本發(fā)明涉及一種優(yōu)化的有限脈沖響應(yīng)時域色散均衡的方法，尤其涉及一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光信號經(jīng)過光纖傳輸后，會存在色散效應(yīng)。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，色散效應(yīng)導(dǎo)致脈沖展寬，限制了系統(tǒng)可傳輸信號的最高速率。目前針對色散的均衡方式有兩種，一種是時域色散均衡，另一種是頻域色散均衡。

時域色散均衡可分為FIR時域色散均衡和時域色散均衡(TDE)兩種。FIR時域色散均衡的原理是：根據(jù)光纖中色散的頻率響應(yīng)設(shè)計一個頻率響應(yīng)為的濾波器進行色散均衡。該濾波器對應(yīng)的沖激響應(yīng)為按照奈奎斯特采樣定律及避免頻率混疊，該時域均衡濾波器的窗口時域范圍為Ts為采樣周期。考慮到實際操作的可行性，一般采用兩倍采樣，數(shù)字信號處理過程中通常用矩形窗截斷無限長的沖激響應(yīng)，即相當于頻域上的H_eq卷積抽樣函數(shù)Sa(ω)，再變換到時域，就得到FIR時域均衡色散的抽頭系數(shù)。FIR時域均衡色散的抽頭數(shù)N和抽頭系數(shù)a_k為其中，

時域色散均衡的另一種方法TDE的原理是：在頻域上對濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)H_eq加窗截斷，窗口長度為信號持續(xù)時間對應(yīng)的頻率范圍。將截斷后的H_eq通過逆傅里葉變換轉(zhuǎn)換到時域。轉(zhuǎn)換的結(jié)果即為TDE的抽頭系數(shù)。TDE的抽頭數(shù)N也按上述公式計算。

色散在頻域上的均衡主要采用重疊頻域色散均衡(OFDE)方法，原理是：將輸入信號分成長度為L_fft的多個窗口，窗口長度即快速傅里葉變換的長度。兩個窗口間存在重疊區(qū)L_overlap，把每個窗口通過傅里葉變換到頻域，并與抽頭系數(shù)相乘進行均衡。OFDE的抽頭系數(shù)為其中，最后，將均衡結(jié)果逆傅里葉變換回到時域，并丟掉重疊區(qū)的數(shù)據(jù)。

以上方法都起到均衡色散的效果。其中，F(xiàn)IR時域色散均衡方法的應(yīng)用較為普遍。此方法的缺點是抽頭系數(shù)模值恒定，這會導(dǎo)致均衡結(jié)果不佳。因此，如何在FIR時域色散均衡的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化抽頭系數(shù)，以達到最佳均衡效果，是目前需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)FIR時域色散均衡存在抽頭系數(shù)模值恒定導(dǎo)致均衡效果不理想的技術(shù)缺陷，色散均衡效果有必要進一步提高，提出了一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法。

發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法，中心思想為運用優(yōu)化函數(shù)與模值恒定的FIR時域色散均衡抽頭系數(shù)相乘的方式，優(yōu)化抽頭系數(shù)的權(quán)重，再用優(yōu)化后的抽頭系數(shù)均衡色散，從而改變抽頭系數(shù)模值恒定的情況，達到提高色散均衡效果的目的。

具體包括如下步驟：

步驟一、對光纖傳輸后的光脈沖信號進行相干解調(diào)和模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到采樣信號電場，再計算復(fù)數(shù)電場；

采樣電場的實部，記為E_I(n)；虛部，記為E_Q(n)，再計算復(fù)數(shù)電場，通過如下公式(1)計算：

E(n)＝E_I(n)+jE_Q(n)(1)；

其中，E(n)代表復(fù)數(shù)電場，j代表虛數(shù)單位；

步驟二、計算FIR時域色散均衡方法的抽頭數(shù)；

具體通過如下公式(2)計算：

其中，N為FIR時域色散均衡方法的抽頭數(shù)，D為色散參量，λ為激光器中心波長，L為光纖長度，c為光速，Ts為采樣周期，表示向下取整；

步驟三、計算FIR時域色散均衡方法的抽頭系數(shù)；

具體通過如下公式(3)計算：

其中，a_k為抽頭系數(shù)，π為圓周率；

步驟四、將步驟三輸出的抽頭系數(shù)與優(yōu)化函數(shù)相乘，再對優(yōu)化函數(shù)的參量優(yōu)化，得到加權(quán)的抽頭系數(shù)；

