相干光学接收器，用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置和方法.pdf

因为当在相干光学接收器中出现信道间偏斜时，不能执行充分解调，该相干光学接收器包括本地光源、90°混频器电路、光电转换器、模数转换器和数字信号处理单元。该90°混频器电路通过使得复用信号光与来自本地光源的本地光干涉，来输出被分离为多个信号分量的多个光学信号。该光电转换器检测该光学信号并输出所检测的电信号，该模数转换器将所检测的电信号量化并输出量化信号。该数字信号处理单元包括用于补偿在多个信号分量之间的传播延迟差的偏斜补偿单元，以及用于对该量化信号执行快速傅里叶变换处理的FFT运算单元；并且基于在执行快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算该传播延迟差。

权利要求书
1.   一种相干光学接收器，包括：
本地光源、90°混频器电路、光电转换器、模数转换器和数字信号处理单元；
其中所述90°混频器电路使得复用信号光与来自所述本地光源的本地光干涉，并且输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；
所述光电转换器检测所述光学信号并输出检测的电信号；
所述模数转换器将检测的电信号量化并输出量化信号；
所述数字信号处理单元包括用于补偿在所述多个信号分量之间的传播延迟差的偏斜补偿单元，以及用于对所述量化信号执行快速傅里叶变换处理的FFT运算单元；并且
其中基于在执行所述快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算所述传播延迟差。

2.   根据权利要求1所述的相干光学接收器，其中通过获得基于所述多个峰值分别计算的每一个传播延迟差的加权平均，来计算所述传播延迟差，
其中所述加权平均与所述多个峰值中的每一个峰值的振幅值成比例。

3.   一种用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置，包括：
相干光学接收器、测试光源、模数转换器、FFT运算单元和控制块；
其中所述相干光学接收器包括本地光源、90°混频器电路和光电转换器；
其中所述90°混频器电路使得复用信号光与来自所述本地光源的本地光干涉，并且输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；
所述光电转换器检测所述光学信号并输出检测的电信号；
所述模数转换器将检测的电信号量化并输出量化信号；
所述FFT运算单元对所述量化信号执行快速傅里叶变换处理；并且
所述控制块基于在执行所述快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算在所述多个信号分量之间的传播延迟差。

4.   根据权利要求3所述的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置，
其中所述控制块包括多重峰检测单元和偏斜计算单元；
所述多重峰检测单元检测振幅值等于或大于预定值的峰值作为所述多个峰值，并且关于所述多个信号分量中的每一个计算在所述峰值中的每一个峰值处的峰频率和峰相位；并且
所述偏斜计算单元通过获得由所述峰频率和所述峰相位分别计算的每一个传播延迟差的加权平均，来计算所述传播延迟差，
其中所述加权平均与所述多个峰值中的每一个峰值的振幅值成比例。

5.   根据权利要求4所述的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置，
其中所述偏斜计算单元根据在所述峰值中的一个峰值及在执行所述快速傅里叶变换处理的结果中的所述一个峰值的镜像分量处的峰频率和峰相位，来计算所述传播延迟差。

6.   根据权利要求3、4和5中的任何一项所述的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置，
其中所述测试光源是相位调制光源，所述相位调制光源发射通过相位调制来调制的调制光。

7.   一种光学发射器/接收器，包括：
相干光学接收器和光学发射器，所述光学发射器包括发射通过相位调制来调制的调制光的相位调制光源；
其中所述相干光学接收器包括本地光源、90°混频器电路、光电转换器、模数转换器和数字信号处理单元；
其中所述90°混频器电路使得复用信号光与来自所述本地光源的本地光干涉，并且输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；
所述光电转换器检测所述光学信号并输出检测的电信号；
所述模数转换器将检测的电信号量化并输出量化信号；
所述数字信号处理单元包括用于补偿在所述多个信号分量之间的传播延迟差的偏斜补偿单元，以及用于对所述量化信号执行快速傅里叶变换处理的FFT运算单元；并且
