專利名稱：：數(shù)字相位估計器、數(shù)字鎖相環(huán)以及光相干接收機的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明總體上涉及光通信系統(tǒng)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種適用于各種調(diào)制技術(shù)的數(shù)字相位估計器、數(shù)字鎖相環(huán)以及采用該數(shù)字相位估計器或數(shù)字鎖相環(huán)的光相干接收機。
背景技術(shù)：
：隨著對光通信系統(tǒng)的容量要求和靈活性要求的逐步提高，相干光通信技術(shù)變得越來越重要。與非相干技術(shù)(例如，"開-關"鍵控(on-offkey)，OOK)或自相干技術(shù)(例如，差分四相相移鍵控DQPSK)相比，相干技術(shù)具有如下優(yōu)點具有3dB的光信噪比(OSNR)增益；可以方便地釆用均衡技術(shù)；可以采用更高效的調(diào)制技術(shù)(例如，正交幅度調(diào)制QAM)與電相千技術(shù)一樣，光相干接收機也需要一個裝置來恢復載波相位。這可以使用模擬鎖相環(huán)來實現(xiàn)，LeonidG.Kazovsky在"Decision-DrivenPhase-LockedLoopforOpticalHomodyneReceivers",IEEE/OSAJournalofLightwaveTechnology,Vol.LT-3，No.6,Dec.1985,P1238-1247中說明了模擬鎖相環(huán)的技術(shù)。如圖1所示，模擬鎖相環(huán)包括相位估計器101、環(huán)路濾波器102和壓控振蕩器(VCO)，又稱為本振激光器103。由于模擬鎖相環(huán)本身固有的環(huán)路時延，使得模擬鎖相環(huán)的速度較慢。這種模擬鎖相環(huán)的缺點在于由于其較長的環(huán)路延遲，使得其控制速度低；對于載波和壓控振蕩器的相位噪聲的要求高，并且容易因為相位噪聲而導致大的相位差，等等。近年來，隨著電子器件技術(shù)的發(fā)展，在光通信中采用了越來越多的數(shù)字技術(shù)。Dany-SebastienLy-Gagnon等在OFC2005OTuL4介紹了使用數(shù)字信號處理技術(shù)的光相干接收機。他們使用前向相位估計來取代反饋鎖相環(huán)。圖2示出了這種方法，如圖2所示，該光相千接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)201;取輻角器202;解碼器203;以及相位估計器204。光90度混頻器的第一輸入端連接到光輸入，第二輸入端連接到本振激光器的輸出，而第一輸出端和第二輸出端分別連接到第一和第二平衡光電檢測器的輸入端；第一和第二平衡光電檢測器的輸出端分別連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器201第一和第二輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器201的第一和第二輸出端分別連接到相位估計器204的第一和第二輸入端以及取輻角器202的第一和第二輸入端，取輻角器202的輸出端連接到解碼器203的第一輸入端，相位估計器204的輸出端連接到解碼器203的第二輸入端。模數(shù)轉(zhuǎn)換器201將模擬的同相信號(I)和正交信號(Q)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號I+jQ，該數(shù)字信號是復信號。取輻角器202獲取上述復信號的輻角，即相位。相位估計器204獲得接收光信號的載波信號和本振光信號之間的相位差。解碼器203從取輻角器202的輸出中減去由相位估計器204估計出來的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。如圖2所示，相位估計器204包括四次方運算器205、平均器207、取輻角器206以及除4運算器208。四次方運算器205的第一和第二輸入端分別連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器201的第一和第二輸出端，四次方運算器205的輸出端連接到平均器207的輸入端，平均器207的輸出端連接到取輻角器206的輸入端，取輻角器206的輸出端連接到除4運算器208的輸入端，除4運算器208的輸出端連接到解碼器203的第二輸入端?？梢钥闯?，以上所有的運算都是在數(shù)字域完成的。這里，使用數(shù)字前向相位估計器取代了以往的光相干系統(tǒng)中的模擬鎖相環(huán)，以避免前面提到的模擬鎖相環(huán)的缺點。但是，該方法只適用于相移鍵控(PSK)調(diào)制方式，因為該方法的基本思想是兩個相位的減法。該方法不能在更高效的調(diào)制技術(shù)(例如，QAM)中使用，而鎖相環(huán)方案不存在這樣的缺點。另一方面，四次方運算器205以及取輻角器202和206都進行非線性運算。通過硬件或者數(shù)字信號處理技術(shù)來實現(xiàn)這些非線性運算是很復雜的?；谝陨锨闆r，目前迫切需要一種新的相位控制技術(shù)，以便結(jié)合鎖相環(huán)和數(shù)字信號處理技術(shù)的優(yōu)點。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠同時具有鎖相環(huán)方案和數(shù)字信號處理技術(shù)的優(yōu)點的數(shù)字鎖相環(huán)，以及使用該數(shù)字鎖相環(huán)的光相干接收機。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種數(shù)字相位估計器，用于產(chǎn)生相位估計信號，該數(shù)字相位估計器包括第一絕對值運算器，用于計算第一輸入信號的絕對值；第二絕對值運算器，用于計算第二輸入信號的絕對值；第一取符號運算器，用于獲得所述第一輸入信號的符號；第二取符號運算器，用于獲得所述第二輸入信號的符號；減法器，用于獲得所述第二輸入信號的絕對值減去所述第一輸入信號的絕對值的差；以及第一乘法器，用于將所述第一輸入信號和所述第二輸入信號的絕對值的差與所述第一輸入信號和所述第二輸入信號的符號相乘，并輸出相乘結(jié)果作為所述相位估計信號，其中，所述第一絕對值運算器的輸入端以及所述第一取符號運算器的輸入端連接到第一外部輸入；所述第一絕對值運算器的輸出端連接到所述減法器的負輸入端；所述第二絕對值運算器的輸入端以及所述第二取符號運算器的輸入端連接到第二外部輸入；所述第二絕對值運算器的輸出端連接到所述減法器的正輸入端；所述減法器的輸出端連接到所述第一乘法器的第三輸入端；所述第一和第二取符號運算器的輸出端分別連接到所述第一乘法器的第一和第二輸入端；所述第一乘法器的輸出端連接到外部輸出。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種根據(jù)本發(fā)明第一方面的數(shù)字相位估計器，該數(shù)字相位估計器還包括歸一化部分，用于對所述第一輸入信號和所述第二輸入信號進行歸一化；以及相位差計算部分，用于根據(jù)所述第一乘法器的輸出來計算相位差，其中，所述歸一化部分包括第一平方運算器，用于獲得所述第一輸入信號的平方；第二平方運算器,用于獲得所述第二輸入信號的平方；加法器，用于獲得所述第一輸入信號的平方與所述第二輸入信號的平方的總和；平方根運算器，用于獲得所述總和的平方根；倒數(shù)運算器，用于計算所述平方根的倒數(shù)；第二乘法器(506),用于將所述倒數(shù)與所述第一輸入信號相乘；以及第三乘法器(507)，用于將所述倒數(shù)與所述第二輸入信號相乘，并且其中，所述相位差計算部分包括1/^運算器，用于輸出1/V^的值；第四乘法器(510)，用于將由所述第一乘法器(406)的輸出與所述1/V^運算器的輸出相乘，并輸出相乘的結(jié)果；以及反正弦運算器，用于對所述第四乘法器(510)的輸出進行反正弦運算，以獲得相位差。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種使用根據(jù)本發(fā)明第一方面或第二方面的數(shù)字估計器的數(shù)字鎖相環(huán)，該數(shù)字鎖相環(huán)還包括環(huán)路濾波器，用于對數(shù)字估計器的相位估計信號進行濾波以去除噪聲；模積分器，用于根據(jù)由所述環(huán)路濾波器輸出的去除了噪聲的才&位估計信號生成星座旋轉(zhuǎn)角度，并輸出該星座旋轉(zhuǎn)角度；以及星座旋轉(zhuǎn)器，用于根據(jù)所述星.座旋轉(zhuǎn)角度對輸入信號進行旋轉(zhuǎn)，以對載波信號與本振信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)星座旋轉(zhuǎn)的信號。