相干光接收设备、采用相干光接收设备的相干光通信系统和相干光通信方法

技术领域

本发明涉及一种相干光接收机、配置有所述相干光接收机的相干光 通信系统和相干光通信方法，具体地涉及一种通过相干检测和数字信号 处理来接收偏振复用光信号的相干光接收机，并且涉及一种采用所述相 干光接收机的相干光通信系统和相干光通信方法。

背景技术

由于因特网的广泛传播，网络中的数据容量逐年增加。在连接大城 市区的干线中，已经引入了每个信道的传输容量是10Gb/s或40Gb/s的 光传输链路。采用启闭键控(OOK)作为10Gb/s传输中的调制方案。另 一方面，因为传输特性很受由于40Gb/s传输系统中的25ps窄光脉冲宽 度导致的色散的影响，OOK方案不适用于长距离传输。因此，已经采用 了使用相位调制的多级调制方案，并且对于40Gb/s传输系统主要采用正 交相移键控(QPSK)方案。

在100Gb/s类别的超高速光传输中，需要通过加宽光脉冲宽度(也 就是说通过增加多样性来降低波特率)来抑制色散的影响。偏振复用方 案是用于使实现上述方案的一种方法。在偏振复用方案中，将两个系统 的光信号输入到光纤中，其中电场强度E_X和E_Y的振荡平面彼此正交。具 有E_X电场强度的信号光和具有E_Y电场强度的信号光传播，它们的振荡平 面随机地旋转，保持在光纤中的正交关系。获得了正交的信号光E_X+E_Y， 在光纤的输出端其旋转角度θ是未知的。在本说明书中，信号光E_X代表 具有E_X电场强度的信号光，而信号光E_X+E_Y代表其中电场强度E_X和E_Y的 振荡方向彼此正交的信号光。

已知偏振解复用方案包括光学方案和信号处理方案。在光学方案中， 通过使用偏振控制元件和偏振分束器来执行偏振解复用。当将正交信号 光E_X+E_Y投射到偏振控制元件限定的E_X’和E_Y’的偏振平面上并且进行分 离时，获得了E_X’＝aE_X+bE_Y和E_Y’＝cE_X+dE_Y的信号光。在监测分离之后的 输出信号时，通过向偏振控制元件提供反馈来估计旋转角度θ，使得输 出信号将变得最大，即E_X’＝aE_X(b＝0)和E_Y’＝dE_Y(c＝0)。然而，偏振 控制元件不能够跟随快速的偏振波动，因为其控制周期是约100MHz。

另一方面，在信号处理方案中，在正交信号光的相干检测以及转换 为电信号之后执行偏振解复用。当将正交信号光E_X+E_Y投射到本地光限定 的X’和Y’的偏振平面上并且进行检测时，获得了信号光的电场信息作 为电信号。

在专利文献1中描述了使用这种信号处理方案的相干光接收机的示 例。根据专利文献1中的相干光接收机，本地振荡器光具有光频率彼此 不同的正交偏振分量。通过2×4光混合电路对本地振荡器光和接收的信 号光进行组合。在两个差分光检测器执行差分光电转换之后，模数(AD) 转换电路将从差分光检测器输出的模拟接收信号转换为数字信号。数字 处理电路通过针对获得的数字信号执行信号处理来估计接收的数据。

专利文献1：日本专利申请待审公开No.2008-153863(“0012”段 和图1)

非专利文献1：D.N.Godard在1980年11月的IEEE Transaction on  Communicatins，The Institue of Electrical and Electronics  engineers，Vol.COM-28，No.11，pp1867-1875的“Self-Recovering  Equalization and Carrier Tracking in Two-Dimensional Data  Communication Systems”。

发明内容

本发明要解决的问题

首先将描述通过使用相关的相干光接收机进行信号处理来实现偏 振解复用的方法。图10是示出了相关的相干光接收机500的配置的方框 图。在90°混合电路512中，将偏振复用的信号光S_XY(t)＝E_X+E_Y与来 自本地振荡器(LO)光源511的本地光L_X’Y’(t)干涉，形成信号光E_X’ 和E_Y’，通过光电检测器(PD)513对信号光进行检测。由光电检测器检 测的检测信号包括信号光的电场信息。模数转换器(ADC)514对检测信 号量化，并且向数字信号处理器(DSP)515输出量化的信号e_x’和e_y’。 在数字信号处理器515中，通过蝶式滤波器516抵消了e_x’和e_y’的偏振 旋转角度θ，以获得偏振解复用的解调制信号e_x和e_y。此时，CMA处理 单元517通过使用例如恒定模数算法(CMA)来确定滤波器参数(参考非 专利文献1)。

在相关的相干光接收机500中，通过数字信号处理器(DSP)515 中的处理而获得的量化的解调制信号e_x和e_y包括偏振复用的信号光S_XY中的E_X和E_Y的电场信息。然而，并非总是解调制的信号e_x与电场信息 E_X相对应，而解调制的信号e_y与电场信息E_Y相对应。存在这样的情况： 解调制的信号e_x与电场信息E_Y相对应，而解调制的信号e_y与电场信息 E_X相对应。原因如下。因为CMA算法仅仅执行用于使量化的信号e_x’和e_y’ 的电场强度保持恒定的控制，其不能控制收敛的解调制信号e_x或e_y与电 场信息E_X和E_Y的哪一个相对应。也就是说，通过只是对包括电场信息的 幅度加以控制的信号处理，可以将设置在两个复用的偏振光上的信号分 离为两个信号。然而，并非总是可以在已经将信号设置在X偏振光(或 者Y偏振光)上的接收侧接收设置在X偏振光(或者Y偏振光)上的已 发射信号。

如上所述，相关的相干光接收机具有以下问题：该相干光接收机不 能够通过执行与发射机侧相对应的偏振解复用来接收在偏振复用的光信 号中所包括的第一信号和第二信号，其中在发射机侧，将第一信号设置 在第一偏振光上，将第二信号设置在第二偏振光上，然后通过偏振复用 对这些信号进行组合。

