相干光接收器处的同相和正交分量的功率调整

摘要

本发明公开了一种用于光通信网络的光相干接收器。该光相干接收器被配置为接收已调光信号并且处理该已调光信号以便生成同相分量和正交分量。该光相干接收器包括功率调整器，该功率调整器又包括乘法单元和逆动地连接的数字电路。该乘法单元被配置为分别将该同相分量和正交分量乘以同相增益和正交增益，从而提供功率调整后的同相分量和正交分量。该数字电路被配置为计算：用于指示该功率调整后的同相和正交分量的功率之和的公共增益；用于指示该功率调整后的同相和正交分量的功率之间的差的差分增益；以及分别作为该公共增益与该差分增益之间的乘积和比的同相增益和正交增益。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信的领域，具体涉及用于光通信网络的相干光 接收器。再更具体而言本发明涉及用于光通信网络的相干光接收器 处的同相和正交分量的功率调整。

背景技术

在已知的光通信网络中，通常以调制光信号的形式来发射数字 数据。具体而言，要发射的数字数据用于数字地调制光载波，即根 据数字信号改变光载波的一个或多个参数(幅度和/或相位和/或频 率)从而生成已调光信号。可以由以下方程式表示已调光信号： s(t)＝Acos(2πft-θ)＝[Acosθ]cos(2πft)+[Asinθ]sin(2πft)[1] 其中A是已调光信号的幅度，f是已调光信号的频率，θ是已调光信 号的相位。已知不同类型的数字调制，例如相位调制(PSK、DPSK、 QPSK等等)和幅度相位调制(QAM等等)，其中在相位调制中θ 根据要发射的数字数据而改变，在幅度相位调制A和θ都根据要发 射的数字数据而改变。

可以进一步由以下方程式表示已调光信号：

s(t)＝Icos(2πft)+Qsin(2πft)，[2]

其中，I＝Acosθ通常被称为同相分量，而Q＝Asinθ通常被称为正交 分量。

在接收端，通常对已调光信号进行解调以便获取原始数字数据。 适用于解调已调光信号的已知接收器是所谓的“相干光接收器”。

相干光接收器通常包括模拟部分、模数转换器部分和数字部分。 该模拟部分通常包括光电电路，其生成两个解调载波cos(2πft)和 sin(2πft)(其中该解调载波cos(2πft)和sin(2πft)的频率理想上等于已 调光信号s(t)的频率f)，将该解调载波cos(2πft)和sin(2πft)与已调光 信号s(t)混频，处理该混频的结果并且对其进行光电转换，从而在它 的输出处以两个模拟电信号的形式提供已调光信号s(t)的同相分量I 和正交分量Q。然后，模数转换部分通常执行同相分量I和正交分量 Q的模数转换，并且数字部分最终处理它们以获取原始发射的数字 数据。

发明内容

为了相干光接收器正确操作，模数转换部分和/或数字部分接收 的同相分量I和正交分量Q两者应该使它们的功率恒等于标称值。

事实上，对于模数转换部分，通常使用范围从-Sat到+Sat的多个 量化等级(通常是256个量化等级)来量化同相分量I和正交分量Q， 其中Sat是饱和值(典型的Sat值是127)。如果同相分量I或正交 分量Q的功率超过该饱和等级则量化引起畸变。另一方面，如果同 相分量I或正交分量Q的功率远低于该饱和等级，则仅有非常少量 的可用量化等级用于量化，即执行量化的粒度过低。由于以上原因， 在模数转换部分的输入处，应该使同相分量I和正交分量Q的功率 略低于饱和值。类似的考虑还适用于数字部分。

但是，同相分量I和正交分量Q的功率通常随时间改变。

具体而言，由于在沿光纤链路的传输期间与同传的光信号的交 互，已调光信号s(t)的光功率通常受到时变的影响。结果，同相分量 I和正交分量Q的功率随时间等量变化。在本文的说明书和权利要求 中，同相分量I和正交分量Q的功率的等量的变化将被称为“公共变 化”。

此外，相干光接收器的模拟部分通常在同相分量I和正交分量Q 上引起不同的功率损失。该不同的功率损失由于模拟部分中所包括 的组件的热条件和它们的老化而随时间变化。结果，同相分量I和正 交分量Q的功率随时间改变不同的量。在本文的说明书和权利要求 中，同相分量I和正交分量Q的功率的不同量的变化被称为“差分变 化”。

