[發明專利]一種使用交叉混合狀態的相干光通信均衡方法

有效

• 申請號: 201810292110.8
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108521385B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李朝暉;王宏量
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;H04B10/61
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發明涉及通信的技術領域，更具體地，涉及一種使用交叉混合狀態的相干光通信均衡方法。該方法基于迭代最小二乘法，包括以下步驟：將濾波器接收端接收到的兩路信號交叉混合成一路信號；濾波器對信號進行濾波得到一個輸出值；把在星座圖上最接近輸出值的由理想星座點旋轉而成的圓上的一個點作為判斷值；將判斷值與輸出值的差當作誤差系數加入到迭代最小二乘法更新過程；更新后的系統狀態進入下一次迭代。本發明能夠對相干光通信傳輸過程中受到偏振態效應影響的信號進行有效均衡，與盲均衡算法相比能夠追蹤更高的偏振態旋轉速度并具有更快收斂速度，同時與卡爾曼濾波相比具有更低的復雜度和計算量，并且不需要將信號分解為實部和虛部進行輸入，適用于各階相移鍵控（PSK）和正交調幅（QAM）偏振復用信號。

技術領域

本發明涉及通信的技術領域，更具體地，涉及一種使用交叉混合狀態的相干光通信均衡方法。

背景技術

隨著對寬帶網絡需求的巨大提升和數據傳輸量的高漲，基于先進調制方式，偏振模復用(PDM)，相干探測和數字信號處理(DSP)的技術目前成為一種有效提高相干光通信系統傳輸速率的方案。偏振模復用系統使用兩路相互正交的偏振態(SOP)去傳輸兩個信道具有相同波長的光信號。這種方式能夠提高一倍的傳輸速率，因此得到廣泛的研究。PDM系統相比普通光路傳輸方式對光的偏振效應更加敏感。在光纖傳輸系統中存在的主要偏振效應是偏振模色散(PMD)和偏振態旋轉(RSOP)。這些效應將會造成信號發生偏振態混疊。同時，在長距離傳輸過程中，光纖鏈路受到的外界干擾會使載波信號的相位發生偏移。這些干擾帶來的信號失真使得接收端無法分辨接收信號的星座點，因此需要一種能夠快速追蹤信號偏振態，解決載波相位偏移的均衡算法，實現對信號的解偏振態，恢復原始信號。

當今隨著DSP技術的發展，提出了一系列的解偏振的算法。目前得到廣泛運用的是恒模算法(constant modulus alogorithm，CMA)和多模算法(multimodulus algorithm，MMA)，這種算法運用自適應有限脈沖響應濾波器對線性損失進行均衡。然而，CMA和MMA算法的收斂速度比較慢，并且會產生奇點問題，對較高速度的偏振態旋轉無法實現準確的追蹤。斯托克斯空間(Stokes space，SS)方式可以實現快速的收斂，但這種方法只能用于在較小PMD值下的QPSK調制方式，而且在時變的SOP環境下表現不佳。有研究提出聯合SS和CMA/MMA的方案以提高收斂速度并解決奇點問題，但這種方案并不能實現偏振態的高速追蹤。還有一類基于卡爾曼濾波器的方案，主要有環向線性卡爾曼濾波器(radius directed linearKakman fliter，RD-LKF)，擴展卡爾曼濾波器(extended Kalman filter，EKF)和無跡卡爾曼濾波器(unscented Kalman filter)三種。RD-LKF能夠找到線性系統的最佳參數并成功運用于高速的偏振態追蹤，但無法解決相位問題。EKF被設計用來跟蹤非線性動態系統的參數，能有效解決偏振態和均衡問題。然而EKF要求輸入的狀態必須為實值，因此在信號輸入濾波器時要分解為實部和虛部。這導致EFK在迭代過程中復雜度的增加，而且只允許實部輸入的方式可能會造成濾波器的發散。UKF把所有偏振態和相位因素考慮進去，代價則是較高的計算復雜度。

以上方案無法兼顧偏振態高速追蹤，相位補償和計算復雜度三個方面。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種使用交叉混合狀態的相干光通信均衡方法，其自適應能力強，能有效解決各種由偏振效應和距離傳輸造成的信號失真問題。

本發明提出的以交叉混合狀態作為輸入的迭代最小二乘法，能實現高速的偏振態追蹤和相位糾正，并具有較低的計算復雜度，對各種輸入環境具有良好的適應性。相比于CMA/MMA算法，本發明能夠在50個采樣點內實現信號收斂，偏振態追蹤速度可以在穩定達到100Mrad/s。而相比于EKF，本發明不需要將偏振態分解為實部和虛部兩部分，并且不需要在輸入濾波器前預測狀態向量，迭代過程計算量相對較少，在相同的計算環境下具有更快的迭代速度，同時兼顧高速偏振態追蹤和相位糾正。