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種使用根據(jù)本發(fā)明第三方面的數(shù)字鎖相環(huán)的光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換為基帶電信號；第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于分別將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；本發(fā)明第三方面的數(shù)字鎖相環(huán)，用于對所述接收光信號的載波信號與所述本振光信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)補償?shù)男盘?；以及?shù)據(jù)恢復單元，用于從所述經(jīng)補償?shù)男盘柣謴蛿?shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種使用根據(jù)本發(fā)明第一方面的數(shù)字相位估計器的光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；取輻角器，用于獲得所述數(shù)字信號的相位；相位估計部分，用于獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及解碼器，用于從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，所述相位估計部分包括本發(fā)明第一方面的相位估計器，用于根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位估計信號；第一和第二絕對值運算器，分別用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值；加法器，用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值之和；查找表，用于根據(jù)所述相位估計信號以及所述絕對值之和生成相位差；以及平均器，用于去除所述相位差中的噪聲。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種使用根據(jù)本發(fā)明第一方面的數(shù)字相位估計器的光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；取輻角器，用于獲得所述數(shù)字信號的相位；相位估計部分，用于獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及解碼器，用于從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，所述相位估計部分包括本發(fā)明第一方面的相位估計器，用于根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位估計信號；第一和第二絕對值運算器，分別用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值；加法器，用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值之和；第一平均器，用于去除所述相位估計信號中的噪聲；第二平均器，用于去除所述絕對值之和中的噪聲；以及查找表，用于根據(jù)去除了噪聲的所述相位估計信號以及所述絕對值之和生成相位差。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種使用根據(jù)本發(fā)明第二方面的數(shù)字相位估計器的光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；取輻角器，用于獲得所述數(shù)字信號的相位；相位估計部分，用于獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及解碼器，用于從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，所述相位估計部分包括本發(fā)明第二方面的相位估計器，用于根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位差；以及平均器，用于去除所述相位差中的噪聲。本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)通過星座旋轉(zhuǎn)器在數(shù)字域?qū)d波信號和本振信號之間的相位差進行補償。與現(xiàn)有技術(shù)的方案相比，本發(fā)明具有如下的顯著優(yōu)點自由振蕩的本振激光器避免了光相位控制方面的困難；與模擬的鎖相環(huán)相比，本發(fā)明能夠容忍更大的相位噪聲；保留了鎖相方案的優(yōu)點，因此可以在QAM調(diào)制方式下使用；通過減法和邏輯運算構(gòu)成了相位估計器，降低了實現(xiàn)難度。所包含的附圖用于提供對本發(fā)明的進一步理解，附圖被并入說明書并構(gòu)成說明書的一部分，了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的利用模擬鎖相環(huán)方案的光相干接收機；圖2表示現(xiàn)有技術(shù)的利用前向相位估計的數(shù)字光相干接收機；圖3表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有數(shù)字鎖相環(huán)的光相干接收機；圖4表示在本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)中使用的相位估計器，該相位估計器的輸出與相位差成正比；圖4-1表示圖4所示的相位估計器中的乘法器的另一示例；圖5表示在本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)中使用的另一種相位估計器，該相位估計器的輸出是相位差本身；圖6表示在QPSK調(diào)制情況下的星座圖(具有相位差或沒有相位差)，并表示了相位估計器的相位估計信號根據(jù)相位差的變化關系；圖7表示在16-QAM調(diào)制情況下的星座圖(具有相位差或沒有相位差)，并表示了相位估計器的相位估計信號根據(jù)相位差的變化關系；圖8表示根據(jù)本發(fā)明的具有取模運算的積分器；圖9表示根據(jù)本發(fā)明的星座旋轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)；圖10表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的利用圖4所示的相位估計器的前向相位估計光相干接收機；圖10-1表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光相干接收機的變型例；圖11表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的利用圖5所示的相位估計器的前向相位估計光相干接收機。具體實施方式下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。圖3表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有數(shù)字鎖相環(huán)的光相干接收機的總體結(jié)構(gòu)。如圖3所示，與圖2所示,的現(xiàn)有技術(shù)的光相干接收機相似，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光相干接收機包括本振激光器314，用于提供本振光信號；光90度混頻器315，用于將接收光信號與本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器316和317，用于將光90度混頻器315的輸出光信號轉(zhuǎn)換為基帶電信號；第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)301和302，分別用于接收平衡光電檢測器316和317的輸出信號，并分別將這些輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)字鎖相環(huán)305，用于對接收光信號的載波信號與本振光信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)補償?shù)男盘?