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光相干接收机的数字频差估计和补偿技术

概要

随着对光通信系统的容量要求和灵活性要求的逐步提升,相干通信技术在光传输领域得到了越来越多的重视。而实现光相干接收机的一个主要技术难题是如何进行频率同步,即消除本振激光器和载波激光器之间的频率差别(即频差)对系统性能的影响。对比电相干接收机,光相干接收机的频率同步主要有以下的挑战:

  1. 频差的范围要宽:激光器频率差别可能高达+/-5GHz。
  2. 同步的准确度要高: 同步后的频率差别必须小于+/-50MHz。
  3. 激光器的技术限制:目前的商用激光器并不支持精细的频率调节。
  4. 硬件的复杂度要低:光传输的数据速率高达数十Gbit/s,这就要求频率同步必须用很低的计算复杂度来实现。

基于以上挑战,我们提出将频率同步通过数字域的频差估计和补偿来实现,并相应地提出了一种全新的频差估计方法。该估计方法的工作范围覆盖了+/-5GHz而估计的误差在+/-30MHz之内。根据频差估计的结果,频率同步可以通过简单的在解调后的数字信号上调制一个与估计的频差相反的频率来实现。

解决方案

当有频差时,解调出的数字信号的相位误差随时间线性增大或减小,而变化的斜率就是要估计的频差。该方案的基本思想是根据前一个符号的相差估计值和本方案所输出的频差估计值对当前符号进行预判决从而得到当前符号的相差估计值,然后通过对当前符号和前一个符号的相差估计值进行差分从而得到这一时刻的频差估计,该估计被用来更新所输出的频差估计值。本方案被称为“基于预判决和角度差分的频差估计”(”Pre-decision-based Angle Differential Estimator”,简称“PADE”)。

如需更详细的信息,请参考:
Optical Fiber Communication Conference and Exposition, February 24-28, 2008, San Diego, California, USA.(OFC2008) Paper: OWT4

技术要点

  1. 将输出的频差估计值反馈,并将反馈的频差应用于相差的估计过程中,从而提高估计的精度和范围。
  2. 利用预判决的方法来进行相差估计,从而降低计算复杂度。

概要图

pade

效果

  • 针对43Gbit/s的QPSK系统,通过数字信号信号处理实现了全范围(+/-5GHz)、高精度(+/-30MHz)的频差估计和补偿。
  • 无需对激光器进行精细的频率调节从而使利用现有的商用激光器构建相干接收机成为可能。
  • 用数字域的频率补偿取代了光域的频率同步,降低了接收机的成本和体积。

联系方式:

陶振宁:taozn@cn.fujitsu.com

李磊:lilei@cn.fujitsu.com

吴建明:jianming.wu@cn.fujitsu.com