本發(fā)明涉及相干光傳輸，尤其是指一種超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)的非線性均衡方法。

背景技術(shù)：

1、隨著數(shù)據(jù)中心的不斷擴(kuò)展和云服務(wù)的日益普及，未來光接入網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)用戶的預(yù)期需求將會(huì)到達(dá)千兆比特/秒的數(shù)量級。為了滿足持續(xù)增長的數(shù)據(jù)傳輸速率需求，下一代光纖通信系統(tǒng)需要更高的頻譜效率。因此，如何提升系統(tǒng)的頻譜效率已成為目前研究的核心課題。

2、在這方面，高階調(diào)制格式通過增加每個(gè)碼元攜帶的比特?cái)?shù)可有效增加頻譜效率。與此同時(shí)，概率整形(ps)和幾何整形(gs)技術(shù)的應(yīng)用成為相干光通信系統(tǒng)中增加信道容量和傳輸距離的重點(diǎn)。更進(jìn)一步地，通過與fec聯(lián)合編碼，即應(yīng)用概率幅度整形(pas)方案，可以有效改善系統(tǒng)的ber性能，增加信息傳輸?shù)目尚哦?。然而，超高階正交振幅調(diào)制(qam)信號相鄰星座點(diǎn)之間的歐式距離隨著調(diào)制階數(shù)的增大呈指數(shù)級增長，在使用低階調(diào)制格式可能被忽略的器件或鏈路的任何缺陷，都可能會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。光信號在傳播過程中會(huì)遇到非線性損傷，在高階調(diào)制格式或者高速傳輸?shù)南到y(tǒng)中，這些損傷將顯著影響信號質(zhì)量，從而限制系統(tǒng)的傳輸能力。

3、目前所提出的非線性補(bǔ)償算法中，數(shù)字后向傳播(dbp)被認(rèn)為是一種具有潛力的方法。它通過在發(fā)射端或者接收端使用分步傅里葉算法迭代補(bǔ)償非線性效應(yīng)，這種算法可以有效地將信號之間確定性的非線性串?dāng)_完全消除，因此被公認(rèn)為是補(bǔ)償光纖非線性的基準(zhǔn)方案。然而，該算法的計(jì)算復(fù)雜度較高，且不適用于短距離傳輸。近幾年，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因其強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力在光通信應(yīng)用中蓬勃發(fā)展，已經(jīng)提出了幾種用于光信道均衡的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡方案。然而，一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法通常具有很高的計(jì)算復(fù)雜度以及如何實(shí)現(xiàn)可解釋的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。此外，對于超高階qam信號的均衡，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器并不能實(shí)現(xiàn)理想效果。因此，數(shù)字后向傳播和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法在短距離傳輸時(shí)均存在計(jì)算復(fù)雜度高的問題。

4、此外，沃爾泰拉非線性均衡器(vnle)對減輕信號的非線性失真具有很強(qiáng)的作用，可以補(bǔ)償由收發(fā)器或克爾效應(yīng)引起的非線性碼間干擾。然而，一般的單輸入單輸出(s?iso)的沃爾泰拉非線性均衡器(vnle)更適合于脈沖幅度調(diào)制(pam)信號，對于具有同相分量和正交分量的qam信號并不適用。且由于超高階qam信號更容易受到系統(tǒng)損傷，其中非線性損傷是一個(gè)關(guān)鍵的限制因素。對于較高的光信噪比osnr，系統(tǒng)受到的非線性更強(qiáng)，傳統(tǒng)的單輸入單輸出(siso)沃爾泰拉非線性均衡器(vnle)均衡后仍存在誤碼率結(jié)果不穩(wěn)定的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中無法均衡超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柕姆蔷€性失真與誤碼率，導(dǎo)致傳輸信號不準(zhǔn)確的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)的非線性均衡方法，包括：

3、獲取待傳輸信號經(jīng)過超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)傳輸后輸出的損傷數(shù)字信號；