；以及?shù)據(jù)恢復單元306，用于從所述經(jīng)補償?shù)男盘柣謴蛿?shù)據(jù)。光90度混頻器315的第一輸入端連接到光輸入，第二輸入端連接到本振激光器314的輸出，而第一輸出端和第二輸出端分別連接到第一和第二平衡光電檢測器316和317的輸入端；第一和第二平衡光電檢測器316和317的輸出端分別連接到第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器301和302的輸入端，第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器301和302的輸出端分別連接到數(shù)字鎖相環(huán)305的第一和第二輸入端，數(shù)字鎖相環(huán)305的第一和第二輸出端分別連接到數(shù)據(jù)恢復單元306的第一和第二輸入端。下面詳細說明第一實施例的光相千接收機的操作。假設該光相干接收機的接收光信號318為々)exp(-+#c《))，其中，W是包含數(shù)據(jù)信息的復包絡信號，exp(/紐+M《》是載波項，其角頻率是"，相位噪聲是a(O。本振激光器314輸出的本振光信號為其中，^是本振激光器的角頻率，A(f)是相位噪聲，A是初始相位。與現(xiàn)有技術(shù)的光相干接收機類似，光90度混頻器315和平衡光電檢測器316和317將接收光信號318與本振光信號進行混合，并將其轉(zhuǎn)換為基帶電信號，該基帶電信號包括同相分量I303和正交分量Q304。模數(shù)轉(zhuǎn)換器301和302分別將該基帶電信號的同相分量B03和正交分量Q304轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)公知的相干通信理論(例如參見"DigitalCommunications,JohnG.Proakis，ThirdEditionMcGraw-Hill,Inc")，該同相信號I303和正交信號Q304為=々)exp[;.(紐+&(O-^-A(0-A)]其中，)為接收光信號的載波信號與本振信號之間的相位差。該相位差可以是由于載波信號和本振信號之間的頻率差而引起的，也可以是載波信號或本振信號的相位噪聲，或者可以是本振信號的初始相位。在現(xiàn)有技術(shù)的模擬鎖相環(huán)中，本振激光器的頻率是根據(jù)載波信號和本振信號之間的相位差來自動調(diào)整的，所以載波信號和本振信號之間的相位差基本為0。然而，在本發(fā)明中，通過數(shù)字鎖相環(huán)305對載波信號和本振信號之間的相位差)進行補償。如圖3所示，數(shù)字鎖相環(huán)305包括依次級聯(lián)的相位估計器310、環(huán)路濾波器312、模積分器320和星座旋轉(zhuǎn)器307，從而構(gòu)成一個反饋環(huán)路，即本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)。其中，星座旋轉(zhuǎn)器307的第一輸入端和第二輸入端分別與第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器301和302的輸出端相連，星座旋轉(zhuǎn)器307的第一輸出端和第二輸出端分別與數(shù)據(jù)恢復單元306的第一和第二輸入端相連，并且還分別與相位估計器310的第一和第二輸入端相連，相位估計器310的輸出端連接到環(huán)路濾波器312的輸入端，環(huán)路濾波器312的輸出端連接到模積分器320的輸入端，模積分器320的輸出端連接到星座旋轉(zhuǎn)器307的第三輸入端。相位估計器310對載波信號與本振信號之間的相位差進行檢測，并將相位估計信號311輸出給環(huán)路濾波器312，環(huán)路濾波器312對相位估計信號311進行濾波以去除噪聲部分，并將其輸出319輸出給模積分器320,模積分器320根據(jù)該輸出319生成星座旋轉(zhuǎn)角度313，并將該星座旋轉(zhuǎn)角度313輸出給星座旋轉(zhuǎn)器307，星座旋轉(zhuǎn)器307根據(jù)該星座旋轉(zhuǎn)角度對輸入信號進行旋轉(zhuǎn)，以對載波信號與本振信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)星座旋轉(zhuǎn)的信號。與如圖l所示的現(xiàn)有技術(shù)的模擬鎖相環(huán)相比較，相位估計器310與圖1中的相位估計器101相對應，環(huán)路濾波器312與圖1中的環(huán)路濾波器102相對應，而星座旋轉(zhuǎn)器307和模積分器320與圖1中的壓控振蕩器103相對應。這樣，當數(shù)字鎖相環(huán)連續(xù)工作時，其輸出3081，和309Q，就沒有相位差，艮口-應該注意，圖3中的環(huán)路濾波器312濾除相位估計信號311中的噪聲部分，該環(huán)路濾波器312可以使用公知技術(shù)來實現(xiàn)，例如參見"DigitalCommunications,JohnG.Proakis,ThirdEditionMcGraw-Hill,Inc"，因此，在本說明中省略對其的描述。下面參照圖4-9詳細說明根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)305的各個組成部分的結(jié)構(gòu)。以下的說明假設在本發(fā)明中釆用QPSK調(diào)制方式，但是，本方法并不限于QPSK調(diào)制方式，也可以采用其他的調(diào)制方式，例如16-QAM等。在QPSK調(diào)制方式下，基帶信號—)是下列四個值之一<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>或者等價地為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>圖4表示根據(jù)本發(fā)明的相位估計器。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的相位估計器包括第一和第二絕對值運算器401和402，分別用于計算輸入信號I'308和Q，309的絕對值；第一和第二取符號運算器403和404，分別用于獲得輸入信號I'308和Q'309的符號；減法器405，用于獲得輸入信號I，308和Q，309的絕對值的差；以及乘法器406，用于將輸入信號I'308和Q，309的絕對值的差與輸入信號I，308和Q，309的符號相乘，并輸出相乘結(jié)果作為相位估計信號311。第一絕對值運算器401的輸入端以及第一取符號運算器403的輸入端連接到第一外部輸入，第一絕對值運算器401的輸出端連接到減法器405的負輸入端，第二絕對值運算器402的輸入端以及第二取符號運算器404的輸入端連接到第二外部輸入，第二絕對值運算器402的輸出端連接到減法器405的正輸入端，減法器405的輸出端連接到乘法器406的第三輸入端，第一和第二取符號運算器403和404的輸出端分別連接到乘法器406的第一和第二輸入端，乘法器406的輸出端連接到外部輸出。根據(jù)圖4，假設輸入信號I，308和Q，309為其中，^是數(shù)據(jù)，e為載波信號與本振信號之間的相位差，則由相位估計器輸出的相位估計信號311為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>其中，#f+|Gf表示信號的功率，由于信號的功率通常是一個常數(shù)，并且相位差e通常為很小的值，所以相位估計器輸出的相位估計信號與相位差成正比，該相位估計信號不僅提供了相位差的大小，而且提供了相位差的方向。根據(jù)圖3可以知道，輸入信號I'308和Q'309是數(shù)字信號，因此絕對值運算器401和402可以很方便地用邏輯電路來實現(xiàn)，例如直接丟棄該數(shù)字信號的符號位。取符號運算器403和404也可以通過邏輯電路來實現(xiàn)，例如直接取得該數(shù)字信號的符號位。減法器405可以用公知的減法電路來實現(xiàn)。由于取符號運算器403和404的輸出407，408始終是1或-1，所以3輸入的乘法器406除了使用一般的數(shù)字乘法器外，也可以用邏輯運算來實現(xiàn)，如圖4-l所示。該乘法器包括取符號運算器411，用于獲得減法器405的輸出的符號；絕對值運算器412，用于獲得減法器405的輸出的絕對值；異或(XOR)運算器410，用于對取符號運算器403、404和411的輸出進行異或運算；合并器413，用于合并絕對值運算器412的輸出和異或運算器410的輸出。取符號運算器411的輸入端和絕對值運算器412的輸入端連接到外部輸入，取符號運算器411的輸出端連接到異或運算器410的第三輸入端，異或運算器410的第一和第二輸入端分別連接到第一和第二外部輸入，異或運算器410的輸出端連接到合并器413的第一輸入端，絕對值運算器412的輸出端連接到合并器413的第二輸入端。