[發(fā)明專利]基于非線性PCA的調(diào)制格式透明的偏振和相位恢復(fù)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811403736.8
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109474347A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊彥甫;向前
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/516
• 代理公司: 深圳市添源知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44451
• 代理人: 羅志偉

本發(fā)明提供了一種基于非線性PCA的調(diào)制格式透明的偏振和相位恢復(fù)方法，假設(shè)忽略光纖中的偏振模色散和偏振相關(guān)損耗，在完全補(bǔ)償頻偏之后，接收信號僅僅收到偏振串?dāng)_和相位噪聲的影響，將接收信號表示為發(fā)射信號的線性混疊，偏振和相位恢復(fù)方法是估計(jì)逆線性混疊矩陣，從混疊信號中抽取出原始發(fā)射信號，將非線性PCA應(yīng)用于偏振和相位恢復(fù)方法。本發(fā)明的有益效果是：可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制格式無關(guān)的偏振和相位恢復(fù)，并且可以避免恒模算法中的奇異性問題，除此之外，本方法對收發(fā)機(jī)中的IQ不平衡不敏感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信，尤其涉及一種基于非線性PCA的調(diào)制格式透明的偏振和相位恢復(fù)方法。

背景技術(shù)

隨著數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)和業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，未來的網(wǎng)絡(luò)流量需要將呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)化、異構(gòu)化等發(fā)展趨勢。智能化和彈性化的彈性光網(wǎng)絡(luò)在這些驅(qū)動(dòng)下將發(fā)揮越來越重要的作用。為了平衡系統(tǒng)傳輸距離和頻譜效率，可根據(jù)信道條件來自適應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)制格式和速率的帶寬可變收發(fā)機(jī)已成為彈性化網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在此同時(shí)，可進(jìn)一步增加傳輸容量的高階調(diào)制格式和偏振復(fù)用技術(shù)也會在彈性光網(wǎng)絡(luò)中得到進(jìn)一步的應(yīng)用。然而，由于本振光和信號光的相位偏差和光纖中的隨機(jī)雙折射將會引起信號的畸變和兩個(gè)正交偏振態(tài)的相互串?dāng)_。如上所述，在彈性光網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)的調(diào)制格式會根據(jù)信道條件來進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)節(jié)。然而，現(xiàn)在主流的處理方案都是使用依賴于調(diào)制格式幅度或星座點(diǎn)等先驗(yàn)信息的補(bǔ)償方案，并且大部分算法都是兩種效應(yīng)分別補(bǔ)償。但是，在真實(shí)的彈性光網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)制格式等信息往往是未可知的，并且獨(dú)立處理方案也會引入額外的補(bǔ)償代價(jià)。因此，可實(shí)現(xiàn)調(diào)制格式透明的偏振和相位恢復(fù)方案對于彈性光網(wǎng)絡(luò)是非常重要的。

在目前的相干光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主流的偏振態(tài)恢復(fù)方案為恒模算法及其改進(jìn)方案，相位恢復(fù)方案主要是維特比-維特比算法、盲相位搜索算法及其改進(jìn)方案。為了補(bǔ)償偏振串?dāng)_和相位噪聲，兩種補(bǔ)償算法會根據(jù)調(diào)制信號進(jìn)行不同的搭配，例如恒模算法和維特比算法一般用于處理mPSK等恒幅值信號，多模算法和盲相位搜索算法一般用于補(bǔ)償mQAM等多幅值信號。在此同時(shí)，這些算法也存在一些本身的不足，例如，恒模算法及其改進(jìn)算法存在奇異性和收斂速度較慢等問題，維特比-維特比算法的估計(jì)精度較低且不適用于高階調(diào)制格式，盲相位搜索算法的計(jì)算復(fù)雜度較高并且測試相位必須隨著調(diào)制格式的變化而改變。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種基于非線性PCA(principalcomponent analysis,主成分分析)的調(diào)制格式透明的偏振和相位恢復(fù)方法。

本發(fā)明提供了一種基于非線性PCA的調(diào)制格式透明的偏振和相位恢復(fù)方法，假設(shè)忽略光纖中的偏振模色散和偏振相關(guān)損耗，在完全補(bǔ)償頻偏之后，接收信號僅僅收到偏振串?dāng)_和相位噪聲的影響，因此，接收信號在數(shù)學(xué)上表示為：

其中，Z(t)，U(t)，J(t)，θ(t)和n(t)分別代表發(fā)射信號，接收信號，信道瓊斯矩陣，相位噪聲和高斯白噪聲，w,T_s,和t分別代表偏振旋轉(zhuǎn)頻率，符號周期，偏振仰角以及時(shí)間下標(biāo)；

接收信號表示為發(fā)射信號的線性混疊，如下所示：

其中，M(t)代表線性混疊矩陣，偏振和相位恢復(fù)方法是估計(jì)逆線性混疊矩陣，從混疊信號中抽取出原始發(fā)射信號，因此，偏振和相位恢復(fù)方法在數(shù)學(xué)上表示為：

其中，w₁₁,w₁₂,w₂₁和w₂₂為W(t)中的元素；

非線性PCA主要通過最小化接收信號和其重構(gòu)信號來進(jìn)行參數(shù)更新，表示為：

J₁(W)＝E{|e(t)|²}＝E{|U(t)-W^Hg(Z(t))|²} (4)