光传输系统、接收器和装置以及接收光信号的方法与流程

光传输系统、接收器和装置以及接收光信号的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年8月7日提交的美国临时专利申请序列号62/883,846的权益和优先权，其全部内容通过引用而并入本文。
3.发明的背景
技术领域
4.本发明总体上涉及具有改善的性能的通信系统和接收器。更具体地，本发明的系统和接收器使得能够利用从光信号生成的单边带电信号来从经标准(即，双边带(double/dual-sideband))调制的光信号中接收信息，和/或为单边带或双边带光信号提供可调节/可调谐的电色散和其它失真补偿。


背景技术：

5.在联网通信系统上进行携带信息的信号的高效生成、传输以及接收支持着现代社会。扩展这些通信系统的可及范围和信息携带容量的能力与系统的成本直接相关。该可及范围和容量的持续扩展使得能够在网络上递送附加的服务，这进而驱动附加的扩展。为了增加这些系统中的信息传输速率，必需克服宽泛种类的传输减损(transmission impairment)，诸如系统中的信息信道内和之间的干扰。
6.随着传输速率的增加和系统中的信息信道数量的增加，传输减损变得更加显著。例如，在光学系统中，标准单模光纤(ssmf)的材料和设计使得不同波长的光以不同的群速度传播通过光纤，这被称为色散。图1示出了在光通信系统中最常用的光纤(即，标准单模光纤(ssmf))中色散如何随光波长改变，该标准单模光纤通常具有1310nm波长附近的零色散区以及在1550nm波长附近的c波段中的约17ps/(nm km)的色散值。这种色散因不同的光成分在不同的时间到达接收器而导致所发送脉冲的展宽，并因此导致符号间干扰(isi)。更高的符号速率具有更宽的频谱，从而导致信号中的频谱成分之间的更高的速度差。另外，由于各个符号皆被分配了更短的时隙，因此，在脉冲展宽量变得递减接收信号质量之前，可以容忍的脉冲展宽量随着更高的符号速率而降低。
7.图2a示出了脉冲展宽效应和isi。图2b示出了在10km、20km、30km、40km、50km和100km的ssmf的情况下强度调制/直接检测(im/dd)链路的频率响应的标绘图，假设d＝18ps/(nm km)并且λ＝1550nm，如neto等人在“simple estimation of fiber dispersion and laser chirp parameters using the downhill simplex fitting algorithm”j.lightwave technol.31,334-342(2013)中所计算的。
8.色散只是为了提供鲁棒的通信系统而必须解决的多种传输减损之一。虽然通信系统中使用的发送器、接收器以及其它装置可以被设计成至少部分地补偿减损，但是在许多应用中，这种系统的成本是不经济的。
9.因此，持续需要具有较低成本和较高性能的通信系统，以使得具有较大信息传输容量的系统能够全网络部署。在高成本、高性能系统的部署在经济上不可行的城域网和接
入网络中，这种需求尤其迫切。


技术实现要素：

10.本发明通过提供这样的通信系统、装置以及方法来解决上面提到的需求，即，所述通信系统、装置以及方法通过使用补偿电域中的光传输减损的接收器来实现较低成本、较高性能的系统。
11.在各种实施方式中，可以在光通信系统中采用一个或更多个光接收器，其中，双边带光信号由一个或更多个光发送器发送。光接收器可以采用光外差检测来生成电射频双边带信号。可以在接收器中提供一个或更多个边带滤波器，以基本上减少一个边带的存在，从而产生残留边带信号(vsb)，或者本质上消除一个边带的存在，以生成单边带信号(ssb)。虽然基本消除所述边带中的一个边带去除了携带信息的信号的一部分，但是本发明人已经发现基本上消除一个边带可以减少光传输减损对接收器和系统性能的负面影响。
12.各种光学系统和光接收器实施方式可以包括：
13.·
一个或更多个本机振荡器，各个本机振荡器以本机振荡器频率提供光；
14.·
至少一个耦合装置，该耦合装置将具有带有上边带和下边带的中心频率的携带信息的光信号与来自本机振荡器的光耦合，以提供组合光信号；
15.·
具有预定义频率带宽的一个或更多个光电转换器(例如，光电二极管)，该光电转换器接收组合光信号并且输出具有上边带和下边带的携带信息的rf电信号；以及