絕對值運算器412對減法器405的輸出409取絕對值，得到乘法結(jié)果的絕對值。取符號運算器411對輸出409取符號，然后將其輸出給異或(XOR)運算器410以與輸入407、408進行異或運算，獲得圖4中所示的乘法器406的乘法結(jié)果的符號。在獲得了乘法結(jié)果的絕對值和符號之后，由合并器413將符號位和數(shù)值部分合并，以得到該乘法結(jié)果本身。上述的這些電路可以通過公知技術(shù)來實現(xiàn)，例如可以參見王樹堃、徐惠民編著的《數(shù)字電路與邏輯設計》，人民郵電出版社。當然，上述的這些運算也可以通過數(shù)字信號處理來實現(xiàn)。圖4所示的相位估計器的輸出311是與相位差成正比的量，然而，根據(jù)本發(fā)明的相位估計器并不限于圖4中所示的類型。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種相位估計器的結(jié)構(gòu)。與圖4所示的結(jié)構(gòu)相比，圖5所示的相位估計器在圖4的相位估計器的輸入端添加了歸一化部分，該歸一化部分包括第一和第二平方運算器501和502，分別用于獲得輸入信號I'308和Q'309的平方；加法器503，用于獲得輸入信號I'308和Q'309的平方之和；平方根運算器504，用于獲得輸入信號I'308和Q'309的平方之和的平方根；倒數(shù)運算器505，用于獲得該平方根的倒數(shù)，以及第一和第二乘法器506和507，用于分別將輸入信號I'308和Q'309與所述平方根的倒數(shù)相乘。第一平方運算器501的輸入端以及第一乘法器506的第一輸入端連接到第一外部輸入，第一平方運算器501的輸出端連接到加法器503的第一輸入端，第二平方運算器502的輸入端以及第二乘法器507的第一輸入端連接到第二外部輸入，第二平方運算器502的輸出端連接到加法器503的第二輸入端，加法器503輸出端連接到平方根運算器504的輸入端，平方根運算器504的輸出端連接到倒數(shù)運算器505的輸入端，倒數(shù)運算器505的輸出端連接到第一乘法器506的第二輸入端和第二乘法器507的第二輸入端，第一乘法器506和第二乘法器507的輸出端分別連接到圖4的相位估計器的第一和第二外部輸入。'該歸一化部分將輸入信號I，308和Q，309變換為歸一化信號/'/々'2+g2508和i2'/V/'2+e'2509，從而使得歸一化信號508和509的信號功率始終為1。此外，圖5所示的相位估計器還在圖4的相位估計器的輸出端添加了相位差計算部分，該相位差計算部分包括1/VJ運算器511，用于輸出1/V^的值；乘法器510，用于將圖5所述相位估計器的中間級部分(與圖4所示的相位估計器的結(jié)構(gòu)相同)的輸出與1/V^運算器511的輸出相乘，并輸出相乘的結(jié)果；以及反正弦運算器512，用于對乘法器510的輸出進行反正弦運算，以獲得相位差。乘法器510的第一輸入端與圖4的相位估計器的外部輸出相連，乘法器510的第二輸入端與1/W運算器511的輸出端相連，并且乘法器510的輸出端連接到反正弦運算器512的輸入端，反正弦運算器512的輸出端連接到外部輸出。根據(jù)上述參照圖4的描述可以知道，圖5所示的相位估計器的中間級部分的輸出(即，乘法器406的輸出)為V^sin(e)。隨后，在圖5所示的相位估計器的相位差計算部分中，首先將該輸出乘以1/W，然后對其進行反正弦asin運算。這樣，圖5所示的相位估計器的輸出311就是相位差e本身，而不是一個與相位差成正比的量。圖5中的各個單元的電路都可以通過公知技術(shù)來實現(xiàn)，例如可以參見王樹堃、徐惠民編著的《數(shù)字電路與邏輯設計》，人民郵電出版社。此外，圖5中的平方根運算器、反正弦運算器可以通過查找表(lookuptable，LUT)來實現(xiàn)。當然，上述的這些運算也可以通過數(shù)字信號處理來實現(xiàn)。圖6示出了在QPSK調(diào)制情況下，沒有相位差的星座圖601和具有相位差的星座圖602，并且示出了相位估計器的輸出信號311與相位差e的關系。從圖6中可以看出，無法識別相位差是0度、90度、180度還是270度。這被稱為90度模糊。該問題可以通過公知的方法來解決，例如參見曹志剛、錢亞生所著的《現(xiàn)代通信原理》，清華大學出版社。在本發(fā)明的說明中省略了對該問題的解決方法的描述。圖7示出了在16-QAM調(diào)制情況下，沒有相位差的星座圖701和具有相位差的星座圖702，并且示出了相位估計器的輸出信號311和相位差9的關系。如圖7所示，與圖6所示的QPSK調(diào)制情況不同，即使沒有相位差，相位估計器的輸出311也不總是為0，其具體的值依賴于所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。但是，從圖7中可以看出，相位估計器的輸出311的值是正負對稱的，所以其平均值為O，鎖相環(huán)中的環(huán)路濾波器312具有平均的作用。如果相位差不是O，則相位估計器的輸出311會整體沿一個方向偏移，其平均值就不為O。因此，環(huán)路濾波器的輸出319是與相位差成正比的。根據(jù)圖3所示的光相干接收機，相位估計器310的輸出311被輸入給環(huán)路濾波器312，并且在由環(huán)路濾波器312去除了噪聲部分之后的輸出319被輸入給模積分器320，模積分器320生成星座旋轉(zhuǎn)角度313，并且將該星座旋轉(zhuǎn)角度313輸出給星座旋轉(zhuǎn)器307。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的模積分器320的結(jié)構(gòu)。模積分器320與通常的模擬鎖相環(huán)中的壓控振蕩器相似。模積分器320包括加法器801;取模器802，用于對加法器801的輸出進行對2兀的取模運算Mod(x,2兀);以及1符號時延器803，用于對取模器802的輸出時延一個符號，并將其輸出給加法器801。加法器801的第一輸入端連接到外部輸入，加法器801的第二輸入端連接到1符號時延器803的輸出端，并且加法器801的輸出端連接到取模器802的輸入端，取模器802的輸出端連接到外部輸出以及1符號時延器803的輸入端。其中，加法器801對輸入319和1符號時延器803的輸出進行加法運算，并生成輸出。通常的積分器沒有取模器802。在本發(fā)明中，模積分器320的輸出313是星座旋轉(zhuǎn)角度，星座旋轉(zhuǎn)角度本身是以2tu為周期的，所以對2兀取模并不影響其正確性。這樣做的好處是可以避免模積分器320的輸出313趨于無窮大。在載波信號和本振信號之間存在頻率差時，會出現(xiàn)輸出313趨于無窮的情況。上述各個組件的具體實現(xiàn)是本
技術(shù)領域：
內(nèi)公知的。當然，上述的這些運算也可以通過數(shù)字信號處理來實現(xiàn)。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的星座旋轉(zhuǎn)器307的結(jié)構(gòu)。星座旋轉(zhuǎn)器307有3個輸入，星座旋轉(zhuǎn)前的同相信號I303和正交信號304Q(即，具有相位差的信號)、星座旋轉(zhuǎn)角度e313。星座旋轉(zhuǎn)器307包括取正弦器901，用于生成星座旋轉(zhuǎn)角度P的正弦值；取余弦器902，用于生成星座旋轉(zhuǎn)角度P的余弦值；第一乘法器903，用于將取正弦器卯l的輸出與正交信號304Q相乘，并輸出相乘的結(jié)果；第二乘法器904，用于將取余弦器902的輸出與正交信號304Q相乘，并輸出相乘的結(jié)果；第三乘法器905，用于將取正弦器卯l的輸出與同相信號I303相乘，并輸出相乘的結(jié)果；第四乘法器906，用于將取余弦器902的輸出與同相信號I303相乘，并輸出相乘的結(jié)果；減法器907，用于計算第二乘法器904的輸出與第三乘法器905的輸出的差，并將結(jié)果輸出作為星座旋轉(zhuǎn)器307的輸出Q'309;以及加法器908，用于計算第一乘法器903的輸出與第四乘法器906的輸出之和，并將結(jié)果輸出作為星座旋轉(zhuǎn)器307的輸出I'308。如圖9所示，取正弦器901的輸入端和取余弦器902的輸入端連接到第三外部輸入，取正弦器901的輸出端連接到第一乘法器903的第二輸入端和第三乘法器905的第二輸入端，第一乘法器903的第一輸入端連接到第二外部輸入，第三乘法器905的第一輸入端連接到第一外部輸入，取余弦器902的輸出端連接到第二乘法器904的第二輸入端和第四乘法器906的第二輸入端，第二乘法器904的第一輸入端連接到第二外部輸入，第四乘法器906的第一輸入端連接到第一外部輸入，第一乘法器903的輸出端連接到加法器908的第二輸入端，第四乘法器906的輸出端連接到加法器卯8的第一輸入端，第二乘法器904的輸出端連接到減法器907的正輸入端，第三乘法器卯5的輸出端連接到減法器907的負輸入端，加法器908的輸出端連接到第一外部輸出，減法器907的輸出端連接到第二外部輸出。根據(jù)圖9的結(jié)構(gòu)，星座旋轉(zhuǎn)器307的輸出I，308和Q，309為可以看出，星座旋轉(zhuǎn)器307將輸入信號I+jQ旋轉(zhuǎn)了角度e。通過取正弦器901和取余弦器902來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)矩陣中的矩陣元素sin(e)和cos(e)。矩陣運算由第一到第四乘法器903-906、減法器907、加法器908來實現(xiàn)。圖9中的各個單元可以通過本