其中在所述调制光被从所述相位调制光源输入到所述90°混频器电路并且被使得与所述本地光干涉的情况下，基于在执行所述快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算所述传播延迟差。

8.   一种用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的方法，包括以下步骤：
通过使得来自测试光源的测试光与来自本地光源的本地光干涉来输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；
检测所述光学信号并输出检测的电信号；
将检测的电信号量化并输出量化信号；
对所述量化信号执行快速傅里叶变换处理；并且
基于在执行所述快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算在多个信号分量之间的传播延迟差。

9.   根据权利要求8所述的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的方法，其中，
在计算所述传播延迟差的步骤中，检测振幅值等于或大于预定值的峰值作为所述多个峰值，
关于所述多个信号分量中的每一个计算在所述峰值的每一个峰值处的峰频率和峰相位；并且
通过获得由所述峰频率和所述峰相位分别计算的每一个传播延迟差的加权平均，来计算所述传播延迟差，其中所述加权平均与所述多个峰值中的每一个峰值的振幅值成比例。

10.   根据权利要求9所述的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的方法，其中，
在计算所述传播延迟差的步骤中，根据在所述峰值中的一个峰值及在执行所述快速傅里叶变换处理的结果中的所述一个峰值的镜像分量处的峰频率和峰相位，来计算所述传播延迟差。

说明书相干光学接收器，用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置和方法
技术领域
本发明涉及相干光学接收器，用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置和方法，尤其涉及借助相干检测和数字信号处理来接收光学偏振复用信号的相干光学接收器，以及用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置和方法。
背景技术
网络中的数据容量已经由于互联网的广泛使用而逐年增加。在连接都市区域的干线线路中，已经引入了其每信道传输容量为10Gb/s或40Gb/s的光学传输链路。在10Gb/s传输中采用开关键控（On‑Off‑Keying：OOK）作为调制方案。虽然OOK方案也在40Gb/s传输系统中使用，但是因为传输特性由于25ps的窄光学脉冲宽度而受到色散的大幅影响，所以其并不适用于长途传输。因此，已经采用了使用相位调制的多级调制方案以及偏振复用方案，并且双偏振四相相移键控（Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying：DP‑QPSK）方案主要被用于100Gb/s级别的传输系统。
通过在发射器中使用DP‑QPSK方案调制的光信号被相干光学接收器接收并解调（例如，参考非专利文献1）。相关的相干光学接收器的配置示例在图18中示出。相关的相干光学接收器700包括本地光源710、90°混频器电路（hybrid circuit）（90°混频器（HYBRID））720、光电转换器（O/E）730、模数转换器（ADC）740以及数字信号处理单元（DSP）750。
信号光和本地光可以分别被以下公式表达为单个偏振信号。
S(t)＝exp[jωt]  (1)
L(t)＝exp[j(ω+Δω)t]  (2)
其中Δω表示信号光和本地光之间的频率偏移。信号光和本地光被输入到90°混频器电路（90°混频器）720，并且在通过光学干涉系统之后，它们被由光电二极管的差分配置集合所构成的光电转换器（O/E）730转换为电信号。此时，分别从端口IX和端口QX获得由以下公式（3）和（4）所表达的输出。
IX(t)＝cos[Δωt]  (3)
QX(t)＝sin[Δωt]  (4)
在偏振复用信号的情况下，S(t)被表达为S(t)=EX+EY，并且混合信号EX+EY的余弦分量在Ix和Iy端口输出并且混合信号Ex+Ey的正弦分量在QX和QY端口输出。
在被模数转换器（ADC）740AD转换之后，从相应端口所输出的信号被输入到数字信号处理单元（DSP）750。在数字信号处理单元（DSP）750中，EX和EY信号被偏振解复用处理分离，并且随后由相位估计处理以4级解调。
以这种方式，能够使用相干光学接收器将DP‑QPSK信号解调。
非专利文献1：M.G.Taylor,"Coherent Detection Method Using DSP for Demodulation of Signal and Subsequent Equalization of Propagation Impairments",IEEE Photonics Technology Letters,vol.16,No.2,2004年2月,pp674‑676。
