一种基于MA-DBP算法的光纤非线性均衡方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MA

【技术实现步骤摘要】
一种基于MA
‑
DBP算法的光纤非线性均衡方法


[0001]本专利技术涉及光纤通信
，具体为一种基于MA
‑
DBP算法的光纤非线性均衡方法。

技术介绍

[0002]光通信是现代社会中各种信息技术的支柱。随着全球互联网流量以每年60％的速度增长，迫切需要在光通信速度方面取得突破性的研究，以满足未来的全球性连接的需求。在长距离光通信系统中，由于克尔非线性效应、色散效应和放大自发辐射噪声之间的相互作用，补偿光纤非线性损伤是一个困难的问题。
[0003]近年来对光纤的非线性损伤的研究成为了光通信领域的一大热点，针对光纤的非线性损伤，目前已经提出了几种光纤非线性的补偿方案，主要包括：共轭孪生波，基于Volterra级数的非线性均衡，数字反向传播(Digital Back
‑
propagation，DBP)。在这些非线性补偿算法中，共轭孪生波创造性地提出了两种共轭方案：时域共轭孪生波和频域共轭孪生波，它可以消除由克尔非线性效应与色散相互作用引起的非线性失真，但是共轭孪生波的精度会随着波分复用系统的复用信道数量的增加而下降，并且会浪费一半的传输带宽；Volterra级数通过Volterra级数来求解非线性薛定谔方程(Nonlinearequation，NLSE)，计算的复杂度较高并且非线性的补偿效果受滤波器抽头系数影响而并不稳定。作为一种在数字域上补偿光纤非线性效应的方法，DBP使用分步傅里叶变换来得到NLSE的近似时域解，已被证明是补偿长距离光通信系统中信道内光纤非线性的最有效方法。
[0004]然而，大多数的DBP方案在补偿非线性时存在两个问题：1、数字处理的精度跟所选择的步长大小有关，很难平衡非线性补偿(Nonlinear compensation，NLC)的性能与计算复杂度之间的关系；2、需要获得准确的链路参数。在动态环境下，光纤的非线性系数会随着发射功率变化而变化，从而使得链路参数不能准确地获得，导致了NLC性能的降低。在这种背景下，迫使需要一种自适应的DBP(Adaptive DBP，A
‑
DBP)方案，将光纤中一些重要的参数自适应的获得。
[0005]迄今为止，已经提出了几种A
‑
DBP方案。其中，基于相位方差、强度噪声方差和误差向量幅值的A
‑
DBP方案，在迭代计算时需要额外的载波恢复处理；利用Godard
’
s error作为代价函数来估计最优光纤非线性系数的A
‑
DBP方案，主要适合于拥有恒定幅值的调制信号(例如，相移键控调制信号)，对于正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)信号就显得力不从心了；而利用级联多模算法(Cascaded multi
‑
mode algorithm，CMMA)的Godard
’
s error方案，虽然该方案适合于QAM调制信号，但是在CMMA方案后需要额外的相位旋转处理。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于改进型的自适应反向传播
(Modified Adaptive Digital Back
‑
propagation，MA
‑
DBP)算法的光纤非线性均衡方法。它不仅可以适用于QAM调制信号，还可以自适应的搜索出系统最优的光纤非线性系数，使得非线性补偿的性能达到最优。技术方案如下：
[0007]一种基于MA
‑
DBP算法的光纤非线性均衡方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：构建PDM
‑
16QAM的长距离光传输系统，从系统的接收端获取实验数据；
[0009]步骤2：将数字信号处理中数字反向传播算法的步长选择为改进型的非线性步长，其步长计算公式如下：
[0010][0011]式中，h(n)表示DBP的第n步的步长；N、L
sapn
、α分别表示每个光纤跨距的总步数、光纤跨距长度和光纤衰减系数；
[0012]步骤3：计算出基于改进型级联多模算法的Godard
’
s error的代价函数：
[0013]步骤3.1：在基于改进型级联多模算法的16QAM星座图中，按照(r1+r2)/2的分界将16QAM符号分成y1[n]、y2[n]两类；其中，r1、r2分别为改进型级联多模算法的参考模值，且r1＝(L2+L1)/2、r2＝(L2‑
L1)/2；L1、L2为基于改进型级联多模算法的16QAM星座图中的正交坐标模值；