技術(shù)領域：
的公知技術(shù)來實現(xiàn)，例如可以使用查找表的方式來實現(xiàn)取正弦器卯1和取余弦器902。當然，上述的這些運算也可以通過數(shù)字信號處理來實現(xiàn)。以上對本發(fā)明的第一實施例進行了描述，在本發(fā)明第一實施例的光相千接收機中，使用數(shù)字鎖相環(huán)來對載波信號和本振信號之間的相位差進行補償，并且在該數(shù)字鎖相環(huán)中使用了根據(jù)本發(fā)明的相位估計器。但是本發(fā)明并不限于第一實施例的實施方式，還可以在基于前向相位估計的光相干接收機中使用本發(fā)明第一實施例中的相位估計器。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的利用圖4所示的相位估計器的基于前向相位估計的光相干接收機的結(jié)構(gòu)。除了圖:2中的相位估計器204由相位估計部分204'替代以外，圖10所示的光相千接收機的基本結(jié)構(gòu)與圖2所示的相同。相位估計部分204'包括圖4所示的相位估計器310，用于根據(jù)輸入信號I+jQ生成相位估計信號311;第一和第二絕對值運算器1004和1005，分別用于計算輸入I和Q的絕對值；加法器1006，用于計算輸入I和Q的絕對值之和1007;查找表1001,用于根據(jù)相位侍計信號311以及輸入I和Q的絕對值之和生成相位差1003;以及平均器1002,用于去除相位差1003中的噪聲。其中，相位估計器310的第一和第二輸入端分別連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器201的第一和第二輸出端，相位估計器310的輸出端連接到查找表1001的第一輸入端，第一絕對值運算器1004的輸入端連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器201的第一輸出端,，第一絕對值運算器1004的輸出端連接到加法器1006的第一輸入端，第二絕對值運算器1005的輸入端連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器201的第二輸出端，第二絕對值運算器1005的輸出端連接到加法器1006的第二輸入端，加法器1006的輸出端連接到查找表1001的第二輸入端，查找表1001的輸出端連接到平均器1002的輸入端，平均器1002的輸出端連接到解碼器203的第二輸入端。由于圖4的相位估計器310的輸出是一個與相位差成正比的量，而要求相位輸出部分204'的輸出是相位差本身，所以通過絕對值運算器1004和1005、加法器1006、查找表1001以及平均器1002來實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。根據(jù)參照圖4進行的描述，相位估計器310的輸出311為:(J0|-|/|)xSgn(/)xSgn(2)=^/j7fTj^fV^sin的，根據(jù)圖10，加法器1006的輸出1007為<M+W)=#l2+|2|2v^CoS&)，查找表1001根據(jù)相位估計器310的輸出311和加法器1006的輸出1007恢復出相位差e，即，查找表1001實現(xiàn)了以下的數(shù)學運算平均器1002去除了相位差1003中的噪聲，以獲得更準確的相位差，然后將相位差1003輸出給解碼器203。在圖IO所示的第二實施例中，在通過查找表得到相位差之后去除噪聲，然而本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)，還可以在去除噪聲之后通過查找表得到相位差，如圖10-1所示。圖10-1示出了圖IO所示的光相干接收機的變型例。除了第--平均器1008和第二平均器1009分別連接在查找表1001的第一和第二輸入端，而不是將平均器連接在查找表1001的輸出端以外，圖10-l所示的光相干接收機的結(jié)構(gòu)與圖IO所示的光相干接收機的結(jié)構(gòu)相同，并且在此省略對相同部分的說明。在圖10-1中，第一平均器1008的輸入端連接到相位估計器310的輸出端，第一平均器1008的輸出端連接到查找表1001的第一輸入端，第二平均器1009的輸入端連接到加法器1006的輸出端，第二平均器1009的輸出端連接到査找表1001的第二輸入端，查找表1001的輸出端連接到解碼器203的第二輸入端。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的利用圖5的相位估計器的基于前向相位估計的光相干接收機的結(jié)構(gòu)。除了圖2中的相位估計器204由相位估計部分204"替代以外，圖11所示的光相干接收機的基本結(jié)構(gòu)與圖2所示的相同。相位估計部分204"包括圖5所示的相位估計器310，用于根據(jù)輸入信號I+jQ生成相位差；以及平均器1101，用于去除相位差中的噪聲。其中，相位估計器310的第一和第二輸入端分別連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器201的第一和第二輸出端，相位估計器310的輸出端連接到平均器1101的輸入端，平均器1101的輸出端連接到解碼器203的第二輸入端。根據(jù)參照圖5進行的描述，相位估計器310的輸出311是相位差本身，所以只需要通過平均器1101就可以獲得更準確的相位差，并且隨后將相位差輸出給解碼器203。在以上說明中，對應用本發(fā)明的數(shù)字相位估計器的基于數(shù)字鎖相環(huán)的光相干接收機以及基于前向相位估計的光相干接收機進行了說明。根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字鎖相環(huán)通過星座旋轉(zhuǎn)器對載波信號和本振信號之間的相位差進行補償，本振信號是自由振蕩的，這保持了鎖相環(huán)方案的優(yōu)點，同時避免了本振激光器的相位控制的困難。此外，本發(fā)明的相位估計器通過簡單的方法提供了相位差的大小和方向，這降低了實現(xiàn)難度。盡管以QPSK和QAM調(diào)制方案作為示例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明的應用不限于此，還可以在通常的相干系統(tǒng)中使用。本發(fā)明所屬領域的技術(shù)人員根據(jù)以上對本發(fā)明原理的詳細說明，很容易想到本發(fā)明的多種修改和其它實施例。因此，本發(fā)明不限于所公開的具體實施例，而是旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有修改和其它實施例。權(quán)利要求1.一種數(shù)字相位估計器，用于產(chǎn)生相位估計信號，該數(shù)字相位估計器包括第一絕對值運算器，用于計算第一輸入信號的絕對值；第二絕對值運算器，用于計算第二輸入信號的絕對值；第一取符號運算器，用于獲得所述第一輸入信號的符號；第二取符號運算器，用于獲得所述第二輸入信號的符號；減法器，用于獲得所述第二輸入信號的絕對值減去所述第一輸入信號的絕對值的差；以及第一乘法器(406)，用于將所述第一輸入信號和所述第二輸入信號的絕對值的差與所述第一輸入信號和所述第二輸入信號的符號相乘，并輸出相乘結(jié)果作為所述相位估計信號，其中，所述第一絕對值運算器的輸入端以及所述第一取符號運算器的輸入端連接到第一外部輸入；所述第一絕對值運算器的輸出端連接到所述減法器的負輸入端；所述第二絕對值運算器的輸入端以及所述第二取符號運算器的輸入端連接到第二外部輸入；所述第二絕對值運算器的輸出端連接到所述減法器的正輸入端；所述減法器的輸出端連接到所述第一乘法器(406)的第三輸入端；所述第一和第二取符號運算器的輸出端分別連接到所述第一乘法器(406)的第一和第二輸入端；所述第一乘法器(406)的輸出端連接到外部輸出。