16.·
至少一个rf边带滤波器，该rf边带滤波器基本上对上rf边带和下rf边带之一进行滤波，从而生成携带可以被进一步处理的信息的残留边带信号和单边带rf信号之一。
17.在各种实施方式中，可以在光通信系统中采用一个或更多个光接收器，其中，单边带或双边带光信号由一个或更多个光发送器发送。光接收器可以采用光外差检测，并且控制光信号的中心波长与本机振荡器光频率之间的频率差，以生成特定频带下的对应电射频信号，其中已经有目的地将群延迟(group delay)变化引入接收器的传递函数中，目的是补偿光传输减损。虽然将信号失真引入外差信号中与下变频的一般意图相悖，但是发明人已经发现，如果根据本发明的方法和利用本发明的装置来执行，则信号失真可以改善光接收器和系统的性能。
18.各种光学系统和光接收器实施方式可以包括：
19.·
一个或更多个本机振荡器，各个本机振荡器以本机振荡器频率提供光；
20.·
至少一个组合器，该组合器将具有中心频率的携带信息的光信号与来自本机振荡器的具有本机振荡器中心频率的光组合，从而提供组合光信号；以及
21.·
具有预定义频率带宽的一个或更多个光电转换器(例如，光电二极管)，该光电转换器接收组合光信号并且输出携带信息的rf电信号；
22.·
其中，本机振荡器频率是由本机振荡器控制器来调节的，以生成本机振荡器频率与光信号中心波长之间的频率差，并且控制由下变频生成的rf信号的频率，这进而影响接收器中的rf组件(诸如通带滤波器、互阻抗放大器以及群延迟滤波器)的性能。例如，可以将频率控制成在转换后的rf信号中引入群延迟，从而通过使用群延迟滤波器或其它方式来补偿光纤链路中的色散。
23.各种系统和接收器实施方式可以包括vsb/ssb滤波和电信号失真补偿中的一者或
两者。光接收器可以包括存在于各种光外差接收器中的其它组件，诸如可以被用于相干和准相干光传输系统中的组件。
24.另外，虽然本发明的各个方面提供了低成本、高性能的系统，但是可以将本发明的教导用于其它系统，以提高这种系统的性能。例如，可以将本发明用于包括各种光学色散补偿装置(诸如色散补偿光纤(dcf)、布拉格(bragg)光栅等)的光学系统。
25.因此，本公开解决了对具有改善的成本和性能的系统和接收器的持续需求。
附图说明
26.附图被包括进来是为了示例性地例示本发明的各个方面以帮助阐释和理解，而非为了限制本发明，其中：
27.图1是示出标准单模光纤中的作为波长的函数的色散的示例性标绘图。
28.图2a描绘了色散对光信号形状的影响。
29.图2b示出了在10km、20km、30km、40km、50km和100km的ssmf的情况下强度调制/直接检测(im/dd)链路的频率响应的标绘图，假设d＝18ps/(nm km)并且λ＝1550nm。
30.图3至图5示出了示例性光学系统实施方式。
31.图6至图12示出了示例性光接收器实施方式。
32.图13a和图13b分别示出了示例性的全通滤波器和频率响应。
33.图14a和图14b示出了示例性接收器眼图。
34.图15示出了示例性光接收器的示例性群延迟与频率测量结果的关系。
35.图16a至图16c分别示出了针对27.5ghz、30ghz以及32.5ghz的差频的示例性误码率与接收器输入功率的关系。
36.在附图和详细的描述中，相同或相似的标号可以标识相同或相似的要素。应意识到，除非明确声明或者原本就不可行，否则参照特定图中的实施方式所描述的实现、特征等均可以参照其它图中的其它实施方式来实现。
具体实施方式
37.本发明的光学系统10可以按单向或双向系统中的各种已知配置使用，这些配置可以是点或多点到点或多点配置，其中节点是以线性、环形、网状以及其它网络拓扑进行部署的。通常，可以使用自由空间和/或光纤来部署系统10，但是可以意识到，许多应用都可以涉及基于光纤的系统。
38.此外，光学系统10通常可以支持一个或更多个波长信道，这些波长信道可以被布置在光谱中的各个范围上的信道网格中。例如，单信道系统可以利用以1310nm和/或1550nm为中心的波长信道来工作。而密集波分复用(dwdm)系统例如可以将标称范围从1490nm至1625nm(s波段、c波段、l波段)的光谱分成具有固定或可变带宽(诸如50ghz、100ghz等)的数十个波长信道，这取决于系统10的设计和应用。例如，可以利用基于itu网格的波长信道来定义该系统，https://www.itu.int/itu-t/recommendations/rec.aspx？rec＝11482。可以以落入波长信道之一内的波长通过系统10来传输光信号。虽然信道网格可以与共享信道边缘的相邻信道连续，但是系统10可以在信道边缘附近提供防护频带。防护频带是与信道边缘相邻的、不应传输光信号的波长范围，其用于通过维持最小间隔来减少相邻信道中的信
