[發明專利]一種OAM-QPSK傳輸的聚類非線性補償方法

有效

• 申請號: 202110609629.6
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113346957B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 高然;崔奕;張琦;忻向軍;周思彤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京郵電大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/61;G06K9/62
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發明涉及一種OAM?QPSK傳輸的聚類非線性補償方法，特別涉及一種針對OAM模式復用傳輸QPSK信號的聚類非線性補償方法，屬于光纖通信技術領域。本發明將數據分為訓練序列和測試序列，訓練序列用于訓練聚類模型，測試序列用于誤碼率性能測試。聚類模型的訓練采用的是改進的快速查找密度峰值聚類算法(FSFDP)。該方法能夠降低非線性補償的計算復雜度，系統通信的誤碼率性能得到了提升，實現了低復雜度的非線性補償。

技術領域

本發明涉及一種OAM-QPSK傳輸的聚類非線性補償方法，特別涉及一種針對OAM模式復用傳輸QPSK信號的聚類非線性補償方法，屬于光纖通信技術領域。

背景技術

自從高錕在1966年提出將光纖作為傳輸介質，光纖通信得到迅速的發展。光纖以其傳輸頻帶寬、信號衰減小、抗干擾能力強的特點，而遠遠由于電纜和微波通信的傳輸，已經成為通信中的主要傳輸方式，尤其是在長距離傳輸中。長距離光纖傳輸通常依賴于高功率激光在長距離傳輸光脈沖以克服衰減，然而在足夠高的光強度下，光纖的纖芯會發生非線性折射，引發克爾效應，導致非線性損傷。非線性損傷可以分為兩大類，第一類為確定性非線性損傷，僅取決于色散和非線性系數，如自相位調制(SPM)，通道內交叉相位調制(ISPM)和四波混頻(IFWM)，通道間交叉相位調制(XPM)和四波混頻(FWM)等；第二類為依賴于非線性器件(如空間光調制器，平衡探測器等)，放大自發輻射(ASE)和色散之間相互作用的隨機非線性損傷。

常用的非線性補償方法為數字反向傳播(DBP),該方法在數字域中采用了負色散，損耗和非現行系數的虛光纖。DBP在補償確定性非線性損傷中有著良好的性能，然而不能夠補償隨機非線性損傷。常見的補償確定性和隨機性的非線性損傷的方法是基于三階沃爾特拉級數(Volterra Series)的均衡器，此外有學者將機器學習算法引入到非線性補償領域中，來補償確定性和隨機性的非線性損傷，如支持向量機(SVM)、神經網絡(NN)、KNN、K-均值聚類等算法。這些方法都有著不錯的效果，但是這些算法中，基于三階沃爾特拉級數的均衡器的補償效果較差，基于機器學習的非線性補償的效果較好，但是計算復雜度和計算量極大。由于近年來各種業務需求爆炸增長，光纖傳輸所需的信道容量和信息量越來越大，復雜度高、計算量大的非線性補償方法難以滿足傳輸的需求，特別是對將軌道角動量(OAM)引入到光纖中的OAM光纖傳輸。

作為當今通信領域的熱點，自從帶有軌道角動量(OAM)的光束在1992年被提出，OAM領域得到了迅速發展。由于OAM在Hilbert空間的無限維特性，被認為是通信系統中非常重要的可用資源，因而具有廣闊的應用前景。但是在很長一段時間，OAM在通信中的研究一直局限在自由空間中傳輸。因為傳統光纖的限制，OAM被認為不適合在光纖中傳輸，直到具有渦旋的光纖結構被提出，才逐漸出現OAM在光纖中傳輸的研究。具有渦旋結構的光纖經過不斷的研究更新，成為現在的環芯光纖，使得可以傳輸的OAM模式逐漸增多。軌道角動量模式復用因此得以實現，然而在系統容量增大的同時，因為系統鏈路中空間光調制器的加入，非線性效應對系統的影響也隨之增加，非線性損傷成為了限制系統性能的主要因素，因此設計出補償效果好、復雜度低的非線性補償方法變得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是為了解決OAM-MDM系統傳輸QPSK信號的背景下，信號因為受到由空間光調制器、IQ調制器和平衡探測器等導致的器件非線性和光纖非線性的非線性損傷，導致星座點彌散旋轉，誤碼率性能較差的問題，提供了一種針對該情況的聚類非線性補償方法，該方法將數據分為訓練序列和測試序列，訓練序列用于訓練聚類模型，測試序列用于誤碼率性能測試。聚類模型的訓練采用的是改進的快速查找密度峰值聚類算法(FSFDP)。該方法能夠降低非線性補償的計算復雜度，系統通信的誤碼率性能得到了提升，實現了低復雜度的非線性補償。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

一種OAM-MDM的聚類非線性補償方法，包括如下步驟：

步驟一、數據預處理