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字相位估計器，其中所述第一乘法器(406)包括第三取符號運算器，用于獲得所述減法器的輸出的符號；第三絕對值運算器，用于獲得所述減法器的輸出的絕對值；異或運算器，用于對所述第一、第二和第三取符號運算器的輸出進行異或運算；合并器，用于合并所述第三絕對值運算器的輸出和所述異或運算器的輸出，以獲得所述相乘結(jié)果，其中，所述第三取符號運算器的輸入端和第三絕對值運算器的輸入端連接到所述減法器的輸出端，所述第三取符號運算器的輸出端連接到所述異或運算器的第三輸入端，所述異或運算器的第一和第二輸入端分別連接到所述第一和第二取符號運算器的輸出端，所述異或運算器的輸出端連接到所述合并器的第一輸入端，所述第三絕對值運算器的輸出端連接到所述合并器的第二輸入端。3、根據(jù)權(quán)利要求.1或2所述的數(shù)字相位估計器，該數(shù)字相位估計器還包括歸一化部分，用于對所述第一輸入信號和所述第二輸入信號進行歸一化，所述歸一化部分包括第一平方運算器，用于獲得所述第一輸入信號的平方；第二平方運算器，用于獲得所述第二輸入信號的平方；加法器，用于獲得所述第一輸入信號的平方與所述第二輸入信號的平方的總和；平方根運算器，用于獲得所述總和的平方根；倒數(shù)運算器，用于計算所述平方根的倒數(shù)；第二乘法器(506)，用于將所述倒數(shù)與所述第一輸入信號相乘；以及第三乘法器(507)，用于將所述倒數(shù)與所述第二輸入信號相乘，其中，所述第一平方運算器的輸入端以及所述第二乘法器(506)的第一輸入端連接到第一外部輸入，所述第一平方運算器的輸出端連接到所述加法器的第一輸入端，所述第二平方運算器的輸入端以及所述第三乘法器(507)的第一輸入端連接到第二外部輸入，所述第二平方運算器的輸出端連接到所述加法器的第二輸入端，所述加法器的輸出端連接到所述平方根運算器的輸入端，所述平方根運算器的輸出端連接到所述倒數(shù)運算器的輸入端，所述倒數(shù)運算器的輸出端連接到所述第二乘法器(506)的第二輸入端和所述第三乘法器(507)的第二輸入端，所述第二乘法器(506)和第三乘法器(507)的輸出端分別連接到所述第一絕對值運算器和第二絕對值運算器的輸入端，并且分別連接到所述第一取符號運算器和第二取符號運算器的輸入端。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字相位估計器，其中，所述數(shù)字相位估計器還包括相位差計算部分，用于根據(jù)所述第一乘法器(406)的輸出來計算相位差，所述相位差計算部分包括1/^運算器，用于輸出l/^的值；第四乘法器(510)，用于將所述第一乘法器(406)的輸出與所述1/W運算器的輸出相乘，并輸出相乘的結(jié)果；以及反正弦運算器，用于對所述第四乘法器(510)的輸出進行反正弦運算，以獲得相位差，其中，所述第四乘法器(510)的第一輸入端與所述第一乘法器(406)的輸出端相連，所述第四乘法器(510)的第二輸入端與所述1/VI運算器的輸出端相連，并且所述第四乘法器(510)的輸出端連接到所述反正弦運算器的輸入端，所述反正弦運算器的輸出端連接到外部輸出。5、一種數(shù)字鎖相環(huán)，該數(shù)字鎖相環(huán)包括權(quán)利要求1到4中的任意一項所述的相位估計器，用于對輸入信號的載波信號與本振信號之間的相位差進行檢測，并輸出相位估計信號；環(huán)路濾波器，用于對所述相位估計信號進行濾波以去除噪聲；模積分器，用于根據(jù)由所述環(huán)路濾波器輸出的去除了噪聲的相位估計信號生成星座旋轉(zhuǎn)角度，并輸出該星座旋轉(zhuǎn)角度；以及星座旋轉(zhuǎn)器，用于根據(jù)所述星座旋轉(zhuǎn)角度對輸入信號進行旋轉(zhuǎn)，以對載波信號與本振信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)星座旋轉(zhuǎn)的信號，其中，所述星座旋轉(zhuǎn)器的第一輸入端和第二輸入端分別與第一和第二外部輸入相連，所述星座旋轉(zhuǎn)器的第一輸出端和第二輸出端分別與第一和第二外部輸出相連，并且還分別與所述相位估計器的第一和第二輸入端相連，所述相位估計器的輸出端連接到所述環(huán)路濾波器的輸入端，所述環(huán)路濾波器的輸出端連接到所述模積分器的輸入端，所述模積分器的輸出端連接到所述星座旋轉(zhuǎn)器的第三輸入端。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字鎖相環(huán)，其中，所述模積分器包括加法器；取模器，用于對所述加法器的輸出進行對2;c的取模運算；以及1符號時延器，用于對所述取模器的輸出時延一個符號，并將其輸出給所述加法器，其中，所述加法器的第一輸入端連接到外部輸入；所述加法器的第二輸入端連接到所述1符號時延器的輸出端；所述加法器的輸出端連接到所述取模器的輸入端；所述取模器的輸出端連接到外部輸出以及所述1符號時延器的輸入端。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字鎖相環(huán)，其中，所述星座旋轉(zhuǎn)器包括取正弦器，用于生成所輸入的星座旋轉(zhuǎn)角度的正弦值；取余弦器，用于生成所述星座旋轉(zhuǎn)角度的余弦值；第一乘法器，用于將所述取正弦器的輸出與所輸入的第二輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；第二乘法器，用于將所述取余弦器的輸出與所述第二輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；第三乘法器，用于將所述取正弦器的輸出與所輸入的第一輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；第四乘法器，用于將所述取余弦器的輸出與所述第一輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；減法器，用于計算所述第二乘法器的輸出減去所述第三乘法器的輸出的差，并輸出該結(jié)果；以及加法器，用于計算所述第一乘法器的輸出與所述第四乘法器的輸出之和，并輸出該結(jié)果，其中，所述取正弦器的輸入端和所述取余弦器的輸入端連接到第三外部輸入，所述取正弦器的輸出端連接到所述第一乘法器的第二輸入端和所述第三乘法器的第二輸入端，所述第一乘法器的第一輸入端連接到第二外部輸入，所述第三乘法器的第一輸入端連接到第一外部輸入，所述取余弦器的輸出端連接到所述第二乘法器的第二輸入端和所述第四乘法器的第二輸入端，所述第二乘法器的第一輸入端連接到第二外部輸入，所述第四乘法器的第一輸入端連接到第一外部輸入，所述第一乘法器的輸出端連接到所述加法器的第二輸入端，所述第四乘法器的輸出端連接到所述加法器的第一輸入端，所述第二乘法器的輸出端連接到所述減法器的正輸入端，所述第三乘法器的輸出端連接到所述減法器的負輸入端，所述加法器的輸出端連接到第一外部輸出，所述減法器的輸出端連接到第二外部輸出。8、一種光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換為基帶電信號；第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于分別將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；權(quán)利要求5到7中的任意一項所述的數(shù)字鎖相環(huán)，用于對所述接收光信號的載波信號與所述本振光信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)補償?shù)男盘?；以及?shù)據(jù)恢復單元，用于從所述經(jīng)補償?shù)男盘柣謴蛿?shù)據(jù)，其中，所述光90度混頻器的第一輸入端連接到外部輸入，所述光90度混頻器的第二輸入端連接到所述本振激光器的輸出，所述光90度混頻器的第一輸出端和第二輸出端分別連接到所述第一和第二平衡光電檢測器的輸入端；所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出端分別連接到所述第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端分別連接到所述數(shù)字鎖相環(huán)的第一和第二輸入端，所述數(shù)字鎖相環(huán)的第一和第二輸出端分別連接到所述數(shù)據(jù)恢復單元的第一和第二輸入端。