号之间的干扰量。
39.图3和图4描绘了采用节点之间的点到多点链路(1)以及点到点链路(2)的光学系统10的示例性实施方式。链路可以是独立的光通信链路，或者可以是如先前段落所述的更大网络的一部分，其中节点11可以包括采用各种物理和管理网络架构(诸如图5中的)的光线路终端或再生器、光网络单元、光学开关、分插(add/drop)复用器(oadm)、光学放大器(oa)等。
40.在图3中，示例性光学系统10实施方式可以包括光线路终端或再生器(olt)12。olt 12可以经由一个或更多个光纤14与一个或更多个光网络单元(onu)16进行单向或双向光通信。可以将olt 12和onu 16连接至一个或更多个输入/输出线路18，根据网络实现，该输入/输出线路可以是光学和/或电气的。
41.图4示出了包括两个olt 12之间的点到点链路的示例性光学系统10实施方式。根据网络配置，图3至图5实施方式可以包括也可以不包括光学放大器20。
42.可以将图3至图5实施方式部署在网络中的各种层中，包括网络的城域(metro)层和接入层。在包括前传、回程以及聚合的接入网络中，系统10可以作为无源光网络(“pon”)来工作，或者可以包括线路放大器20以在节点之间提供放大和/或节点可以包括分布式放大器(诸如拉曼(raman)放大器)。
43.图5示出了示例性olt 12和onu 16节点实施方式，其可以包括光合路器/分路器22，当在系统10中使用不止一个发送器或接收器(otrx)24时，该光合路器/分路器22可以组合和/或分离光信号。
44.根据光学系统是否被部署为单波长和/或波分复用系统，光合路器/分路器22可以包括无源合路器以及特定于波长的多路复用器和解复用器。例如，可以将光学系统10部署为时分复用(“tdm”)、波分复用(“wdm”)或者时分&波分复用(“twdm”)系统，其中与olt 12进行通信的各个onu 16可以使用相同或不同的波长，如本文将进一步描述的。应意识到，如果系统中的节点仅发送和/或接收一个信道，并且在连接节点的光纤链路14上仅存在一个信道，则可以在节点中使用光合路器/分路器22。
45.根据系统配置，发送器或接收器(otrx)24可以仅包括发送器或接收器、单独的发送器和接收器、或者收发器。在各种实施方式中，采用集成收发器来降低成本可能是划算的，但是在其它实施方式中，采用单独的发送器和接收器以及仅提供单向通信可能更可取。
46.otrx 24中的光发送器通常包括一个或更多个固定或可调波长的光源，诸如窄或宽线宽的激光器。可以使用各种方法将一个或更多个信息流中的信息赋予由所述源发射的光(即，光学载波)，诸如直接调制该源、使用外部调制器对光进行调制、和/或将携带该信息的电载波进行上变频以生成在一个或更多个波长/频率上携带信息的光信号。
47.可以使用包括调幅(am)、调频(fm)、调相(am)或am、fm和pm的任何组合在内的一种或更多种调制技术来赋予该信息。另外，可以以采用支持两个或更多调制级(例如，“0”状态和“1”状态、rz、nrz等)的各种调制格式的模拟或数字格式来赋予该信息。可以使用高级/高阶/多级调制格式(诸如双二进制和其它高阶星座)，以使得每符号能够传输更多比特的信息，或者允许使用带宽小于等效二进制信号带宽的部件。例如，采用四个幅度级的系统将能够每符号编码两个比特，采用四个频率级的系统将能够每符号编码两个比特，独立地采用四个幅度级和四个频率级的系统将能够每符号编码四个比特，双二进制或更高阶的其它部
分响应系统将能够利用减小的频谱对每符号编码一个或更多个比特。除了幅度和频率之外，信息也可以编码在载波的相位中、在载波的偏振中、作为脉冲宽度的变化或者作为脉冲位置的变化等。
48.还应意识到，可以在将信息作为光信号传输之前在该信息中执行诸如前向纠错(fec)的附加信号处理。在各种实施方式中，可以使用纠错和/或测试器来提供反馈以控制系统10中的各种发送器和接收器。
