相干接收原理及补偿算法

演讲人：赵源 北京邮电大学Open Internet Laboratory

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• 相干接收原理• DSP 结构• 色散（ CD ）补偿• Phase offset recovery• PMD compensation

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• 相干接收原理• DSP 结构• 色散（ CD ）补偿• Phase offset recovery• PMD compensation

相干接收原理 -1

• MZM 输出的光信号是单偏振的，容易进行偏振复用• Ex , Ey 是 x,y 偏振态上的光电场（光信号）• PDM-QPSK ，在 x,y 两个偏振方向上分别对 I ， Q 路进行调制，

运用全部自由度• Ix = Re{Ex}, Qx = Im{Ex}, Iy = Re{Ey}, Qy = Im{Ey},

相干接收原理 -2

• 在传输过程中，信号受到 CD,PMD,NL 等因素影响，接收端 PBS对不准信号偏振态，偏振态互相耦合，接收端 Ex , Ey Ex’, Ey’

• 相干接收，一般用零差接收机 (homodyne receiver), fLO = fcarrier, • 两个 90° 混频器 (optical hybrid) 分别接收 Ex’, Ey’ 两个偏振态上的

信号 , 得到 Ix’ = Re{Ex’}, Qx’ = Im{Ex’}, Iy’ = Re{Ey’}, Qy’ = Im{Ey’}• Ix’ ,Qx’ ,Iy’ ,Qy’ 经过 2sample/symbol 的 ADC 抽样变成数字信号，

经过 DSP 电路处理，希望得到 Ix, Qx, Iy, Qy 即发送的信息。

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• 相干接收原理• DSP 结构• 色散（ CD ）补偿• Phase offset recovery• PMD compensation

DSP 结构图 -1

• 一般情况：先补偿色散，再补偿 PMD ，然后carrier recovery

• 判决结果可以反馈给蝶形滤波器和 carrier recovery module 来更新滤波器权值

DSP 结构图 -2

• 图中， xin = Ex’ , yin = Ey’ , i1, i2, i3, i4 分别是 Ix’ ,Qx’ ,Iy’ ,Qy’• 色散补偿模块，使用慢变的数字滤波器• 蝶形自适应滤波器，用于 polarization recovery and de-

multiplexing, polarization mode dispersion (PMD) compensation as well as residual CD compensation.

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• 相干接收原理• DSP 结构• 色散（ CD ）补偿• Phase offset recovery• PMD compensation

色散补偿• CD 是线性效应，光纤信道的传递函数为：• • : 色散参数， • L ：光纤长度• 可以在频域色散均衡 (frequency domain dispersion

equalization, FDE) 也可以在时域色散均衡 (time domain dispersion equalization, FDE)

22

1( ) exp

2H j L

2 20 0 1 0 2 0

1( ) ( ) ( )

2

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Phase offset recovery-1kj

k ky x e •Phase offset 后果：

没有 phase offset 时的星座点位置有 phase offset 后星座点位置

phase offset.

Phase offset 使得星座图旋转一个角度

kx

ky

k

k

Phase offset – 补偿方法： Mth power method

PMD 补偿 -1

• 蝶形自适应滤波器，用于 polarization recovery and de-multiplexing, polarization mode dispersion (PMD) compensation as well as residual CD compensation. 权值的更新算法可以是 CMA ， DD-LMS

• 优化 FIR 滤波器的权值： hxx, hxy, hyx, hyy,

• 我理解：自适应滤波是一种最优化算法，最小化某几个目标函数

PMD 补偿 -Constant Modulus Algorithm (CMA)算法 -1

• 最小化：• 最小化时满足：

• 用随机梯度算法，用如下方法改变权值

2 21 , 1x out y outx y

2 2 2 2

0, 0, 0, 0,x x y y

xx xy yx yy

d d d d

d d d d

h h h h

PMD 补偿 -Constant Modulus Algorithm (CMA)算法 -2

• 当达到最小化时，

• 星座图落在单位圆上• 之后用 phase offset recovery 可以把落在单位圆上的星座点移到正确的

点上

• 蝶形自适应滤波器，用于 polarization recovery and de-multiplexing, polarization mode dispersion (PMD) compensation as well as residual CD compensation.

• CMA 的最主要作用是使 解耦合， 对准发射的Ex ， Ey 偏振态。

1out outx y

,p px y ,out outx y

PMD 补偿 - DD-LMS 算法• 一旦 CMA 算法收敛，眼图睁开，均衡器可以进入 decision

directed mode ，用 decision directed least mean squared (DD-LMS) 算法：

• Question ？