9、一種光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；取輻角器，用于獲得所述數(shù)字信號的相位；相位估計部分，用于獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及解碼器，用于從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，所述光90度混頻器的第一輸入端連接到外部輸入，所述光90度混頻器的第二輸入端連接到所述本振激光器的輸出，所述光90度混頻器的第一輸出端和第二輸出端分別連接到所述第一和第二平衡光電檢測器的輸入端；所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出端分別連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端分別連接到所述相位估計部分的第一和第二輸入端以及所述取輻角器的第一和第二輸入端，所述取輻角器的輸出端連接到所述解碼器的第一輸入端，所述相位估計部分的輸出端連接到所述解碼器的第二輸入端，并且其中，所述相位估計部分包括權(quán)利要求1或2所述的相位估計器，用于根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位估計信號；第四和第五絕對值運算器(1004、1005)，分別用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值；加法器，用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值之和;查找表，用于根據(jù)所述相位估計信號以及所述絕對值之和生成相位差；以及平均器，用于去除所述相位差中的噪聲，其中，所述相位估計器的第一和第二輸入端分別連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端，所述相位估計器的輸出端連接到所述查找表的第一輸入端，所述第四絕對值運算器(1004)的輸入端連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一輸出端，所述第四絕對值運算器(1004)的輸出端連接到所述加法器的第一輸入端，所述第五絕對值運算器(1005)的輸入端連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第二輸出端，所述第五絕對值運算器(1005)的輸出端連接到所述加法器的第二輸入端，所述加法器的輸出端連接到所述查找表的第二輸入端，所述查找表的輸出端連接到所述平均器的輸入端，所述平均器的輸出端連接到所述解碼器的第二輸入端。10、一種光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；取輻角器，用于獲得所述數(shù)字信號的相位；相位估計部分，用于獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及解碼器，用于從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，所述光90度混頻器的第一輸入端連接到外部輸入，所述光90度混頻器的第二輸入端連接到所述本振激光器的輸出，所述光90度混頻器的第一輸出端和第二輸出端分別連接到所述第一和第二平衡光電檢測器的輸入端；所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出端分別連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端分別連接到所述相位估計部分的第一和第二輸入端以及所述取輻角器的第一和第二輸入端，所述取輻角器的輸出端連接到所述解碼器的第一輸入端，所述相位估計部分的輸出端連接到所述解碼器的第二輸入端，并且其中，所述相位估計部分包括權(quán)利要求1或2所述的相位估計器，用于根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位估計信號；第四和第五絕對值運算器(1004、1005)，分別用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值；加法器，用于計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出的絕對值之和；第一平均器，用于去除所述相位估計信號中的噪聲；第二平均器，用于去除所述絕對值之和中的噪聲；以及査找表，用于根據(jù)去除了噪聲的所述相位估計信號以及所述絕對值之和生成相位差；其中，所述相位估計器的第一和第二輸入端分別連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端，所述相位估計器的輸出端連接到所述第一平均器的輸入端，所述第四絕對值運算器(1004)的輸入端連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一輸出端，所述第四絕對值運算器(1004)的輸出端連接到所述加法器的第一輸入端，所述第五絕對值運算器(1005)的輸入端連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第二輸出端，所述第五絕對值運算器(1005)的輸出端連接到所述加法器的第二輸入端，所述加法器的輸出端連接到所述第二平均器的輸入端，所述第一平均器的輸出端連接到所述查找表的第一輸入端，所述第二平均器的輸出端連接到所述査找表的第二輸入端，所述查找表的輸出端連接到所述解碼器的第二輸入端。11、一種光相干接收機，該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光卯度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；取輻角器，用于獲獰所述數(shù)字信號的相位；相位估計部分，用于獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及解碼器，用于從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，所述光卯度混頻器的第一輸入端連接到外部輸入，所述光90度混頻器的第二輸入端連接到所述本振激光器的輸出，所述光90度混頻器的第一輸出端和第二輸出端分別連接到所述第一和第二平衡光電檢測器的輸入端；所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出端分別連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端分別連接到所述相位估計部分的第一和第二輸入端以及所述取輻角器的第一和第二輸入端，所述取輻角器的輸出端連接到所述解碼器的第一輸入端，所述相位估計部分的輸出端連接到所述解碼器的第二輸入端，并且其中，所述相位估計部分包括-權(quán)利要求4所述的相位估計器，用于根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位差；以及平均器，用于去除所述相位差中的噪聲，其中，所述相位估計器的第一和第二輸入端分別連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端，所述相位估計器的輸出端連接到所述平均器的輸入端，所述平均器的輸出端連接到所述解碼器的第二輸入端。12、一種數(shù)字相位估計方法，用于產(chǎn)生相位估計信號，該數(shù)字相位估計方法包括以下步驟通過第一絕對值運算器i+算第一輸入信號的絕對值；通過第二絕對值運算器計算第二輸入信號的絕對值；通過第一取符號運算器獲得所述第一輸入信號的符號；通過第二取符號運算器獲得所述第二輸入信號的符號；通過減法器獲得所述第二輸入信號的絕對值減去所述第一輸入信號的絕對值的差；以及通過第一乘法器(406)將所述第一輸入信號和所述第二輸入信號的絕對值的差與所述第一輸入信號和所述第二輸入信號的符號相乘，并輸出相乘結(jié)果作為所述相位估計信號。13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)字相位估計方法，其中，所述相乘的步驟包括通過第三取符號運算器獲得所述減法器獲得的差的符號；通過第三絕對值運算器獲得所述減法器獲得的差的絕對值；通過異或運算器對所述第一、第二和第三取符號運算器獲得的符號進行異或運算；通過合并器合并通過所述第三絕對值運算器獲得的絕對值和所述異或運算器的異或運算的結(jié)果，以獲得所述相乘結(jié)果。14、根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的數(shù)字相位估計方法，該數(shù)字相位:估計方法在該方法開始時還包括以下步驟對所述第一輸入信號和所述第二輸入信號進行歸一化，該步驟包括通過第一平方運算器獲得所述第一輸入信號的平方；通過第二平方運算器獲得所述第二輸入信號的平方；通過加法器獲得所述第一輸入信號的平方與所述第二輸入信號的平方的總和；通過平方根運算器獲得所述總和的平方根；通過倒數(shù)運算器計算所述平方根的倒數(shù)；通過第二乘法器(506)將所述倒數(shù)與所述第一輸入信號相乘，并將相乘結(jié)果輸出給所述第一取符號運算器和所述第一絕對值運算器；以及通過第三乘法器(507)將所述倒數(shù)與所述第二輸入信號相乘，并將相乘結(jié)果輸出給所述第二取符號運算器和所述第二絕對值運算器。