10仅包括一个补偿估计单元100-1的情况下，获得了能够降低用于对光频率偏差光相位偏差进行补偿的信号处理电路的规模的效果。

虽然已参考示意性实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于上述示意性实施例。所属技术领域的专业人员可知晓的是，在本发明的范围之内，能够将各种变化添加到根据本申请的发明的构成和细节。

本申请基于并且要求于2011年2月17日提交的日本专利申请No.2011－031647的优先权，通过参考将其公开在此整体引入。

附图标记列表

10，11，20，21，22  信号处理电路

100，100-1，100-2，100-3，100-4  补偿量估计单元

101，101-1，101-2，101-3，101-4  补偿执行单元

102  相位误差检测部分

103  滤波器部分

104  相位补偿量计算部分

200  偏振解复用单元

201和301  补偿电路

201-1和201-2  光频率偏差补偿电路

202-1，202-2，211-3，211-4，221-3，221-4  光相位偏差补偿电路

204  补偿量分析单元

211-1，211-2，221-1，221-2  光频率偏差补偿电路

500和600  光通信***

510和610  光发射器

520和620  光接收器

530和630  前端单元

532和632  90度混频器

533和633  本地光源

Claims (12)

1.一种信号处理电路，包括：

光频率偏差估计装置，

用于输入通过使多个光载波与本地光混合产生的多个信号数据，所述光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振，并且所述信号数据与所述光载波中的每一个的所述偏振相对应，

用于按每个所述信号数据估计频率偏差，所述频率偏差包括在多个所输入的信号数据的每一个中并且是在所述光载波的频率与所述本地光的频率之间的差，并且

用于输出所估计的频率偏差作为估计值；

光频率偏差补偿量分析装置，用于基于按每个所述信号数据估计的多个所述估计值来计算频率补偿量，所述频率补偿量是用于使所述信号数据的相位旋转以便降低所述频率偏差的补偿量；

光频率偏差补偿装置，用于与所述频率补偿量相对应地使所述信号数据的相位旋转；

光相位偏差估计装置，用于按每个所述信号数据估计相位偏差，所述相位偏差包括在每个所输入的信号数据中并且是在所述光载波的相位与所述本地光的相位之间的差；以及

光相位偏差补偿装置，用于与所述相位偏差相对应地使所述信号数据的相位旋转。

2.根据权利要求1的信号处理电路，其中

所述光频率偏差补偿量分析装置输出所述多个所述估计值的平均值作为所述频率补偿量。

3.根据权利要求1的信号处理电路，其中

在所述多个所述估计值中的一个估计值与所述一个估计值的上一次的估计值以及所述多个所述估计值的剩余估计值相比不小预定值的情况下，基于所述多个所述估计值的所述剩余估计值和所述上一次的估计值中的任何一个来计算所述频率补偿量。

4.一种信号处理电路，包括：

光频率偏差估计装置，

用于输入通过使多个光载波与本地光混合产生的多个信号数据，所述光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振，并且该信号数据分别与所述光载波的所述偏振相对应，并且

用于按每个所述信号数据估计频率偏差，所述频率偏差包括在每个所输入的信号数据中并且是在所述光载波的频率与所述本地光的频率之间的差；

光频率偏差补偿装置，用于与所述频率偏差相对应地使所述信号数据的相位旋转；

光相位偏差估计装置，

用于按每个所述信号数据估计相位偏差，所述相位偏差包括在每个所输入的信号数据中并且是在所述光载波的相位与所述本地光的相位之间的差，并且

用于输出所估计的相位偏差作为估计值；

光相位偏差量补偿分析装置，用于基于按每个所述信号数据估计的多个所述估计值来计算相位补偿量，所述相位补偿量是用于使所述信号数据的相位旋转以便降低所述相位偏差的补偿量；以及