本发明的目的是提供一种相干光接收机、采用所述相干光接收机的 相干光通信系统和相干光通信方法，其解决了上述的问题：不能够通过 执行与发射机侧相对应的偏振解复用来接收在偏振复用的光信号中所包 括的第一信号和第二信号，其中在发射机侧已经将第一信号设置在第一 偏振光上，将第二信号设置在第二偏振光上，然后通过偏振复用对这些 信号进行组合。

解决问题的手段

根据本发明典型方面的相干光接收设备包括：相干光接收单元，执 行相干光检测；以及信号处理单元，执行由控制参数限定的信号处理； 其中，所述相干光接收单元在接收由第一发射信号调制的第一偏振光时 输出第一检测信号，并且在同时接收第一偏振光和由第二发射信号调制 的第二偏振光时输出第二检测信号；信号处理单元基于第一检测信号确 定第一控制参数，基于第一控制参数和第二检测信号确定第二控制参数， 并且通过使用所述第二控制参数输出与第一发射信号相对应的第一接收 信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。

根据本发明典型方面的相干光通信系统包括：发射机；以及通过光 纤与所述发射机相连的相干光接收设备，其中，所述发射机包括：光源； 第一调制器，利用第一发射信号对来自光源的具有第一偏振的输出光进 行调制，并且输出第一偏振光；第二调制器，利用第二发射信号对来自 光源的具有第二偏振的输出光进行调制，并且输出第二偏振光；正交复 用单元，将所述第一偏振光和所述第二偏振光正交复用，并且发射至光 纤；以及发射控制单元，控制第二偏振光的强度；所述相干光接收设备 包括：相干光接收单元，执行相干光检测；信号处理单元，执行由控制 参数限定的信号处理；以及接收控制器单元，控制信号处理单元的操作， 其中，所述相干光接收单元接收第一偏振光并且输出第一检测信号，以 及同时接收第一偏振光和第二偏振光并且输出第二检测信号；所述接收 控制器单元当确认所述相干光接收单元已经接收了第一偏振光时，命令 所述信号处理单元开始处理以确定第一控制参数，并且当确认所述相干 光接收单元已经同时接收了第一偏振光和第二偏振光时，命令所述信号 处理单元开始处理以确定第二控制参数；所述信号处理单元基于第一检 测信号确定第一控制参数，基于第一控制参数和第二检测信号确定第二 控制参数，并且通过使用所述第二控制参数输出与第一发射信号相对应 的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。

根据本发明典型方面的相干光通信方法包括步骤：发射通过利用第 一发射信号对具有第一偏振的输出光进行调制而获得的第一偏振光；接 收第一偏振光并通过执行相干光检测来获得第一检测信号；发射通过利 用第二发射信号对具有第二偏振的输出光进行调制而获得的第二偏振光； 同时接收第一偏振光和第二偏振光并通过执行相干光检测来获得第二检 测信号；基于第一检测信号确定第一控制参数；基于第一控制参数和第 二检测信号确定第二控制参数；以及通过使用第二控制参数获得与第一 发射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信 号。

本发明的效果

根据本发明的相干光接收设备、采用所述相干光接收设备的相干光 通信系统和相干光通信方法，通过执行与发射机侧相对应的偏振解调制， 可以接收在所述偏振复用光信号中所包括的第一信号和第二信号，其中 在所述发射机侧将第一信号设置在第一偏振光上、将第二信号设置在第 二偏振光上、然后通过偏振复用对这些信号进行组合。

附图说明

图1是示出了根据本发明第一典型实施例的相干光接收设备的配置 的方框图。

图2是示出了根据本发明第二典型实施例的数字相干光通信系统的 配置的方框图。

图3是示出了根据本发明第二典型实施例的数字信号处理器(DSP) 的配置的方框图。

图4是示出了根据本发明第二典型实施例的数字信号处理器(DSP) 中的滤波器系数的初始设置的顺序图。

图5是示出了根据本发明第三典型实施例的数字相干光通信系统的 配置的方框图。

图6是示出了根据本发明第三典型实施例的发射机和接收机的配置 的方框图。

图7是示出了根据本发明第三典型实施例的数字信号处理器(DSP) 中的滤波器参数的初始设置的顺序图。

图8是示出了根据本发明第四典型实施例的数字相干光通信系统的 配置的方框图。

图9是示出了根据本发明第四典型实施例的数字信号处理器(DSP) 的配置的方框图。

图10是示出了相关的数字相干接收机的配置的方框图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的典型实施例。

[第一典型实施例]

图1是示出了根据本发明第一典型实施例的相干光接收设备100的 配置的方框图。相干光接收设备100具有：相干光接收单元110，执行 相干光检测；以及信号处理单元120，执行由控制参数限定的信号处理。

相干光接收单元110在接收由第一发射信号调制的第一偏振光时向 信号处理单元120输出第一检测信号，并且在同时接收第一偏振光和由 第二传输信号调制的第二偏振光时向信号处理单元120输出第二检测信 号。信号处理单元120基于第一检测信号确定第一控制参数，基于第一 控制参数和第二检测信号确定第二控制参数。然后，信号处理单元120 通过使用第二控制参数输出与第一发射信号相对应的第一接收信号和与 第二发射信号相对应的第二接收信号。

这里，信号处理单元120可以包括：滤波器单元121，基于控制参 数执行信号处理；以及控制参数处理单元122，通过控制参数确定算法 计算所述控制参数。此时，所述控制参数处理单元122针对第一检测信 号的输入确定第一控制参数，使得滤波器121的输出信号可以收敛在第 一接收信号处。针对第二检测信号的输入改变第一控制参数，使得滤波 器单元121的输出信号可以收敛在第二接收信号处，并固定使滤波器单 元121的输出信号收敛在第二接收信号处的控制参数作为第二控制参数。 所述滤波器单元121基于这些第二控制参数来输出第一接收信号和第二 接收信号。

因此，根据该典型实施例的相干光接收设备100，可以通过接收由 第一发射信号调制的第一偏振光和由第二发射信号调制的第二偏振光并 且执行偏振解复用，来接收与发射侧相对应的第一发射信号和第二发射 信号。

