本發(fā)明屬于光纖通信，尤其涉及一種基于雙相位共軛孿生波的非線性損傷補(bǔ)償方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著近幾十年光纖通信的發(fā)展，傳統(tǒng)單模光纖的傳輸容量已經(jīng)接近香農(nóng)極限，為了滿足日益增長的容量需求，已經(jīng)利用了單模光纖中的所有自由度，如時(shí)間、相位、頻率和偏振等。為了實(shí)現(xiàn)光通信系統(tǒng)容量的進(jìn)一步增長，空間是光纖可以考慮的新的自由度，基于少模光纖(few-mode?fiber,fmf)的模分復(fù)用(mode?division?multiplexing,mdm)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與基于單模光纖的通信系統(tǒng)一樣，由于少模光纖中的串?dāng)_引起的模內(nèi)和模間非線性效應(yīng)，非線性損傷成為限制mdm系統(tǒng)容量的最終因素。其中，克爾非線性極大影響著少模光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸距離。為了達(dá)到滿足條件的信噪比，需要不斷增加信號功率，克爾非線性隨之不斷累積，導(dǎo)致信號失真。

2、為了克服這一限制，在傳統(tǒng)單模光纖中，已經(jīng)提出了許多經(jīng)典的非線性補(bǔ)償方法，我們知道，少模光纖鏈路中包含線性模式耦合(linear?mode?coupling,lmc)和差分模式群時(shí)延(differential?mode?group?delay,dmgd)等特有損傷，當(dāng)使用數(shù)字信號處理算法進(jìn)行均衡后，其單個(gè)模式信道與傳統(tǒng)單模光纖信道類似。因此，一些適用于單模光纖的經(jīng)典的非線性損傷補(bǔ)償算法可以通過改進(jìn)引入到mdm系統(tǒng)中。如相位共軛孿生波(phase-conjugatedtwin?waves，pctw)技術(shù)、光相位共軛(optical?phase?conjugation，opc)技術(shù)和模分復(fù)用系統(tǒng)中的數(shù)字反向傳輸(digital?backward?propagation，dbp)算法等。然而，pctw方案犧牲了一半的系統(tǒng)頻譜效率，例如，每個(gè)模式上傳輸?shù)膒ctw-qpsk信號的數(shù)據(jù)速率僅為標(biāo)準(zhǔn)pdm-qpsk信號傳輸?shù)囊话?；由于opc模塊的加入，使得該方案的器件成本較高；dbp算法具有高復(fù)雜度的缺點(diǎn)。

3、從專利檢索情況可知，mdm系統(tǒng)中的非線性損傷補(bǔ)償方法有：現(xiàn)有研究中，將數(shù)據(jù)符號按記憶長度分組，根據(jù)誤碼率要求不斷改變樣本形式和長度，構(gòu)建概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不斷逼近真實(shí)oam通信系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的oam通信系統(tǒng)pam傳輸?shù)姆蔷€性補(bǔ)償?，F(xiàn)有研究中，以接收到的pam數(shù)據(jù)符號構(gòu)建數(shù)據(jù)特征向量，利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對均衡器進(jìn)行訓(xùn)練，將測試數(shù)據(jù)集輸入affinitynet均衡器得到信號的預(yù)測值，實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的數(shù)據(jù)恢復(fù)從而實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。現(xiàn)有研究中，采用treebagger函數(shù)根據(jù)目標(biāo)訓(xùn)練集獲取隨機(jī)森林模型，通過隨機(jī)森林模型對待檢測數(shù)據(jù)的非線性隨機(jī)性進(jìn)行判決。以上所述mdm系統(tǒng)非線性損傷補(bǔ)償研究均是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的，需要不斷迭代訓(xùn)練更新參數(shù)，計(jì)算復(fù)雜度較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種基于雙相位共軛孿生波的非線性損傷補(bǔ)償方法及裝置，解決了現(xiàn)有缺乏一種在mdm系統(tǒng)中有效補(bǔ)償非線性損傷且復(fù)雜度低的方法的問題。

2、為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于雙相位共軛孿生波的非線性損傷補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

