专利名称：相位噪声统计特性监控装置和方法、相干光通信接收机的制作方法
技术领域：
本发明和通信相关，更准确地说，和波分复用光通信系统的相位噪声的估计有关。
背景技术：
交叉相位调制(Cross-Phase Modulation, XPM)是指某信道中的信号相位被另一 信道光强度的起伏所调制。它起源于光纤介质的折射率随光场强度的变化而变化。在波分 复用光通信系统中，由于大量信道的存在，使光纤介质中的光场强度随机起伏，因而会对任 一信道施加相位噪声。这种由于交叉相位调制引起的相位噪声是导致系统代价的主要来 源之一。由于交叉相位调制引起的某一信道的相位变化是随机的，因此其特性常由统计量 (如自相关函数)来表示。XPM相位噪声的统计特性和很多因素，比如系统的配置、信号功 率、调制格式等有关，并且这些量是随通信系统的拓扑结构、时间、环境变化的。一个能够在 线工作的XPM监测装置就显得非常必要。它将有助于相位噪声的补偿、信道特性的评价和 系统优化等工作。现有的对于XPM相位噪声的监测技术基于对信号频谱的测量。Ting-Kuang Chiang 等人在文献"Cross-phase modulation in fiber links with multiple optical amplifiers and dispersion compensators" (JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 14,NO. 3,MARCH 1996)中测量了正弦强度调制的邻道对观察信道产生的相位变化的幅 度，文中的测量方法对非正弦强度调制的邻道并不适用，因而其使用受到限制。Keang-Po Ho 等人在文献“Analysis and measurement of root-mean-squared bandwidth of cross-phase-modulation-induced spectral broadening，， (IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 11, NO. 9, SEPTEMBER 1999)中测量了 XPM相位噪声引起的频谱展宽的均方根 值。以上监测技术都不能实时获得XPM引起的相位噪声的统计特性。
发明内容
本发明鉴于现有技术的目前状态而作出，用以克服现有技术存在的一个或更多个 缺点，至少提供一种有益的选择。为了实现以上目的，本申请提供了以下方面。方面1、一种相位噪声统计特性监控装置，所述装置包括取幅角单元，用于取得输入其的信号的幅角；解包单元，用于对所述取幅角单元所获得幅角进行解包，获得相位信号；延迟单元，对所述相位信号进行延迟；差分单元，用于获得所述解包单元当前获得的相位信号与经所述延迟单元延迟过 的相位信号之间的差分；模平方单元，用于获取所述差分的模的平方；以及平均单元，用于对所述模平方单元所获得的多个所述差分的模的平方进行平均， 获取相位差分信号均方值。
方面2、根据方面1所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还 包括相位差分信号均方值序列获得单元，通过改变所述延迟单元的延迟量而使所述平 均单元获得不同的相位差分信号均方值，从而获得相位差分信号均方值序列；自相关序列获取单元，根据所述相位差分信号均方值序列，获得相位噪声的自相 关序列。方面3、根据方面2所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还 包括激光器线宽影响抑制单元，用于测量激光器线宽的大小，并抑制所述相位差分信 号均方值序列中的激光器线宽的影响。方面4、根据方面2所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还 包括放大器自发辐射噪声影响抑制单元，用于测量放大器自发辐射噪声的大小，并抑 制所述相位差分信号均方值序列中的放大器自发辐射噪声的影响。方面5、根据方面1所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还 包括共轭单元，用于获取第一输入信号的共轭；乘法器，用于获取第二信号与所述共轭单元获取的所述第一输入电信号的共轭的 乘积；所述取幅角单元取得输入所述乘积的幅角。方面6、根据方面5所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述第一输 入信号是来自数字相干光通信接收机的数据恢复单元的数据输出；所述第二信号是来自所 述数字相干光通信接收机的前端处理器的电信号。方面7、根据方面1到6中任一方面所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在 于，所述装置还包括相位误差去除单元，用于消除所述解包单元所述获得的相位信号中的 相位误差。方面8、根据方面7所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述相位误 差去除单元通过从所述解包单元(204)所获得的相位信号中减去来自数字相干光通信接 收机的频差估计装置的由频差引起的相位误差而消除所述相位误差。方面9、一种数字相干光通信接收机，其特征在于，所述数字相干光通信接收机包 括方面1-8任一项所述的相位噪声统计特性监控装置。方面10、一种相位噪声统计特性监控方法，所述方法包括取幅角步骤，用于取得输入其的信号的幅角；解包步骤，用于对所述取幅角步骤所获得的幅角进行解包，获得相位信号；延迟步骤，对所述相位信号进行延迟；差分步骤，用于获得所述解包步骤当前获得的相位信号与经所述延迟步骤延迟过 的相位信号之间的差分；模平方步骤，用于获取所述差分的模的平方；以及平均步骤，用于对所述模平方步骤所获得的多个所述差分的模的平方进行平均，获取相位差分信号均方值。