[第二典型实施例]

接下来将描述本发明的第二典型实施例。图2是示出了根据本发明 第二典型实施例的相干光通信系统200的配置的方框图。相干光通信系 统200具有发射机210和接收机220。

发射机210包括信号光源(LD)211、作为第一调制器的第一相位 调制器(PM_X)212和作为第二调制器的第二相位调制器(PM_Y)213。此 外，发射机还具有偏振分束器(PBS)215作为正交复用单元，并且具有 可变光衰减器(VOA)214和控制器216，其中所述可变光衰减器(VOA) 214和控制器216组成发射控制单元。

接收机220包括本地光源(LO)221、90°混合电路222和光电检 测器(PD)223，其中所述本地光源(LO)221、90°混合电路222和光 电检测器(PD)223组成接收控制单元226。此外，接收机220具有模数 转换器(ADC)224和数字信号处理器(DSP)225，并且具有接收控制器 单元226，其中所述模数转换器(ADC)224和数字信号处理器(DSP)225 组成信号处理单元。

这里，控制器216控制可变光衰减器(VOA)214，而接收控制器单 元226控制数字信号处理器(DSP)225。发射机210和接收机220通过 光纤230相连，从而执行通信。另外，根据该典型实施例的相干光通信 系统200配置有线路240，所述线路实现控制器216和接收控制器单元 226之间的通信。

在发射机210中，将来自信号光源(LD)211的输出光分离为彼此 正交的X偏振光和Y偏振光，然后将它们分别输入至第一相位调制器(PM_X) 212和第二相位调制器(PM_Y)213，其中X偏振光由第一偏振光分量X 组成，Y偏振光由第二偏振光分量Y组成。第一相位调制器(PM_X)212 利用第一发射信号对X偏振光进行调制，并且输出具有电场强度E_X的第 一信号光E_X。第二相位调制器(PM_Y)213利用第二发射信号对Y分量进 行调制，并且输出具有电场强度E_Y的第二信号光E_Y。在偏振分束器(PBS) 215中将第一信号光E_X和第二信号光E_Y正交复用，并且输出正交的信号 光S_XY(＝E_X+E_Y)。这里，可变光衰减器(VOA)214根据来自控制器216 的指令，对具有沿Y方向偏振的第二信号光的输出执行接通/关断控制。

在90°混合电路222中，输入到接收机220中的正交信号光S_XY (＝E_X+E_Y)与来自本地光光源(LO)221的本地光L_X’Y’干涉，成为投射到 本地光L_X’Y’的任意偏振平面X’、Y’上的信号光E_X’、E_Y’。在光电检测器(PD) 223中检测信号光E_X’、E_Y’，并且将与信号光E_X’、E_Y’有关的电场信息作 为检测信号输入到模数转换器(ADC)224中。模数转换器(ADC)224 对检测信号进行量化，然后输出量化的信号e_x’和e_y’。在数字信号处理 器(DSP)225中对量化的信号e_x’和e_y’进行处理以用于偏振解复用，并 且获得了解调制的信号e_x和e_y。

图3中示出了数字信号处理器(DSP)225的配置。数字信号处理器 (DSP)225配置有蝶式滤波器227、存储器单元228和CMA处理单元(CMA) 229。蝶式滤波器227根据以下公式(1)对输入的量化信号e_x’和e_y’执 行矩阵运算，并且输出解调制的信号e_x和e_y。

$\left(\begin{array}{c}{e}_x\\ e_y\end{array}\right)=H\left(\begin{array}{c}{e_x}^{\prime }\\ {e_y}^{\prime }\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{\mathrm{xx}}& h_{\mathrm{xy}}\\ h_{\mathrm{yx}}& h_{\mathrm{yy}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e_x}^{\prime }\\ {e_y}^{\prime }\end{array}\right)---\left(1\right)$

矩阵H是旋转矩阵，用于抵消发射侧信号光的偏振平面XY和接收 侧信号光的偏振平面X’Y’之间的偏振轴的旋转角度。这里，因为发射侧 信号光的偏振平面XY上的偏振轴和接收侧信号光的偏振平面X’Y’上的 偏振轴之间的关系不是唯一确定的，难以计算假设了旋转角度的矩阵。 计算该矩阵H的每一个元素的方法之一是CMA算法(例如，参考非专利 文献1)。如下所述，在该典型实施例中，采用以下配置：在该配置中CMA 处理单元(CMA)229通过CMA算法计算矩阵H的每一个元素(滤波器系 数)。当将矩阵H的每一个元素获得为h_xx＝h₁₁、h_xy＝h₁₂、h_yx＝h₂₁和h_yy＝h₂₂时，CMA处理单元(CMA)229向蝶式滤波器227输出通过CMA算法计算的 所述滤波器系数h₁₁、h₁₂、h₂₁和h₂₂。

接下来将详细描述CMA处理单元(CMA)229的行为。CMA处理单元 (CMA)229使用在存储器单元228中存储的滤波器系数h₁₁、h₁₂、h₂₁和 h₂₂计算在后续时间段中的滤波器系数。也就是说，当将时间段k中的滤 波器系数设置为h₁₁(k)、h₁₂(k)、h₂₁(k)和h₂₂(k)时，CMA处理单元 (CMA)229可以根据以下公式(2)计算时间段k+1时的滤波器系数， 即h₁₁(k+1)、h₁₂(k+1)、h₂₁(k+1)和h₂₂(k+1)。CMA处理单元(CMA) 229用时间段k+1时的滤波器系数的计算结果重写存储器单元228。如果 FIR滤波器用于公式(2)的计算，公式(2)中的矢量h代表FIR滤波 器的抽头系数。

$h_{11}(k+1)=h_{11}\left(k\right)+\mu {ϵ}_x{e}_x\left(k\right)\overline{{e_x}^{\prime }}\left(k\right)$

$h_{12}(k+1)=h_{12}\left(k\right)+\mu {ϵ}_x{e}_x\left(k\right)\overline{{e_y}^{\prime }}\left(k\right)$(2)

