[發明專利]基于頻域導頻信號的偏振快速追蹤及相位恢復系統及方法

在審

• 申請號: 202110264428.7
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112804008A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 江和洵;諸葛群碧;胡衛生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B10/61
• 分類號: H04B10/61;H04L25/03;H04L27/00;H04L27/01
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種基于頻域導頻信號的偏振快速追蹤及相位恢復方法及系統，涉及光通信應用領域,具備完成數十兆赫茲偏振旋轉速率的追蹤能力。包括在發射端插入三個不同偏振態的頻域導頻信號；在接收端；利用導頻信號進行頻偏估計和補償；提取三個頻域導頻信號，頻域導頻信號下變頻，利用頻域導頻信號分塊估計偏振旋轉矩陣，利用旋轉矩陣的逆矩陣對偏振信號分塊恢復；利用頻域導頻信號對信號進行相位恢復。

技術領域

本發明涉及高速偏振旋轉和相位恢復技術領域，具體地，涉及一種基于頻域導頻信號的偏振快速追蹤及相位恢復系統及方法。

背景技術

傳統的光技術通過點對點的方式連接兩地，每一端都需要一個相同速率的收發機。這種方式和點對多點的通信系統不匹配，產生了額外的開銷。Infinera公司提出了XR技術，采用點對多點的數字子載波復用系統，將單波長高帶寬的信號分成了多個低帶寬的子載波，這些子載波被分配到不同的地點。XR技術主要應用場景為點到多點短距接入的系統，如5G中的前傳，中傳和后傳系統，以及下一代接入網等。XR技術本質上是相干光通信技術，利用了強度相位和偏振等調制維度，和傳統的強度調制直接檢測技術不同，容易受到鏈路中偏振旋轉的影響。

對于偏振旋轉，目前在接收端DSP中常用的均衡算法(如恒模算法(constantmodulus algorithm)和最小均方誤差算法(least mean square algorithm)偏振旋轉追蹤能力有限，所能解偏的極限偏振態速率接近1M rad/s，并且實現的代價較大，rad為弧度單位，M為單位兆，s為單位秒。在5G前傳場景中，光纜接入基站時，有一段光纜暴露于空中，容易受到外部環境的干擾，當光纜附近發生雷擊的時候，光纖中的偏振態會高速變化甚至到數M rad/s，使得傳統的算法失效。需要采用其他的高速追蹤算法，專利文獻CN101931457A公開了卡爾曼濾波算法，但是卡爾曼濾波算法計算復雜度非常高，難以實際部署到芯片中。

傳統的相位恢復算法有盲相位搜索算法，超標量鎖相環算法，基于時域周期性插入導頻信號的算法和基于頻域導頻信號的算法等。其中頻域導頻算法恢復相位噪聲雖然占據少量的信號頻譜，但計算復雜度低，估計精度高，且與具體的信號調制格式無關。頻域導頻算法位于均衡算法之前。得到的相位包括由于偏振旋轉引入的相位噪聲，當存在高速偏振旋轉時，偏振旋轉引入的相位噪聲和激光器引入的相位噪聲混在一起，傳統先利用頻域導頻算法恢復相位噪聲，再利用均衡算法解偏振旋轉將失效。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于頻域導頻信號的偏振快速追蹤及相位恢復系統及方法。

根據本發明提供的一種基于頻域導頻信號的偏振快速追蹤及相位恢復方法，包括：

步驟S1：在發射端，在子載波之間的頻譜間隔處，插入三個不同偏振態的頻域導頻信號；

步驟S2：在接收端，對接收到的信號做色散補償；對收端子載波復用信號做FFT變換，用收端導頻信號峰值對應的頻點位置減去發端插入導頻信號頻點位置，得到估計的頻偏，并對子載波復用信號頻偏補償；提取導頻信號；導頻信號下變頻到0頻點；利用三個導頻信號分塊計算估計偏振旋轉矩陣，求偏振矩陣的逆矩陣，用逆矩陣對子載波復用信號分塊恢復；相位恢復：利用偏振旋轉矩陣的逆矩陣，對任一頻域導頻信號分塊恢復偏振旋轉，提取恢復偏振旋轉后頻域導頻信號的相位信息，對子載波復用信號相位恢復；

步驟S3：獲取基于頻域導頻信號的偏振快速追蹤及相位恢復結構信息。

優選地，所述步驟S1包括：

步驟S1.1：在發送端，發送數據先由bit序列映射成正交振幅調制(QAM)信號；進行根升余弦脈沖整形；子載波復用產生子載波復用信號。

優選地，所述步驟S1包括：

步驟S1.2：在子載波復用信號的子載波頻譜間隔中，插入三個不同偏振態的頻域導頻信號，為發端頻域導頻信號對應的瓊斯矢量，頻域導頻信號的產生方式為：