具體步驟為：

步驟4.1將a_k與優(yōu)化函數(shù)相乘，以達到優(yōu)化a_k權(quán)重的效果；

步驟4.2基于優(yōu)化的函數(shù)參量，以確保優(yōu)化后的抽頭系數(shù)C_k能達到最佳均衡效果；

其中，優(yōu)化函數(shù)可選為升余弦函數(shù)，又稱為Raised Cosine函數(shù)，簡稱為RC函數(shù)，即RC-FIR時域色散均衡；也可以選擇則高斯函數(shù)，稱為Gaussian函數(shù)，即G-FIR時域色散均衡；或者選擇其它優(yōu)化函數(shù)。

對于RC函數(shù)，函數(shù)參量為半高寬和滾降系數(shù)α，其中，T_window為FIR時域色散均衡方法的窗口長度。對于不同的X₁和α取值，根據(jù)C-FIR時域色散均衡對不同長度光纖傳輸后的光通信信號的均衡效果，得到不同條件下參量X₁和α的最佳取值恒定，由此確定X₁和α的取值；

對于高斯函數(shù)，待優(yōu)化的函數(shù)參量為半高寬T_{G_FWHM}＝X₂·T_window，

對比X₂取不同數(shù)值時，根據(jù)G-FIR時域色散均衡對不同長度光纖傳輸后的光通信信號的均衡效果，可得不同條件下參量X₂的最佳取值恒定，由此確定X₂的最佳取值；

對其它優(yōu)化函數(shù)，其參量的優(yōu)化也是根據(jù)對不同長度光纖傳輸后的光通信信號的均衡效果進行。

步驟五、用經(jīng)過步驟四優(yōu)化后的抽頭系數(shù)進行均衡色散；

具體通過如下公式(4)進行色散均衡：

其中，E(n-k)為采樣電場，E_eq(n)為輸出電場，代表將c_k和E(n-k)的乘積的N項和，k的變化范圍是從0到N-1求和；

至此，從步驟一到步驟五，完成了一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法。

有益效果

本發(fā)明一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法，與現(xiàn)有均衡色散方法相比，具有如下有益結(jié)果：

1.本方法能應(yīng)用于不同種類調(diào)制格式的光通信鏈路系統(tǒng)，進行光纖鏈路的色散均衡；

2.本方法可有效提高時域均衡色散的效果，適用于不同的光通信調(diào)制格式和多種符號速率，其中，RC-FIR時域色散均衡的優(yōu)化效果比G-FIR時域色散均衡更加顯著；

3.對經(jīng)過長度為1000km以內(nèi)的光纖傳輸?shù)腝PSK信號，RC-FIR時域色散均衡EVM值比FIR時域色散均衡小4％至6％，比TDE小3％，G-FIR時域色散均衡EVM值比FIR時域色散均衡小2％至5％，比TDE小約1％；

4.對經(jīng)過長度為1000km-2000km的光纖傳輸?shù)腝PSK信號，RC-FIR時域色散均衡EVM值比FIR時域色散均衡和TDE低約3％，G-FIR時域色散均衡EVM值比FIR時域色散均衡和TDE低約2％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法及實施例1中的模擬色散均衡所采用的系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法實施例1和2中的DSP基本流程圖；

圖3為本發(fā)明一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法原理圖；

圖4為本發(fā)明一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法實施例1中RC-FIR時域色散均衡方法的計算流程圖；

圖5為具體實施方法的實施例1中，40Gb/s的QPSK信號經(jīng)過500km，X₁和α取值范圍與均衡結(jié)果EVM的關(guān)系；

圖6為具體實施方法的實施例1中，40Gb/s的QPSK信號經(jīng)過1000km，X₁和α取值范圍與均衡結(jié)果EVM的關(guān)系；

圖7為具體實施方法的實施例1中，40Gb/s的QPSK信號經(jīng)過1500km，X₁和α取值范圍與均衡結(jié)果EVM的關(guān)系；

圖8為具體實施方法的實施例1中,RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡和TDE三種方法的抽頭系數(shù)對比圖；

圖9為具體實施方式中的實施例1中，40Gb/s的QPSK信號經(jīng)不同長度的標準單模光纖傳輸后，用三種方法進行時域色散均衡得到的EVM結(jié)果對比。圖(a)中X軸為光纖長度，Y軸為均衡色散后的EVM，圖中的三條曲線表示采用FIR時域色散均衡、TDE和RC-FIR時域色散均衡三種方法均衡色散所得的EVM值，圖(b)、圖(c)、圖(d)分別為光纖長500km時，經(jīng)FIR時域色散均衡、TDE和RC-FIR時域色散均衡后的信號星座圖；

