一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法技术

本发明专利技术涉及光通信领域和微波光子领域，具体涉及一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法。首先，将激光器输出的连续光载波通过偏振控制器调节后，注入到处于低偏置状态下的马赫曾德尔调制器中，并被射频信号调制。调制后的光信号经过光纤传输后被光电探测器检测，对输出的信号进行数据采样，在数字信号处理模块中利用数字滤波器从采样后的数据中提取出失真信息。最后基于失真信息中互调失真和三阶交调失真信号与基频信号符号相反的特性，在快速自适应获取最佳线性化向量系数的同时完成对互调失真和三阶交调失真的补偿。本发明专利技术无需系统和信号的先验参数，无需复杂的训练和迭代优化过程，效果和实用性更好。效果和实用性更好。效果和实用性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法


[0001]本专利技术涉及光通信领域和微波光子领域，具体涉及一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法。

技术介绍

[0002]微波光子技术因其大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势，被广泛应用于雷达、电子对抗、深空探测以及卫星通信等方面。因其具有单一的微波或光子技术无法完成的信息传输和处理功能，在未来高速光通信系统中具有重要的潜力。然而，微波光子链路(MPL,Microwave Photonic Link)中系统器件的非线性特性，特别是电光调制器固有的正余弦特性，会导致链路输出的信号发生畸变。宽带多载波MPL不仅会受到谐波失真(HD,Harmonic Distortion)和带内三阶交调失真(IMD3,Third
‑
order Intermodulation Distortion)的影响，还会受到带外互调失真(XMD,Cross
‑
modulation Distortion)的影响。一般来说，HD分量距离基频分量较远，可以选择合适的滤波器将其滤除。而IMD3和XMD分量距离基频分量较近，难以通过单一的滤波方式将其滤除。
[0003]近年来，国内外研究人员提出了许多方法来补偿MPL中产生的非线性失真。例如，调制器级联方法、双波长双并联调制方法、平衡探测方法、预失真方法以及数字后处理方法等。然而，这些补偿方法主要是针对窄带MPL中产生的IMD3，难以直接用于补偿XMD。面对现代通信技术复杂多变的应用场景，现有的补偿方法需要同时具备补偿宽带多载波MPL中产生的XMD和IMD3的能力，才能满足MPL高可靠性的传输要求。但是，目前基于此类的研究比较少，已有的补偿方法大致分为三类。第一类是后失真补偿方法，该方法通过提取各信道的信号并将它们同步，实现对XMD和IMD3的同时补偿，但是需要记录每个信道的输出信号并保持信道间的时间同步，增加了系统的复杂度和计算量。第二类是基于数字信号处理(DSP,Digital Signal Processing)的失真补偿方法，该方法通过从链路接收端提取失真补偿信息，然后将其馈送给DSP中用于对目标信号的失真补偿，然而所提出的方法需要获知系统和信号的先验参数，这会使其变得更加复杂。第三类是基于人工神经网络的失真补偿方法，该方法利用训练好的人工神经网络去补偿XMD和IMD3，但该方法需要采集大量的数据用于模型的训练。因此，如何抑制宽带MPL中产生的非线性失真问题仍然是当前亟需解决的主要问题。此外，西南交通大学提出了一种自适应后处理算法，该算法利用失真信息中IMD3符号和基频符号相反的特性获取线性化系数，实现对IMD3的补偿。但是该方案没有考虑多载波场景下产生的XMD，并且获取的线性化系数不能对IMD3达到最佳补偿效果。在此基础上，该专利技术针对宽带多载波MPL中产生的XMD和IMD3，给出了相应的非线性失真模型，并在理论模型上进一步揭示了多载波场景下XMD和IMD3的符号同时满足与基频符号相反的特性，利用此特性可以获取最佳线性化向量系数，使IMD3和XMD的补偿效果同时达到最佳。

