在正交相移键控光发射器中同相和正交数据的对准的制作方法

在正交相移键控光发射器中同相和正交数据的对准的制作方法
【专利摘要】QPSK调制器中的I/Q数据偏斜可以通过将相同的或互补的数据流发送到I和Q通路PSK调制器、将I和Q之间的相对载波相位设置成0或π、以及监测平均QPSK输出功率来加以检测，其中发送到I和Q通路的数据流包括交替的1和0的流。
【专利说明】在正交相移键控光发射器中同相和正交数据的对准
【技术领域】
[0001]本公开大体上涉及光通信系统，并尤其涉及在正交相移键控(QPSK)光发射器中同相(I)和正交(Q)数据的对准。
【背景技术】
[0002]下一代长距离光纤通信系统被设计成在1000千米或更长的距离上以每秒100千兆位进行操作。使用正交相移键控(QPSK)调制器来将数据编码在光载波信号上。在QPSK中，符号由1-Q平面中的四个点之一表不。因而，每个符号表不两个位。
[0003]为了合适的操作，QPSK系统的I和Q通路中的数据被图案对准；即I和Q数据之间的多单位间隔偏斜(skew)被减少或消除。在实验室设置中，通过使用外部测试仪表和观察眼图可以手动执行消除偏斜(deskew)。然而，偏斜可能跨越功率循环或时钟重置而变化。如果I/Q对准可以作为自动、自校准过程的一部分的话，这将是方便的，所述自动、自校准过程可以在上电时、在时钟重置之后、或者在实际应用中期望的任何时候完成。
[0004]因而，所需要的是用于在QPSK系统中的自动I/Q对准的方法。所述方法不应该依赖于MUX的高级特征。此外，所述方法应该能够校正偏斜偏移，所述偏斜偏移小于I或Q数据流的一个单位间隔(UI)。
【专利附图】

【附图说明】
[0005]图1示出将数据馈送到光QPSK调制器的I和Q通路的多路复用器。
[0006]图2示出用于Mach-Zehnder光调制器的传递函数。
[0007]图3不出在Mach-Zehnde`r光调制器中的输入数据和输出光信号之间的关系。
[0008]图4图示在I和Q光信号之间的偏斜。
[0009]图5A和5B示出检测到的平均功率对偏斜的图。
[0010]图6A和6B是用于使用相同数据流的I/Q数据对准方法的流程图。
[0011]图7A和7B是用于使用互补数据流的I/Q数据对准方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]现描述用于最小化QPSK发射器中的I/Q数据偏斜的方法。在光域中，所述方法可以独立地应用于双极化QPSK发射器(DP-QPSK)的每个极化中。
[0013]在QPSK操作中，I和Q载波信号具有π /2的相对相移Φ。此处所述的方法涉及操作I/Q相位控制环以在I和Q载波之间暂时维持O或π的相移。当Φ是O或π，并且将相同的数据流引入I和Q通路时，在QPSK调制器的输出处观察到的平均输出功率指示I和Q数据之间的对准。此处“平均”意思是在远长于(10倍或更多)数据的一个单位间隔的时间上的平均，或者等价地，远长于数据速率的倒数的时间上的平均。
[0014]例如，当Φ=3?时，最小数据偏斜对应于最小平均输出功率；当Φ=0时，相反的情况是成立的-最小偏斜对应于最大平均输出功率。现更详细地描述导致这些效应的原理和用于利用该原理以去除小于一个单位间隔的偏斜的方法。
[0015]图1示出包括多路复用器105的发射器系统100的示例，所述多路复用器105将数据馈送到光QPSK调制器的I和Q通路。在图1中，多路复用器105将若干传入数据通道合并成两个输出数据流110和130。数据流110在被输入到相移键控(PSK)调制器120之前通过可选的可调延迟器115。类似地，数据流130在被输入到相移键控(PSK)调制器140之前通过可选的可调延迟器135。可调延迟器115或可调延迟器135是可选的；需要它们中的至少一个，以使得可以调整数据流110和130之间的相对延迟、或偏斜。PSK调制器120和140可以被实现为Mach-Zehnder调制器。激光器145是用于所述系统的光源。相位控制器150调整同相120和正交140 PSK调制器的输出之间的载波相位Φ。检测器155测量QPSK调制器的输出处的平均功率。尽管为了清晰而从附图中省略，归零(RZ)雕刻器(carver)可以被放置在激光器145的输出处，并且可选的放大器可以被插入在可调延迟器115和Mach-Zehnder调制器120之间或在可调延迟器135和Mach-Zehnder调制器140之间。
[0016]尽管本文所述的方法主要参考光QPSK系统(例如，发射器系统100)来这样做，它们也可应用于在较低频率下操作的QPSK系统，例如太赫兹、微波、UHF等。在较低频率下的组件实现方式是不同的(RF源代替激光器、传输线代替光纤)，而操作的原理是相同的。
