用于偏振复用系统解复用的两次固定点实数解复用算法技术方案

本发明专利技术用于偏振复用系统解复用的两次固定点实数解复用算法，涉及通信传输领域，步骤是：QPSK-CO-PDM传输系统的两路数据的QPSK调制；光信号表达式的转换；计算出QPSK-CO-PDM传输系统接收端的偏振分集相干接收机输出的四个分量；对同相分量之间与正交分量之间分别进行串扰消除，恢复原始信号，提高系统的传输可靠性。本发明专利技术方法是在更低的计算复杂度下，对采用了高阶正交调制格式的由PMD和PDL以及偏振模耦合引起了串扰的复数信号进行解复用，实现源信号分离的目的，克服了现有直接针对复数信号分离的解复用算法中存在的计算复杂度高，不能高效地消除两复数信号间的串扰，以及系统传输质量较低的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
用于偏振复用系统解复用两次固定点实数解复用分离方法
本专利技术的技术方案涉及通信传输领域，具体地说是用于偏振复用系统解复用两次固定点实数解复用分离方法。
技术介绍
由于信息技术的逐渐普及，光纤通信的容量以及传输距离必须进行提升以满足越来越多的用户数量需求。现代高阶正交调制格式替代简单的幅度调制格式可以提升光纤通信系统的传输容量。偏振复用(PolarizationDivisionMultiplexing，PDM)技术通过在发送端将两路信号分别调制到相互正交的两个线性偏振态上，同时在接收端将这两种偏振光分别接收，使得传输的数据量提高了一倍，成为了提高密集波分复用系统容量的新选择。然而两路偏振信号光在单模光纤中传输时，由于受到光纤随机双折射效应导致的偏振模色散(polarizationmodedispersion，PMD)、光纤链路中各种光器件引起的偏振相关损耗(polarizationdependentloss，PDL)，以及两个偏振模式耦合导致的偏振模式之间发生的能量交换等因素的影响，产生了信号间串扰，大大降低了偏振复用系统的传输可靠性和有效性。因此，有效消除偏振复用系统中的信号串扰问题急需解决，解复用技术成为了目前偏振复用系统研究工作的重点。当接收端采用偏振分集相干接收机时，可应用数字处理算法对其进行解复用。研究表明，独立成分分析(IndependentComponentAnalysis，ICA)算法可对接收端的已串扰信号进行解复用分离。ICA是一种盲源分离算法，是在信息源未知并且混合过程(即光纤信道传输矩阵)也未知的情况下，以信号独立性原则从接收的已串扰信号中恢复原始信号。当PDM系统的发送端采用了高阶正交调制格式时，如正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK)调制方式，将导致两个偏振方向的信号变为复数信号，各自包含同相分量及正交分量。这意味着接收端对接收到的两路偏振信号的解复用过程变为对两路复数信号进行分离。此情况下，现有已存在的对复数信号进行解复用分离的方法有：①《A.Leven,N.Kaneda,Y.Chen.Real-timeCMA-based10Gb/spolarizationdemultiplexingcoherentreceiverimplementedinanFPGA.inProc.Opt.FiberCommun.Conf.pp.1-3,2008.》介绍了采用恒模算法(constantmodulusalgorithm，CMA)，使用4个自适应FIR滤波器实现补偿偏振模色散，达到解复用的目的。CMA算法虽然简单，其缺陷是收敛速度较低，并且当奇异性问题出现时，两路输出信号将会收敛到相同的偏振方向上，即偏振解复用失败。②《M.S.Faruk,Y.Mori,C.zhang,K.Kikuchi.ProperPolarizationdemultiplexingincoherentopticalreceiverusingconstantmodulusalgorithmwithtrainingmode.inProc.15thOptoElectron.Commun.Conf.,768-769,2010》中提出了一种改进的CMA算法，采用了训练序列初始化调整滤波器。与传统CMA算法相比，虽然该改进算法避免了奇异性问题，但是增加了系统传输负荷。③《赵玲，胡贵军等.PMD和PDL同时存在下偏振复用系统的ICA解复用.