49.在各种实施方式中，信号可以由一个或更多个同时am和/或fm装置进行编码，诸如频率啁啾激光器、直接调制激光器(dml)、外部调制激光器(eml)、垂直腔表面发射激光器(vcsel)等。dml和vcsel均具有宽的线宽并且通常是低成本的。在各种实施方式中，可以使用纯am以用于通过使用具有宽泛种类的激光器的外部调制器来进行信号调制，如本领域已知的。
50.不管am和/或fm信号是如何生成的，频率调制负责将不同的状态转换成不同的频率，而幅度调制负责在幅度上分离不同的状态，从而方便地提供不同状态的进一步信息，如常规系统不包括的那样。
51.不同的频率(即，不同的状态)是通过频率分离(也被称为fm移位)而分离开的。因此，将fm移位定义为调频(fm)信号的两种状态之间的频率分离。作为示例，fm移位是组合am-fm信号(即，光信号)的“0”状态与“1”状态之间的差。
52.图6示出了光接收器30的示例性实施方式，该光接收器可以在otrx 24中与光发送器分离地使用或者作为收发器的一部分以接收光信号(os)。另外，应意识到，在光学系统10中使用的其它光接收器可以与图6所示的实施方式不同，并且可以与本发明的实施方式一起使用或者不与本发明的实施方式一起使用。
53.光接收器30通常可以包括一个或更多个固定或可调谐的本机振荡器(“lo”)光源32，诸如各种线宽的激光器，从而以一个或更多个本机振荡器中心频率来提供lo光，该本机振荡器中心频率可以相对于光信号的中心频率偏移，即，lo频率偏移。光学本机振荡器激光器(lo)以光频(flo)发射光，该光频相对于光信号中心频率(fc)以频率偏移或频率差(df)偏移，该频率差也可以被称为中频if。频率差df是已经从光信号进行了下变频的rf电信号的频率。相对于正在通过系统10携带信息的光信号，lo光通常占据窄的频谱，并且信息将被下变频到rf电信号上。
54.在各种实施方式中，本机振荡器32可以是冷却式或非冷却式激光器，诸如vcsel、dfb、dbr、ecl或者其它类型的激光器。可以将本机振荡器32调谐到所述信号的频率或波长。这可以是带内配置或带外配置。在带内配置中，将lo调谐到所述信号的频谱内的频率或波长。在带外配置中，将lo 32调谐到所述信号的频谱之外的频率或波长。以这种方式，可以使用本机振荡器32来实现波长选择性。使用本机振荡器32作为波长选择器使得系统能够在具有或没有光学滤波器的情况下运行。
55.组合器34将传入的光信号os与lo光进行组合，并且将一个或更多个组合后的光信号输出至对应数量的光电(oe)转换器36，诸如光电二极管。oe转换器36将包括信息和其它信号特征(例如，带宽、失真等)的光信号下变频成这样的rf电信号，即，该rf电信号以光信号与本机振荡器光之间的中心频率差为中心频率。rf电信号由恢复信息的电处理单元38进行电处理，如本文将进一步描述的。
56.在各种实施方式中，可以采用本机振荡器控制器39，以基于本文所描述的各种接收器性能参数和用户输入来控制本机振荡器中心频率。可以通过监测由本机振荡器32和各种接收器输出的本机振荡器光的频率以及在接收器中的各个点处(诸如电处理单元38中)的信号参数/度量，通过计算误码率、信号功率、信号频率等来控制本机振荡器中心频率。
57.本机振荡器控制器39可以与本机振荡器32集成或分离，并且采用一个或更多个处理器和关联的存储装置/存储器来执行指令，以改变如本文所描述的本机振荡器中心频率。可以将这些指令存储在一个或更多个暂时性和/或非暂时性计算机可读介质中，这些计算机可读介质本地地位于接收器中或者接收器附近，和/或远程地位于与控制器进行通信的系统10中。
58.光信号和本机振荡器的组合，以及组合光信号的分裂(假如设计需要不止一个组合信号)，可以作为接收器30中的集成或分离的组合器40和分裂器42来提供，要认识到分离的装置可能涉及更高的损耗。可以将组合器40和分裂器42实现为使用自由空间或光纤或其组合的偏振或非偏振维持装置。而且，可以将组合器34提供为无源耦合器，诸如50/50耦合器或其它组合比，或者提供为波长相关装置。分裂器42可以是偏振分束器(pbs)，以将组合器40所提供的组合光信号分裂成正交偏振的组合光信号。因此，在各个轴中，光数据信号和lo信号是经偏振对准的。给定传入光信号的未知偏振，在采用不止一个oe转换器36的设计中，检测到的信号可能需要在光电检测之后被组合，以完全恢复由传入光信号携带的信息。在仅采用一个oe转换器36的实施方式中，可能希望以不同于线性偏振形式的形式(例如，去偏振、正交偏振等)来提供本机振荡器光，以确保与光信号的良好混合。