发明内容
本发明所要解决的问题
在相干光学接收器700中，以上所描述的公式（3）和（4）中所表达的信号仅在从90°混频器电路720的输出到模数转换器740的输入的四条信号线路的长度全部都相等的情况下才成立。然而，难以使得该四个信道之间的长度，也就是说，从90°混频器电路720的输出到光电转换器730的输入的光纤线缆的长度以及从光电转换器730的输出到模数转换器740的输入的同轴的长度精确相等。
如果该四个信道之间的线路长度不相等，则会在信号传输中出现延迟，也就是偏斜（skew）。将参考图19描述偏斜的影响。图19是示出相关的90°混频器电路720及其外设的配置的框图。在该图中，分别地，“PBS”表示偏振光束分离器，“CPL”为光学耦合器，“τ”为90°相位差单元，而“BR”则表示作为光电转换器（O/E）630的平衡光电检测器。
如果在信道2（CH2）中相对信道1（CH1）存在偏斜T，则以上所描述的公式（4）变为以下公式（5）。
QX(t)＝sin[Δω(t+T)]  (5)
在不存在以上所描述的偏斜T的情况下，能够由数字信号处理使用以上所描述的公式（3）和（4）执行偏振分解和相位估计，并且能够完美实现解调。然而，如果存在信道间偏斜，则由公式（4）所表达的来自端口QX的输出信号就变为公式（5）所表达的输出信号，并且即使执行数字信号处理，解调也变得不完美，并且因此无法实现充分的性能。如以上所提到的，在相干光学接收器中，所存在的问题在于如果出现信道间偏斜，则充分解调变得不可能，并且因此接收性能下降。
本发明的目标是提供一种相干光学接收器，以及用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置和方法，其解决了相干光学接收器中以上所提到的如果出现信道间偏斜则充分解调变得不可能并且因此接收性能下降的问题。
用于解决问题的手段
根据本发明示例性方面的相干光学接收器包括本地光源、90°混频器电路、光电转换器、模数转换器和数字信号处理单元；其中该90°混频器电路使得复用信号光与来自本地光源的本地光干涉，并且输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；该光电转换器检测该光学信号并输出检测的电信号；该模数转换器将检测的电信号量化并输出量化信号；该数字信号处理单元包括用于补偿多个信号分量之间的传播延迟差的偏斜补偿单元，以及用于对该量化信号执行快速傅里叶变换处理的FFT运算单元；并且其中基于在执行快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算该传播延迟差。
根据本发明示例性方面的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置包括相干光学接收器、测试光源、模数转换器、FFT运算单元和控制块；其中该相干光学接收器包括本地光源、90°混频器电路和光电转换器；其中该90°混频器电路使得复用信号光与来自本地光源的本地光干涉，并且输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；该光电转换器检测该光学信号并输出检测的电信号；该模数转换器将检测的电信号量化并输出量化信号；该FFT运算单元对该量化信号执行快速傅里叶变换处理；并且该控制块基于在执行快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算多个信号分量之间的传播延迟差。
根据本发明示例性方面的光学发射器/接收器包括相干光学接收器和光学发射器，该光学发射器包括发射通过相位调制来调制的调制光的相位调制光源；其中该相干光学接收器包括本地光源、90°混频器电路、光电转换器、模数转换器和数字信号处理单元；其中该90°混频器电路使得复用信号光与来自本地光源的本地光干涉，并且输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；该光电转换器检测该光学信号并输出检测的电信号；该模数转换器将检测的电信号量化并输出量化信号；该数字信号处理单元包括用于补偿多个信号分量之间的传播延迟差的偏斜补偿单元，以及用于对该量化信号执行快速傅里叶变换处理的FFT运算单元；并且其中在调制光被从相位调制光源输入到90°混频器电路并且被使得与本地光干涉的情况下，基于在执行快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算该传播延迟差。