$h_{21}(k+1)=h_{21}\left(k\right)+\mu {ϵ}_y{e}_y\left(k\right)\overline{{e_x}^{\prime }}\left(k\right)$

$h_{22}(k+1)=h_{22}\left(k\right)+\mu {ϵ}_y{e}_y\left(k\right)\overline{{e_y}^{\prime }}\left(k\right)$

这里，和代表误差函数，其由以下公式表示。

ε_x＝1-|e_x(k)|²，ε_y＝1-|e_y(k)|²                    (3)

这里，μ是常数，竖杠表示共轭复数。CMA算法使用误差函数 和执行使量化信号e_x’和e_y’的强度保持恒定的控制。然而，仅仅 基于与电场强度有关的信息，不能区分量化信号中的数据是与设置在X 偏振光上的信息相对应，还是与设置在Y偏振光上的信息相对应。因此 如上所述，当使用通过使用CMA算法而计算的滤波器系数h₁₁、h₁₂、h₂₁和h₂₂时，可能存在这样的情况：具有X偏振的第一信号光的信号分量 Ex收敛到解调制的信号e_y，而具有Y偏振的第二信号光的信号分量E_Y收敛到解调制的信号e_x。

因此在该典型实施例中，通过设置用于计算滤波器系数的顺序，控 制在解调制的信号e_x和e_y上收敛的信号分量。这里，不是在每一次更新 滤波器系数时都发生利用发射侧来切换解调制信号的现象。因此，通过 首先将正确的滤波器系数输入到蝶式滤波器227中，然后根据公式(2) 连续地更新所述滤波器系数，可以确定使输入信号能够收敛到与发射侧 相对应的解调制信号上的滤波器系数。下面将描述训练方法，其是用于 确定蝶式滤波器227的滤波器系数h₁₁、h₁₂、h₂₁和h₂₂的方法，据此可以 将具有X偏振的信号分量Ex收敛到解调制信号e_x上，并且将具有Y偏 振的信号分量E_Y收敛到解调制信号e_y上。

图4是示出了滤波器系数的初始设置的顺序图。首先，接收机220 中的接收控制器单元226为存储器单元228设置任意滤波器系数(步骤 S101)，即h₁₁＝h₁₁(0)以及h₁₂＝h₁₂(0)。在该典型实施例中，将滤波器系 数设置为h₁₁(0)＝1和h₁₂(0)＝0。另一方面，发射机210中的控制器 216通过控制可变光衰减器(VOA)214，将具有Y偏振的输出信号光设 置为非输出(关断)状态，并且只将具有X偏振的输出信号光设置为输 出(接通)状态(步骤102)。此时，通过光纤230仅将X偏振光发射至 接收机220(步骤S103)。

CMS处理单元(CMA)229使用滤波器系数的初始设置值h₁₁(0)、h₁₂(0)开始计算CMA算法(步骤S104)。CMA处理单元(CMA)229通过使 用公式(2)的第一和第二个公式顺序地更新滤波器系数。此时，将输入 到接收机120中的信号光S_XY(＝E_X)分离为投射到本地光L_X’Y’的偏振平面X’ 和Y’上的信号光E_X’和E_Y’。这里，如果E_X’＞E_Y’，滤波器系数之间的关系 变成h₁₁＞h₁₂，并且因为输出e_x主要由量化信号e_x’组成，所述滤波器系数 收敛。另一方面，如果E_X’＜E_Y’，滤波器系数之间的关系变成h₁₁＜h₁₂，并 且因为输出e_x主要由量化信号e_y’组成，所述滤波器系数收敛。这里，获 得h₁₁(1)和h₁₂(1)作为滤波器系数的收敛值。此时，接收控制器单元 226停止计算一次(步骤S105)，并且通过线路240将该效果通知给控制 器(步骤S106)。在以下公式中使用滤波器系数h₁₁(1)和h₁₂(1)的收 敛值来表达此时的蝶式滤波器227的输出e_x。

e_x＝h₁₁(1)·e_x′+h₁₂(1)·e_y′            (4)

接收控制器单元226针对存储器单元228将滤波器系数设置为 h₁₁＝h₁₁(1)、h₁₂＝h₁₂(2)、h₂₁＝-h₁₂(1)以及h₂₂＝h₁₁(1)(步骤S107)。

接下来，发射机210中的控制器216通过控制可变光衰减器(VOA) 214使发射机210输出具有Y偏振的光信号和具有X偏振的光信号(步 骤S108)，并且通过线路240将该效果通知给接收控制器单元226(步骤 S109)。

在接收控制器单元226已经接收到该通知之后(步骤S109)，CMA 处理单元(CMA)229重新开始计算CMA算法，然后根据公式(4)更新 滤波器系数(步骤S110)。这里，量化信号e_x’包括信号光E_X和E_Y两者的 分量。例如，如果量化信号e_x’包括信号光E_X的更多分量，则量化信号 e_y’将包括信号光E_Y的更多分量。当在这种条件下执行根据公式(4)的 计算时，因为在步骤107中设置的滤波器系数之间的关系是h₁₁＞h₁₂，所 以在输出e_x中量化信号e_x’成为主导。因此，在输出e_x中将包括信号光 E_X的更多分量。通过重复地更新滤波器系数，这种趋势变得更强，最后 输出e_x收敛到与信号光E_X相对应的信号上，然后获得h₁₁(k)和h₁₂(k) 作为滤波器系数。对于输出e_y，类似地，因为滤波器系数之间的关系是 h₂₁＜h₂₂，所以在输出e_y中量化信号e_y’成为主导。因此，输出e_y收敛到与 信号E_Y相对应的信号上，然后获得h₂₁(k)和h₂₂(k)作为滤波器系数。