59.图7和图8示出了采用不止一个oe转换器36来接收光信号的示例性接收器实施方式。图7示出了采用2
×
2组合器/分裂器34的光接收器实施方式，以将两个组合光信号cos1和cos2提供给两个oe转换器36，oe转换器36以lo频率偏移的频率输出对应的rf信号，例如，es1和es2。可以将这些对应的电信号提供给电处理单元38，该电处理单元38可以将信息作为电信号进行整流并通过输出线路18输出，以供在接收器中加以进一步信号处理和/或在系统10中或之外加以进一步传输。
60.在2018年3月21日提交的美国专利申请no.15/927,792(现在为美国专利no.10,367,588)、2019年7月1日提交的美国专利申请no.16/459,604(现在为美国专利no.10,608,747)、和2017年3月21日提交的美国临时专利申请序列号62/474,599，以及其它参考文献(诸如enning b等人的“signal processing in an optical polarization diversity receiver for 560-mbit/s ask heterodyne detection”,journal of lightwave technology,ieee service center,new york,ny,us,vol.7,no.3,1march 1989(1989-03-01),pages 459-464,xp011479323,issn:0733-8724,doi:10.1109/50.16881)中描述了采用两个或更多个光电转换器36和各种电信号处理功能来处理光信号(os)的示例性光接收器30，这些文献都通过引用它们的全部内容而并入本文。
61.图8示出了各种光接收器30的实施方式，其中可以利用40ghz带宽来实现用于10gbps(nrz)比特率的两个oe转换器36和电处理单元38。oe转换器36的带宽可以被称为接收器的信道带宽。光信号频率可以处在所分配的波长信道内的任何地方，这允许因信号比特率和带宽而造成的变化、啁啾(chirp)、以及因老化和温度变化以及tdm、wdm和twdm系统中的发送器到发送器变化而造成的漂移。
62.在各种实施方式中，电信号处理器38可以包括整流器48和组合器50。可以以数字方式或者以模拟方式来应用整流。使用整流器可以提供降低的计算复杂性和/或硬件，并因此降低总成本。例如，可以在没有模拟/数字(a/d)转换器的情况下使用整流器。整流可以作为半波整流来执行，使得信号的正部分或者负部分被去除。可以利用具有非线性传递函数的门(gate)进行半波整流。可以将门偏置成，使得例如信号的负部分低于该门的阈值。整流也可以作为全波整流(诸如矩形脉冲形成(squaring)元件)来执行，其中，所有负值都被转换成正值，并且可以采用硬件或软件来实现。当以软件实现时，可以在数字信号处理器(dsp)中进行处理之前实现模拟/数字转换器。然而，各种其它解决方案也是可能的。模拟整流器的示例包括xor门和二极管桥。xor门和二极管桥都允许在没有dsp的情况下进行实时信号处理，因此相对于dsp而言可以是优选的。
63.如图8所示，可以将整流器48实现为包络检测器48。第一包络检测器/整流器48a将来自所述光电二极管中的一个光电二极管的第一电信号转换成非反相非归零(nrz)数据信号。第二包络检测器/整流器48b将来自另一光电二极管的第二电信号转换为反相nrz数据信号。将反相电信号和非反相电信号进行组合以提供电数据信号。组合器50可以是执行减法以重新组合信号的差分放大器或者是本领域已知的其它减法器。组合电信号然后可以由光接收器30进一步处理和/或在系统10中或之外进一步传输。
64.图9示出了可以在光通信系统10中采用的光接收器30的示例性方面，其中，双边带光信号是由一个或更多个光发送器发送的。光接收器可以采用光外差检测来生成具有上边带和下边带的射频双边带电信号。