3、s1、在mdm系統(tǒng)發(fā)射端每個(gè)模式上分別構(gòu)造一對雙相位共軛孿生波信號，并進(jìn)行50％色散預(yù)補(bǔ)償；

4、s2、在mdm系統(tǒng)接收端每個(gè)模式上分別進(jìn)行50％后色散補(bǔ)償，并利用mimo均衡器實(shí)現(xiàn)模式解復(fù)用和偏振解復(fù)用；

5、s3、根據(jù)經(jīng)mimo均衡器處理后的信號，通過相干疊加，對雙相位共軛孿生波信號進(jìn)行恢復(fù)，并經(jīng)自適應(yīng)濾波器消除失真，完成非線性損失補(bǔ)償。

6、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在mdm相干光通信系統(tǒng)發(fā)射端每個(gè)模式上分別構(gòu)造一對雙相位共軛孿生波信號，并進(jìn)行50％色散預(yù)補(bǔ)償，對接收端每個(gè)模式的輸出信號首先進(jìn)行50％后色散補(bǔ)償和其他數(shù)字信號處理，然后分別將x偏振和y偏振信號進(jìn)行相干疊加和相減操作，最后使用自適應(yīng)濾波器進(jìn)一步消除殘余失真，從而實(shí)現(xiàn)非線性損傷的補(bǔ)償。本發(fā)明對非線性補(bǔ)償?shù)氖找娌皇苷{(diào)制格式的限制，且具有復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)。

7、進(jìn)一步地，所述步驟s1具體為：

8、在mdm系統(tǒng)發(fā)射端每個(gè)模式上，將兩路原始信號用a1和a2表示，并將兩路原始信號映射至兩個(gè)正交偏振上，形成一對雙相位共軛孿生波信號，并進(jìn)行50％色散預(yù)補(bǔ)償，其中，雙相位共軛孿生波信號的表達(dá)式如下：

9、

10、其中，和分別表示原始信號a1和a2的共軛信號，ax和ay分別表示在x偏振和y偏振上傳輸?shù)男盘枴?/p>

11、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：針對每個(gè)空間模式，通過共軛變換將兩路原始信號同時(shí)映射到兩個(gè)正交的偏振上，使同種調(diào)制格式下的dual-pctw傳輸能夠達(dá)到與傳統(tǒng)偏振復(fù)用傳輸相同的比特率和頻譜效率。

12、再進(jìn)一步地，所述步驟s2中色散補(bǔ)償?shù)氖芊蔷€性失真影響的信號的表達(dá)式如下：

13、

14、其中，atx和aty分別表示接收端色散補(bǔ)償后x偏振和y偏振上傳輸?shù)男盘?，?和δ2分別表示x偏振和y偏振信號的非線性失真，和分別表示δ1和δ2的共軛信號。

15、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：描述經(jīng)過光纖傳輸和其他數(shù)字信號處理后，僅包含非線性損傷的信號。

16、再進(jìn)一步地，所述步驟s2中利用mimo均衡器實(shí)現(xiàn)模式解復(fù)用和偏振解復(fù)用，其具體為：

17、a1、初始化濾波器抽頭系數(shù)：

18、w(n)＝[0,…,1,…,0]t

19、其中，w(n)表示濾波器初始化抽頭系數(shù)，t表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算；

20、a2、對輸入的經(jīng)色散補(bǔ)償后的雙相位共軛孿生波信號進(jìn)行濾波處理，產(chǎn)生期望響應(yīng)的估計(jì)值：

21、y(n)＝xt(n)·w(n)

22、x(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-l+1)]t

23、w(n)＝[w0(n),w1(n-1),…,wl-1(n-l+1)]t

24、其中，n表示符號長度，l表示濾波器抽頭個(gè)數(shù)，且n≥l，y(n)表示輸出的經(jīng)濾波處理的雙相位共軛孿生波信號，x(n)表示輸入的經(jīng)色散補(bǔ)償后的雙相位共軛孿生波信號，x(n)表示第n個(gè)符號，x(n-1)表示第n-1個(gè)符號，x(n-l+1)表示第n-l+1個(gè)符號，w0(n)表示濾波器的第1個(gè)抽頭，w1(n-1)表示濾波器的第2個(gè)抽頭，wl-1(n-l+1)表示濾波器的第l個(gè)抽頭。