[0014]步骤3.2：利用信号样本计算出Godard
’
s error；
[0015]步骤3.3：将所有信号样本Godard
’
s error的和作为代价函数(Cost function，CF)，代价函数表达式如下：
[0016][0017]其中，CF
I
(γ)和CF
Q
(γ)分别为I路信号与Q路信号的代价函数；N1、N2分别表示两个区域的信号样本个数；y
1I
、y
1Q
分别表示第一区域内信号样本的实部和虚部；y
2I
、y
2Q
分别表示第二区域信号样本的实部和虚部；R
i
表示不同分区的常量，且R
i
＝|y
i
[n]|4/|y
i
[n]|2，其中i＝1I,2I,1Q,2Q；
[0018]步骤4：利用斐波那契搜索算法来搜索出代价函数中对应的最优的光纤非线性系数：
[0019]步骤4.1：确定迭代搜索的精度θ，迭代搜索的范围的两个端点值γ
a
、γ
b
和与之对应的代价函数值，并计算参与计算的斐波那契数列，计算公式如下：
[0020][0021]其中，F0、F1、F
k
均为斐波那契数列中的元素，x是一个可变参量；N
*
是非零自然数；
[0022]步骤4.2：通过不断更新γ
a
、γ
b
和与之对应的代价函数值，直到接近最初预设的精度θ；在达到系统预设的精度时，计算出系统最优的光纤非线性系数γ
opt
＝(γ
a
+γ
b
)/2；
[0023]步骤5：根据最优的光纤非线性系数进行非线性补偿。
[0024]进一步的，所述PDM
‑
16QAM的长距离光传输系统中用偏振分束器将载波光源分解成两个光载波，然后分别注入两I/Q调制器中；波形发生器产生的四路电信号分别注入两I/Q调制器中进行载波调制；调制后的光信号经偏振合束器耦合，再经掺铒光纤放大器放大后进入光纤传输；光纤链路由100km标准单模光纤、掺铒光纤放大器、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MA
‑
DBP算法的光纤非线性均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建PDM
‑
16QAM的长距离光传输系统，从系统的接收端获取实验数据；步骤2：将数字信号处理中数字反向传播算法的步长选择为改进型的非线性步长，其步长计算公式如下：式中，h(n)表示数字反向传播的第n步的步长；N、L
sapn
、α分别表示每个光纤跨距的总步数、光纤跨距长度和光纤衰减系数；步骤3：计算出基于改进型级联多模算法的Godard
’
s error的代价函数：步骤3.1：在基于改进型级联多模算法的16QAM星座图中，按照(r1+r2)/2的分界将16QAM符号分成y1[n]、y2[n]两类；其中，r1、r2分别为改进型级联多模算法的参考模值，且r1＝(L2+L1)/2、r2＝(L2‑
L1)/2；L1、L2为基于改进型级联多模算法的16QAM星座图中的正交坐标模值；步骤3.2：利用信号样本计算出Godard
’
s error；步骤3.3：将所有信号样本的Godard
’
s error的和作为代价函数，代价函数表达式如下：式中，CF
I
(γ)和CF
Q
(γ)分别表示I路信号与Q路信号的代价函数；N1、N2分别表示两个区域的信号样本个数；y
1I
、y
1Q
分别表示第一区域内信号样本的实部和虚部；y
2I
、y
2Q
分别表示第二区域信号样本的实部和虚部；R
i
表示不同分区的常量，且R
i
＝|y
i
[n]|4/|y
i
[n]|2，其中，i＝1I,2I,1Q,2Q；步骤4：利用斐波那契搜索算法来搜索出代价函数中对应的最优的光纤非线性系数：步骤4.1：确定迭代搜索的精度θ，迭代搜索的范围的两个端点值γ
a
、γ
b
和与之对应的代价函数值，并计算参与计算的斐波那契数列，计算公式如下：式中，F0、F1、F
k
均为斐波那契数列中的元素；x是一个可变参量；N
*
是非零自然数；步骤4.2：通过不断更新γ
a
、γ
b
和与之对应的代价函数值，直到接近最初预设的精度θ；在达到系统预设的精度时，计算出系统最优的光纤非线性系数γ
opt
＝(γ
a
+γ
b
)/2；步骤5：利用步骤4中计算出来的系统最优的光纤非线性系数进行光纤非线性补偿。2.根据权利要求1所述的一种基于MA
‑
DBP算法的光纤非...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙建宇，蔡炬，张洪波，张敏，朱虹霖，陈志轩，衣庆彬，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：