65.组合光信号(与本机振荡器光组合的携带信息的光信号)可以由诸如光电二极管的光电转换器36来接收，以生成携带信息的rf信号，该rf信号以光信号-lo频率差(if)为中心频率。电处理段38可以包括互阻抗放大器(tia)50以对电信号进行整形。例如，tia 50可以展现出较高的截止频率，在该截止频率处增益将从低频值的增益下降。滚降(rolling-off)传递函数的特定截止频率和斜率将取决于特定的tia实现(拓扑、级数、ic技术、封装以及寄生等)。通过将rf信号中心频率(if)置于tia的截止频率附近，可以将tia 50的滚降用于至少部分地抑制rf信号的上边带。这样，可以通过tia 50的滚降来提供vsb/ssb滤波，而无需附加的vsb/ssb滤波器。可以控制从本机振荡器32发射的光的频率，以相对于tia 50的截止频率来维持和/或调节rf信号中心频率。
66.可以将具有一个或更多个通带或阻带的中间电滤波器52(诸如高通滤波器、带通滤波器或低通滤波器(hpf/bpf/lpf))用于基本上去除或者去除电信号的两个边带中的一个边带，以分别产生残留边带信号(vsb)或单边带信号(ssb)。将从中间电滤波器52输出的vsb/ssb电信号提供给如上所讨论的附加电处理段54。虽然基本消除所述边带中的一个边带去除了携带信号的信息的一部分，但是本发明人已经发现基本上消除接收器中的一个边带可以减少光传输减损对接收器和系统性能的负面影响。
67.图9还描绘了当信号通过接收器的组件时该信号的大体形状。中间滤波器52下面所示的不同信号形状描绘了使用不同滤波器类型生成的不同信号。应意识到，可以使用一个或更多个滤波器来实现中间滤波器52，以实现希望的信号形状。与tia 50的传递函数一起，中间滤波器52能够实现usb/lsb/vsb操作。
68.图10示出了这样的实施方式：其中电处理段可以包括附加滤波器(诸如一个或更
多个输入滤波器54和/或输出滤波器56)。由于输入光电流具有带通特性(在差频df附近)，因此，可以在tia50的输入端处实现高通滤波器(hpf)或带通滤波器(bpf)。这也允许所产生的dc光电流的下沉(sinking)(dc偏移补偿)。可以针对usb/vsb操作来优化低截止频率和滤波器形状。通过选择接近滤波器截止点的if，有效地抑制了下边带。在实践中，可以将输入hpf与tia集成在同一组件上。
69.可以将输出滤波器56用于选择经解调的基带信号。通常将滤波器56实现为一个或更多个lpf，其也可以被特制成进一步对正被输出的信号进行整形。
70.图11描绘了可以在诸如图10所示的实施方式中具体实施的各种选项。选项1、2、4支持usb/lsb/vsb操作。选项3仅支持上边带抑制。
71.vsb滤波之后的频谱的保留部分仍然包含所接收信号的相位信息，因此虽然显著减轻色散的减损，但并未完全去除。由于色散是一种被人熟知的现象，因此，获知发送器的距离允许相当精确地计算由光纤引入的相位失真。例如，在大多数实际应用中，在工作波长约为1550nm的情况下，色散系数为d≈17ps/(nm
·
km)，这在频域中转换成d≈-0.2ps/(ghz
·
km)。
72.在光外差接收器中，色散系数的后一种定义对于量化因色散而造成的if信号的相位失真特别有用。这也为电色散补偿器(ecdc)的设计提供了规范，以补偿在进行外差之后电域中的色散和其它信号失真效应。
73.例如，可以采用模拟全通滤波器60，该全通滤波器只作用于if信号的相位而不影响该if信号的幅度，并且具有与色散系数相反的指定相位响应。如图12所示，可以将ecdc 60刚好置于中间滤波器52之后并且在如图8所示的信号整流之前。另选地，可以将该ecdc置于中间滤波器52之前，或者可以将中间滤波器52设计成具有希望的群延迟特性，从而在单个组件中执行中间滤波器52和ecdc 60的功能。
74.图13a示出了可以采用的全通滤波器60的示例性实施方式，该全通滤波器包括可以被调谐成具有诸如图13b所示的群延迟(gd)变化的lc网络。可以将作为频率的函数的群延迟斜率设计成在20ghz至38ghz的范围内为gd(f)＝2ps/ghz，以供与ssmf一起使用。本领域技术人员可以采用其它的全通滤波器设计，例如参见“design of cascaded all pass network with monotonous group delay response for broadband radio frequency applications”,iet iet microwaves,antennas&propagation,2016,vol.10,issue 7,pp.808-815，其通过引用而并入本文。