光相位偏差补偿装置，用于与所述相位补偿量相对应地使所述信号数据的相位旋转。

5.根据权利要求4所述的信号处理电路，其中

所述光相位偏差补偿量分析装置输出所述多个所述估计值的平均值作为所述相位补偿量。

6.根据权利要求4所述的信号处理电路，其中

在所述多个所述估计值中的一个任选估计值与所述一个任选估计值的上一次的估计值以及所述多个所述估计值的剩余估计值相比不小预定值的情况下，基于所述多个所述估计值的所述剩余估计值和所述上一次的估计值中的任何一个来计算所述相位补偿量。

7.一种光接收器，包括：

前端装置，

用于接收具有能够从彼此解复用的偏振并且经相位调制的多个光载波，并且

用于通过使所述载波与本地光混合而产生信号数据并且之后执行光电变换；

偏振解复用装置，用于按每个所述光载波的能够被解复用的所述偏振执行对从所述前端单元输出的所述信号数据解复用；以及

根据权利要求1至6的任何一项所述的信号处理单元，用于输入由所述偏振解复用单元提供的所述信号数据。

8.一种光通信***，包括：

光发射器，用于将具有能够从彼此解复用的偏振的多个光载波相位调制，并且发射所相位调制的光载波；以及

根据权利要求7所述的光接收器，所述光接收器被布置成以便接收所相位调制的光载波。

9.一种信号处理方法，包括：

按每个信号数据估计频率偏差，

所述频率偏差包括在多个信号数据中并且是在光载波的频率与本地光的频率之间的差，所述信号数据是通过使多个所述光载波与所述本地光混合产生的并且分别与所述光载波的偏振相对应，并且所述光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振；并且

基于按每个所述信号数据估计的多个所述估计值来计算频率补偿量，所述频率补偿量是用于使所述信号数据的相位旋转以便降低所述频率偏差的补偿量；

与所述频率补偿量相对应地使所述信号数据的相位旋转；

按每个所述信号数据估计相位偏差，所述相位偏差包括在每个所输入的信号数据中并且是在所述光载波的相位与所述本地光的相位之间的差；并且

与所述相位偏差相对应地使所述信号数据的相位旋转。

10.一种信号处理方法，包括：

按每个信号数据估计频率偏差，

所述频率偏差包括在多个信号数据中并且是在光载波的频率与本地光的频率之间的差，所述信号数据是通过使多个所述光载波与所述本地光混合产生的并且分别与所述光载波的偏振相对应，并且所述光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振；并且

与所述频率偏差相对应地使所述信号数据的相位旋转；

按每个所述信号数据估计相位偏差，所述相位偏差包括在所述信号数据的每一个中并且是在所述光载波的相位与所述本地光的相位之间的差，并且输出所估计的相位偏差作为估计值；

基于按每个所述信号数据估计的多个所述值来计算相位补偿量，所述相位补偿量是用于使所述信号数据的相位旋转以便降低所述相位偏差的补偿量；并且

与所述相位补偿量相对应地使所述信号数据的相位旋转。

11.一种信号处理电路，包括：

光相位偏差补偿量分析装置，

用于输入通过使多个光载波与本地光混合产生的多个信号数据，所述光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振，并且所述信号数据与所述光载波中的每一个的所述偏振相对应，并且

用于基于第一信号数据来计算相位补偿量，所述相位补偿量用于使在所输入的多个信号数据当中的除所述第一信号数据之外的所述信号数据的相位旋转以便降低在所述光载波的频率与所述本地光的频率之间的频率偏差。

12.一种信号处理方法，包括：

基于第一信号数据来计算相位补偿量，所述相位补偿量用于使在多个信号数据当中的除所述第一信号数据之外的信号数据的相位旋转以便降低在光载波的频率与本地光的频率之间的相位偏差，所述信号数据是通过使多个所述光载波与所述本地光混合产生的并且分别与偏振相对应，所述光载波经相位调制并且具有能够从彼此解复用的偏振。

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