25、a3、根據(jù)期望響應(yīng)的估計(jì)值，產(chǎn)生估計(jì)誤差信號：

26、e(n)＝d(n)-y(n)

27、其中，e(n)表示產(chǎn)生的估計(jì)誤差信號，d(n)表示受非線性損傷影響的信號；

28、a4、根據(jù)產(chǎn)生的估計(jì)誤差信號，更新抽頭權(quán)向量，完成模式解復(fù)用和偏振解復(fù)用：

29、w(n+1)＝w(n)+2μ·e(n)·x(n)

30、其中，w(n+1)表示更新的抽頭權(quán)向量，μ為迭代步長。

31、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明通過對頻域lms算法進(jìn)行詳細(xì)描述，頻域lms算法相比于時(shí)域算法收斂速度更快，復(fù)雜度更低。

32、再進(jìn)一步地，所述步驟s3包括以下步驟：

33、s301、根據(jù)經(jīng)mimo均衡器處理后的信號，在每個(gè)模式上，通過相干疊加對信號進(jìn)行恢復(fù)，得到恢復(fù)后的信號；

34、s302、根據(jù)恢復(fù)后的信號，利用自適應(yīng)濾波器消除失真，完成非線性損失補(bǔ)償。

35、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明與傳統(tǒng)接收端離線dsp的非線性補(bǔ)償方案的主要復(fù)雜度差異在于需要在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別進(jìn)行50％的色散補(bǔ)償，這意味著色散補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜度實(shí)際上增加了一倍。這與基于dbp的非線性補(bǔ)償方案形成鮮明對比，但dbp的復(fù)雜度通常比頻域色散補(bǔ)償高一個(gè)數(shù)量級以上，因此，dual-pctw方案的復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于dbp的復(fù)雜度。

36、再進(jìn)一步地，所述恢復(fù)后的信號的表達(dá)式如下：

37、

38、其中，ar1和ar2分別表示經(jīng)信號恢復(fù)后的兩路信號，atx表示接收端色散補(bǔ)償后x偏振上傳輸?shù)男盘枺硎窘邮斩松⒀a(bǔ)償后y偏振上傳輸信號的共軛信號，a1和a2分別表示發(fā)射端的兩路原始信號，δ1和δ2分別表示經(jīng)接收端信號恢復(fù)后x偏振和y偏振的殘余非線性失真。

39、本發(fā)明提供了一種、基于雙相位共軛孿生波的非線性損傷補(bǔ)償裝置，包括：

40、第一處理模塊，用于在mdm系統(tǒng)發(fā)射端每個(gè)模式上分別構(gòu)造一對雙相位共軛孿生波信號，并進(jìn)行50％色散預(yù)補(bǔ)償；

41、第二處理模塊，用于在mdm系統(tǒng)接收端每個(gè)模式上分別進(jìn)行50％后色散補(bǔ)償，并利用mimo均衡器實(shí)現(xiàn)模式解復(fù)用和偏振解復(fù)用；

42、第三處理模塊，用于根據(jù)經(jīng)mimo均衡器處理后的信號，通過相干疊加，對雙相位共軛孿生波信號進(jìn)行恢復(fù)，并經(jīng)自適應(yīng)濾波器消除失真，完成非線性損失補(bǔ)償。

43、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種基于雙相位共軛孿生波的非線性損傷補(bǔ)償裝置，改進(jìn)了原有基于pctw的mdm系統(tǒng)非線性補(bǔ)償方法，在有效緩解系統(tǒng)非線性失真的同時(shí)兼顧了頻譜效率。包括：在mdm系統(tǒng)發(fā)射機(jī)中實(shí)現(xiàn)共軛變換，構(gòu)造dual-pctw信號；在發(fā)射端進(jìn)行50％色散預(yù)補(bǔ)償；在接收端對接收信號進(jìn)行50％的后色散補(bǔ)償和模式耦合均衡；將每個(gè)模式中的信號進(jìn)行相干疊加，并經(jīng)過自適應(yīng)濾波器進(jìn)一步消除殘余失真，完成非線性損傷補(bǔ)償。本發(fā)明解決了現(xiàn)有缺乏一種在mdm系統(tǒng)中有效補(bǔ)償非線性損傷且復(fù)雜度低的方法的問題。