75.根据在1550nm下的色散系数d的已知值，该gd曲线图非常适合于补偿10km光纤链路中出现的色散。另外，模拟结果表明，还可以对滤波器60进行调谐以补偿其它距离。滤波器60的调谐可以通过改变滤波器中的一个或更多个组件的阻抗来执行，如本领域所已知的。滤波器调谐的控制可以由单独的控制器基于各种接收器性能参数/度量以及用户输入来执行，和/或可以经由本机振荡器控制器39来进行控制。
76.图14a和图14b示出了在没有和具有图13a的全通滤波器ecdc 60的情况下在25gbps下工作的外差接收器的眼图，对于20公里传输报告了信号与lo之间的30ghz偏移。可以看出，ecdc 60提供了附加的眼开度，这通常转化成改善的系统性能。
77.遗憾的是，全通滤波器通常是受限的，这是因为全通滤波器必须被设计成补偿特定的色散量(例如，特定光纤的特定长度)并且在色散量的范围上是可调谐的，所以这些滤
波器不是可广泛部署的，但是可以被设计用于特定的应用范围。虽然可以考虑多组全通滤波器或可调节滤波器，但是这些解决方案对于一些应用来说可能成本过高。然而，采用ecdc的本发明的vsb/ssb实施方式的另一优点是：去除了一个边带的一些或全部本质上将信号带宽减小大约50％。这样，使诸如全通滤波器的ecdc 60的动态范围扩展，这是因为与双边带信号相比，该ecdc只需要补偿信号带宽的大约50％的色散。
78.在各种实施方式中，可以在光通信系统10中采用一个或更多个光接收器30，其中，单边带光信号或双边带光信号由一个或更多个光发送器发送的。光接收器30可以采用光外差检测，并且采用位于本机振荡器中或者与本机振荡器进行通信的本机振荡器控制器，以可调节地控制光信号的中心波长与本机振荡器光频率之间的频率差df或中频if，以生成对应的电rf信号，在该电rf信号中，已经跨该电rf信号的带宽引入了指定的群延迟变化，目的是补偿光传输减损(诸如色散)，本文中被称为外差色散补偿。虽然将信号失真引入外差信号中与光接收器的一般意图相悖，但是发明人已经发现，如果根据本发明的方法和利用本发明的装置来执行，则经由光外差化的信号失真可以改善光接收器30和系统10的性能。
79.本机振荡器控制器可以调节if，并因此调节rf电信号的频率，以匹配基于光接收器性能数据和/或用户输入的指定群延迟变化特性。例如，用户可以基于正在使用光接收器的传输链路的长度和光纤类型来输入目标指定群延迟。光接收器在工作期间可以调节也可以不调节指定的群延迟。举例来说，光接收器可以经由一个或更多个处理器将性能数据(诸如误码率(ber))提供给可以被用于调节指定的群延迟的本机振荡器控制器。
80.在采用光外差的各种光接收器实施方式(诸如图6至图12的实施方式)中，可以相对于光信号的中心频率来控制本机振荡器32的中心频率，使得差频df导致在下变频后的rf信号的频域中引入信号失真。
81.频率失真采用群延迟的形式，该群延迟通常与由光纤链路中的色散引入的群延迟相反。群延迟变化的频率相关性可以是非线性的。因此，可以通过调谐正被接收的光信号与本机振荡器之间的频率差来调谐色散补偿。
82.图15示出了光外差接收器的测得的群延迟。通过选择约20ghz的频率偏移，观察到非常平坦的群延迟，这将适合于短链路或背对背的情况。而代替地选择约35ghz的频率偏移导致跨信号带宽的更陡峭的群延迟变化，这可以被特制成补偿更长的链路。
83.图16a至图16c示出了误码率(ber)与接收器输入功率的关系的标绘图，其中，在光信号的中心波长处的16ps/(nm*km)色散的情况下，针对背对背(b2b)传输的与通过20km光纤传输的25gbps信号的接收，分别将差频设定在27.5ghz、30ghz以及32.5ghz。在图16a中，对lo进行调谐使得频率偏移为27.5ghz。在这种情况下，背对背性能明显优于20km的传输情况。在图16b中，选择30ghz偏移，这导致b2b与20km传输之间的类似性能。在图16c中，选择32.5ghz偏移，对于20km传输的情况获得了更好的性能。可以看出，可以将外差色散补偿部署为外差光接收器中的可调谐色散补偿器。可以将该补偿应用于更长的传输距离、具有不同色散值的光纤、以及不同的比特率。