[0017]图2示出用于Mach-Zehnder光调制器的传递函数。在图2中，Mach-Zehnder调制器的传输T沿水平方向被绘制为所施加的电压V的函数。还示出在垂直方向上绘制的以电压电平形式的数据V对时间t。可以对Mach-Zehnder调制器加偏压，以使得表示逻辑O的电压电平生成有特定载波相位的最大传输，在附图中用“ + ”表示。表示逻辑I的电压也生成最大传输，而有31的相移，在附图中用表不。
[0018]图3不出在Mach-Zehnder光调制器中的输入数据和输出光信号之间的关系。被编码为电压的逻辑I和O的传入数据流被转换成等幅光脉冲，其中I和O用O或π的相移来表示。在从O到I或从I到O的转变时，光输出被最小化。作为示例，在32Gb/s的调制器中，被分配一个“I”或“O”的单位间隔或时间大约为33ps。
[0019]图4图示I和Q光信号之间的偏斜。在图4中，图405和410分别描绘了在诸如图1中所示的系统之类的系统的I和Q支路中来自Mach-Zehnder调制器的光输出。“ + ”和
指示光载波的相位。在图4中，I和Q通路中的数据是相同的，但在其之间存在时间延迟或偏斜，由“At”指示。在本说明书中描述的I/Q对准方法的目的是要通过以时间增量调整I和Q通路之间的偏斜来最小化时间延迟At，所述时间增量短于I单位间隔(UI)。
[0020]在操作中，在I和Q数据通路之间的载波相位Φ的差异是π /2。一方面，如果在I和Q数据通路之间的载波相位Φ的差异被设置为0，那么当两个通路中的数据相同时，最小偏斜对应于由于相长干涉而引起的QPSK调制器的合并输出中的最大平均功率。这种情况的平均功率和偏斜之间的关系在图5Α中示出。另一方面，如果在I和Q数据通路之间的载波相位Φ的差异被设置为η，那么当两个通路中的数据相同时，最小偏斜对应于由于相消干涉而引起的QPSK调制器的合并输出中的最小平均功率。这种情况的平均功率和偏斜之间的关系在图5Β中示出。
[0021]此外，图5Α和5Β示出测量作为偏斜以及载波相位的函数的平均调制器输出功率如何允许监测并控制I和Q数据之间的偏斜。[0022]如果输入数据(对于I和Q而言的相同复件)是交替位串(例如，10101010101010，即方波图案)，那么平均功率中的最小值和最大值能够在整数Π偏斜处观察到:-n，-(n_l),...，-2, -1, O, I, 2,...，(n-1), η (其中，η是整数)。交替位串能够具有其他的周期(例如，110011001100...)或者能够具有不同的占空比(例如，111011101110...)。因而，交替位串提供在保持模一 Π偏斜的模糊性的同时消除子Π偏斜的方式。(所述模糊性可以通过切换成伪随机位流并以一 Π增量调整偏斜而被去除，如在2011年X月X日提交的共同待决申请号12/χχχ，XXX中描述的那样，并且该共同待决申请通过引用结合到本文中)。
[0023]在实践中，精确地识别QPSK输出处的最小平均功率而不是最大平均功率可能更容易。如果设置φ=ο而不是φ=π更方便(或者也许只是可能)，那么互补(而不是相同的)数据流可以被发送到I和Q数据输入。(除了用“I”替代“O”之外，位串的补码是相同的串，反之亦然。)例如，如果“1010101010101010”被发送到I，并且其补码“0101010101010101”被发送到Q，那么在Φ=0的情况下的最小偏斜能够与最小QPSK平均输出功率一致。
[0024]图6Α和6Β是使用相同的数据流的I/Q数据对准方法600的示例的流程图。在步骤610，提供QPSK调制器，所述QPSK调制器具有I和Q数据输入、用于调整相对I和Q载波相位Φ的相位控制、以及用于测量平均调制器输出功率的检测器。在620，周期性的数据位串的相同的复件被发送到I和Q数据输入，其中在周期性数据位串的相同的I和Q复件之间的延迟(如果有的话)是所述偏斜。周期性的数据位串能够具有预定的周期和预定的占空t匕。周期性的数据位串的周期和占空比能够在软件、固件等中被预设和/或编程。在630，测量平均调制器输出功率。在640，相对I和Q载波相位被设置成Φ=0并且调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最大值。在650，相对I和Q载波相位被设置成Φ = π，并且调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最小值。在660，相对I和Q载波相位能够可选地被设置成Φ=η，并且能够可选地调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最小值。可替代地，在670，相对I和Q载波相位能够可选地被设置成Φ=0，并且能够可选地调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最大值。
