[發明專利]基于DENCLUE聚類的Stokes空間相干光調制格式識別方法

有效

• 申請號: 201711428624.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108173599B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 劉潔;龍志潔;麥曉豐;吳雄
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04B10/61
• 分類號: H04B10/61
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明提供的調制格式識別方法采用Stokes空間中信號的高階累積量和基于DENCLUE算法聚類出的聚類中心點數作為特征參量用于調制格式信號的識別，采用簡單的決策樹分類器，具有較低的計算復雜度、對偏振旋轉、載波頻偏、載波相位噪聲等光纖信道損傷不敏感，可以在較低光信噪比的情況下實現較高正確率的識別，且與現有商用光纖通信系統數字信號處理算法融合度高，易于從現有系統升級。

技術領域

本發明涉及相干光通信系統研究領域，更具體地，涉及一種基于DENCLUE聚類的Stokes空間相干光調制格式識別方法。

背景技術

近年來，具有高靈活性和自適應性的認知光網絡受到光通信界越來越多關注，被普遍認為是下一代光纖通信網絡的主要選擇之一。由于認知光網絡在發射端可以根據網絡具體環境和用戶需求自適應地選取調制格式，這就需要接收端的認知光接收機具有調制格式識別的功能。盡管針對調制格式識別的研究，在無線通信領域內已經普遍展開，但是在光纖通信系統中，數字相干光接收機中的調制格式識別技術面臨著大相位噪聲、光纖偏振相關損傷，以及光纖非線性損傷等一系列新的問題。如何在這些光纖信道存在損傷的情況下實現調制格式的正確識別，是相干光接收機調制格式識別的主要研究目的。

最近幾年現有技術提出了幾種有關相干光調制格式的識別方法，其中面向偏振復用相干光接收機的基于Stokes空間的調制格式識別方案吸引了許多研究人員的興趣。由于Stokes空間映射后的信號不受相干光接收機引入的相位噪聲、頻率偏移、偏振旋轉的影響，因此調制格式識別可以放置在偏振復用的自適應均衡算法、頻偏估計、載波相位估計等與調制格式有關的算法之前，從而可以較早的實現調制格式識別，為接下來算法的有效應用提供依據。目前已提出有關Stokes空間的調制格式識別算法，如期望最大化(EM)，空間密度聚類(DBSCAN)、最大似然(ML)等，均無法實現復雜度和噪聲容忍度的同時兼顧。

因此，如何在常規DSP模塊中對調制格式敏感的算法之前，實現具有較低計算復雜度、較高的噪聲容忍度，可以以較低的代價實現調制格式識別，仍然是光通信系統調制格式識別技術面臨的挑戰。

發明內容

本發明的發明目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種基于DENCLUE聚類的Stokes空間相干光調制格式識別方法該方法，具有較低的計算復雜度，對偏振旋轉、載波頻偏、載波相位噪聲等光纖信道損傷不敏感，可以在較低光信噪比的情況下實現較高正確率的識別，且與現有商用光纖通信系統數字信號處理算法融合度高，易于從現有系統升級。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

基于DENCLUE聚類的Stokes空間相干光調制格式識別方法，包括以下步驟：

(1)訓練階段：設置不同調制格式的樣本信號，將樣本信號進行Stokes空間映射并進行最小二乘平面擬合，對映射后的信號計算高階累積量，初步構造決策樹分類器用來區分當前信號的調制格式為8PSK、8QAM還是{BPSK、QPSK、16QAM}；針對{BPSK、QPSK、16QAM}調制格式的樣本信號應用改進的DENCLUE聚類算法計算最小二乘平面上的聚類中心點數，以聚類中心點數為特征參量，針對不同的光信噪比情況，根據最優貝葉斯分類原則構造決策樹結構及判決門限值，完善決策樹分類器的構造；

(2)識別階段：將當前相干光接收機接收到的X、Y兩路正交的偏振信號進行Stokes空間映射，然后對映射后的信號計算高階累積量，將高階累積量輸入到步驟(1)建立的決策樹分類器中，判別當前信號的調制格式為8PSK、8QAM還是{BPSK、QPSK、16QAM}，若為{BPSK、QPSK、16QAM}調制格式則應用改進的DENCLUE聚類算法計算信號經過stokes空間映射后在Stokes空間最小二乘平面上的聚類中心點數，將聚類中心個數輸入到步驟(1)建立的決策樹分類器中，判別出當前信號的具體調制格式；

所述步驟(1)、(2)中，應用改進的DENCLUE聚類算法計算聚類中心點數的具體過程如下：