圖10為具體實施方式中的實施例1中，16QAM信號經(jīng)不同長度的標準單模光纖傳輸后用三種方法進行時域色散均衡得到的EVM結(jié)果對比，其中，16QAM信號的符號率與QPSK信號相同；

圖11為具體實施方式中的實施例1中，32QAM信號經(jīng)不同長度的標準單模光纖傳輸后用三種方法進行時域色散均衡得到的EVM結(jié)果對比，其中，32QAM信號的符號率與QPSK信號相同；

圖12為具體實施方法的實施例2中，G-FIR時域色散均衡的參數(shù)X₂優(yōu)化過程；

圖13為具體實施方式的實施例2中，RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡、TDE和G-FIR時域色散均衡四種方法的抽頭系數(shù)對比；

圖14(a)為具體實施方式的實施例2中，QPSK信號經(jīng)標準單模光纖傳輸后，用RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡、TDE和G-FIR 時域色散均衡四種方法進行時域色散均衡后EVM的對比圖；圖14(b)、14(c)、14(d)、14(e)分別為光纖長度500km時，F(xiàn)IR時域色散均衡、TDE、RC-FIR時域色散均衡和FIR時域色散均衡所得信號星座圖；

圖15為具體實施方式的實施例2中，16QAM信號經(jīng)標準單模光纖傳輸，用RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡、TDE和G-FIR時域色散均衡四種方法進行時域色散均衡后EVM對比；

圖16為具體實施方式的實施例2中，32QAM信號經(jīng)標準單模光纖傳輸，用RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡、TDE和G-FIR時域色散均衡四種方法進行時域色散均衡后EVM對比。

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖對發(fā)明內(nèi)容做進一步說明。

本發(fā)明方法的時域色散均衡系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中，IQ調(diào)制器產(chǎn)生信號，與摻鉺光纖放大器(EDFA)相連，EDFA用來控制輸出功率，再經(jīng)過標準單模光纖傳輸，每傳輸100km放置一個EDFA用來補償衰減，經(jīng)過相干接收和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，進入數(shù)字信號處理流程。圖2為日數(shù)字信號處理流程圖，其中，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，分別經(jīng)過時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)，色散均衡，偏振均衡和載波相位恢復(fù)，最后，進行判決與誤碼率計算。時域色散均衡方法原理圖如圖3所示，其中，信號經(jīng)過延遲后與抽頭系數(shù)相乘，相加得到均衡結(jié)果。

實施例1

本實施例采用升余弦函數(shù)作為優(yōu)化函數(shù)本實現(xiàn)本發(fā)明一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法。

本方法的計算流程如圖4所示。首先經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到E(n)，然后根據(jù)公式(2)和公式(3)計算FIR時域色散均衡的抽頭數(shù)N和抽頭系數(shù)a_k。再將抽頭系數(shù)a_k與RC函數(shù)相乘，得到RC-FIR時域色散均衡方法的抽頭系數(shù)C_k，然后按照公式(4)均衡色散，最后，計算輸出信號的EVM。

經(jīng)過模數(shù)變換后的采樣信號表示為

E(n)＝E_I(n)+jE_Q(n)

首先計算FIR時域色散均衡的抽頭數(shù)和抽頭系數(shù)，根據(jù)公式可得

其中，a_k為抽頭系數(shù)，N為抽頭數(shù)。

為了對抽頭系數(shù)a_k優(yōu)化，需將與a_k升余弦函數(shù)相乘。升余弦函數(shù)的半高寬和滾降系數(shù)α應(yīng)達到最佳值，即能使優(yōu)化后的抽頭系數(shù)達到最佳均衡色散效果。為了對X₁和α進行優(yōu)化，X₁取范圍0.5-1.5，α取范圍0-1，模擬對QPSK信號在500km、1000km、1500km三個長度的標準單模光纖傳輸后進行RC-FIR時域色散均衡處理。結(jié)果如圖5，圖6，和圖7。圖5傳輸長度為500km，圖6為1000km，圖7為1500km。其中，圖5，圖6和圖7的X軸為半高寬參數(shù)X₁，Y軸為滾降系數(shù)α，Z軸為均衡后的EVM值。圖中，顏色越亮，則EVM值越大，均衡效果越差；顏色越深，EVM值越小，均衡效果越好。可以看出，在三個不同長度下，EVM的最大值和最小值出現(xiàn)位置一致。最小值(黑色區(qū)域)出現(xiàn)在X₁＝0.7，α＝0.3的位置；最大值(紅色區(qū)域)集中在X₁＝0.5，α＝0.6的位置。從中可以確定，在RC-FIR時域色散均衡方法中參數(shù)X₁和α的取值分別為0.7和0.3。