84.各种系统和接收器实施方式可以包括vsb/ssb滤波和外差色散补偿中的一者或两者。光接收器可以包括存在于各种光外差接收器中的其它组件，诸如可以被用于相干和准相干光传输系统中的组件。
85.另外，虽然本发明的各个方面提供了低成本、高性能的系统，但是可以将本发明的
教导用于较高成本的系统，以提高这种系统的性能。例如，可以将本发明用于包括各种光学色散补偿装置(诸如色散补偿光纤(dcf)、布拉格(bragg)光栅等)的光学系统。
86.前述公开内容提供了本发明的示例、图示以及描述，但是并非旨在排它或将这些实现限制成所公开的精确形式。根据上面的公开，可以进行修改和变型，或者可以从实现方式的实践中获得修改和变型。本发明的这些以及其它变型和修改是可能的和可预期的，并且前面的说明书和所附权利要求旨在覆盖这样的修改和变型。
87.如本文所用，术语“部件”旨在被广义地解释为硬件、固件和/或硬件和软件的组合。很明显，本文所描述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件或者硬件和软件的组合来实现。被用于实现这些系统和/或方法的实际的专用控制硬件或软件代码并不限制所述实现。因此，本文在不参照特定软件代码的情况下描述了所述系统和/或方法的操作和行为——应理解，可以基于本文的描述来将软件和硬件设计成实现所述系统和/或方法。
88.所述系统的各种元件均可以采用各种级别的光子、电气以及机械集成。可以将多个功能集成于被容纳在系统10中的一个或更多个架子或机架中的一个或更多个模块或线路卡上。
89.硬件处理器模块的范围例如可以从通用处理器和cpu到现场可编程门阵列(fpga)到专用集成电路(asic)。软件模块(在硬件上执行)可以采用多种软件语言(例如，计算机代码)来表达，包括：c、c 、java
tm
、javascript、rust、go、scala、ruby、visual basic
tm
、fortran、haskell、erlang和/或其它的面向对象、过程化或其它编程语言和开发工具。计算机代码可以包括微代码或微指令、机器指令(诸如由编译器生成的机器指令)、被用于生成web服务的代码、以及包含高级指令的文件，这些高级指令由计算机使用解释器来执行并且采用控制信号、加密的代码以及压缩的代码。
90.本文结合阈值描述了一些实现。如本文所用，满足阈值可以是指这样的值：该值大于阈值、多于阈值、高于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、少于阈值、低于阈值、小于或等于阈值、等于阈值等等。
91.本文已经描述和/或在附图中示出了某些用户界面。用户界面可以包括图形用户界面、非图形用户界面、基于文本的用户界面等。用户界面可以提供用于显示的信息。在一些实现中，用户可以诸如通过经由装置的输入部件提供输入来与信息交互，该输入部件提供用于显示的用户界面。在一些实现中，用户界面是可由装置和/或用户配置的(例如，用户可以改变用户界面的大小、经由用户界面提供的信息、经由用户界面提供的信息的位置等)。另外或者另选地，可以将用户界面预先配置成标准配置、基于在其上显示用户界面的装置的类型的特定配置、和/或基于与在其上显示用户界面的装置相关联的能力和/或规格的一组配置。
92.即使在权利要求中陈述了特征的特定组合和/或在说明书中公开了特征的特定组合，这些组合也并非旨在限制可能实现方式的公开。实际上，这些特征中的许多特征均可以以权利要求中未具体陈述和/或说明书中未公开的方式来进行组合。尽管下面列出的各个从属权利要求可能直接从属于仅一项权利要求，但是可能实现方式的公开包括各项从属权利要求与权利要求集中的每一项其它权利要求的组合。
93.本文所使用的任何要素、动作或指令都不应被解释为关键或必要的，除非这样地明确描述。而且，如本文所用，冠词“一(a和an)”旨在包括一个或更多个项，并且可以与“一
个或更多个”互换使用。此外，如本文所用，用语“组/集(set)”旨在包括一个或更多个项，并且可以与“一个或更多个”互换使用。在意指仅一个项的情况下，使用用语“一个”或类似语言。而且，如本文所用，用语“具有(has、have、having等)”旨在作为开放式用语。此外，除非另有明确声明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。