通信学报，34(10)，116-120,2013》将2008年由M.Novey和T.Adali等人提出的复数非高斯性最大化(ComplexMaximizationofNon-Gaussianity，CMN)算法用于偏振复用系统中，形成基于负熵最大化的不动点复数ICA(T-CMN)算法，对因受到PMD和PDL影响而发生串扰的两路QPSK复数偏振信号解复用分离。虽然该算法顽健性较强，但由于该分离过程需要对复数信号的负熵进行最大化处理，而生成了相对于实数运算来说更加复杂的复数运算，增加了算法复杂度。④《JinTang,JiangHe,JiangnanXiao,LinChen.Blindpolarizationdemultiplexingforquadratureamplitudemodulationcoherentopticalcommunicationsystemsusinglow-complexityandfast-convergingindependentcomponentanalysis,Opt.Eng.53(5),2014》提出一种低复杂度、快速收敛的盲偏振解复用算法，用于对复数正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation，QAM)偏振信号分离。该算法采用自适应梯度优化方法和快速收敛的拟牛顿法最大化信号负熵以实现信号分离，但只考虑了PMD而忽略了PDL对传输系统的影响。总之，现有的解复用算法仍然存在复杂度高、不能高效地消除两复数信号间的串扰以及系统传输质量较低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供用于偏振复用系统解复用两次固定点实数解复用分离方法，是在更低的计算复杂度下，对采用了高阶正交调制格式的由PMD和PDL以及偏振模耦合引起了串扰的复数信号进行解复用，实现源信号分离的目的，克服了现有直接针对复数信号分离的解复用算法中存在的计算复杂度高，不能高效地消除两复数信号间的串扰，以及系统传输质量较低的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：用于偏振复用系统解复用两次固定点实数解复用分离方法，步骤如下：A.所采用的偏振分集相干接收机包括：两个偏振分束器、两个90°光学混频器和四个平衡探测器；该偏振分集相干接收机置于QPSK-CO-PDM传输系统接收端；B.步骤如下：第一步，QPSK-CO-PDM传输系统的两路数据的QPSK调制：在QPSK-CO-PDM传输系统发送端将两路数据先分别进行QPSK调制，生成同相和正交分量的信号Ix，Qx，Iy和Qy，分别设为f1(t)，f2(t)，f3(t)，f4(t)，将两路QPSK信号幅度调制到光载波得到光信号E'x(t)，E'y(t)，如下式(1)和式(2)所示：其中，Ax和Ay分别为两个方向的光载波幅值，wc为光载波频率；第二步，光信号表达式的转换：设偏振复用系统的光纤传输矩阵为经光纤传输后的光信号表达式变为如下的式(3)和式(4)，第三步，计算出QPSK-CO-PDM传输系统接收端的偏振分集相干接收机输出的四个分量：QPSK-CO-PDM传输系统接收端的本地光源设为：其中，ALO为本地光源振幅；经过QPSK-CO-PDM传输系统接收端的偏振分集相干接收机输出的四个分量分别是：上式中，R为常量，real()和imag()分别为取实部运算和取虚部运算，等式右端的结果为经过交流耦合和忽略信号强度项|E″x(t)|2和|E″y(t)|2的结果，该结果是在本振光强度远远大于信号光强度的条件下得到的；第四步，对同相分量之间与正交分量之间分别进行串扰消除，恢复原始信号，提高系统的传输可靠性：根据上述第三步的式(6)到式(9)，可以得到如下结论：以上两式说明：当两路复数偏振信号光在本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于偏振复用系统解复用的两次固定点实数解复用算法，其特征在于方法如下：A.所采用的偏振分集相干接收机包括：两个偏振分束器、两个90°光学混频器和四个平衡探测器；该偏振分集相干接收机置于QPSK‑CO‑PDM传输系统接收端；B.