[發明專利]基于自適應非迭代聚類的Stokes空間相干光調制格式識別方法

在審

• 申請號: 201711428631.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108173600A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 劉潔;陳德和;蔡澤杰;陳樹鑫
• 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

本發明提供一種基于自適應非迭代聚類的相干光調制格式識別方法，該方法根據信號在stokes空間最小二乘平面上的分布，構建兩個簡單的參數建立決策圖進行聚類中心的選取，同時根據不同調制格式及信噪比的情況，自適應地選擇決策圖上聚類中心的判決閾值，從而實現較高的識別精度。該方法既利用了Stokes空間調制方法對相干光接收機大相位噪聲和偏振串擾不敏感的優點，同時突破此類算法對高階調制格式識別精度較低、算法復雜度較高的限制，實現在較低信噪比下高階調制格式的較高識別正確率，無需迭代計算，具有相對較低的復雜度。

技術領域

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

背景技術

為了提高頻譜效率和保證通信服務的質量，帶有帶寬可變收發機的認知光學網絡(CON)被認為是下一代光纖通信網絡的主要選擇之一。CON的發射機能夠根據動態的網絡環境和用戶的需求自適應地選擇信號的調制格式。因此需要相干光接收機具有調制格式識別的功能，從而使后續的與調制格式有關的數字信號處理算法(如自適應均衡、載波相位恢復算法等)達到其最優性能，且最終實現正確解調。與無線通信系統中的調制格式識別不同，相干光通信系統中的調制格式識別面臨著偏振串擾、偏振模式色散、光纖非線性、相干光接收機的大相位噪聲等光纖信道損傷帶來的新挑戰。針對以上挑戰，近年來有多種面向相干光通信系統的調制格式識別方法被提出，在這些方法中，基于Stokes空間的調制格式識別方法由于其對相干光接收機的大相位噪聲、偏振間串擾的不敏感而獲得了廣泛的關注。

但現有Stokes空間調制格式識別方法，仍然具有較高的計算復雜度(如需要迭代計算等)。且由于高階調制信號(如16QAM、32QAM、64QAM等)在Stokes空間中的映射點數較多，分布較為密集，所以此類算法較難實現對高階調制格式的高精度識別。因此，如何設計出具有較低計算復雜度、可識別高階調制格式的Stokes空間調制格式識別方法，目前仍然是一個挑戰。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于自適應非迭代聚類的Stokes空間相干光調制格式識別方法，該方法除了具有對偏振串擾、相干光接收機大相位噪聲等光纖信道損傷具有較好的容忍度外，還具有較低的計算復雜度，且可以實現對高階調制格式的識別，可以在較低光信噪比下實現較高正確率的識別。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

基于自適應非迭代聚類的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，將不同調制格式的樣本信號進行Stokes空間映射并擬合其最小二乘平面，旋轉Stokes空間信號，使其最小二乘平面與S₂和S₃軸組成的平面重合；對不同調制格式的樣本信號映射后最小二乘平面上的信號計算第一識別特征參量，作為決策樹分類器的第一個分類節點，區分信號屬于高階調制格式{PM-32QAM、PM-64QAM}還是低階調制格式{PM-QPSK、PM-8QAM、PM-16QAM}；對于高階調制格式{PM-32QAM、PM-64QAM}的樣本信號，根據其在Stokes空間的最小二乘平面上某一區域的分布不同，計算第二識別特征參量，作為決策樹分類器的第二個分類節點；對于低階調制格式{PM-QPSK、PM-8QAM、PM-16QAM}的樣本信號，應用自適應非迭代聚類算法計算其在最小二乘平面上的聚類中心個數，并基于聚類中心個數計算第三識別特征參量、第四識別特征參量，分別作為決策樹分類器的第三、四個分類節點；然后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；