15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)字相位估計方法，其中，所述數(shù)字相位估計方法還包括以下步驟根據(jù)所述第一乘法器(406)的輸出來計算相位差，該步驟包括通過1/VI運算器計算1/^的值；通過第四乘法器(510)將所述第一乘法器(406)的輸出與所述1/VJ運算器的輸出相乘，并輸出相乘的結(jié)果；以及通過反正弦運算器對所述第四乘法器(510)的輸出進行反正弦運算，以獲得相位差。16、一種數(shù)字鎖相方法，該數(shù)字鎖相方法包括權(quán)利要求12到15中的任意一項所述的相位估計方法，用于對輸入信號的載波信號與本振信號之間的相位差進行檢測，并輸出相位估計信號；通過環(huán)路濾波器對所述相位估計信號進行濾波以去除噪聲；通過模積分器根據(jù)由所述環(huán)路濾波器輸出的去除了噪聲的相位估計信號生成星座旋轉(zhuǎn)角度，并輸出該星座旋轉(zhuǎn)角度；以及通過星座旋轉(zhuǎn)器根據(jù)所述星座旋轉(zhuǎn)角度對包括第一輸入信號和第二輸入信號的輸入信號進行旋轉(zhuǎn)，以對該輸入信號的載波信號與本振信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)星座旋轉(zhuǎn)的信號。17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)字鎖相方法，其中，所述模積分器包括加法器、取模器和1符號時延器，并且生成所述星座旋轉(zhuǎn)角度的步驟包括以下步驟-通過取模器對所述加法器的輸出進行對27t的取模運算；以及通過1符號時延器對所述取模器的輸出時延一個符號，并將其輸出給所述加法器。18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的數(shù)字鎖相方法，其中，對所述輸入信號進行旋轉(zhuǎn)的步驟包括通過取正弦器生成所輸入的星座旋轉(zhuǎn)角度的正弦值；通過取余弦器生成所述星座旋轉(zhuǎn)角度的余弦值；通過第一乘法器將所述取正弦器的輸出與所述輸入信號中的第二輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；通過第二乘法器將所述取余弦器的輸出與所述輸入信號中的第二輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；通過第三乘法器將所述取正弦器的輸出與所述輸入信號中的第一輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；通過第四乘法器將所述取余弦器的輸出與所述輸入信號中的第一輸入信號相乘，并輸出相乘的結(jié)果；通過減法器計算所述第二乘法器的輸出減去所述第三乘法器的輸出的差，并輸出該結(jié)果；以及通過加法器計算所述第一乘法器的輸出與所述第四乘法器的輸出之和，并輸出該結(jié)果。19、一種光相干接收方法，該光相干接收方法包括通過本振激光器提供本振光信號；通過光90度混頻器對接收光信號與所述本振光信號進行混合；通過第一和第二平衡光電檢測器將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換為基帶電信號；通過第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；通過權(quán)利要求16到18中的任意一項所述的數(shù)字鎖相方法對所述接收光信號的載波信號與所述本振光信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)補償?shù)男盘?；以及通過數(shù)據(jù)恢復單元從所述經(jīng)補償?shù)男盘柣謴蛿?shù)據(jù)。20、一種光相干接收方法，該光相干接收方法包括-通過本振激光器提供本振光信號；通過光90度混頻器對接收光信號與所述本振光信號進行混合；通過第一和第二平衡光電檢測器將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；通過取輻角器獲得所述數(shù)字信號的相位，通過相位估計部分獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及通過解碼器從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，通過獲得所述相位差的步驟包括通過權(quán)利要求12或13所述的相位估計方法根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位估計信號；通過第四和第五絕對值運算器(1004、1005)計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出的絕對值；通過加法器計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出的絕對值之和；通過查找表根據(jù)所述相位估計信號以及所述絕對值之和生成相位差；以及通過平均器去除所述相位差中的噪聲。21、一種光相干接收方法，該光相干接收方法包括-通過本振激光器提供本振光信號；通過光90度混頻器對接收光信號與所述本振光信號進行混合；通過第一和第二平衡光電檢測器將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；通過取輻角器獲得所述數(shù)字信號的相位；通過相位估計部分獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及通過解碼器從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，通過獲得所述相位差的步驟包括通過權(quán)利要求12或13所述的相位估計方法根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位估計信號；通過第四和第五絕對值運算器(1004、1005)計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出的絕對值；通過加法器計算所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出的絕對值之和；通過第一平均器去除所述相位估計信號中的噪聲；通過第二平均器去除所述絕對值之和中的噪聲；以及通過査找表根據(jù)去除了噪聲的所述相位估計信號以及所述絕對值之和生成相位差。22、一種光相干接收方法，該光相干接收方法包括通過本振激光器提供本振光信號；通過光90度混頻器對接收光信號與所述本振光信號進行混合；通過第一和第二平衡光電檢測器將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換成基帶電信號；通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；通過取輻角器獲得所述數(shù)字信號的相位；通過相位估計部分獲得所述接收光信號的載波信號和所述本振光信號之間的相位差；以及通過解碼器從所述取輻角器的輸出中減去由所述相位估計部分獲得的相位差，以恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其中，所述獲得所述相位差的步驟包括-通過權(quán)利要求15所述的相位估計方法根據(jù)所述數(shù)字信號生成相位差；以及通過平均器去除所述相位差中的噪聲。全文摘要本發(fā)明提供了一種數(shù)字相位估計器、數(shù)字鎖相環(huán)以及光相干接收機。該光相干接收機包括本振激光器，用于提供本振光信號；光90度混頻器，用于對接收光信號與所述本振光信號進行混合；第一和第二平衡光電檢測器，用于將所述光90度混頻器的輸出光信號轉(zhuǎn)換為基帶電信號；第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于分別將所述第一和第二平衡光電檢測器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)字鎖相環(huán)，用于對所述接收光信號的載波信號與所述本振光信號之間的相位差進行補償，并輸出經(jīng)補償?shù)男盘?；以及?shù)據(jù)恢復單元，用于從所述經(jīng)補償?shù)男盘柣謴蛿?shù)據(jù)。文檔編號H03L7/099GK101257349SQ200710078758公開日2008年9月3日申請日期2007年2月26日優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日發(fā)明者延斯·C·拉斯穆森,磊李,陶振寧申請人:富士通株式會社