方面11、一种计算机可执行软件，其包括这样的指令，当该指令被计算机或其它逻 辑部件执行时，可以使该计算机或其它逻辑部件实现以上的方法中的各个步骤。这里说的执行包括对所述指令进行了解释或编译之后进行的执行。方面12、一种计算机可读存储介质，其存储有方面11所述的计算机软件。所述计 算机可读存储介质例如可以是CD、DVD、软盘、磁带、硬盘驱动器、闪存、ROM、RAM等。参照以下的说明和附图，本发明的这些和进一步的方面和特征将变得更加清楚。 在所述的说明和附图中，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被 采用的方式。应该理解，本发明在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神的范 围内，本发明包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更 多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特 征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要件、步骤或组件的存在，但 并不排除一个或更多个其它特征、要件、步骤或组件的存在或附加。参照以下的附图可以更好地理解本发明的很多方面。附图中的部件不是成比例绘 制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应 部分可能被放大，即，使其相对于在依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件变得 更大。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它 附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中 对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。
附图示出了本发明的优选实施例，构成了说明书的一部分，用于与文字说明一起 进一步详细地阐释本发明的原理、特征和优点。其中图1示出了根据本发明一种实施方式的数字光相干通信接收机和XPM自相关特性 监控装置在其中的位置；图2是根据本发明一种实施方式的XPM自相关特性监控装置的MSDP测量部分的 方框图；图3是根据本发明一种实施方式的XPM自相关特性监控装置的MSDP处理部分的 方框图；图4的图给出了依据本发明的监控装置得到的XPM引起的相位噪声的自相关序列 和理论参考线的对比；以及图5示出了根据本发明一种实施方式的XPM自相关特性监控方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图描述本发明的具体实施方式
。在对本发明的这些实施方式的描述 中，本发明的相位噪声统计特性监控装置和方法应用于数字相干接收机。但这不是限制性 的，本发明的相位噪声统计特性监控装置和方法还可应用于其它的系统中，如光通信链路中的在线性能评价系统。在应用于数字相干接收机的情况下，本发明用数字信号处理的方法从接收的信号 采样中获得交叉相位调制引起的相位噪声的统计特性，即相位噪声的自相关序列。图1给出了典型的数字光相干通信接收机和XPM自相关特性监控装置在其中的位 置。如图1所示，数字光相干通信接收机包括本振激光器102、光90度混频器103、平衡光 电检测器104和模数转换器(ADC) 105，这些部件构成了相干接收机的前端处理部分。该前 端处理部分将光信号101变成基带数字电信号(I+jQ) 111，其中I是同相分量，Q是正交分 量。此外，数字光相干通信接收机还包括频差补偿器106、相位恢复器107和数据恢复器108 以及频差估计器109。基带数字电信号111经过频差补偿器106、相位恢复器107和数据恢 复器108的数字信号处理，形成数据输出113(也称数据113)。频差估计器109根据基带数字电信号111估计出频差的大小，并输出频差导致的 相位误差值112。频差估计器109的位置或其与其它部件的连接关系是可变的。该数字接收 机的具体工作方法可参考中国专利申请“光相干接收机、光相干接收机用频差估计装置和 方法”(发明人李磊等，申请号:200710166788. 3)、中国专利申请“频差补偿装置和方法、 光相干接收机”(发明人李磊等，申请号200710196347. 8)和中国专利申请“相位偏差估 计器、相干接收机和相位偏差估计方法”(发明人陶振宁等，申请号200710188795. 3)等。 以上部件都可以采用常规的部件和方法实现。与常规的数字光相干通信接收机不同的是， 本发明的数字光相干通信接收机还包括XPM自相关特性监控装置110。XPM自相关特性监 控装置110的输入信号是基带数字电信号111、频差导致的相位误差值112和数据113，输 出信号是XPM引起的相位噪声的自相关序列114。XPM自相关特性监控装置110基于对相位差分信号的均方值(Mean-Squared Differential Phase, MSDP)的分析，主要由两个部分组成MSDP测量部分和MSDP处理部 分。应该注意到，虽然MSDP处理部分基于MSDP测量部分而工作，这两个部分配合工作，但 这两个部分可以分别制成单独的产品。XPM自相关特性监控装置110可以仅仅是MSDP测量 部分。下面对这两个部分分别进行说明。图2是根据一种实施方式的XPM自相关特性监控装置110的MSDP测量部分的方 框图。如图2所示，首先在模块201处，取数据113的共轭，然后将数据113的共轭与基带 数字电信号111相乘，得到去除了数据的数字电信号202，随后将数字电信号202输入到幅 角器203。