確定升余弦函數(shù)的參數(shù)后，將其與a_k相乘，得到RC-FIR時域色散均衡的抽頭系數(shù)C_k。對在標準單模光纖內(nèi)傳輸1000km的QPSK信號，圖8分別對比了RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡和TDE所需的抽頭系數(shù)的模值；其中，X軸為抽頭數(shù)，Y軸為抽頭系數(shù)幅值。從圖中可以看出，F(xiàn)IR時域色散均衡方法的抽頭系數(shù)模值恒定，而RC-FIR時域色散均衡方法對抽頭系數(shù)的權(quán)重有明顯優(yōu)化作用。

RC-FIR時域色散均衡方法均衡色散所用的公式為

其中，E_eq(n)為均衡后的信號。

圖9，圖10和圖11對比了不同調(diào)制格式的光信號在標準單模光纖中傳輸一定長度后，采用RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡和TDE三種均衡方法進行色散均衡后信號的EVM。光信號調(diào)制格式分別是QPSK、16QAM和32QAM，傳輸長度范圍為200km至2000km。圖9(a)中，X軸為光纖傳輸長度，Y軸為均衡后EVM值。圖9(b)、9(c)、9(d)分別是傳輸500km后經(jīng)FIR時域色散均衡、TDE和RC-FIR時域色散均衡的QPSK信號星座圖。從三個星座圖可以明顯看出，RC-FIR時域色散均衡的均衡效果較另兩種方法更佳。圖10和圖11的X軸為光纖長度，Y軸為均衡后EVM值。綜合圖9-11可以看出，對傳輸距離小于500km的信號，RC-FIR時域色散均衡所得EVM比FIR時域色散均衡和TDE小4％-6％；對1000km-2000km的長距離傳輸信號，RC-FIR時域色散均衡的EVM可減小約3％。

實施例2

本實施例采用高斯函數(shù)作為優(yōu)化函數(shù)實現(xiàn)本發(fā)明一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法。

圖12為G-FIR時域色散均衡的半高寬參數(shù)優(yōu)化過程，其中，X軸為X₂，Y軸為EVM值，三條曲線分別代表光纖傳輸500km，1000km和1500km。高斯函數(shù)半高寬按照T_{G_FWHM}＝X₂·T_window確定。為了對X₂進行優(yōu)化分析，將X₂取值范圍定為0.5-1.5，模擬此范圍內(nèi)QPSK信號分別在標準單模光纖中傳輸500km、1000km、1500km后，采用G-FIR時域色散均衡的結(jié)果。可以看出，在三種光纖傳輸長度下，半高寬參數(shù)X₂的最佳取值都是0.7，參數(shù)X₂的值由此確定。QPSK信號傳輸1000km，四種方法分別對應(yīng)的抽頭系數(shù)模值如圖13。可以看出，G-FIR時域色散均衡方法對抽頭系數(shù)的權(quán)重也有優(yōu)化效果，但是不如RC-FIR時域色散均衡明顯。

圖14，圖15和圖16為不同調(diào)制格式的光信號在標準單模光纖內(nèi)傳輸后，采用RC-FIR時域色散均衡、FIR時域色散均衡、TDE和G-FIR時域色散均衡四種方法均衡色散的結(jié)果對比，信號調(diào)制格式分別是QPSK、16QAM和32QAM，傳輸長度200km-2000km。圖14(a)，圖15和圖16的X軸為光纖長度，Y軸為信號均衡后的EVM值。圖14(b)-14(e)為光纖傳輸500km時的均衡后信號星座圖，均衡方法分別為FIR時域色散均衡，TDE，RC-FIR時域色散均衡和G-FIR時域色散均衡。綜合圖14-16，當光纖傳輸200km-1000km時，G-FIR時域色散均衡EVM值比FIR時域色散均衡小4％-2％，當光纖傳輸1000km-2000km時，G-FIR時域色散均衡EVM可減小約1％。

本發(fā)明主要技術(shù)優(yōu)勢：

以上對本發(fā)明“一種加權(quán)優(yōu)化的FIR時域色散均衡的方法”進行了詳細說明，但本發(fā)明的具體實施形式并不局限于此。該實施的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明所述方法的精神和權(quán)利要求范圍的情況下對它進行的各種顯而易見的改變都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。