4、對所述損傷數(shù)字信號的x偏振態(tài)與y偏振態(tài)分別執(zhí)行iq正交化，獲取x偏振態(tài)的同相分量xi與正交分量xq，以及y偏振態(tài)的同相分量yi與正交分量yq；

5、令xi、xq、yi與yq分別依次經(jīng)過色散補(bǔ)償、時(shí)鐘恢復(fù)、多模運(yùn)算、頻偏估計(jì)與載波相位恢復(fù)，獲取x偏振態(tài)的優(yōu)化同相分量與優(yōu)化正交分量，以及y偏振態(tài)的優(yōu)化同相分量與優(yōu)化正交分量；

6、對于x偏振態(tài)與y偏振態(tài)，均將優(yōu)化同相分量與優(yōu)化正交分量作為輸入，輸入至改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器，經(jīng)過沃爾泰拉級數(shù)進(jìn)行聯(lián)合均衡，輸出對應(yīng)的x偏振態(tài)估計(jì)數(shù)字信號與y偏振態(tài)估計(jì)數(shù)字信號；

7、基于x偏振態(tài)估計(jì)數(shù)字信號與y偏振態(tài)估計(jì)數(shù)字信號，融合獲取均衡數(shù)字信號，完成對所述損傷數(shù)字信號的非線性均衡。

8、優(yōu)選地，所述改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器，表示為：

9、z*(n)＝v1[ui(n),uq(n)]+jv2[ui(n),uq(n)]；

10、其中，ui(n)與uq(n)分別表示當(dāng)前輸入的偏振態(tài)信號的優(yōu)化同相分量與優(yōu)化正交分量，z*(n)表示估計(jì)數(shù)字信號；j表示虛部；v1與v2為沃爾泰拉級數(shù)，表示為

11、

12、li表示改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器中第i階項(xiàng)的滑動(dòng)窗中心前后的窗口長度；改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的第i階項(xiàng)總窗口長度，表示為：li＝2li+1；i表示改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的第i階項(xiàng)，i∈[1,2,3]；w表示抽頭系數(shù)集合，定義為w1、w2與w3分別表示改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的第一階項(xiàng)、第二階項(xiàng)與第三階項(xiàng)的抽頭系數(shù)；表示第i階項(xiàng)抽頭系數(shù)的轉(zhuǎn)置；表示第i階項(xiàng)的滑動(dòng)窗中心接收的復(fù)數(shù)符號，定義為u1、u2與u3分別表示第一階項(xiàng)、第二階項(xiàng)與第三階項(xiàng)的滑動(dòng)窗中心的復(fù)數(shù)符號；n表示當(dāng)前輸入的偏振態(tài)信號中的第n個(gè)符號，k1、k2與k3為第i階項(xiàng)的預(yù)設(shè)滑動(dòng)窗系數(shù)；表示kronecker積，定義為

13、優(yōu)選地，利用接收信號向量u(n)的n個(gè)乘積生成的非線性增廣算子a，定義增廣接收信號向量v(n)＝a[u(n)]，將改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器，表示為：

14、z*(n)＝wtv(n)；

15、其中，u(n)表示當(dāng)前輸入的偏振態(tài)信號的長度為l的接收信號向量，表達(dá)式為u(n)＝[u(n-1),u(n),…,u(n+1)]t；n表示改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的總階數(shù)；wt表示抽頭系數(shù)集合的轉(zhuǎn)置。

16、優(yōu)選地，獲取增廣接收信號向量v(n)＝a[u(n)]的水平級聯(lián)集合v，將改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器，表示為：

17、z*＝wtv；

18、其中，z*＝[z*(1),z*(2),…,z*(k)]為移位輸入向量，k表示預(yù)設(shè)窗口移動(dòng)次數(shù)；水平級聯(lián)集合表示為v＝[v(1),v(2),…,v(k)]。

19、優(yōu)選地，改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的抽頭的個(gè)數(shù)nmvpe，表示為：

20、

21、其中，p表示改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的總階數(shù)，1≤i≤p；li表示改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的第i階項(xiàng)總窗口長度，！表示階乘運(yùn)算。

