[發(fā)明專利]一種數(shù)字相干光通信系統(tǒng)的損傷自適應(yīng)補(bǔ)償方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310222442.6
• 申請(qǐng)日: 2013-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN103312645A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔晟;方曉之;徐夢(mèng)然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/03
• 分類號(hào): H04L25/03;H04B10/25
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 周發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信，相干檢測(cè)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來高級(jí)調(diào)制格式，相干探測(cè)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)合極大地提高了傳統(tǒng)WDM光傳輸系統(tǒng)的性能。高級(jí)調(diào)制格式通過對(duì)光信號(hào)幅度，相位和偏振全場(chǎng)信息多維度多進(jìn)制調(diào)制有效提高了系統(tǒng)的頻譜效率；數(shù)字相干探測(cè)技術(shù)則可以將信號(hào)光全場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，兼容各種高級(jí)調(diào)制格式信號(hào)，具有較高的靈敏度，并可通過DSP算法對(duì)信號(hào)的各種損傷，包括傳輸光纖中的色度色散（CD）、相位調(diào)制（SPM）和交叉相位調(diào)制（XPM）造成的非線性損傷（NLD）、接收機(jī)本振激光器頻偏（LFO）以及發(fā)射端激光器相位噪聲（LPN）等進(jìn)行補(bǔ)償，極大地提高了系統(tǒng)的傳輸距離和帶寬。因此數(shù)字相干光傳輸被認(rèn)為是未來骨干光纖通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

數(shù)字相干光傳輸系統(tǒng)雖然具有許多優(yōu)勢(shì)，但是其發(fā)展應(yīng)用中仍然有一些亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。首先是如何在以往DSP補(bǔ)償算法的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)損傷補(bǔ)償。我們知道上述信號(hào)損傷并不是靜止不變的，而是會(huì)由于外界環(huán)境溫度變化，器件老化或線路維護(hù)而發(fā)生變化，特別是在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中還會(huì)由于光鏈路重構(gòu)或周圍信道的上下鏈路而發(fā)生瞬時(shí)大幅度變化，因此為了保證系統(tǒng)在整個(gè)壽命周期內(nèi)正常工作，以及滿足未來動(dòng)態(tài)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的要求，就需要對(duì)各種損傷進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償。另外一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題是如何大幅降低算法的復(fù)雜度以解決目前DSP計(jì)算速率不能滿足實(shí)時(shí)處理要求的問題，這也是相干光傳輸系統(tǒng)實(shí)用化的關(guān)鍵。

目前已經(jīng)提出的信號(hào)損傷補(bǔ)償方法有很多種。對(duì)于CD補(bǔ)償可以采用過TDE（時(shí)域均衡）或FDE（頻域均衡）算法。FDE算法由于在補(bǔ)償長距離大色散時(shí)具有更小的計(jì)算量而在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。但FDE算法進(jìn)行色散補(bǔ)償首先必須知道信號(hào)CD大小。目前已提出的基于DSP的CD監(jiān)測(cè)方法一般分為全盲和數(shù)字輔助算法。其中全盲算法由于計(jì)算量較大，對(duì)DSP硬件系統(tǒng)要求高，收斂速度慢，無法滿足動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)對(duì)補(bǔ)償模塊響應(yīng)速度的要求。數(shù)字輔助算法由于是通過時(shí)分復(fù)用在固定時(shí)間間隔插入導(dǎo)引序列用于監(jiān)測(cè)信號(hào)損傷的，因此無法全時(shí)監(jiān)測(cè)鏈路NLD的變化，實(shí)現(xiàn)NLD自適應(yīng)補(bǔ)償。對(duì)于非線性損傷補(bǔ)償最為廣泛使用的主要是基于分布傅里葉（SSF）算法逆向求解非線性薛定諤方程的數(shù)字反向傳輸（DBP）技術(shù)。DBP可以同時(shí)補(bǔ)償CD，SPM和XPM等多種損傷，但是DBP補(bǔ)償精度與步數(shù)有關(guān)，需要反復(fù)進(jìn)行FFT/IFFT變換，計(jì)算量非常大，遠(yuǎn)超目前的DSP處理能力，只能采用離線處理方式，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。最近還有人提出了基于導(dǎo)頻的NLD補(bǔ)償方法，但此方法無法實(shí)現(xiàn)CD的自適應(yīng)補(bǔ)償，仍然無法滿足動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的要求。

相位噪聲的補(bǔ)償和LFO估計(jì)中目前應(yīng)用最多的是Viterbi-Viterbi算法。該算法原理是通過M次方消除符號(hào)相位調(diào)制信息，再通過比較前后符號(hào)相移估計(jì)LFO的影響（對(duì)于LPN則是通過若干前后相鄰符號(hào)相位的均值估計(jì)其大小），因此要求符號(hào)相位均勻分隔。對(duì)于m級(jí)正交幅度調(diào)制（mQAM）信號(hào)需要事先知道信號(hào)調(diào)制格式并采用閾值法區(qū)分具有不同相位間隔的符號(hào)子集。其缺點(diǎn)是需要先驗(yàn)知識(shí)，且對(duì)于閾值比較敏感，不合適的閾值設(shè)置會(huì)嚴(yán)重影響算法性能。此外該方法需要首先對(duì)信號(hào)色散進(jìn)行補(bǔ)償，否則無法有效計(jì)算出LFO。此外，Viterbi-Viterbi算法需要進(jìn)行對(duì)大量高次方運(yùn)算，計(jì)算量較大，不利于減少DSP資源占用率和降低系統(tǒng)能耗。

最后以往提出的導(dǎo)頻或數(shù)字輔助自適應(yīng)補(bǔ)償算法都只針對(duì)單個(gè)或兩種損傷，而不同損傷也要基于不同的輔助信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，因此無法滿足CD，NLD，LFO和LPN的同時(shí)自適應(yīng)補(bǔ)償，而如果簡單的綜合幾種不同的自適應(yīng)補(bǔ)償算法，即通過插入各種導(dǎo)頻和數(shù)字輔助信號(hào)實(shí)現(xiàn)上述功能又會(huì)造成系統(tǒng)頻譜效率的降低和收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)的更加復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種計(jì)算量小，占用頻譜資源少，響應(yīng)速度快，滿足動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)，并可以適用于各種調(diào)制格式而無需先驗(yàn)信息的信號(hào)損傷自適應(yīng)補(bǔ)償方法，能夠?qū)χ饕盘?hào)損傷包括CD、NLD、LFO和LPN進(jìn)行補(bǔ)償，從而有效提高相干光通信系統(tǒng)的可靠性，實(shí)用性和靈活性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種數(shù)字相干光通信系統(tǒng)的損傷自適應(yīng)補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟：

在發(fā)射端，在信號(hào)光中插入兩個(gè)對(duì)稱于輸入信號(hào)頻率f_c分布的脈沖調(diào)制導(dǎo)頻信號(hào)；將光導(dǎo)頻和光信號(hào)進(jìn)行合波后發(fā)射到傳輸光纖中；