同相分量I和正交分量Q的功率通常受到公共变化和差分变化 两者的影响。

原则上，可以通过对于同相分量I和正交分量Q独立地施加ACG (自动增益控制)机制来调整同相分量I和正交分量Q的功率，以 力图保持每个分量的功率基本上等于标称值。

但是，该技术不利地不能够控制公共变化和差分变化两者。事 实上，公共变化通常非常快速，因为在沿光纤链路的传输期间的已 调光信号的光功率经受的时间变化通常非常快速。另一方面，差分 变化通常非常缓慢，因为相干光接收器的模拟部分的热条件和老化 的变化是非常缓慢的现象。

因此，独立地向同相分量I和正交分量Q施加ACG机制将不利 地不能够控制较快速的公共变化和较缓慢的差分变化两者。这将不 利地导致同相分量I和正交分量Q具有不同功率的瞬态。

鉴于上文，申请人面临提供克服前述缺点即能够调整同相分量I 和正交分量Q的功率以便控制它们的公共变化和它们的差分变化这 二者的相干光接收器的问题。

根据第一个方面，本发明提供了一种用于光通信网络的光相干 接收器，该光相干接收器被配置为接收已调光信号并且处理该已调 光信号以便生成同相分量和正交分量，该光相干接收器包括功率调 整器，该功率调整器又包括：

乘法单元，其被配置为将该同相分量乘以同相增益，从而提供 功率调整后的同相分量，并且将该正交分量乘以正交增益，从而提 供功率调整后的正交分量；以及

逆动地连接在该乘法单元的输出和输入之间的数字电路，其被 配置为计算：

用于指示该功率调整后的同相分量的功率与该功率调整后 的正交分量的功率之和的公共增益，以及用于指示该功率调整后的 同相分量的功率与该功率调整后的正交分量的功率之间的差的差分 增益；以及

作为该公共增益与该差分增益的乘积的该同相增益，以及 作为该公共增益和该差分增益之间的比的该正交增益。

优选地，该光相干接收器进一步包括连接在该功率调整器的输 入处的模拟到数字单元，该模拟到数字单元被配置为对该同相分量 和该正交分量进行采样以便在光相干接收器处所生成的时钟信号的 每个时钟周期向该功率调整器提供N个同相分量样本和N个正交分 量样本，其中N是等于或大于1的整数。

在这种情况下，优选地，该乘法单元是数字单元，其被配置为 将该N个同相分量样本乘以该同相增益从而提供N个功率调整后的 同相分量样本，并且将该N个正交分量样本乘以该正交增益从而提 供N个功率调整后的正交分量样本。

可选择地，该乘法单元是模拟单元。

在这种情况下，优选地，该功率调整器包括连接到该乘法单元 的输出的模拟到数字单元，该模拟到数字单元被配置为对该功率调 整后的同相分量和该功率调整后的正交分量进行采样，以便在光相 干接收器处所生成的时钟信号的每个时钟周期提供N个功率调整后 的同相分量样本和N个功率调整后的正交分量样本，其中N是等于 或大于1的整数。

优选地，该数字电路包括计算模块，其被配置为接收该N个功 率调整后的同相分量样本和该N个功率调整后的正交分量样本并且 根据以下方程式计算公共度量：

$c=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\sqrt{{\left|{I^{\prime }}_k\right|}^2+{\left|{Q^{\prime }}_k\right|}^2}$

c是该公共度量，I’_k是该N个功率调整后的同相分量样本，Q’_k是该 N个功率调整后的正交分量样本。

可选择地，该数字电路包括计算模块，其被配置为接收该N个 功率调整后的同相分量样本和该N个功率调整后的正交分量样本并 且根据以下方程式计算公共度量：

$c=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}(\frac{\left|{I^{\prime }}_k\right|+\left|{Q^{\prime }}_k\right|}{\sqrt{2}}+(1-\frac{1}{\sqrt{2}})·|\left|{I^{\prime }}_k\right|-\left|{Q^{\prime }}_k\right|\left|\right),$

c是所述公共度量，I’_k是所述N个功率调整后的同相分量样本，Q’_k是所述N个功率调整后的正交分量样本。

优选地，该数字电路还包括连接到该计算模块的输出的级联的 加法器、公共乘法器和公共累加器，其中：

该加法器被配置为计算c-2T，T是该功率调整后的同相分量的 功率和该功率调整后的正交分量的功率应该达到的目标值；

该公共乘法器被配置为计算S_c·(c-2T)，S_c是公共环路增益；并 且

该公共累加器被配置为通过将它的内容加上S_c·(c-2T)来更新它 的内容，从而提供更新后的公共内容。

优选地，该计算模块还被配置为根据以下方程式计算差分度量：

$d=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\left(\right|{I^{\prime }}_k|-|{Q^{\prime }}_k\left|\right),$