根据本发明示例性方面的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的方法包括步骤：通过使得来自测试光源的测试光与来自本地光源的本地光干涉而输出被分离为多个信号分量的多个光学信号；检测该光学信号并输出检测的电信号；将检测的电信号量化并输出量化信号；对该量化信号执行快速傅里叶变换处理；并且基于在执行快速傅里叶变换处理的结果中的以一个峰值为中心的多个峰值来计算多个信号分量之间的传播延迟差。
本发明的效果
根据本发明的相干光学接收器，即使信道之间出现偏斜，也变得可能实现充分解调并且因此抑制接收性能的下降。
附图说明
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的相干光学接收器的配置的框图。
图2是示出根据本发明第一示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置的配置的框图。
图3是图示根据本发明第一示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的方法的流程图。
图4是图示根据本发明第一示例性实施例的相对于由在相干光学接收器中的FFT运算单元所得出的点数量绘制FFT数据的情形的图形图示。
图5是根据本发明第一示例性实施例的绘制相干光学接收器的Qx端口和Iy端口处的相位差和角频率之间的关系的图形图示。
图6是图示根据本发明第一示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的另一方法的流程图。
图7是根据本发明第一示例性实施例的绘制相干光学接收器的Qx端口和Iy端口的相位差和角频率之间的另一组关系的图形图示。
图8是示出根据本发明第二示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置的配置的框图。
图9是图示根据本发明第二示例性实施例的相对于由在相干光学接收器中的FFT运算单元所得出的点数量绘制FFT数据的情形的图形图示。
图10是示出根据本发明第三示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置的配置的框图。
图11是图示根据本发明第三示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的方法的流程图。
图12是示出根据本发明第四示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置的配置的框图。
图13是根据本发明第四示例性实施例的解释用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置的操作的FFT信号频谱的图形图示。
图14是示出通过应用根据本发明第四示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置所产生的仿真结果的示图。
图15是示出根据本发明第五示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置的配置的框图。
图16是根据本发明第五示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置中的相位调制光源的输出波形图。
图17是示出根据本发明第六示例性实施例的光学收发器的配置的框图。
图18是示出相关的相干光学接收器的配置的框图。
图19是示出相关的90°混频器电路及其外设的配置的框图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例。
[第一示例性实施例]
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的相干光学接收器100的配置的框图。相干光学接收器100具有本地光源110、90°混频器电路（90°混频器）120、光电转换器（O/E）130、模数转换器（ADC）140和数字信号处理单元（DSP）150。
90°混频器电路（90°混频器）120使得复用信号光（信号）与来自本地光源110的本地光干涉，并且输出被分离为相应信号分量的多个光学信号。在该示例性实施例中，将描述使用DP‑QPSK调制方案的情形。相应地，90°混频器电路（90°混频器）120输出四波光信号，其分别包括由两个偏振（X偏振和Y偏振）中的每一个的同相分量（IX,IY）和正交相位分量（Qx,QY）所组成的四信道信号分量。
光电转换器（O/E）130检测由90°混频器电路120输出的相应光信号，并且输出所检测的电信号。模数转换器（ADC）140将所检测的电信号量化并且输出量化信号。
数字信号处理单元（DSP）150被提供有偏斜补偿单元151和解调单元152，该偏斜补偿单元151补偿多个信号分量之间的传播延迟差（这里也被称作“偏斜（skew）”）。偏斜补偿单元151例如可以通过使用FIR（Finite Impulse Response：有限脉冲响应）滤波器来配置；并且在这样的情况下，其保持有基于偏斜值所确定的滤波器系数。解调单元152通过偏振分解处理而将量化信号分离为X偏振信号和Y偏振信号，并且随后通过相位估计处理将四信道信号分量中的每一个解调。