[0025]如上面所解释的，如果使用互补而不是相同的I和Q数据流的话，零偏斜与最小输出功率(Φ=0)或最大输出功率(Φ= )—致。图7Α和7Β是使用互补数据流的I/Q数据对准方法700的示例的流程图。在步骤710，提供了 QPSK调制器，所述QPSK调制器具有I和Q数据输入、用于调整相对I和Q载波相位Φ的相位控制、和用于测量平均调制器输出功率的检测器。在720，周期性的数据位串的互补复件被发送到I和Q数据输入，其中在周期性的数据位串的互补I和Q复件之间的延迟(如果有的话)是所述偏斜。如上所述，周期性的数据位串能够具有预定的周期和预定的占空比。周期性的数据位串的周期和占空比能够在软件、固件等中预设和/或编程。在730，测量平均调制器输出功率。在740，相对I和Q载波相位被设置成Φ=0，并且调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最小值。在750，相对I和Q载波相位被设置成Φ=η，并且调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最大值。在760，相对I和Q载波相位能够可选地被设置成Φ= ，并且能够可选地调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最大值。可替代地，在770，相对I和Q载波相位能够可选地被设置成Φ=0，并且能够可选地调整所述偏斜，直到平均调制器输出功率是最小值。
[0026]在本说明书中所描述的方法可以在功率循环、时钟重置或其他扰动(disturbance)之后被自动执行，或者它们可以被周期性地执行。(对于周期性的操作，触发消除偏斜的方法的扰动可以是预定时间段到期。)用于消除偏斜的自动化系统可以被实现为QPSK发射器的一部分，例如，作为通信地耦合于QPSK调制器的电子电路。对于图1中图示的示例性发射器系统100来说，用于可调延迟器115和135、相位控制器150和检测器155的控制和接口电路可以被包含在发射器ASIC中。以这种方式，QPSK发射器能够在正常操作模式(Φ= π /2)和数据偏斜监测或调整模式(Φ=0或)之间自动切换。
[0027]在本文档中所描述的技术能够使用装置、方法、系统或者装置、方法和系统的任何组合来加以实现。在本文档中描述的操作和主题的实现方式(包括在本文档中公开的结构及其结构等价物)能够被配置在数字电子电路中、或者在计算机软件、固件或硬件中，或者在其中的一个或多个的组合中。对于硬件实现方式而言，所述实施例(或者其模块)能够被实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、混合信号电路、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器和/或被设计成执行本文所述的功能的其他电子单元或其组合内。
[0028]当所述实施例以软件、固件、中间件或者微码、程序代码或代码段来实现时，它们能够被存储在机器可读介质(或计算机可读介质)中，诸如存储组件。代码段能够表示过程、功能、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件封装、类、或者指令、数据结构、或程序语句的任何组合。代码段能够通过传递和/或接收信息、数据、自变量、参数、或存储内容而耦合到另一个代码段或硬件电路。
[0029]尽管本文档包含许多特定实现方式的详情，但这些不应该被解释为对任何发明或可以被要求保护的范围的限制，而是作为专用于特定发明的特定实现方式的特征的描述。在本文档中，在分别的实现方式的上下文中描述的某些特征也能够以组合方式被配置在单个实现方式中。相反地，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也能够分别地被配置在多个实现方式中或被配置在任何合适的子组合中。此外，尽管在上文中可以将特征描述为在某个组合中起作用并甚至最初像这样要求保护，但在某些情况下，来自要求保护的组合的一个或多个特征能够从所述组合中排除，并且要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变形。
[0030]类似地，尽管在附图中以特定的次序对操作进行描绘，但这不应该被理解为要求以示出的特定次序或以顺序的次序来执行此类操作，或者要求执行所有图示的操作以实现期望的结果。在某些环境下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，在上述实现方式中的各种系统组件的分离不应该被理解为在所有实现方式中要求此分离，而应该理解的是，所述程序组件和系统通常可以被一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。