d是该差分度量，I’_k是该N个功率调整后的同相分量样本，Q’_k是该 N个功率调整后的正交分量样本。

优选地，该数字电路还包括连接到该计算模块的输出的级联的 差分乘法器和差分累加器，其中：

该差分乘法器被配置为计算S_d·d，S_d是差分环路增益；并且

该差分累加器被配置为通过将它的内容加上S_d·d来更新它的内 容，从而提供更新后的差分内容。

优选地，该差分环路增益低于该公共环路增益。

优选地，该数字电路还包括都连接到该公共累加器和该差分累 加器的同相加法器和正交加法器，其中：

该同相加法器被配置为提供该更新后的公共内容与该更新后的 差分内容的和；并且

该正交加法器被配置为提供该更新后的公共内容与该更新后的 差分内容之间的差。

优选地，该数字电路还包括连接在该同相加法器与该乘法单元 之间的同相指数模块和连接在该正交加法器与该乘法单元之间的正 交指数模块，其中：

该同相指数模块被配置为计算该同相增益作为以上和的负指数 函数；并且

该正交指数模块被配置为计算该正交增益作为以上差的负指数 函数。

根据第二个方面，本发明提供了一种用于通信网络的节点，包 括如前述权利要求中的任意一项所述的光相干接收器。

根据第三个方面，本发明提供了一种用于调整在用于光通信网 络的光相干接收器处接收的已调光信号的同相分量和正交分量的功 率的方法，该方法包括：

将该同相分量乘以同相增益，从而提供功率调整后的同相分量， 并且将该正交分量乘以正交增益，从而提供功率调整后的正交分量； 以及

逆动地计算：

用于指示该功率调整后的同相分量的功率与该功率调整后 的正交分量的功率之和的公共增益，以及用于指示该功率调整后的 同相分量的功率与该功率调整后的正交分量的功率之间的差的差分 增益；以及

作为该公共增益与该差分增益的乘积的该同相增益，以及 作为该公共增益和该差分增益之间的比的该正交增益。

附图说明

通过结合附图来阅读作为实例而非限制所给出的下文的详细描 述将更好地理解本发明的实施方式，其中：

图1是根据本发明的第一实施方式的相干光接收器的方框图；

图2是图1的相干光接收器中所包括的功率调整器的更详细的 方框图；

图3是根据本发明的第二实施方式的相干光接收器的方框图；

图4是图3的相干光接收器中所包括的功率调整器的更详细的 方框图；以及

图5是根据本发明的第三实施方式的相干光接收器的方框图。

具体实施方式

图1示意性地显示了根据本发明的第一实施方式的相干光接收 器RX。

相干光接收器RX优选地包括模拟部分AP、同相模数转换器 A/D_I、正交模数转换器A/D_Q、功率调整器PA和数字部分DP。相干 光接收器RX还可以包括由于与本发明的描述不相关而在图1中未 显示并且将不描述的其他模块。

模拟部分AP优选地具有基本上与相干光接收器RX的输入相对 应的输入以及两个输出。模拟部分AP优选地被实现为光学、电子和 电光组件的配置。将不详细描述模拟部分AP的物理实现，因为这与 本发明的描述不相关。

优选地，同相模数转换器A/D_I和正交模数转换器A/D_Q被连接到 模拟部分AP的输出。功率调整器PA优选地具有两个输入和两个输 出。同相模数转换器A/D_I和正交模数转换器A/D_Q的输出优选地被 连接到功率调整器PA的输入。数字部分DP具有两个输入，该两个 输入优选地被连接到功率调整器PA的输出。

当在相干光接收器RX的输入处接收到已调光信号 s(t)＝Acos(2πft-θ)时，模拟部分AP优选地处理它以生成该已调光信号 s(t)的同相分量I和该已调光信号s(t)的正交分量Q。模拟部分AP输 出的该同相分量I和正交分量Q优选地具有模拟电子信号的形式。 将不更详细地描述模拟部分AP的操作，因为这与本发明的描述不相 关。

然后，根据该第一实施方式，同相模数转换器A/D_I优选地对同 相分量I进行采样，从而生成同相分量样本I_k的序列。基本上同时， 正交模数转换器A/D_Q优选地对正交分量Q进行采样，从而生成正交 分量样本Q_k的序列。