接下来，将参考图2描述用于检测相干光学接收器100中的信道间偏斜的方法。在下文中，将描述相干光学接收器100中的数字信号处理单元（DSP）150被提供有缓冲器单元（BUF）153和FFT运算单元（FFT）154的情形。这里，FFT运算单元154对由模数转换器140输出的量化信号执行快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform：此后称作“FFT”）处理。在图2中，省略对偏斜补偿单元151和解调单元152的说明。
在下文中，首先将描述90°混频器电路中的I端口和Q端口之间存在90°误差的情形。也就是说，虽然在90°混频器电路中的I端口和Q端口之间存在对应于90°信号周期的延迟，但是由于90°混频器电路的制造过程中的可变性，相位差并不必然确切对应于90°。考虑由于90°相位差的延迟Δτ，以上所描述的公式（5）变为以下公式（6）。
QX(t)＝sin[Δω(t+T)+Δτ]  (6)
当存在该90°误差时，由公式（4）表达的来自端口QX的输出信号变为由公式（6）表达的输出信号，并且同样在这种情况下，即使执行数字信号处理，解调也变得不充分，并且因此无法实现充分的性能。
如图2所示，测试光源170和控制块180连接至相干光学接收器100，并且因此配置用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置1000。控制块180包括控制单元181、存储器单元182和运算处理单元183。运算处理单元183被提供有峰检测单元184和偏斜计算单元185，并且从FFT处理结果计算偏斜值。这里，峰检测单元184和偏斜计算单元185能够由具体的信号处理电路配置，并且也可以由中央处理器（CPU）和用于使得CPU能够执行处理的程序来配置。
测试光源（TEST）170连接至90°混频器电路（90°混频器）120的信号端口121，并且本地光源110连接至本地端口122。从作为90°混频器电路（90°混频器）120的输出端口的IX、QX、IY和QY端口所输出的光分量被分别输入到光电转换器（O/E）130中。
在检测相干光学接收器100中的信道间偏斜时，首先，作为具有频率fS的测试光的连续波（CW）（其波长等于λS）从测试光源170输入到信号端口121中。这里，可以使用波长可调谐的光源用于测试光源170。另一方面，作为频率f0的本地光的CW光（其波长等于λ0）从本地光源110输入到本地端口122中。频率fS的测试光和频率f0的本地光在90°混频器电路120中干涉，并且输出频率fIF=|fS‑f0|的差拍信号（beat signal）。这里，从IX、QX、IY和QY端口所输出的差拍信号分别由以下公式（7）至（10）所表示。
IX＝cos(2πfIFt+φIX)  (7)
QX＝sin(2πfIFt+φQX)  (8)
IY＝cos(2πfIFt+φIY)  (9)
QY＝sin(2πfIFt+φQY)  (10)
这些差拍信号分别被光电转换器（O/E）130转换为电信号，被模数转换器（ADC）140量化，并且随后被输入到数字信号处理单元（DSP）150。在数字信号处理单元（DSP）150中，该信号被缓冲器单元153关于每个预定处理单元（例如，4096比特）被划分为块，并且在FFT运算单元（FFT）154中经受FFT处理。结果，获得每个矩阵I^x(N)、Q^x(N)、I^y(N)和Q^y(N)作为FFT操作单元154的每个输出。这里，“N”表示FFT的点数量并且例如等于从0到4095的值。
接下来，将参考图3中的流程图描述该示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的方法。首先，将测试光源170的频率设置为频率fS1（其波长等于λS1）（步骤S1）。因此，从90°混频器电路（90°混频器）120的每个输出端口输出频率fIF=|fS1‑f0|的差拍信号。
接下来，开始数据捕捉处理（步骤S2）。此时，控制块180中的控制单元181向数字信号处理单元（DSP）150发射数据捕捉信号（步骤S3）。FFT运算单元154接收由该信号所触发的数据捕捉信号，其此时对缓冲器单元（BUF）153中所存储的数据执行FFT处理（步骤S4），并且将FFT数据I^x(N)、Q^x(N)、I^y(N)和Q^y(N)返回至控制单元181。控制单元181将所获取的FFT数据存储在存储器单元182中（步骤S5）。
