[發明專利]一種全神經網絡的全數字相干接收系統

在審

• 申請號: 202211039888.0
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115589264A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 黃夏濤;張靜;黃方方;許渤;邱昆
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B10/61
• 分類號: H04B10/61;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄒裕蓉

本發明提供一種全神經網絡的全數字相干接收系統，采用全神經網絡結構，包括IQ不平衡與正交化層、色散補償層、非線性補償層、時鐘恢復層、偏振解復用層、頻偏估計補償層和載波相位恢復層；IQ不平衡與正交化層為單層神經網絡；色散補償層由串并轉換模塊、卷積神經網絡、并串轉換模塊構成；非線性補償層由串并轉換模塊、卷積層、全連接層和并串轉換模塊構成；時鐘恢復層為單層神經網絡；偏振解復用層由串并轉換模塊、卷積神經網絡和并串轉換模塊構成；頻偏估計層、載波相位補償層為單層神經網絡。本發明將基于全神經網絡的相干接收算法替代傳統的相干接收機算法，在網絡訓練過程中自適應調節算法參數，提升算法補償系統損傷的有效性。

技術領域

本發明涉及數字光信號處理技術，特別涉及相干光通信技術。

背景技術

在過去的二十年里，光纖通信系統的傳輸容量已經歷了三個數量級的巨大增長。在長距離骨干網傳輸方面，相干光接收技術已經實現了大規模商用，其單通道的傳輸速率達到了100Gb/s以上，傳輸距離超過2000公里。單通道1Tbit/s甚至超1Tbit/s的相關技術正在研發過程中，單光纖總容量向100Tb/s發展以滿足數據流量急劇增長的需求。

相干光通信系統在接收端使用相干檢測技術。相干檢測技術可以實現多種調制方式信號，可以通過提升本振光的功率來改善接收機的接收靈敏度，提升系統傳輸性能；在相干光通信系統中，既可以在發射端處使用預均衡數字信號處理技術預補償信號在傳輸鏈路中受到的損傷，也可以在接收端處，利用數字信號處理技術實現信號的損傷補償，以改善接收信號的質量，提高傳輸系統性能；相干接收機可以使頻分復用系統的頻率間隔縮小，取代傳統光復用技術的大頻率間隔，具有以頻分復用實現更高傳輸速率的潛在優勢；相干光通信系統還能夠使用多種調制格式，使得光纖通信的維度得到了拓展，實現傳輸系統頻譜效率的提升。同時，偏振解復用相干光通信系統，實現系統容量和傳輸速率的翻倍。

近年來，隨著深度學習的快速發展，神經網絡通過從大規模數據中使用多層次的非線性信息處理和抽象，用于特征學習、表示、分類、回歸和模式識別等并將結果泛化至未知數據中，在搜索技術，數據挖掘，機器學習，機器翻譯，自然語言處理，多媒體學習，語音，推薦和個性化技術，以及其他相關領域都取得了很多成果。深度學習使機器模仿視聽和思考等人類的活動，解決了很多復雜的模式識別難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種對常用的光收發機的硬件結構不做改變，在數字信號處理過程中使用可解釋的將全神經網絡替代傳統的相干接收解調機制的數字相干接收系統。

本發明為解決上述問題所采用的技術方案是，一種全神經網絡的全數字相干接收系統，包括IQ不平衡與正交化層、色散補償層、非線性補償層、時鐘恢復層、偏振解復用層、偏振估計補償層和載波相位恢復層；

IQ不平衡與正交化層為單層神經網絡，用于實現IQ不平衡補償，其中包括相位與幅度不平衡補償，另外還根據信道響應的特征選擇開關色散補償支路與非線性補償支路；

色散補償層由串并轉換模塊、卷積神經網絡、并串轉換模塊構成；IQ不平衡與正交化層的輸出從色散補償支路經串并轉換后輸入至色散補償層的卷積神經網絡，該卷積神經網絡用于實現時域色散補償，色散補償層的卷積神經網絡的輸出通過并串轉換輸出至時鐘恢復層；

非線性補償層由串并轉換模塊、卷積層、全連接層和并串轉換模塊構成；IQ不平衡與正交化層的輸出從非線性補償支路經串并轉換后輸入至卷積層和全連接層，卷積層和全連接層用于實現非線性補償，全連接層的輸出通過并串轉換輸出至時鐘恢復層；

時鐘恢復層為單層神經網絡，用于實現時鐘恢復后輸出至偏振解復用層；

偏振解復用層由串并轉換模塊、卷積神經網絡和并串轉換模塊構成；時鐘恢復層的輸出經串并轉換后輸入至偏振解復用層的卷積神經網絡，該卷積神經網絡用于實現偏振解復用，偏振解復用層的卷積神經網絡的輸出再通過并串轉換輸出至頻偏估計層；