优选地，功率调整器PA接收该同相分量样本I_k并且将其乘以同 相增益G_I，从而提供对应的功率调整后的同相分量样本I’_k作为它的 输出。基本上同时，功率调整器PA接收正交分量样本Q_k并且将其 乘以正交增益G_Q，从而提供对应的功率调整后的正交分量样本Q’_k作为它的输出。优选地由以下方程式给出同相增益G_I和正交增益 G_Q：

G_I＝G_C·G_D                                   [4a]

G_Q＝G_C/G_D，                                  [4b]

其中，G_C是适用于控制同相分量I和正交分量Q的功率的可能的公 共变化的快速变化的公共增益，而G_D是适用于控制同相分量I和正 交分量Q的功率的可能的差分变化的缓慢变化的差分增益，如下文 中将进一步详述的。优选地由功率调整器PA基于同相分量样本I_k和正交分量样本Q_k来计算同相增益G_I和正交增益G_Q，如下文中将 进一步详述的。

然后，功率调整器PA优选地向数字部分DP转发功率调整后的 同相分量样本I’_k和功率调整后的正交分量样本Q’_k，数字部分DP 对它们进行处理以便获取原始发射的数字数据。数字部分DP的操作 取决于应用于已调光信号s(t)的数字调制的类型，并且将不进一步详 述，因为这与本发明的描述不相关。

参考图2，现在将更详细地描述根据本发明的第一实施方式的功 率调整器PA。

功率调整器PA优选地包括同相乘法器M_I、正交乘法器M_Q、计 算模块C、加法器S、公共乘法器M_C、差分乘法器M_D、公共累加器 ACC-C、差分累加器ACC-D、同相加法器S_I、正交加法器S_Q、同相 指数模块P_I和正交指数模块P_Q。全部以上组件优选地是数字组件并 且它们可以被实现为ASIC。

优选地根据两个部分重叠的反馈环路来设置功率调整器PA的 以上组件，其中该两个反馈环路被配置为根据以上方程式[4a]和[4b] 计算同相增益G_I和正交增益G_Q。

具体而言，同相乘法器M_I的其中一个输入以及正交乘法器M_Q的其中一个输入对应于功率调整器PA的输入。此外，同相乘法器 M_I的输出和正交乘法器M_Q的输出优选地对应于功率调整器PA的输 出。

计算模块C具有两个输入和两个输出。同相乘法器M_I和正交乘 法器M_Q的输出被连接到计算模块C的输入。计算模块C的其中一 个输出通过加法器S连接到公共乘法器M_C，而另一个输出直接连接 到差分乘法器M_D。公共乘法器M_C优选地被连接到公共累加器 ACC-C，而差分乘法器M_D优选地被连接到差分累加器ACC-D。公 共累加器ACC-C和差分累加器ACC-D的输出优选地被连接到同相 加法器S_I和正交加法器S_Q的输入。同相加法器S_I然后被连接到同相 指数模块P_I，同相指数模块P_I又被连接到同相乘法器M_I的其中一个 输入。类似地，正交加法器S_Q被连接到正交指数模块P_Q，正交指数 模块P_Q又被连接到正交乘法器M_Q的一个输入。

功率调整器PA优选地还包括时钟输入(附图中未显示)，其被 配置为从接收器RX中所包括的时钟单元(附图中也未显示)接收 时钟信号并且将其提供给功率调整器PA的所有组件以便同步它们 的操作。

可以通过使用专用硬件、可编程硬件或与合适的软件相关联的 能够执行软件的硬件，来提供图2中所显示的各种元件的功能。具 体而言，优选地通过使用一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一 个或多个现场可编程门阵列(FPGA)来提供图2中所显示的各种元 件的功能。优选地通过使用单个ASIC或单个FPGA来提供图2中所 显示的各种元件的功能。

现在将详细描述图2的功率调整器PA的操作。

如上所述，功率调整器PA优选地在它的输入处分别从同相模数 转换器A/D_I和正交模数转换器A/D_Q接收同相分量样本I_k和正交分 量样本Q_k。具体而言，在接收到的时钟信号的每个时钟周期上，功 率调整器PA优选地在它的输入处接收N个同相分量样本I_k和N个 正交分量样本Q_k，N是大于等于1的整数。整数N优选地等于128。

在每个时钟周期，同相乘法器M_I优选地将N个同相分量样本I_k乘以当前由同相指数模块P_I输出的(并且是在前一个时钟周期期间 已经计算的)同相增益G_I，从而在功率调整器PA的输出处提供N 个对应的功率调整后的同相分量样本I’_k。基本上同时，正交乘法器 M_Q优选地将N个正交分量样本Q_k乘以当前由正交指数模块P_Q输出 的(并且是在前一个时钟周期期间已经计算的)正交增益G_Q，从而 在功率调整器PA的输出处提供N个对应的功率调整后的正交分量 样本Q’_k。