通过来自控制单元181的指令，运算处理单元183中的峰检测单元184从FFT数据I^x(N)的4096个点中提取具有最大大小的数据I^x(Nmax)。通过计算得出在该点处的频率（峰频率）fmax和相位（峰相位）φmax（步骤S6）。在图4中，示出了相对点数量N绘制I^x(N)的图形图示。这里，由于FFT数据I^x(N)由复数构成，所以该图的垂直轴表示I^x(N)的大小|I^x(N)|，而水平轴则表示FFT数据中的点数量。如图4所示，如果|I^x(N)|在点数量Nmax具有峰值，则峰检测单元184检测到I^x(Nmax)。这里，fT表示模数转换器（ADC）140中的采样频率，FFT处理的频率间隔等于fT/4096。因此，I^x(N)的峰处的峰频率fmax等于NmaxfT/4096。并且因此，通过使用在峰频率fmax处的FFT数据I^x(N)来计算峰相位信息φmax＝∠(I^x(Nmax))。
以这种方式，峰检测单元184得出在FFT数据I^x(N)的大小的峰处的峰频率fmax和峰相位φmax，并且控制单元181将它们作为频率fIX(1,1)和相位φIX(1,1)存储在存储器单元182中（步骤S7）。此时，可以消除FFT数据I^x(N)的其它数据。
为了减少测量误差的影响，从步骤3至步骤7的处理被重复n次，并且频率fIX(1,n)和相位φIX(1,n)被分别存储在存储器单元182中（反馈循环FB1）。当完成第n次循环时，设置结束标志（步骤8）。
接下来，在将测试光源170的频率改变为频率fS2之后（步骤S9），再次重复从步骤2至步骤7的处理，并且随后将频率fIX(2,n)和相位φIX(2,n)存储在存储器单元182中（步骤S7）。当检测到结束标志时（步骤S8），测试光源170的频率被进一步扫描（步骤S9），并且随后再次重复从步骤2至步骤7的处理（反馈循环FB2）。通过将反馈循环FB2重复m次，频率fIX(m,n)和相位φIX(m,n)被分别存储在存储器单元182中。通过对Q^x(N)、I^y(N)和Q^y(N)执行类似处理，频率fQX(m,n)、fIY(m,n)和fQY(m,n)以及相位φQX(m,n)、φIY(m,n)和φQY(m,n)被分别存储在存储器单元182中。
当完成以上所提到的处理时，通过来自控制单元181的指令，运算处理单元183中的偏斜计算单元185计算偏斜（步骤S10）。例如，使用IX端口作为基准，IX端口中的偏斜变为零，并且端口QX、IY和QY中的每一个的偏斜由相对IX端口的相位超前或相位滞后所表示。特别地，首先，分别通过计算以下量来对于测量循环数n和测量频率m获得相应端口中的相位差。
φIX(m，n)＝0
φQX(m，n)‑φIX(m，n)
φIY(m，n)‑φIX(m，n)
φQY(m，n)‑φIX(m，n)
图5示出了使用IX端口作为基准，绘制QX端口和IY端口中的每个相位差φQX‑IX和φIY‑IX以及角频率2πfmax之间的关系的图形图示。通过使用该示图，分别对于QX端口和IY端口得出由线性函数所表示的如下近似公式：
φQX‑IX＝T1(2πf)+φ1
φIY‑IX＝T2(2πf)+φ2
类似地对于QY端口得出如下近似公式：
φQY‑IX＝T3(2πf)+φ3
这里获得的每个梯度T1、T2和T3表示针对IX端口的偏斜。这里，通过在FFT处理的点数量N和fIF之间的关系而获得了偏斜检测的准确度。例如，由于在fIF等于1Ghz的情况下周期等于1ns（=1000ps），所以偏斜检测的准确度在N等于4096时变为等于0.24ps（=1000/4096）。也就是说，发现检测准确度随fIF减小而下降。
另一方面，QY端口相对IY端口的相位差表示如下：
φQY(m，n)‑φＩＹ(m，n)
这里，如同以上所提到的情形，与角频率2πfmax的关系由以下线性函数所近似表示。
φQY‑IY＝T4(2πf)+φ4
由于每个相位差φQX‑IX和φQY‑IY在没有频率偏移的情况下等于π/2，所以φ1和φ4的每一个均应当变为π/2。因此，IX端口和QX端口之间的90°误差以及IY端口和QY端口之间的90°误差分别变为φ1‑π/2和φ4‑π/2。因此，通过从图5所示的线性函数的y截距得出φ1和φ4，获得了IY端口和QY端口之间的90°误差。
如以上所提到的，根据该示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置和方法，变得可能计算输出端口之间的偏斜以及I端口和Q端口之间的90°误差。也就是说，变得能够将测试光输入到90°混频器电路的信号端口中，借助模数转换器观察测试光和本地光之间的差拍信号，并且通过使用由执行FFT运算获得的相位信息来计算偏斜和90°误差。另外，根据该示例性实施例的相干光学接收器100，通过在数字信号处理单元150中的偏斜补偿单元151中补偿以上所获得的偏斜值，即使在信道之间出现偏斜，也可能充分地解调，并且抑制接收性能的下降。
在以上所提到的示例性实施例中，在如图3中的反馈循环FB2所示扫描测试光源的频率的情况下，通过在每个频率处获取信道之间的峰相位差来计算I端口和Q端口之间的90°误差。然而，如果90°误差可以被忽略，则可能更为简单地检测信道间偏斜。
图6示出了对于这种情形检测信道间偏斜的方法的流程图。首先，将测试光源170的频率设置为频率fS1（其波长等于λS1）（步骤S1）。因此，从90°混频器电路（90°混频器）120的每个输出端口输出频率fIF=|fS1‑f0|的差拍信号。