技术实现思路

[0004]为了降低系统和算法的复杂度，使得微波光链路的线性化方案更具实用性，本发
明提供了一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法，可以有效抑制宽带MPL中产生的带内IMD3和带外XMD。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术建立了基于马赫曾德尔调制器的强度调制直接检测微波光链路，链路中的器件包括激光器，偏振控制器，马赫曾德尔调制器，光纤，光电探测器，模数转换模块和数字信号处理模块。
[0006]本专利技术所述的一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法的步骤为：
[0007]步骤一、激光器输出的连续光载波经过偏振控制器调节后，注入到处于低偏置状态下的马赫曾德尔调制器中；
[0008]步骤二、调制器中的光载波被输入的宽带多载波射频(RF,Radio Frequency)信号调制；
[0009]从数学上讲，宽带多载波RF信号包含k个频率分量。每个频率分量的中心角频率为ω
k
，幅值为A
k
(t)。因此，它表示为：
[0010][0011]步骤三、调制后的光信号经过光纤传输后，通过光电探测器完成对信号的完整接收，并在模数转换模块中转换为电信号。具体包括以下步骤：
[0012]步骤三(一)、一般来说，系统的非线性传递函数可以用泰勒级数的展开模型来表示。在小信号条件下(调制深度m＜π/6)，由于高于三阶的谐波分量对系统影响较小，因此通常被忽略，所以系统的传递函数可以表示为：
[0013]y＝a0+a1x(t)+a2[x(t)]2+a3[x(t)]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]其中a
i
(i＝0,1,2,3)是和马赫曾德尔调制器的偏置点与半波电压V
π
以及探测器的响应度和接收光功率等相关的系数。
[0015]步骤三(二)、将式(1)代入式(2)中得到
[0016][0017]步骤三(三)、进一步整理得到系统的输出信号为：
[0018][0019]从式(4)中可以看出，工作在宽带多载波情景下的MPL，调制的带内信号不仅会受到带外信号对带内信号XMD的影响，还会受到带内信号间IMD3的影响，两种失真并存。如式(4)中的第二项所示，其中XMD项为IMD3项为同时在式(4)的第一项中也发现了与二阶失真相关的非线性失真项和直流项。
[0020]步骤三(四)、对于低偏置强度调制直接检测系统，传递函数还可表示为：
[0021][0022]其中，为PD的响应度，I
PD
为PD接收到的光功率，Z
PD
为50欧姆匹配阻抗。
[0023]步骤三(五)、将式(5)通过泰勒级数展开，忽略高阶项得到：
[0024][0025]步骤三(六)、将式(5)与式(2)对比可知，特征系数a0～a3具体可以表示为：
[0026][0027]步骤四、对转换后的信号进行数据采样，利用数字带通滤波器从采样后的数据中提取出失真信息；
[0028]通过数字滤波器滤除与基频项相距较远的二阶失真项和直流项，并提取出所需要的失真信息S
out
：
[0029][0030]步骤五、在DSP中完成对XMD和IMD3的同时补偿。具体包括以下步骤：
[0031]步骤五(一)、由式(8)可知系统的输出是与其输入相关的高阶多项式。一般来说，该系统的线性化可以通过另一个与系统输出相关的高阶多项式来实现，即在小信号的条件下，忽略三阶以上谐波分量，该式子可以表示为：
[0032][0033]其中，b
n
(n＝1,3)为多项式系数，由式(9)可知线性化条件是因此，该系统的线性化需要知道b1和b3的值，为了不引入衰减，可以将b1假设为l，只需要确定b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、激光器输出的连续光载波经过偏振控制器调节后，注入到处于低偏置状态下的马赫曾德尔调制器中；步骤二、调制器中的光载波被输入的宽带多载波射频信号调制；步骤三、调制后的光信号经过光纤传输后，通过光电探测器完成对信号的完整接收，并在模数转换模块中转换为电信号；步骤四、对转换后的信号进行数据采样，利用数字带通滤波器从采样后的数据中提取出失真信息；步骤五、在DSP中完成对XMD和IMD3的同时补偿。2.根据权利要求1所述的一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法，其特征在于，在所述步骤四中，对转换后的信号进行数据采样，利用数字带通滤波器从采样后的数据中滤除与基频项相距较远的二阶失真项和直流项，并提取出宽带多载波微波光链路输出的失真信息S
out
：3.根据权利要求2所述的一种面向宽带多载波微波光链路的快速自适应线性化方法，其特征在于，在所述式(1)中发现宽带多载波微波光链路的输出是与其输入相关的高阶多项式，一般来说，宽带多载波微波光链路的线性化可以通过另一个与宽带多载波微波光链路输出相关的高阶多项式来实现，即在小信号的条件下，忽略三阶以上谐波分量，可以表示为：其中，b
n
(n＝1,3)为多项式系数，由式(2)可知线性化条件是因此，宽带多载波微波光链路的线性化需要知道b1和b3的值，为了不引入衰减，可以将b1假设为l，只需要确定b3的值即可，根据上述特征参量可知a1·
a3＜0，可以确定式(1)中失真信息S
out
的基频信号与XMD和IMD3信号的符号相反，进而导致式(2)中分别属于S
out
和的XMD和IMD3信号的符号也相反。4.根据权利要求1所述的一种面向宽带多载波微波光链路的快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈康，卢冰，白一凡，侯维刚，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：