优选地还在计算模块C处接收该N个功率调整后的同相分量样 本I’_k和该N个功率调整后的正交分量样本Q’_k。优选地向计算模块 C提供一个或多个适用于存储N个样本I’_k和N个样本Q’_k的存储设 备。

然后计算模块C优选地计算公共度量c和差分度量d。公共度量 c优选地指示在当前时钟周期期间的乘法之后的同相分量I和正交分 量Q的功率的和。另一方面，差分度量d优选地指示在当前时钟周 期期间的乘法之后的同相分量I和正交分量Q的功率的差。具体而 言，优选地根据以下方程式计算公共度量c和差分度量d：

$c=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\sqrt{{\left|{I^{\prime }}_k\right|}^2+{\left|{Q^{\prime }}_k\right|}^2}---\left[5a\right]$

$d=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\left(\right|{I^{\prime }}_k|-|{Q^{\prime }}_k\left|\right).---\left[5b\right]$

然后，该公共度量c被转发给加法器S、公共乘法器M_C并且然 后被转发给公共累加器ACC-C。加法器S优选地从公共度量c减去 2T，公共乘法器M_C将该结果乘以公共环路增益S_c，并且公共累加 器ACC-C优选地通过将它的内容加上该乘法的结果来更新它的内 容。T是目标值，即当适用于计算公共增益G_C的反馈环路达到稳定 状态时样本I’_k和样本Q’_k的功率应该达到的值，如下文将详细描述 的。可以根据数字部分DP的特征(即数字部分DP的饱和值和粒度) 来配置并且有可能修改目标值T。

基本上同时，该差分度量c被转发给差分乘法器M_D并且然后被 转发给差分累加器ACC-D。差分乘法器M_D将该结果乘以差分环路 增益S_d，并且差分累加器ACC-D优选地通过将它的内容加上该乘法 的结果来更新它的内容。

因此由以下两个方程式给出在当前时钟周期期间更新的公共累 加器ACC-C的内容a_c[n]和差分累加器ACC-D的内容a_d[n]：

a_c[n]＝a_c[n-1]+S_c·(c-2t)                     [6a]

a_d[n]＝a_d[n-1]+S_d·d，                        [6b]

其中，a_c[n-1]和a_d[n-1]分别是在前一个时钟周期的结束时(即在当前 时钟周期执行更新之前)累加器ACC-C和ACC-D的内容。基本上， 累加器ACC-C、ACC-D分别作为用于计算公共度量c和差分度量d 的积分的数字积分器。对公共度量c和差分度量d进行积分有利地 使得能够“平滑”分量I和Q的公共变化和差分变化，并且因此基本 上提供对于同相增益G_I和正交增益G_Q的低通滤波功能。

有利地可以独立选择公共环路增益S_c和差分环路增益S_d的值。 它们优选地被选择为使得0＜S_d＜S_c＜＜1。这有利地意味着差分累加器 ACC-D的内容随时间的变化远慢于公共累加器ACC-C的内容随时 间的变化。

累加器ACC-D和ACC-C的更新后的内容a_d[n]和a_c[n]然后被转 发给同相加法器S_I和正交加法器S_Q。同相加法器S_I计算a_c[n]+a_d[n] 并且将和发送到同相指数模块P_I，同相指数模块P_I根据以下方程式 计算同相增益G_I：

$G_I=2^{{-a}_c\left[n\right]-a_d\left[n\right]}.---\left[7a\right]$

此外，正交加法器S_Q计算a_c[n]-a_d[n]并且将差发送到正交指数模 块P_Q，正交指数模块P_Q根据以下方程式计算正交增益G_Q：

$G_Q=2^{{-a}_c\left[n\right]+a_d\left[n\right]}.---\left[7b\right]$

换句话说，通过内容a_c[n]和a_d[n]的非线性映射来计算同相增益 G_I和正交增益G_Q。这基本上提供了同相增益G_I和正交增益G_Q的对 数控制。

在当前时钟周期期间基于当前接收的N个样本I’_k和N个样本 Q’_k根据方程式[7a]和[7b]计算的同相增益G_I和正交增益G_Q然后将用 于乘以将在下一个时钟周期期间接收的N个样本I’_k和N个样本Q’_k。