[0031]提供了公开的实现方式的上述描述以使得本领域任何技术人员能够制造或使用本公开。对这些实现方式的各种修改将容易被本领域技术人员显而易见，并且在不背离本公开的范围的情况下，本文所定义的原理可以适用于其他实现方式。因而，本公开非意在限制于本文所示的实现方式，而是将符合与本文公开的原理和新特征一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种用于监测和对准正交相移键控(QPSK)调制器中的同相(I)和正交(Q)数据的方法，包括: 将数据位串发送到QPSK调制器的I数据通路，并且将所述数据位串的复件发送到QPSK调制器的Q数据通路，所述数据位串和数据位串的复件具有相对偏斜；以及 至少部分通过以下动作来测量作为I和Q数据通路之间的相对偏斜以及载波相位Φ的函数的平均调制器输出功率: 用相位控制来调整相对载波相位Φ, 用至少一个可调数据延迟器、通过调整后的相对载波相位Φ的单位间隔的分数来调整所述相对偏斜，以及 用检测器来检测所述调整后的相对相位Φ和调整后的相对偏斜的组合的平均调制器输出功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整相对偏斜包括:当Φ=η时，最小化测量的平均调制器输出功率以去除相对偏斜。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整相对偏斜包括:当Φ=0时，最大化测量的平均调制器输出功率以去除相对偏斜。
4.根据权利要求1所述的方法,其中数据位串包括交替的I和O的流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中QPSK调制器是光QPSK调制器。
6.根据权利要求1所述的`方法，其中QPSK调制器是双极化光QPSK(DP-QPSK)调制器，并且权利要求1的步骤独立地适用于DP-QPSK调制器的每个极化。
7.一种用于监测和对准正交相移键控(QPSK)调制器中的同相(I)和正交(Q)数据的方法，包括: 将数据位串发送到QPSK调制器的I数据通路，并且将互补的数据位串发送到QPSK调制器的Q数据通路，所述数据位串和所述互补的数据位串具有相对偏斜；以及 至少部分通过以下动作来测量作为I和Q数据通路之间的相对偏斜以及载波相位Φ的函数的平均调制器输出功率: 用相位控制来调整相对载波相位Φ, 用至少一个可调数据延迟器、通过调整后的相对载波相位Φ的单位间隔的分数来调整所述相对偏斜，以及 用检测器来检测所述调整后的相对相位Φ和调整后的相对偏斜的组合的平均调制器输出功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述调整相对偏斜包括:当Φ=π时，最大化测量的平均调制器输出功率以去除相对偏斜。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述调整相对偏斜包括:当Φ=0时，最小化测量的平均调制器输出功率以去除相对偏斜。
10.根据权利要求7所述的方法，其中数据位串包括交替的I和O的流。
11.根据权利要求7所述的方法，其中QPSK调制器是光QPSK调制器。
12.根据权利要求7所述的方法，其中QPSK调制器是双极化光QPSK(DP-QPSK)调制器，并且权利要求1的步骤独立地适用于DP-QPSK调制器的每个极化。
13.用于自动对准正交相移键控(QPSK)调制器中的同相(I)和正交(Q)数据的电子电路，所述电子电路包括: 控制器，通信地耦合于QPSK调制器的I和Q数据通路； 可调数据延迟器； 相位控制，用于调整QPSK调制器的I和Q数据通路之间的相对载波相位Φ ; 检测器，耦合到QPSK调制器的输出以检测平均调制器输出功率，其中所述控制器被配置成: 响应于满足对准准则，指示相位控制将相对载波相位从Φ=3? /2改变为φ=0或31，然后 将数据位串提供给I数据通路并且将另一个数据位串提供给Q数据通路，所述数据位串和所述另一个数据位串具有相对偏斜， 测量作为偏斜的函数的平均调制器输出功率，其中为了执行测量，所述控制器进一步被配置成: 指示可调数据延迟器通过单位间隔的分数来调整相对偏斜， 从检测器读取调整后的相对偏斜的平均调制器输出功率， 确定与测量的平均调制器输出功率的极值对应的可调数据延迟器的调整，以去除相对偏斜， 指示可调数据延迟器来维持所确定的调整，并且然后 指示相位控制将相对载波相位返回到Φ = π /2。
14.根据权利要求13所述的电子电路，其中所述对准准则是功率周期或时钟重置。
15.根据权利要求13所述的电子电路，其中所述对准准则是预定的时间段到期。
16.根据权利要求13所述的电子电路，其中所述数据位串和所述另一个数据位串是交替的I和O的流。
17.根据权利要求16所述的电子电路，其中所述另一个数据位串是所述数据位串的复件。
18.根据权利要求16所述的电子电路，其中所述另一个数据位串与所述数据位串互补。
19.根据权利要求13所述的电子电路，其中所述QPSK调制器是光QPSK调制器。
【文档编号】H04L27/36GK103563323SQ201280026113
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2011年4月1日
【发明者】S.K.S.哈塔纳, L.达迪斯 申请人:奥普内斯特子系统公司