接下来，开始数据捕捉处理（步骤S2）。此时，控制块180中的控制单元181向数字信号处理单元（DSP）150发射数据捕捉信号（步骤S3）。FFT运算单元154接收由该信号触发的数据捕捉信号，其此时对在缓冲器单元（BUF）153中所存储的数据执行FFT处理（步骤S4），并且将FFT数据I^x(N)、Q^x(N)、I^y(N)和Q^y(N)返回至控制单元181。控制单元181将所获取的FFT数据存储在存储器单元182中（步骤S5）。
通过来自控制单元181的指令，运算处理单元183中的峰检测单元184从FFT数据I^x(N)的4096个点中提取具有最大大小的数据I^x(Nmax)。通过计算得出该点处的频率（峰频率）fmax和相位（峰相位）φmax（步骤S6）。控制单元181将该峰频率和该峰相位作为频率fIX(1)和相位φIX(1)存储在存储器单元182中（步骤S7）。
为了减少测量误差的影响，从步骤3至步骤7的处理被重复n次，并且频率fIX(n)和相位φIX(n)被分别存储在存储器单元182中（反馈循环FB1）。当完成第n次循环时，设置结束标志（步骤8）。
当检测到结束标志时，运算处理单元183中的偏斜计算单元185通过来自控制单元181的指令而计算偏斜（步骤S9）。例如，使用IX端口作为基准，对于测量数n分别获得端口QX、IY和QY的如下相位差。
φIX(n)＝0
φQX(n)‑φIX(n)
φIY(n)‑φIX(n)
φQY(n)‑φIX(n)
图7示出了示出了使用IX端口作为基准，绘制QX端口和IY端口中的每个相位差φQX‑IX和φIY‑IX以及角频率2πfmax之间的关系的图形图示。这里，如果I端口和Q端口之间的90°误差能够被忽略，则分别对于QX端口和IY端口得出由线性函数所表示的如下近似公式：
φQX‑IX＝a1(2πf)+π/2
φIY‑IX＝a2(2πf)
类似地对于QY端口得出如下近似公式：
φQY‑IX＝a3(2πf)
这里获得的每个梯度a1、a2和a3表示针对IX端口的偏斜。
以这种方式，如果90°误差能够被忽略，则能够更为简单地检测信道间偏斜。
[第二示例性实施例]
接下来，将描述本发明的第二示例性实施例。图8是示出根据本发明第二示例性实施例的用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置2000的配置的框图。用于检测相干光学接收器中的信道间偏斜的装置2000具有相干光学接收器200、测试光源270以及连接至相干光学接收器200的控制块280。
相干光学接收器200包括本地光源210、90°混频器电路（90°混频器）220、光电转换器（O/E）230、模数转换器（ADC）240和数字信号处理单元（DSP）250。控制块280包括控制单元281、存储器282和运算处理单元283，其中该运算处理单元283被提供有峰检测单元284和偏斜计算单元285。
在该示例性实施例的相干光学接收器200中，数字信号处理单元（DSP）250的配置与根据第一示例性实施例的数字信号处理单元（DSP）150不同。数字信号处理单元（DSP）250被提供有复信号生成器252、缓冲器单元（BUF）253和FFT运算单元（FFT）254。
测试光源（TEST）270连接至90°混频器电路（90°混频器）220的信号端口221，并且本地光源210连接至本地端口222。从作为90°混频器电路（90°混频器）220的输出端口的IX、QX、IY和QY端口所输出的光分量被分别输入到光电转换器（O/E）230中。在检测相干光学接收器200中的信道间偏斜时，首先，将作为具有频率fS的测试光的连续波（CW）（其波长等于λS）从测试光源270输入到信号端口221中。这里，对于测试光源270，可以使用波长可调谐的光源。另一方面，将作为频率f0的本地光的CW光（其波长等于λ0）从本地光源210输入到本地端口222中。频率fS的测试光和频率f0的本地光在90°混频器电路220中干涉，并且输出频率fIF=|fS‑f0|的差拍信号。这里，如第一示例性实施例中那样，从IX、QX、IY和QY端口所输出的差拍信号分别由以上所提到的公式（7）至（10）所表示。
这些差拍信号分别被光电转换器（O/E）230转换为电信号，被模数转换器（ADC）240量化，并且随后被输入到数字信号处理单元（DSP）250。在数字信号处理单元（DSP）250中，来自I端口和Q端口的信号被同步，并且随后被处理为复信号。也就是说，复信号生成器252接收Ix和Qx并且输出复信号Ex=Ix+jQx。类似地，其接收Iy和Qy并且输出复信号Ey=Iy+jQy。
这些复信号Ex和Ey被缓冲器单元253关于每个预定处理单元（例如，4096比特）划分为块并且在FFT运算单元（FFT）254中经受FFT处理。结果，获得每个矩阵E^x(N)和E^y(N)作为FFT操作单元154的每个输出。这里，“N”表示FFT的点数量并且例如等于从0到4095的值。
在这种情况下，E^x(N)由以下公式所表示。