优选地在每个时钟周期重复功率调整器PA的上述操作。

可以注意到，根据方程式[7a]和[7b]计算的同相增益G_I和正交增 益G_Q对应于根据上面的方程式[4a]和[4b]计算的同相增益G_I和正交 增益G_Q，只要：

$G_C=2^{-a_c\left[n\right]}---\left[8a\right]$

$G_D=2^{-a_d\left[n\right]}.---\left[8b\right]$

因此，当同相分量I和正交分量Q的功率基本上等于目标值T 时，公共度量c基本上等于2T，因此加法器S的输出基本上等于0。 因此，公共累加器ACC-C的内容基本上恒定(或者轻微振荡)，并 且结果，公共增益也基本上恒定。换句话说，用于计算 公共增益的反馈环路基本上处于它的稳定状态。如果例如同相分量I 和正交分量Q的功率经历公共上升，则公共度量c变得高于2T，并 且因此加法器S的输出变为正。因此，公共累加器ACC-C的内容增 加，并且结果，公共增益降低。因此，同相增益G_I和正 交增益G_Q降低相同的量，并且因此两个分量I和Q的功率降低相同 的量。该机制继续直到再次达到稳定状态(即I和Q的功率变得再 次基本上等于T)为止。公共增益朝向它的稳定状态值 演进的速率基本上取决于公共环路增益S_c。

另一方面，当同相分量I的功率等于正交分量Q的功率时，差 分度量d基本上等于零。因此，差分累加器ACC-D的内容基本上恒 定(或者轻微振荡)，并且结果，差分增益也基本上恒定。 换句话说，用于计算差分增益的反馈环路基本上处于它的稳定状态。 如果例如同相分量I的功率相对于正交分量Q的功率增加，则差分 度量d变为正。因此，差分累加器ACC-D的内容增加，并且结果， 差分增益降低。因此，同相增益G_I降低给定的量，而正交 增益G_Q增加相同的量。因此分量I的功率降低给定的量，而分量Q 的功率增加相同的量。该机制继续直到再次达到稳定状态(即I的功 率变得等于Q的功率)为止。差分增益朝向它的稳定状态 值演进的速率基本上取决于差分环路增益S_d。

上述相干光接收器RX(并且具体而言其中包括的功率调整器 PA)有利地能够调整同相分量I和正交分量Q的功率，以便控制它 们的公共变化和它们的差分变化。

事实上，由功率调整器PA计算的同相增益G_I和正交增益G_Q有 利地包括以更快的方式变化并且补偿公共变化的公共增益 和以更慢的方式变化并且补偿差分变化的差分增益 $G_D=2^{-a_d\left[n\right]}.$

有利地独立地控制公共变化和差分变化，因为公共增益G_C和差 分增益G_D是由两个不同的反馈环路根据两个不同的度量c和d独立 地计算的。

通过合适地选择公共环路增益S_c和差分环路增益S_d可以独立地 选择公共增益G_C和差分增益G_D的调整速率。因此，通过选择 0＜S_d＜S_c＜＜1，公共增益G_C将以更快的方式变化(从而补偿更快的 公共变化)并且同时差分增益G_D将以更慢的方式变化(从而补偿更 慢的差分变化)。

此外，同相增益G_I和正交增益G_Q的对数控制有利地使得能够与 在计算模块C处接收到的样本I’_k和样本Q’_k的功率相独立地保持同 相增益G_I和正交增益G_Q的调整速率基本上恒定。

此外，有利地，实现功率调整器PA非常简单。事实上，使用非 常简单的组件来计算同相增益G_I和正交增益G_Q。具体而言，当实现 方程式[4b]中所包括的除法G_D/G_C时，将需要非常复杂的数字电路， 根据以上方程式[7b]实现正交增益G_Q的计算所需的数字电路有利地 非常简单。事实上，方程式[7b]的实现基本上需要累加器ACC-C、 ACC-D、正交加法器S_Q和正交指数模块S_Q。另一方面，根据以上方 程式[7b]计算正交增益G_Q远快于方程式[4b]中所包括的除法G_D/G_C的计算。这是非常有利的，因为正交增益G_Q的计算必须在每个时钟 周期执行，并且不应该在样本I’_k和样本Q’_k的处理中引入延迟。

根据该第一实施方式的第一变形，可以根据以下方程式代替使 用方程式[5a]近似计算公共度量c(其基本上提供欧几里得范数的近 似)：

$c=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\left(\right|{I^{\prime }}_k|+|{Q^{\prime }}_k\left|\right).---\left[{5a}^{\prime }\right]$