步骤如下：第一步，QPSK‑CO‑PDM传输系统的两路数据的QPSK调制：在QPSK‑CO‑PDM传输系统发送端将两路数据先分别进行QPSK调制，生成同相和正交分量的信号Ix，Qx，Iy和Qy，分别设为f1(t)，f2(t)，f3(t)，f4(t)，将两路QPSK信号幅度调制到光载波得到光信号E'x(t)，E'y(t)，如下式(1)和式(2)所示：Ex′(t)=Axf1(t)ejwct+jAxf2(t)ejwct---(1)]]>Ey′(t)=Ayf3(t)ejwct+jAyf4(t)ejwct---(2)]]>其中，Ax和Ay分别为两个方向的光载波幅值，wc为光载波频率；第二步，光信号表达式的转换：设偏振复用系统的光纤传输矩阵为A=abcd,]]>经光纤传输后的光信号表达式变为如下的式(3)和式(4)，Ex′′(t)=a(Axf1(t)ejwct+jAxf2(t)ejwct)+b(Ayf3(t)ejwct+jAyf4(t)ejwct)---(3)]]>Ey′′(t)=c(Axf1(t)ejwct+jAxf2(t)ejwct)+d(Ayf3(t)ejwct+jAyf4(t)ejwct)---(4);]]>第三步，计算出QPSK‑CO‑PDM传输系统接收端的偏振分集相干接收机输出的四个分量：QPSK‑CO‑PDM传输系统接收端的本地光源设为：ELO(t)=ALOejwct---(5)]]>其中，ALO为本地光源振幅；经过QPSK‑CO‑PDM传输系统接收端的偏振分集相干接收机输出的四个分量分别是：Ix′≈R2×real(Ex′′(t)·ELO*(t))=R2(aAxALOf1(t)+bAyAL0f3(t))---(6)]]>Qx′≈R2×imag(Ex′′(t)·ELO*(t))=R2(aAxALOf2(t)+bAyALOf4(t))---(7)]]>Iy′≈R2×real(Ey′′(t)·ELO*(t))=R2(cAxALOf1(t)+dAyAL0f3(t))---(8)]]>Qy′≈R2×imag(Ey′′(t)·ELO*(t))=R2(cAxALOf2(t)+dAyALOf4(t))---(9)]]>上式中，R为常量，real()和imag()分别为取实部运算和取虚部运算，等式右端的结果为经过交流耦合和忽略信号强度项|E″x(t)|2和|E″y(t)|2的结果，该结果是在本振光强度远远大于信号光强度的条件下得到的；第四步，对同相分量之间与正交分量之间分别进行串扰消除，恢复原始信号，提高系统的传输可靠性：根据上述第三步的式(6)到式(9)，可以得到如下结论：Ix′Iy′=RALO2·aAxbAycAxdAy·f1(t)f3(t)=RALO2·aAxbAycAxdAy·IxIy---(10)]]>Qx′Qy′=RALO2·aAxbAycAxdAy·f2(t)f4(t)=RALO2·aAxbAycAxdAy·QxQy---(11)]]>以上两式说明：当两路复数偏振信号光在光纤链路中传输时，偏振模色散、偏振相关损耗以及偏振模耦合引起的两个复数信号间发生的串扰，可近似认为是分别发生在两者的同相分量之间与正交分量之间，因此，采用两次固定点实数解复用算法对同相分量之间与正交分量之间分别进行串扰消除，恢复原始信号，提高QPSK‑CO‑PDM传输系统的传输可靠性。...

【技术特征摘要】
1.用于偏振复用系统解复用两次固定点实数解复用分离方法，其特征在于步骤如下：A.所采用的偏振分集相干接收机包括：两个偏振分束器、两个90°光学混频器和四个平衡探测器；该偏振分集相干接收机置于QPSK-CO-PDM传输系统接收端；B.步骤如下：第一步，QPSK-CO-PDM传输系统的两路数据的QPSK调制：在QPSK-CO-PDM传输系统发送端将两路数据先分别进行QPSK调制，生成同相和正交分量的信号Ix，Qx，Iy和Qy，分别设为f1(t)，f2(t)，f3(t)，f4(t)，将两路QPSK信号幅度调制到光载波得到光信号E'x(t)，E'y(t)，如下式(1)和式(2)所示：其中，Ax和Ay分别为两个方向的光载波幅值，wc为光载波频率；第二步，光信号表达式的转换：设偏振复用系统的光纤传输矩阵为经光纤传输后的光信号表达式变为如下的式(3)和式(4)，第三步，计算出QPSK-CO-PDM传输系统接收端的偏振分集相干接收机输出的四个分量：QPSK-CO-PDM传输系统接收端的本地光源设为：其中，ALO为本地光源振幅；经过QPSK-CO-PDM传输系统接收端的偏振分集相干接收机输出的四个分量分别是：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑飞，刘蓓蕾，曾祥烨，卢嘉，石慧敏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12