一种补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法制造技术

一种补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法，涉及光纤通信领域，包括：接收端收到信号后，设定三个非线性系数，分别代入自适应数字背向传输算法进行处理，得到三个信号幅度值作为初步值，利用信号的强度方差来进行非线性系数的估计，经过多次迭代后，可以估计出用于非线性补偿的最佳非线性系数γopt，作为自适应数字背向传输的输入，然后停止迭代，对信号进行CR处理以及解码，恢复出发射端的信号，并计算出BER。本发明专利技术可以用于M-QAM高阶调制格式的相干光通信系统，更精确的确定最佳非线性系数，降低算法复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤通信领域，具体涉及一种补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法。
技术介绍
随着带宽需求的飞速增长和光纤通信技术的快速发展，光纤通信系统的传输容量已经快要接近香农极限，而限制光纤传输容量的一个主要因素是光纤的非线性效应。在接收端利用强大的DSP(digitalsignalprocessing，数字信号处理)来补偿非线性效应带来的损伤被认为是一种很好的途径。其中，DBP(digitalbackwardpropagation，数字背向传输)技术由于具有能够同时补偿光纤的线性和非线性损伤的优点，而受到了极大的关注。但是，传统的DBP能够补偿线性和非线性损伤是建立在已知光纤链路参数如色散、非线性系数的前提下的，当光信号在可重构的光纤通信系统或者时变的链路中传输时，并没有办法确定链路的色散和非线性系数，此时，DBP并不能有效补偿非线性损伤，反而有可能裂化系统的性能。A-DBP(adaptiveDBP，自适应数字背向传输)方法能够自适应地确定光纤的参数。由于关于色散的确定方法已经有许多相关的研究，而关于非线性系数的自适应确定方案目前则较少，因而对于A-DBP的研究主要在非线性系数的寻找上。其中，基于信号强度方差的方案具有较好的性能。但是，在已有的基于信号强度方差的A-DBP中，信号强度方差是直接计算得到的。该方法虽然能够很好地计算QPSK(quadraturephaseshiftkeying，四相移键控)系统的光纤非线性系数，但是对于M-QAM(M-aryquadratureamplitudemodulation，多进制正交幅度调制格式)，该方法得到的结果并不是最优的，因为其算法复杂，效果不明显。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法，可以用于M-QAM高阶调制格式的相干光通信系统，更精确的确定最佳非线性系数，降低算法复杂度。为达到以上目的，本专利技术采取一种补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法，包括步骤：S1.接收端收到信号后，设定三个非线性系数γ1、γ2和γ3，且γ1＜γ2＜γ3，分别代入自适应数字背向传输算法进行处理，得到三个信号幅度值作为初步值；S2.分别计算三个初步值的强度方差δ1、δ2和δ3，需要满足δ1＞δ2和δ2＜δ3，如不满足，则调整三个非线性系数的大小，重复S1；S3.预先设定的一个值ε，ε取10-3或10-4，选取(γ1,δ1)、(γ2,δ2)和(γ3,δ3)这三点作为二次插值算法的初始输入，得到一个二次曲线，将二次曲线所对应的最小值的横坐标γp作为输入，代入自适应数字背向传输算法计算，得到信号的强度方差δp；S4.判断|δ2-δp|，如果|δ2-δp|≤ε，那么δ2和δp中较小者δ*所对应的非线性系数是最佳的非线性系数γopt；如果|δ2-δp|＞ε，则更新(γ1,δ1)、(γ2,δ2)和(γ3,δ3)，重复S3；S5.停止迭代，将最佳的非线性系数γopt代入数字背向传输算法，对色散和非线性损伤进行补偿，进行载波恢复和解码处理，恢复发射端所发送的数据。在上述技术方案的基础上，如果发射端使用偏振复用，则S1中数字背向传输算法计算后，利用时域均衡进行偏振解复用。在上述技术方案的基础上，所述S2中，对于具有不同码元幅度的高阶调制格式，对S1处理后的一个信号进行分圈，根据码元的不同幅度，对应得到半径不同的圈，再将所有码元映射到一个圈上，计算重新映射后的信号强度方差，即为该信号的强度方差。在上述技术方案的基础上，当为16-QAM调制格式时，一个信号的码元具有三种不同的幅度，得到半径不同的三个圈S1、S2和S3，其半径分别为R1、R2和R3，将所有码元映射到一个圈上，这个圈上的码元表示为该信号的强度方差为δ1＝σ2(|E(t)|2)，其中E(t)为重新映射后的信号幅度。在上述技术方案的基础上，所述S3中，二次曲线所对应的最小值的横坐标γp，满足γp=(γ22-γ32)δ1+(γ32-γ12)δ2+(γ12-γ22)δ32[(γ2-γ3)δ1+(γ3-γ1)δ2+(γ1-γ2)δ3].]]>在上述技术方案的基础上，所述S4中，如果|δ2-δp|＞ε，按照二次插值法的迭代更新标准更新(γ1,δ1)、(γ2,δ2)和(γ3,δ3)，当γ2＜γp＜γ3时，如果δp＜δ2，选取γ1＝γ2、δ1＝δ2、γ2＝γp、δ2＝δp；否则选取γ3＝γp、δ3＝δp。