方程式[5a’]基本上是方程式[5a]基于L1范数的平均值的近似。 这有利地使得能够简化计算模块C的结构，因为既不需要实现平方 运算也不需要实现平方根运算。

根据该第一实施方式的第二变形，可以根据以下方程式近似计 算公共度量c：

$c=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}(\frac{\left|{I^{\prime }}_k\right|+\left|{Q^{\prime }}_k\right|}{\sqrt{2}}+(1-\frac{1}{\sqrt{2}})·|\left|{I^{\prime }}_k\right|-\left|{Q^{\prime }}_k\right|\left|\right).---\left[{5a}^{\prime \prime }\right]$

方程式[5a”]基本上是方程式[5a”]的进一步的近似，其比根据方 程式[5a’]计算的近似更加准确。事实上，方程式[5a]是欧几里得范数， 其中位于圆上的点具有相同的范数。另一方面，方程式[5a’]是L1范 数，其中位于倾斜45°的正方形上的点具有相同的范数。此外，方程 式[5a”]是另一种类型的范数，其中位于八角形上的点具有相同的范 数。方程式[5a”]是比方程式[5a’]更好的对方程式[5a]的近似，因为 八角形比正方形更近似圆形。

即使方程式[5a”]比方程式[5a’]更加复杂，它的实现也仍然有利 地是非常简单的，因为其不包括平方或平方根运算。换句话说，方 程式[5a”]是方程式[5a](其提供公共度量c的确切的值但是实现相当 复杂)与方程式[5a’](其提供公共度量c的粗略近似但是实现非常 简单)之间的折中。

图3示意性地显示了根据本发明的第二实施方式的相干光接收 器RX’。

相干光接收器RX’的结构类似于图1的相干光接收器RX。但是 与图1的相干光接收器RX的不同之处在于模拟部分AP的输出被直 接连接到功率调整器PA’。因此，根据该第二实施方式，以模拟的形 式向功率调整器PA’提供由模拟部分AP输出的同相分量I和正交分 量Q。

现在参考图4，根据本发明的第二实施方式的功率调整器PA’的 结构类似于图2的功率调整器PA的结构。因此，将不重复详细的描 述。但是与图2的功率调整器PA的不同之处在于，同相乘法器M_I和正交乘法器M_Q是模拟乘法器。另外，功率调整器PA’优选地包括 被连接到同相乘法器M_I的输出的同相模数转换器A/D_I和被连接到 正交乘法器M_Q的输出的正交模数转换器A/D_Q。功率调整器PA’的 其他组件是数字组件，类似于根据本发明的第一实施方式的功率调 整器PA。

可以通过使用专用硬件、可编程硬件或与合适的软件相关联的 能够执行软件的硬件，来提供图4中所显示的(除了模拟乘法器之 外的)各种元件的功能。具体而言，优选地通过使用与模拟乘法器 协作的一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个现场可编 程门阵列(FPGA)来提供图4中所显示的(除了模拟乘法器之外的) 各种元件的功能。优选地通过使用与模拟乘法器协作的单个ASIC或 单个FPGA来提供图4中所显示的(除了模拟乘法器之外的)各种 元件的功能。

现在将详细描述图4的功率调整器PA’的操作。

如上所述，功率调整器PA’优选地在它的输入处分别从模拟部分 AP接收模拟形式的同相分量I和正交分量Q。

同相乘法器M_I优选地将该同相分量I乘以当前由同相指数模块 P_I输出的同相增益G_I，从而在其输出处连续提供功率调整后的同相 分量I’。基本上同时，正交乘法器M_Q优选地将正交分量Q连续乘 以当前由正交指数模块P_Q输出的正交增益G_Q，从而在其输出处连续 提供功率调整后的正交分量Q’。

然后，同相模数转换器A/D_I优选地对功率调整后的同相分量I’ 进行采样，从而生成功率调整后的同相分量样本I’_k的序列。基本上 同时，正交模数转换器A/D_Q优选地对功率调整后的正交分量Q’进 行采样，从而生成功率调整后的正交分量样本Q’_k的序列。具体而言， 在每个时钟周期上，生成并且在功率调整器PA’的输出处提供N个 功率调整后的同相分量样本I’_k和N个功率调整后的正交分量样本 Q’_k，N是大于等于1的整数。整数N优选地等于128。

优选地还在计算模块C处接收该N个功率调整后的同相分量样 本I’_k和该N个功率调整后的正交分量样本Q’_k。用于计算同相增益 G_I和正交增益G_Q的对该N个功率调整后的同相分量样本I’_k和该N 个功率调整后的正交分量样本Q’_k的后续处理基本上与根据本发明 的第一实施方式由功率调整器PA执行的上述处理相同。因此将仅简 要概述该处理。