如果量化信号e_x’包括信号光E_Y的更多分量，而且量化信号e_y’包括 信号光E_X的更多分量，因为在步骤107中设置的滤波器系数之间的关系 是h₁₁＜h₁₂，所以在输出e_x中包括信号光E_X的更多分量的量化信号e_y’成 为主导。因此输出e_x收敛在与信号光E_X相对应的信号上。对于输出e_y， 类似地，因为滤波器系数之间的关系是h₂₁＜h₂₂，所以在输出e_y中包括信 号光E_Y的更多分量的量化信号e_x’成为主导。因此，输出e_y收敛到与信 号光E_Y相对应的信号上，然后获得h₂₁(k)和h₂₂(k)作为所述滤波器 系数(步骤S111)。

在上述步骤已经结束之后，接收控制器单元226通过线路240将MCA 处理已经完成这一效果通知给发射机210中的控制器216(步骤S112)。

如上所述，首先，仅发射具有X偏振的信号光，然后临时地确定蝶 式滤波器227的系数。接下来，将具有Y偏振的信号光与具有X偏振的 信号光复用地发射，然后确定蝶式滤波器227的系数。因此，偏振解复 用成为可能，其中：通过数字信号处理器(DSP)225中的信号处理获得 的输出e_x必然与具有X偏振的信号光E_X相对应，而输出e_y必然与信号光 E_Y相对应。也就是说，根据该典型实施例中的相干光通信系统200，可 以针对偏振复用的光信号执行偏振解复用，在偏振复用的光信号中，已 经在发射机侧将第一信号设置到第一偏振光上，而将第二信号设置到第 二偏振光上；并且可以接收与发射机侧相对应的第一信号和第二信号。

[第三典型实施例]

接下来将描述本发明的第三典型实施例。图5是示出了根据本发明 第三典型实施例的相干光通信系统300的配置的方框图。如图5所述， 相干光通信系统300包括终端站300A和终端站300B。终端站300A配置 有发射机310A和接收机320A，并且终端站300B配置有接收机320B和 发射机310B。发射机310A和接收机320B、发射机310B和接收机320A 分别通过光纤相连并且相互通信。根据该实施例的相干光通信系统300 包括：第一相干光通信301，包括发射机310A、接收机320B和光纤330； 以及第二相干光通信系统302，包括发射机310B、接收机320A和光纤 330。

图6示出了根据该典型实施例的第一相干光通信系统301的配置。， 除了控制器316也控制信号光源(LD)311之外，发射机310A的配置与 第二典型实施例中的发射机210相同。除了光电检测器(PD)323具有 功率监测功能并且通知接收控制器单元326监测结果之外，接收机320B 的配置与第二典型实施例的接收机220相同。组成第二相干光通信系统 302的发射机310B和接收机320A类似地配置。在该典型实施例中，根 据第二典型实施例的相干光通信系统200中的线路240是不必要的。

提供给接收机320B的数字信号处理器(DSP)的配置与3所示的第 二典型实施例中的数字信号处理器(DSP)225相同。这里，将数字信号 处理器(DSP)225中的蝶式滤波器的系数设置为bh₁₁(k)、bh₁₂(k)、bh₂₁(k)和bh₂₂(k)。如上所述，当使用这些滤波器系数时，存在这样的情 况：发射机310A发射的具有X偏振的第一信号光的信号分量Ex收敛到 解调制的信号e_y，而具有Y偏振的第二信号光的信号分量E_Y收敛到解调 制的信号e_x。

因此在该典型实施例中，通过设置用于计算滤波器系数的顺序，控 制在解调制的信号e_x和e_y上收敛的信号分量。这里，不是在每一次更新 滤波器系数时都会发生利用发射侧来切换解调制信号的现象。因此，通 过首先将正确的滤波器系数输入到蝶式滤波器中，然后根据公式(2)连 续地更新所述滤波器系数，可以确定使输入信号能够收敛到与发射侧相 对应的解调制信号上的滤波器系数。下面将描述训练方法，其是用于确 定蝶式滤波器的滤波器系数h₁₁、h₁₂、h₂₁和h₂₂的方法，据此可以将具有X 偏振的信号分量Ex收敛到解调制信号e_x上，并且将具有Y偏振的信号 分量E_Y收敛到解调制信号e_y上。

图7是示出了滤波器系数的初始设置的顺序图。首先，针对终端站 300B中的接收机320B而提供的接收控制器单元326B为存储器单元228B 设置任意滤波器系数(步骤S201)，即h₁₁＝bh₁₁(0)以及h₁₂＝bh₁₂(0)。 在该典型实施例中，将滤波器系数设置为bh₁₁(0)＝1和bh₁₂(0)＝0。

另一方面，针对终端站300A中的发射机310A而提供的控制器316A 将信号光源(LD)311A设置为接通状态。在控制可变光衰减器(VOA) 214A并且将具有Y偏振的信号光设置为不输出时，控制器316A将信号 光源(LD)311A设置为接通状态，以将X偏振光设置为输出(接通)状 态，而将Y偏振光设置为不输出(关断)状态(步骤S202)。此时，通 过光纤330仅将X偏振光发射至接收机320B(步骤S203)。

当针对终端站300B中的接收机320B而提供的接收控制器单元326B 确认光电检测器(PD)323B已经接收到光信号并且输出所述接收光信号 时，接收控制器单元326B命令CMA处理单元229B开始计算CMA算法(步 骤S204)。CMA处理单元(CMA)229B通过使用公式(2)的第一和第二 个公式顺序地更新滤波器系数。此时，将滤波器系数的收敛值设置为bh₁₁(1)和bh₁₂(1)，并且CMA处理单元(CMA)229B停止计算(步骤S205)。

另一方面，针对终端站300A中的接收机320A而提供的接收控制器 单元326A为存储器单元228B设置任意滤波器系数(步骤S206)，即 h₁₁＝ah₁₁(0)以及h₁₂＝ah₁₂(0)。在该典型实施例中，将滤波器系数设置 为ah₁₁(0)＝1和ah₁₂(0)＝0。

