[發(fā)明專利]一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的裝置與方法

有效

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• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109379132B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 楊愛英;郭少健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079
• 代理公司: 北京理工正陽知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發(fā)明涉及一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的裝置與方法，屬于通信技術領域。包括：步驟1：用低速探測單元對經(jīng)過光纖鏈路傳輸后的光信號進行低速探測，經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理單元產(chǎn)生數(shù)據(jù)集，并用數(shù)據(jù)集分類單元將數(shù)據(jù)集劃分為訓練集以及測試集；步驟2：構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡單元，設置神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù)，并用步驟1中產(chǎn)生的訓練集訓練構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡；步驟3：將步驟2中訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡單元，用于估計步驟1中劃分好的測試集的色散，其估計方法為用神經(jīng)網(wǎng)絡單元的輸出與參考色散進行加權(quán)平均。本發(fā)明能實現(xiàn)對低速率采樣的信號進行色散估計，大大降低了接收端成本；還解決了需用周期性訓練序列信號進行色散估計的缺陷且不需要改變發(fā)射端。

技術領域

本發(fā)明涉及一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的裝置與方法，屬于通信技術領域。

背景技術

光傳輸網(wǎng)絡向著超長傳輸距離、超大容量的方向發(fā)展。隨著信道傳輸速率的提高、傳輸距離的延長，光纖中的色散和非線性嚴重制約光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡的性能。隨著數(shù)字信號處理技術的廣泛應用，色散均衡技術有效地補償了色散對光通信信號的劣化。但色散均衡的前提是需要準確估計光纖通信鏈路的累積色散。

光纖色散監(jiān)測方法主要包括基于RF導頻的色散估計法，殘留邊帶濾波法，掃描搜索色散法、基于分數(shù)階傅里葉變換盲色散估計方法等。基于RF導頻的色散估計法是在發(fā)送端插入射頻導頻信號，由于光纖色散其上下邊帶信號經(jīng)過光纖鏈路傳輸后會發(fā)生符號相反的相位偏移，當相位差為(2k+1)π時，上下邊帶經(jīng)光探測后的電信號功率最小。在色散監(jiān)測點通過分析RF功率譜來實現(xiàn)光纖鏈路色散的監(jiān)測。其缺點是需在發(fā)送端插入導頻。殘留邊帶濾波法使用帶通濾波器將光信號分別進行上、下邊帶的濾波，通過檢測兩個殘留邊帶信號的時延差或相位差來計算光纖的色散。殘留邊帶濾波法無需對發(fā)射機進行改動，靈敏度高，能夠區(qū)分色散的正負，同時不受偏振模色散、非線性雙折射和啁啾的影響。但其帶通濾波器的帶寬等于信號的比特率，對信號速率不透明。掃描搜索色散的方法是對于未知色散的信號，設置一定的色散步長進行掃描；對于每一個色散值，利用設計好的代價函數(shù)計算出一個與色散相關的函數(shù)值，通過比較所有計算出的函數(shù)值，找到其中的極值(最大值或最小值)，從而找到參考的色散值，完成色散的估計，但缺點是計算量大。基于分數(shù)階傅里葉變換(FrFT)盲色散估計方法，通過掃描不同的分數(shù)階來尋找最優(yōu)階，然后利用最優(yōu)階估計光纖鏈路的累積色散。分數(shù)階傅里葉變換盲色散估計方法需要過采樣率的數(shù)據(jù)，對模數(shù)變換器性能要求高。最近提出的一種基于訓練序列和降采樣的色散估計的新方法，利用周期信號作為訓練序列，對訓練序列進行降采樣與拼接，等效成過采樣信號；再對等效的過采樣信號進行FrFT變換，尋找最優(yōu)階，最后根據(jù)最優(yōu)階估計累積色散。訓練序列需要對發(fā)射設備進行修改，并額外占用了光通信的帶寬。

上述光纖鏈路色散估計方法存在需要導頻或訓練序列、計算量大或者比特率不透明等缺陷，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有光纖鏈路色散估計方法存在的缺陷，提出一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的裝置與方法，利用低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡算法對光纖鏈路傳輸?shù)男盘栠M行準確的色散估計，降低系統(tǒng)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有光纖鏈路色散估計方法存在需要導頻或訓練序列、計算量大或者比特率不透明等缺陷，提出一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的裝置與方法，利用低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡算法對光纖鏈路傳輸?shù)男盘栠M行準確的色散估計，克服需要周期信號作為訓練序列才能從降采樣信號估計光纖鏈路色散的缺點；不需要改變發(fā)射端，并降低系統(tǒng)成本。

本發(fā)明一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的裝置與方法包括一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的裝置，簡稱本裝置，以及一種低速相干探測和神經(jīng)網(wǎng)絡估計光纖色散的方法；

其中，被估計的光纖通信鏈路色散簡稱色散，主要是不同波長的光信號在光纖中以不同的群速度傳播，導致了輸出光脈沖的展寬；

其中，本裝置包括低速相干探測單元，數(shù)據(jù)預處理單元，數(shù)據(jù)集分類單元以及神經(jīng)網(wǎng)絡單元；