22、優(yōu)選地，基于待傳輸信號與均衡數(shù)字信號之間的誤差，利用遞歸最小二乘法的自適應(yīng)方法，對改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器進(jìn)行優(yōu)化。

23、優(yōu)選地，所述獲取待傳輸信號經(jīng)過超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)傳輸后輸出的損傷數(shù)字信號，包括：

24、將待傳輸信號經(jīng)過預(yù)處理后輸入超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端，經(jīng)過波形發(fā)生器與iq調(diào)制器，生成對應(yīng)的光信號；

25、將光信號經(jīng)傳輸路線進(jìn)行放大與調(diào)節(jié)后發(fā)送至接收端；

26、接收端對其接收到的光信號進(jìn)行去噪、濾波后，輸入示波器，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出損傷數(shù)字信號。

27、優(yōu)選地，對待傳輸信號進(jìn)行預(yù)處理，包括：

28、將待傳輸信號，經(jīng)過恒定組成分布匹配器，生成指定幅度序列，并根據(jù)格雷碼映射為二進(jìn)制比特序列；

29、將二進(jìn)制比特序列與預(yù)設(shè)比特序列合并后，進(jìn)行l(wèi)dpc編碼，獲取編碼序列；

30、將編碼序列輸入交織器進(jìn)行交織，獲取i路數(shù)據(jù)信息與q路數(shù)據(jù)信息，生成交織信號；

31、對交織信號進(jìn)行上采樣、根提升余弦濾波與信道傾斜補(bǔ)償，獲取預(yù)處理后的待傳輸信號。

32、優(yōu)選地，所述將光信號經(jīng)傳輸路線進(jìn)行放大與調(diào)節(jié)后發(fā)送至接收端，包括：

33、令光信號經(jīng)過第一摻鉺光纖放大器進(jìn)行放大后，輸出放大光信號；

34、利用可變光衰減器將放大光信號調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)輸入光功率，輸入標(biāo)準(zhǔn)單模光纖進(jìn)行傳輸；

35、第二摻鉺光纖放大器對標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸?shù)墓庑盘枺M(jìn)行放大后輸入至接收端。

36、優(yōu)選地，所述接收端對其接收到的光信號進(jìn)行去噪、濾波后，輸入示波器，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出損傷數(shù)字信號，包括：

37、利用光帶通濾波器對接收到的光信號進(jìn)行去噪，獲取去噪光信號；

38、將去噪光信號與本振光一起輸入相干接收機(jī)，利用示波器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將去噪光信號轉(zhuǎn)換為電信號，獲取損傷數(shù)字信號輸出。

39、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

40、本發(fā)明所述的超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)的非線性均衡方法，獲取待傳輸信號的x偏振態(tài)與y偏振態(tài)下的同相分量與正交分量，作為多個(gè)輸入，輸入到本發(fā)明提出的多輸入輸出的改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器中，將x偏振態(tài)或y偏振態(tài)中的同相分量和正交分量進(jìn)行聯(lián)合均衡，進(jìn)一步補(bǔ)償了系統(tǒng)的非線性損傷，并且可以得到穩(wěn)定的均衡結(jié)果。且本發(fā)明所提出的改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器，基于雙輸入實(shí)值沃爾泰拉級數(shù)，不僅包括每個(gè)支路中的項(xiàng)，還包括i路和q路之間的交叉項(xiàng)，同時(shí)只保留交叉項(xiàng)中的一項(xiàng)，去除了重復(fù)的交叉項(xiàng)，降低了計(jì)算復(fù)雜度，降低了傳輸誤碼率，提高了非線性均衡效果，使得經(jīng)過超高階qam相干光傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)男盘柛訙?zhǔn)確安全。

41、本發(fā)明利用遞歸最小二乘法的自適應(yīng)方法對改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器進(jìn)行優(yōu)化，不受協(xié)方差矩陣條件的不利影響，可以在每個(gè)新樣本中更新逆協(xié)方差矩陣，從而有效避免病態(tài)擬合問題，提高優(yōu)化后的改進(jìn)沃爾泰拉多項(xiàng)式均衡器的均衡效果。