首先，在每个时钟周期上，优选地由计算模块C处理该N个功 率调整后的同相分量样本I’_k和该N个功率调整后的正交分量样本 Q’_k，以计算公共度量c和差分度量d。可以根据以上方程式[5a]、方 程式[5a’]或方程式[5a”]中的任意一个来计算公共度量c。可以根据 以上方程式[5b]来计算差分度量d。

然后，公共度量c被转发给加法器S，然后被转发给公共乘法器 M_C，然后被转发给公共累加器ACC-C，公共累加器ACC-C使用公 共度量c根据以上方程式[6a]来更新它的内容。基本上同时，差分度 量d被转发给差分乘法器M_D，然后被转发给差分累加器ACC-D， 差分累加器ACC-D使用差分度量d根据以上方程式[6b]来更新它的 内容。应该注意到，根据该第二实施方式，加法器S使用的标称值T 取决于同相模数转换器A/D_I和正交模数转换器A/D_Q的特征(即它 们的饱和值和它们的粒度)。

累加器ACC-D和ACC-C的更新后的内容a_d[n]和a_c[n]然后被转 发给同相加法器S_I和正交加法器S_Q。同相加法器S_I计算a_c[n]+a_d[n] 并且将和发送到同相指数模块P_I，同相指数模块P_I根据方程式[7a] 计算同相增益G_I。此外，正交加法器S_Q计算a_c[n]-a_d[n]并且将差发 送到正交指数模块P_Q，正交指数模块P_Q根据方程式[7b]计算正交增 益G_Q。

在当前时钟周期期间基于当前接收的N个样本I’_k和Q’_k根据方 程式[7a]和[7b]计算的同相增益G_I和正交增益G_Q然后将用于乘以下 一个时钟周期期间的分量I和Q。

因此，虽然根据第一实施方式在数字部分DP的输入处执行功率 调整，但是根据第二实施方式在模数转换器A/D_I、A/D_Q的输入处执 行功率调整，模数转换器A/D_I、A/D_Q被集成到功率调整器PA’自身 中。

根据第二实施方式的相干光接收器RX’(并且具体而言其中所包 括的功率调整器PA’)因此还能够有利地调整同相分量I和正交分量 Q的功率，以便控制它们的公共变化和差分变化，并且基本上具有 与根据第一实施方式的功率调整器PA相同的优点。

另外，根据第二实施方式，改善了模数转换器的操作，因为在 模数转换器的输入处提供同相分量I和正交分量Q之前执行了同相 分量I和正交分量Q的功率调整。

图5示意性地示出了根据本发明的第三实施方式的相干光接收 器RX”。

相干光接收器RX”基本上是根据第一实施方式的相干光接收器 RX(图1)与根据第二实施方式的相干光接收器RX’(图3)的组 合。

具体而言，相干光接收器RX”包括模拟部分AP、连接到模拟部 分AP的输出的第一功率调整器PA1、连接到第一功率调整器PA1 的输出的第二功率调整器PA2和连接到第二功率调整器PA2的输出 的数字部分DP。

优选地，第一功率调整器PA1类似于根据本发明的第二实施方 式的功率调整器PA’(图4)。换句话说，第一功率调整器PA1包 括模数转换器A/D_I、A/D_Q。此外，乘法器M_I、M_Q是适用于在在模 数转换器A/D_I、A/D_Q处接收分量I和Q之前调整分量I和Q的功率 的模拟设备。因此，根据第三实施方式，第一功率调整器PA1执行 第一功率调整操作以便保持分量I和Q的功率基本上等于第一目标 值T1，第一目标值T1取决于模数转换器A/D_I、A/D_Q的特征(即饱 和值和粒度)。

另一方面，第二功率调整器PA2类似于根据本发明的第一实 施方式的功率调整器PA(图2)。换句话说，第二功率调整器PA2 是适用于在数字部分DP处接收分量I和Q之前，在模数转换之后进 一步调整分量I和Q的功率的全数字模块。因此第二功率调整器PA2 执行第二功率调整操作以便(在对分量I和Q进行采样之后)保持 分量I和Q的功率基本上等于第二目标值T2，第二目标值T2取决 于数字部分DP的特征(即饱和值和粒度)。

优选地，第一功率调整可以是粗略的，而第二功率调整可以是 更精细的。

根据该第三实施方式，有利地补偿了公共变化和差分变化。