在上述技术方案的基础上，当γ1＜γp＜γ2时，如果δp＜δ2，选取γ3＝γ2、δ3＝δ2、γ2＝γp、δ2＝δp；否则选取γ1＝γp、δ1＝δp。在上述技术方案的基础上，如果发射端使用偏振复用，所述S5中，在载波恢复之前，需利用时域均衡进行偏振解复用。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术中，不同的非线性系数γ代入后，所得到的信号强度方差曲线是一个凹曲线，在强度方差最小时，对应的非线性系数即为最佳非线性系数γopt。利用二次插值法能够比较迅速地确定最小强度方差，从而得到最佳非线性系数γopt。2、在A-DBP中，通过二次插值算法替代最陡下降法，能够降低A-DBP在搜索最佳非线性系数γopt时所需的迭代次数；A-DBP的运算复杂度可以用A-DBP在搜索最佳非线性系数时所需的迭代次数来表示，迭代次数越少，A-DBP的运算复杂度也就越小。3、本专利技术可以用于相干光纤通信系统，尤其是M-QAM高阶调制格式的相干光通信系统，能够更精确地确定最佳非线性系数。附图说明图1为本专利技术用于相干光通信中补偿非线性损伤的算法示意图；图2为本专利技术中对理想16-QAM的分圈示意图；图3为本专利技术中对16-QAM进行重新映射后得到的星座图；图4为本专利技术实施例用来搜索最佳非线性系数方法的原理示意图；图5为给定不同的非线性系数γ时，使用直接计算方差法得到的归一化强度方差的曲线；图6为给定不同的非线性系数γ时，采用分圈和重新映射处理后再计算方差的方法得到的归一化强度方差的曲线；图7为在25-Gbaud偏振复用16-QAM相干光通信系统中，光纤链路只有一种光纤时，不同算法获得的BER与入纤功率Pin的关系曲线对比图；图8为在25-Gbaud偏振复用16-QAM相干光通信系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法，其特征在于，包括步骤：S1.接收端收到信号后，设定三个非线性系数γ1、γ2和γ3，且γ1＜γ2＜γ3，分别代入自适应数字背向传输算法进行处理，得到三个信号幅度值作为初步值；S2.分别计算三个初步值的强度方差δ1、δ2和δ3，需要满足δ1＞δ2和δ2＜δ3，如不满足，则调整三个非线性系数的大小，重复S1；S3.预先设定的一个值ε，ε取10‑3或10‑4，选取(γ1,δ1)、(γ2,δ2)和(γ3,δ3)这三点作为二次插值算法的初始输入，得到一个二次曲线，将二次曲线所对应的最小值的横坐标γp作为输入，代入自适应数字背向传输算法计算，得到信号的强度方差δp；S4.判断|δ2‑δp|，如果|δ2‑δp|≤ε，那么δ2和δp中较小者δ*所对应的非线性系数是最佳的非线性系数γopt；如果|δ2‑δp|＞ε，则更新(γ1,δ1)、(γ2,δ2)和(γ3,δ3)，重复S3；S5.停止迭代，将最佳的非线性系数γopt代入数字背向传输算法，对色散和非线性损伤进行补偿，进行载波恢复和解码处理，恢复发射端所发送的数据。

【技术特征摘要】
1.一种补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法，其特征在于，包括步骤：
S1.接收端收到信号后，设定三个非线性系数γ1、γ2和γ3，且γ1＜γ2＜γ3，分别代入
自适应数字背向传输算法进行处理，得到三个信号幅度值作为初步值；
S2.分别计算三个初步值的强度方差δ1、δ2和δ3，需要满足δ1＞δ2和δ2＜δ3，如不满足，则
调整三个非线性系数的大小，重复S1；
S3.预先设定的一个值ε，ε取10-3或10-4，选取(γ1,δ1)、(γ2,δ2)和(γ3,δ3)这三点作为
二次插值算法的初始输入，得到一个二次曲线，将二次曲线所对应的最小值的横坐标γp作
为输入，代入自适应数字背向传输算法计算，得到信号的强度方差δp；
S4.判断|δ2-δp|，如果|δ2-δp|≤ε，那么δ2和δp中较小者δ*所对应的非线性系数是最佳的
非线性系数γopt；如果|δ2-δp|＞ε，则更新(γ1,δ1)、(γ2,δ2)和(γ3,δ3)，重复S3；
S5.停止迭代，将最佳的非线性系数γopt代入数字背向传输算法，对色散和非线性损伤
进行补偿，进行载波恢复和解码处理，恢复发射端所发送的数据。
2.如权利要求1所述的补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法，其特征
在于：如果发射端使用偏振复用，则S1中数字背向传输算法计算后，利用时域均衡进行偏振
解复用。
3.如权利要求1所述的补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字信号处理算法，其特征
在于：所述S2中，对于具有不同码元幅度的高阶调制格式，对S1处理后的一个信号进行分
圈，根据码元的不同幅度，对应得到半径不同的圈，再将所有码元映射到一个圈上，计算重
新映射后的信号强度方差，即为该信号的强度方差。
4.如权利要求3所述的补偿光纤传输非线性损伤的自适应数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蔚，姚海涛，余少华，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42