接下来，针对终端站300B中的发射机310B而提供的控制器316B 通过控制可变光衰减器(VOA)214B来将具有Y偏振的信号光设置为不 输出。随后，控制器316B将信号光源(LD)311B设置为接通状态，以 将X偏振光设置为输出(接通)状态，并且将Y偏振光设置为不输出(关 断)状态(步骤S207)。此时，通过光纤330仅将X偏振光发射至接收 机320A(步骤S208)。

当针对终端站300A中的接收机320A而提供的接收控制器单元326A 确认光电检测器(PD)323A已经接收到光信号并且输出所述接收光信号 时，接收控制器单元326A命令CMA处理单元229A开始计算CMA算法(步 骤S209)。CMA处理单元(CMA)229A通过使用公式(2)的第一和第二 个公式顺序地更新滤波器系数。此时，将滤波器系数的收敛值设置为ah₁₁(1)和ah₁₂(1)，并且CMA处理单元(CMA)229A停止计算(步骤S210)。

另一方面，针对终端站300B中的接收机320B而提供的接收控制器 单元326B为存储器单元228B将滤波器系数设置为h₁₁＝bh₁₁(1)，h₁₂＝bh₁₂(1)，h₂₁＝-bh₁₂(1)，以及h₂₂＝bh₁₁(1)。

接下来，针对终端站300A中的发射机310A而提供的控制器316A 通过控制可变光衰减器(VOA)214A来将具有Y偏振的光信号和具有X 偏振的光信号设置为输出(接通)状态(步骤S212)。此时，通过光纤 330将X偏振光和Y偏振光两者发射至接收机320B(步骤S213)。

当光电检测器(PD)323B输出是步骤204中的接收光信号两倍大的 接收光信号时，针对终端站300B中的接收机320B而提供的接收控制器 单元326B命令CMA处理单元229B重新开始计算CMA算法(步骤S214)。 CMA处理单元229B根据公式(4)更新滤波器系数。因此，滤波器系数 收敛，并且获得bh₁₁(k)、bh₁₂(k)、bh₂₁(k)和bh₂₂(k)作为此时的滤 波器系数(步骤S215)。

按照同样的方式，针对终端站300A中的接收机320A而提供的接收 控制器单元326A针对存储器单元228A将滤波器系数设置为h₁₁＝ah₁₁(1)， h₁₂＝ah₁₂(1)，h₂₁＝-ah₁₂(1)，以及h₂₂＝ah₁₁(1)(步骤216)。

接下来，针对终端站300B中的发射机310B而提供的控制器316B 通过控制可变光衰减器(VOA)214B来将具有Y偏振的光信号和具有X 偏振的光信号设置为输出(接通)状态(步骤S217)。此时，通过光纤 330将X偏振光和Y偏振光两者发射至接收机320A(步骤S218)。

当光电检测器(PD)323A输出了是步骤209中的接收光信号两倍大 的接收光信号时，针对终端站300A中的接收机320A而提供的接收控制 器单元326A命令CMA处理单元229A重新开始计算CMA算法(步骤S219)。 CMA处理单元229A根据公式(4)更新滤波器系数。因此，滤波器系数 收敛，并且获得ah₁₁(k)、ah₁₂(k)、ah₂₁(k)和ah₂₂(k)作为此时的滤 波器系数(步骤S2220)。

如上所述，首先，从发射机310A仅发射具有X偏振的信号光，然 后临时地确定针对接收机320B中的数字信号处理器(DSP)225B而提供 的蝶式滤波器的系数。接下来，从发射机310A发射与具有X偏振的信号 光复用的具有Y偏振的信号光，然后确定数字信号处理器(DSP)225B 的蝶式滤波器的系数。因此，偏振解复用成为可能，其中：通过数字信 号处理器(DSP)225B中的信号处理而获得的输出信号e_x必然与具有X 偏振的信号光E_X相对应，而输出信号e_y必然与具有Y偏振的信号光E_Y相对应。类似地在接收机320A中，可以针对从发射机310B发射的偏振 复用信号光执行偏振解复用，并且接收解复用信号。

根据该典型实施例，因为第一典型实施例的数字相干光通信系统 100中的线路140是不必要的，可以简化能够执行与发射机侧相对应的 偏振解复用的相干光通信系统的配置。

[第四典型实施例]

接下来将描述本发明的第四典型实施例。图8是示出了根据本发明 第四典型实施例的数字相干光通信系统400的配置的方框图。数字相干 光通信系统400包括发射机410和接收机420。

发射机410配置有信号光源(LD)411、作为第一调制器的第一相 位调制器(PM_X)412和作为第二调制器的第二相位调制器(PM_Y)413。 此外，发射机还具有作为正交复用单元的偏振分束器(PBS)415，并且 具有可变光衰减器(VOA)414和控制器416，其中所述可变光衰减器(VOA) 414和控制器416组成发射控制单元。

接收机420包括本地光源(LO)421、90°混合电路422和光电检 测器(PD)423，其中所述本地光源(LO)421、90°混合电路422和光 电检测器(PD)423组成相干光接收单元。此外，接收机具有模数转换 器(ADC)424和数字信号处理器(DSP)425，并且具有接收控制器单元 426，其中所述模数转换器(ADC)424和数字信号处理器(DSP)425组 成信号处理单元。

这里，控制器416控制可变光衰减器(VOA)414，而接收控制器单 元426控制数字信号处理器(DSP)425。发射机410和接收机420通过 光纤430相连，从而执行通信。另外，数字相干光通信系统400配置有 线路440，所述线路实现控制器416和接收控制器单元426之间的通信。

该典型实施例与第二典型实施例的不同之处在于：通过使用QPSK (正交相移键控)方法，提供给发射机410的第一相位调制器(PM_X)412 调制X偏振光，而第二相位调制器(PM_Y)413调制Y偏振光。在90°混 合电路422中，输入到接收机420中的正交复用信号光SX_Y(＝E_X+E_Y)与 来自本地光源(LO)421的本地光L_X’Y’干涉，以投射到本地光L_X’Y’的任意 偏振平面X’、Y’上。与此同时，90°混合电路422检测正交复用的信号 光S_XY和本地光L_X’Y’之间的相位差，并且向光电检测器423输出作为X’偏 振光的同相输出I_X’和正交相位输出Q_X’以及作为Y’偏振的同相输出I_Y’和 异相输出Q_Y’。通过光电检测器423检测每一个输出光，并且将检测信号 输入到模数转换器(ADC)424中。模数转换器(ADC)424对这些检测信 号进行量化，然后输出量化信号i_x’、q_x’、i_y’和q_y’。在数字信号处理器 (DSP)425中对量化信号i_x’、q_x’、i_y’和q_y’进行处理以用于偏振解复用， 并且获得解复用信号i_x、q_x、i_y和q_y。