当然，如果基带数字电信号111是不带调制信息的特殊信号(比如发射机发射的 光信号是未经调制的连续光CW信号的情况)，则基带数字电信号111就可以直接输入到幅 角器203。在幅角器203处，对复信号进行取幅角运算。然后解包器(unwrap) 204对幅角 器203所获得的幅角进行解包运算。幅角器取到的数值是在W，2ji]范围内的，解包运算 的功能是把幅角器取到的数值扩展到[_ c ，+⑴]的范围。此时可以采用公知的相位解包算法，如MATLAB中的unwrap函数。随后，减去频 差引起的相位误差112(当然，如果频差很小，此步骤也可忽略)，得到相位信号206。相 位信号206可以表示为(PXPM,i + (Plw』+，其中(Pxpm是XPM导致的相移，cpLW是激光 器线宽导致的相移，％是放大器自发辐射噪声导致的相移，脚标i表示离散时间采样信 号的时间序数。在本发明的一种实施方式中，首先在延迟器207处将相位信号206延迟 N个符号(N为大于1或等于1的整数)，得到相位信号208，相位信号208可以表示为(Pxpmmn + (PLWMN + cPnMN。然后在减法器209处，取得相位信号206与延迟后的相位信 号208的差分。之后，在模平方单元210处，取差分信号的模的平方，并在平均器211处对 该模的平方取平均。
平均器211处得到的是对应于延迟符号数N的MSDP值212，它可以表示为
权利要求
1.一种相位噪声统计特性监控装置，所述装置包括 取幅角单元003)，用于取得输入其的信号的幅角；解包单元004)，用于对所述取幅角单元(20 所获得幅角进行解包，获得相位信号 (205)；延迟单元007)，对所述相位信号进行延迟；差分单元009)，用于获得所述解包单元当前获得的相位信号与经所述延迟单元 (207)延迟过的相位信号之间的差分；模平方单元010)，用于获取所述差分的模的平方；以及平均单元011)，用于对所述模平方单元(210)所获得的多个所述差分的模的平方进 行平均，获取相位差分信号均方MSDP值。
2.根据权利要求1所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还包括 相位差分信号均方值序列获得单元(301)，通过改变所述延迟单元的延迟量而使所述平均单元获得不同的相位差分信号均方值，从而获得相位差分信号均方值序列；自相关序列获取单元(306)，根据所述相位差分信号均方值序列，获得相位噪声的自相 关序列。
3.根据权利要求2所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还包括 激光器线宽影响抑制单元(303)，用于测量激光器线宽的大小，并抑制所述相位差分信号均方值序列中的激光器线宽的影响。
4.根据权利要求2所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还包括 放大器自发辐射噪声影响抑制单元(304)，用于测量放大器自发辐射噪声的大小，并抑制所述相位差分信号均方值序列中的放大器自发辐射噪声的影响。
5.根据权利要求1所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述装置还包括 共轭单元001)，用于获取第一输入信号的共轭；乘法器，用于获取第二信号与所述共轭单元获取的所述第一输入信号的共轭的乘积 (202)；所述取幅角单元取得输入的所述乘积的幅角。
6.根据权利要求5所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述第一输入信 号是来自数字相干光通信接收机的数据恢复单元的数据输出；所述第二信号是来自所述数 字相干光通信接收机的前端处理器的电信号。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述 装置还包括相位误差去除单元，所述相位误差去除单元用于消除所述解包单元(204)获得 的所述相位信号(20 中的相位误差。
8.根据权利要求7所述的相位噪声统计特性监控装置，其特征在于，所述相位误差去 除单元通过从所述解包单元(204)所获得的相位信号(20 中减去来自数字相干光通信接 收机的频差估计装置的由频差引起的相位误差而消除所述相位误差。
9.一种数字相干光通信接收机，其特征在于，所述数字相干光通信接收机包括权利要 求1-8任一项所述的相位噪声统计特性监控装置。
10.一种相位噪声统计特性监控方法，所述方法包括 取幅角步骤，用于取得输入其的信号的幅角；解包步骤，用于对所述取幅角步骤所获得的幅角进行解包，获得相位信号； 延迟步骤，对所述相位信号进行延迟；差分步骤，用于获得所述解包步骤当前获得的相位信号与经所述延迟步骤延迟过的相 位信号之间的差分；模平方步骤，用于获取所述差分的模的平方；以及平均步骤，用于对所述模平方步骤所获得的多个所述差分的模的平方进行平均，获取 相位差分信号均方值。
全文摘要
本发明涉及相位噪声统计特性监控装置和方法及相干光通信接收机。所述相位噪声统计特性监控装置包括取幅角单元(203)，用于取得输入其的信号的幅角；解包单元(204)，用于对所述取幅角单元(203)所获得幅角进行解包，获得相位信号(205)；延迟单元(207)，对所述相位信号进行延迟；差分单元(209)，用于获得所述解包单元(204)当前获得的所述相位信号与经所述延迟单元(207)延迟过的相位信号之间的差分；模平方单元(210)，用于获取所述差分的模的平方；以及平均单元(211)，用于对所述模平方单元所获得的多个所述差分的模的平方进行平均，获取相位差分信号均方值。
文档编号H04J14/02GK102100024SQ200880130315
公开日2011年6月15日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者严伟振, 小田祥一朗, 陶振宁 申请人:富士通株式会社