一种偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法技术方案

本发明专利技术公开了一种偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法，设计了软判决代价函数及其更新准则，构造了一种基于反曲函数的输出软判决算子，提出了输出判决算子的步长更改方法，当输出端信号均方误差足够低时，两个蝶形均衡器开启，进而获得较快的收敛速度和较小的稳态误差的效果。

A dual decision blind equalization method for polarization multiplexed coherent optical communication systems

The invention discloses a blind equalization method of Dual Decision optical communication system a polarization multiplexing coherent design, soft decision cost function and updating rules, construct a soft decision output operator sigmoidal function based on the proposed output decision operator step change method, when the output signal of the mean square error is low enough two, butterfly equalizer open, steady-state error and obtain faster convergence rate and smaller effect.

【技术实现步骤摘要】
一种偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法
本专利技术涉及偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法。
技术介绍
当前光纤通信的发展主要面临两大问题：一是如何尽可能地提升传输容量；二是如何最大限度补偿传输过程中的各种损伤以延长传输距离。相干探测、调制制式复杂化、偏振复用(DP)等技术为传输容量的提升发挥了重要作用。光相干接收技术在提高光接收机接收灵敏度的同时使发射端采用多维度多进制调制码型成为可能。多维度多进制调制技术可在一个符号上承载多个比特信息，有效提高频谱效率。DP与相干检测结合则能够在不改变光纤链路配置的情况下，使得系统传输率加倍，在提高频谱利用率的同时增大了对光谱偏移的容忍度。若能对高速光传输系统中CD和PMD进行有效补偿，则可在提升频谱效率的同时保持信号长距离传输，也可使大量已铺设的传输光缆可被再利用和进行系统扩容，为未来智能光网络创造条件并为超高速光纤通信系统的发展做准备。电色散补偿(EDC)技术采用电子滤波(均衡)技术对光色散进行补偿，通过对接收的光信号在电域进行抽样、软件优化和信号复原，能有效地调整接收信号波形，恢复由于CD、PMD和非线性效应等引起的光信号展宽、失真，从而达到补偿的效果。EDC的均衡/去损伤功能与偏振解复用功能综合一体，可实现联合优化并免除了偏振实时跟踪反馈控制环节。此外，由于电子技术成熟、便于集成、电子设备添加至现有光通信系统可保障已铺设的光缆可再利用。因此，光通信系统色散补偿领域的研究人员开始将注意力转向如何在电域探求更好的色散补偿方法。目前CD、PMD电域综合补偿典型的作法主要是：首先通过数字滤波器去除大量由于光信息传播所累积的CD，随后通过自适应均衡器恢复传输信号偏振的同时补偿PMD及残留CD的影响。主要研究工作集中在最大似然序列估计(MLSE)法和蝶形恒模算法(CMA)上。MIMO等效思想的蝶形CMA色散补偿方法由美国中佛罗里达大学Y.Han团队和英国伦敦大学学院的S.J.Savory等人相继提出。蝶形CMA具有算法思路简单、物理概念清晰、计算复杂度小、便于实时实现、对相位噪声不敏感等优点，吸引了大量研究人员的注意。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法，获得较快的收敛速度和较小的稳态误差。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法，包括以下步骤：1)建立偏振复用信号传输模型：均衡器输出其中，wp＝[wp.p(0)，...，wp.p(L-1)，wp.q(0)，...，wp.q(L-1)]*；根据接收信号构造yL(n)＝[yp(n)*,...,yp(n-L+1)*,yq(n)*,...,yq(n-L+1)*]*；L为极化方向分数间隔均衡器长度的一半；上标*表示矩阵转置运算；i为第i个采样时刻，T是发送信号的符号周期；2)设计输出z(n)：z(n)＝λ(n)z1(n)+[1-λ(n)]z2(n)；其中，λ(n)＝[λp(n),λq(n)]*为软判决算子；zi(n)＝[zi,p(n),zi,q(n)]*,i＝1,2是均衡器输出的第i个信号，其值为zp(n)的第i行；3)设计如下软判决算子：其中，反曲函数sgm(x)＝(1+e-x)-1，这里e为自然数，x为函数自变量，α+、α-分别为X方向和Y方向上判决函数输入αp(n)、αq(n)中的正数最大值；p和q分别代表X和Y方向极化；4)设计以下代价函数将所述代价函数Jp(n)对αp(n)求偏导，并用瞬时梯度代替真实梯度，得到其中，λp(n-1)为第n-1次迭代时的判决函数算子，为求导运算；ρ(n)为第n次迭代的高斯聚类簇的方差；pp(n)＝ηpp(n-1)+(1-η)|z1,p-z2,p|2，η∈[0,1]，|·|表示取模值运算，pp(n)为第n次迭代的因子，pp(n)的初始值为0；表示取实部运算；表示数学期望，zp,R(n)和zp,I(n)分别表示均衡器输出zp(n)的实部和虚部，Rc为与发送信号有关的常数；5)对步骤4)的代价函数进行迭代运算，当输出信号眼图张开时，进入步骤6)；6)设计如下软判决代价函数JSDD：M为调制信号的阶数，K为一个大于1的正整数，ρ和ζij分别表示高斯簇的方差和均值；利用所述软判决代价函数JSDD更新均衡器权值，所述均衡器权值更新准则为：μ1为步长；均衡器更新准则为：其中，上标H表示共轭运算，e2(n)＝d(n)-z2,p(n)，d(n)为判决输出信号值，μVSS为可变的步长；wp(n)＝[w1,p(n)w2,p(n)]T，wm,p，m＝1,2待获得的p极化方向的各路均衡器，上标T表示矩阵转置。本专利技术中，α+＝α-＝4。μVSS的更新公式如下：其中，为符号函数，和分别表示取实部和取虚部运算。μVSS(n+1)≈μVSS(n)(1+β)，其中，β＝-γμVSS|e2(n)|2。本专利技术中，M为4,8,16,32,64…与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术输出软判决的步长是可变，当输出端信号均方误差(MSE)足够低时，两个蝶形均衡器开启，进而获得较快的收敛速度和较小的稳态误差。附图说明图1是本专利技术光纤通信色散和偏振模色散原理示意图；图2是本专利技术的信道模型；图3是本专利技术的算法框图；图4是本专利技术仿真实验16正交幅度调制(16QAM)系统均衡器输出信号对比结果；图5是本专利技术仿真实验64正交幅度调制(64QAM)系统均衡器输出信号对比结果；图6是本专利技术16正交幅度调制(16QAM)系统比特误码率(BER)与光信噪比(OSNR)的关系；图7是本专利技术16正交幅度调制(16QAM)系统比特误码率(BER)与残留色散(CD)的关系。具体实施方式本专利技术包括如下几个步骤：(1)建立偏振复用信号传输模型仅考虑线性色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)(图1所示)，光传输信道可等效为一个静态信道。信道模型如图2所示，调制符号序列{s(k)}首先通过一个成型滤波器g(t)：其中t为时间，T是发送信号的符号周期，xp(t)为X方向极化信息。经过光传输信道之后，并考虑加性噪声影响，接收的连续时间信号以T/2时间进行间隔采样，获得这里接收信号发送信号加性高斯白噪声上标*表示矩阵转置运算。p和q分别代表X和Y方向极化，t0为固定时间延迟。信道冲激响应矩阵设X极化方向分数间隔均衡器(FSE)的长度为2L，X极化方向均衡器输出信号可表达为为简化计，假设FSE抽头数为偶数，并只有奇数输出采样点保留，则X方向极化输出序列可改写为：分别令wp,p＝[wp,p(2i),wp,p(2i+1)]，wp,q＝[wp,q(2i),wp,q(2i+1)]，i为第i个采样时刻。可得这里wp＝[wp,p(0),...,wp,p(L-1),wp,q(0),...,wp,q(L-1)]*，yL(n)＝[yp(n)*,...,yp(n-L+1)*,yq(n)*,...,yq(n-L+1)*]*下面对照图3设计判决方案。(2)设计输出判决方案令软判决算子λ(n)＝[λp(n),λq(n)]*，输出信号z(n)＝[zp(n),zq(n)]*，zi(n)＝[zi,p(n),zi,q(n)]*,(i＝1,2)，zi(n)＝[zi,p(n),zi,q(n)]*,i＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立偏振复用信号传输模型：均衡器输出