在图9中示出了数字信号处理器(DSP)425的配置。除了蝶式滤波 器427、存储器单元428和CMA处理单元(CMA)429之外，数字信号处 理器(DSP)425还配置有CPE(载波相位估计)单元450。

将输入到数字信号处理器(DSP)425中的量化信号i_x’、q_x’、i_y’和 q_y’相对于X’偏振和Y’偏振的每一个而相加，然后输入到蝶式滤波器427 中，e_x’＝i_x’+q_x’，e_y’＝i_y’+q_y’。蝶式滤波器427根据公式(1)对输入信号 e_x’和e_y’执行矩阵运算，并且输出解调制信号e_x和e_y。

计算该矩阵H的每一个元素的方法之一是CMA算法(例如，参考非 专利文献1)。如下所述，在该典型实施例中，采用以下配置：在该配置 中，CMA处理单元(CMA)429通过CMA算法计算矩阵H的每一个元素(滤 波器系数)的配置。CMA算法使用公式(3)所示的误差函数和

执行使量化信号e_x’和e_y’的强度保持恒定的控制。然而，仅仅基 于与电场强度有关的信息，不能区分量化信号中的数据是与设置到X偏 振光的信息相对应，还是与设置到Y偏振光的信息相对应。因此如上所 述，当使用通过使用CMA算法计算的滤波器系数h₁₁、h₁₂、h₂₁和h₂₂时， 可能存在这样的情况：具有X偏振的第一信号光的信号分量Ex收敛到解 调制的信号e_y，而具有Y偏振的第二信号光的信号分量E_Y收敛到解调制 的信号e_x。

因此在该典型实施例中，通过设置用于计算滤波器系数的顺序，控 制在解调制的信号e_x和e_y上收敛的信号分量。这里，不是在每一次更新 滤波器系数时都会发生利用发射侧来切换解调制信号的现象。因此，通 过首先将正确的滤波器系数输入到蝶式滤波器427中，然后根据公式(2) 连续地更新所述滤波器系数，可以确定使输入信号能够收敛到与发射侧 相对应的解调制信号上的滤波器系数。在该典型实施例中，通过在第二 典型实施例中使用的训练方法，确定了蝶式滤波器427的滤波器系数h₁₁、 h₁₂、h₂₁和h₂₂，据此可以将具有X偏振的信号分量Ex收敛到解调制信号 e_x上，而将具有Y偏振的信号分量E_Y收敛到解调制信号e_y上。

CPE单元450通过CMA处理而获得的解调制信号e_x和e_y中提取相位 信息，将I信道和Q信道解调制信号i_x和q_x与具有X偏振的解调制信号 e_x分离，将解调制信号i_y、q_y与具有Y偏振的解调制信号e_y分离，然后 输出这些解调制信号。

在该典型实施例中，采用QPSK调制方案作为用于偏振复用的两个 信号流的调制方案。然而，调制方案不局限于此，可以应用诸如8PSK(8 相移键控)调制方案和16QAM(正交幅度调幅)调制方案之类的其他多 级调制方案。

如上所述，根据该典型实施例，即使在发射侧分别利用第一信号将 第一偏振光多级调制并且利用第二信号将第二偏振光多级调制，也可以 针对偏振复用光信号执行偏振解复用并且接收与发射侧相对应的第一和 第二信号。

在第一至第三典型实施例中，使用CMA算法来确定滤波器系数。然 而，所述算法不局限于此，可以使用其他算法，只要它们是用于蝶式滤 波器的滤波器系数确定算法，如，LMS(最小均方)算法。

此外，尽管在上述典型实施例中将可变光衰减器(VOA)用于控制 一个偏振光的输出，但是不局限于此，可以通过调制其偏置来控制调制 器的输出。

本发明不局限于上述典型实施例，并且可以在权利要求中描述的本 发明范围内进行各种改进。不言而喻的是这些改进也包括在本发明的范 围之内。

该申请是基于并要求2010年1月8日递交的日本专利申请 No.2010-002501的优先权，将其公开全部结合在此作为参考。

以上公开的典型实施例的整体或一部分可以描述为以下补充注释 的一部分，但是不局限于此。

(补充注释1)一种相干光接收设备，包括：相干光接收单元，执 行相干光检测；以及信号处理单元，执行由控制参数限定的信号处理； 其中所述相干光接收单元在接收由第一发射信号调制的第一偏振光时输 出第一检测信号，并且在同时接收第一偏振光和由第二发射信号调制的 第二偏振光时输出第二检测信号；以及所述信号处理单元基于第一检测 信号确定第一控制参数，基于第一控制参数和第二检测信号确定第二控 制参数，并且通过使用所述第二控制参数输出与第一发射信号相对应的 第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。

(补充注释2)根据补充注释1所述的相干光接收设备，其中所述 信号处理单元包括：滤波器单元，基于控制参数执行信号处理；以及控 制参数处理单元，通过控制参数确定算法计算所述控制参数，其中所述 控制参数处理单元针对第一检测信号的输入确定第一控制参数使得输出 信号可以收敛在第一接收信号处，针对第二检测信号的输入改变第一控 制参数使得输出信号可以收敛在第二接收信号处，并固定使输出信号收 敛在第二接收信号处的控制参数作为第二控制参数，所述滤波器单元基 于所述第二控制参数输出第一接收信号和第二接收信号。