【技术特征摘要】
1.一种偏振复用相干光通信系统的双判决盲均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立偏振复用信号传输模型：均衡器输出其中，wp＝[wp，p(0)，...，wp，p(L-1)，wp，q(0)，...，wp，q(L-1)]*；根据接收信号构造yL(n)＝[yp(n)*,...,yp(n-L+1)*,yq(n)*,...,yq(n-L+1)*]*；L为极化方向分数间隔均衡器长度的一半；上标*表示矩阵转置运算；i为第i个采样时刻，T是发送信号的符号周期；2)设计输出z(n)：z(n)＝λ(n)z1(n)+[1-λ(n)]z2(n)；其中，λ(n)＝[λp(n),λq(n)]*为软判决算子；zi(n)＝[zi,p(n),zi,q(n)]*,i＝1,2是均衡器输出的第i个信号，其值为zp(n)的第i行；3)设计如下软判决算子：其中，反曲函数sgm(x)＝(1+e-x)-1，这里e为自然数，x为函数自变量，α+、α-分别为X方向和Y方向上判决函数输入αp(n)、αq(n)中的正数最大值；p和q分别代表X和Y方向极化；4)设计以下代价函数Jp(n)：将所述代价函数Jp(n)对αp(n)求偏导，并用瞬时梯度代替真实梯度，得到其中，λp(n-1)为第n-1次迭代时的判决函数算子，为求导运算；ρ(n)为第n次迭代的高斯聚类簇的方差；pp(n)＝ηpp(n-1)+...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮秀凯，周志立，谈燕花，戴瑜兴，崔桂华，李理敏，张耀举，杨卫波，唐震洲，朱海永，李昌，赵杭芳，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33