(补充注释3)根据补充注释1或2所述的相干光接收设备，还包 括：接收控制器单元，用于控制信号处理单元的操作；其中所述接收控 制器单元在确认所述相干光接收单元已经接收到第一偏振光时，命令所 述信号处理单元开始处理以确定第一控制参数，并且在确认所述相干光 接收单元已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光时，命令所述信号处 理单元开始处理以确定第二控制参数。

(补充注释4)根据补充注释3所述的相干光接收设备，其中所述 相干光接收单元包括与所述接收控制器单元相连的光电转换单元；以及 其中所述接收控制器单元在所述光电转换单元输出第一接收光信号时， 确认相干光接收单元已经接收到第一偏振光，并且在所述光电转换单元 输出大约为第一接收光信号两倍大的接收光信号时，确认相干光接收单 元已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光。

(补充注释5)一种相干光通信系统，包括：发射机；以及通过光 纤与所述发射机相连的相干光接收设备，其中所述发射机包括：光源； 第一调制器，利用第一发射信号对来自光源的具有第一偏振的输出光进 行调制，并且输出第一偏振光；第二调制器，利用第二发射信号对来自 光源的具有第二偏振的输出进行调制，并且输出第二偏振光；正交复用 单元，将所述第一偏振光和所述第二偏振光正交复用，并且发射至光纤； 以及发射控制单元，控制第二偏振光的强度；其中所述相干光接收设备 包括：相干光接收单元，执行相干光检测；信号处理单元，执行由控制 参数限定的信号处理；以及接收控制器单元，控制信号处理单元的操作， 其中所述相干光接收单元接收第一偏振光并且输出第一检测信号，以及 同时接收第一偏振光和第二偏振光并且输出第二检测信号；所述接收控 制器单元在确认所述相干光接收单元已经接收了第一偏振光时，命令所 述信号处理单元开始处理以确定第一控制参数，并且在确认所述相干光 接收单元已经同时接收了第一偏振光和第二偏振光时，命令所述信号处 理单元开始处理以确定第二控制参数；所述信号处理单元基于第一检测 信号确定第一控制参数，基于第一控制参数和第二检测信号确定第二控 制参数，并且通过使用所述第二控制参数输出与第一发射信号相对应的 第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。

(补充注释6)根据补充注释5所述的相干光接收系统，其中所述 信号处理单元针对第一检测信号的输入确定第一控制参数使得输出信号 可以收敛在第一接收信号处，针对第二检测信号的输入改变第一控制参 数使得输出信号可以收敛在第二接收信号处，并固定使输出信号收敛在 第二接收信号处的控制参数作为第二控制参数。

(补充注释7)根据补充注释5或6所述的相干光通信系统，还包 括将发射控制单元与接收控制器单元相连的线路；其中当确定第一控制 参数时，所述接收控制器单元向所述发射控制单元发射第一通知；所述 发射控制单元在接收到所述第一通知时，通过增加第二偏振光的强度使 所述发射机同时输出第一偏振光和第二偏振光，并且通过所述线路向所 述接收控制器单元发射第二通知；以及所述接收控制器单元在接收到所 述第二通知时，确认所述相干光接收单元已经同时接收到第一偏振光和 第二偏振光。

(补充注释8)根据补充注释5或6所述的相干光通信系统，其中所述 相干光接收单元包括与所述接收控制器单元相连的光电转换单元；其中 所述接收控制器单元在所述光电转换单元输出第一接收光信号时，确认 所述相干光接收单元已经接收到第一偏振光，并且在所述光电转换单元 输出大约为第一接收光信号两倍大的接收光信号时，确认所述相干光接 收单元已经同时接收到第一偏振光和第二偏振光。

(补充注释9)一种相干光通信方法，包括步骤：发射通过利用第 一发射信号对具有第一偏振的输出光进行调制而获得的第一偏振光；接 收第一偏振光并通过执行相干光检测获得第一检测信号；发射通过利用 第二发射信号对具有第二偏振的输出光进行调制而获得的第二偏振光； 同时接收第一偏振光和第二偏振光并通过执行相干光检测获得第二检测 信号；基于第一检测信号确定第一控制参数；基于第一控制参数和第二 检测信号确定第二控制参数；以及通过使用第二控制参数获得与第一发 射信号相对应的第一接收信号和与第二发射信号相对应的第二接收信号。

(补充注释10)根据补充注释9所述的相干光通信方法，其中在确 定第一控制参数的步骤中，针对第一检测信号的输入设置控制参数，使 得输出信号可以收敛在第一接收信号处；在确定第二控制参数的步骤中， 针对第二检测信号的输入改变第一控制参数，使得输出信号可以收敛在 第二接收信号处，并且固定使输出信号收敛在第二接收信号处的控制参 数作为第二控制参数。

(补充注释11)根据补充注释9或10所述的相干光通信方法，其 中在发射第二偏振光的步骤中，将所述第一控制参数的确定用作开始发 射第二偏振光的触发。

(补充注释12)根据补充注释9、10和11中任一项所述的相干光 通信方法，其中在确定第二控制参数的步骤中，将第二偏振光的发射用 作开始确定第二控制参数的触发。

附图标记的说明

100相干光接收设备

110相干光接收单元

120信号处理单元

121滤波器单元

122控制参数处理单元

200、300、400            相干光通信系统

210、310A、310B、410     发射机

211、311、411            信号光源(LD)

212、412                 第一相位调制器(PM_X)

213、413                 第二相位调制器(PM_Y)

214、414                 可变光衰减器(VOA)

215、415                 偏振分束器(PBS)

216、316、416            控制器

220、320A、320B、420     接收机

221、421、511            本地光源(LO)

222、422、512            90°混合电路

223、323、423、513       光电检测器(PD)

224、424、514            模数转换器(ADC)

225、425、515            数字信号处理器(DSP)

226、326、426            接收控制器单元

227、427、516            蝶式滤波器

228、428                 存储器单元

229、429、517            CMA处理单元(CMA)

230、330、430            光纤

240、440                 线路

300A、300B               终端站

301    第一相干光通信系统

302    第二相干光通信系统

450    CPE单元

500    相关的相干光接收设备