本發(fā)明涉及光通信，尤其是一種相干光通信定時誤差估計方法、系統(tǒng)、裝置及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信需求的爆炸性增長，光通信系統(tǒng)因其高帶寬、低損耗和抗電磁干擾等優(yōu)勢，成為了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的骨干。特別是在高速相干光通信系統(tǒng)中，通過使用先進(jìn)的調(diào)制格式和數(shù)字信號處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)超高速的數(shù)據(jù)傳輸。相干光通信系統(tǒng)中的相干檢測技術(shù)能夠提供更高的信號檢測靈敏度，并且能夠?qū)庑盘柕姆群拖辔贿M(jìn)行精確測量，這對于實(shí)現(xiàn)高速傳輸和信號質(zhì)量的提升至關(guān)重要。dsp技術(shù)在相干光通信系統(tǒng)中扮演著核心角色，它能夠?qū)邮盏降墓庑盘栠M(jìn)行必要的處理，包括符號率估計、載波頻率偏移校正、色散補(bǔ)償和信號的自適應(yīng)均衡。

2、在光通信系統(tǒng)中，定時誤差估計對于信號的準(zhǔn)確解調(diào)和系統(tǒng)性能至關(guān)重要。然而，由于光纖信道中的色散效應(yīng)(cd)、偏振模色散(pmd)和隨機(jī)偏振旋轉(zhuǎn)(rsop)等非理想因素，傳統(tǒng)的定時誤差估計算法在面對這些復(fù)雜信道效應(yīng)時性能受限，對定時誤差估計算法的性能有顯著影響。這些效應(yīng)會導(dǎo)致信號的頻譜相關(guān)性降低，從而影響定時誤差的準(zhǔn)確估計。為了在實(shí)際部署的光通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高性能，定時誤差估計算法需要具有高度的魯棒性，能夠適應(yīng)各種信道條件和非理想因素。

3、在高速相干光通信系統(tǒng)中，準(zhǔn)確的時鐘恢復(fù)對于確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾陵P(guān)重要?，F(xiàn)有技術(shù)中，lee-power?timing?phase?error?detector(tped)、square-gardner和4ppd算法是幾種被廣泛研究的時鐘恢復(fù)方法。這些算法通過對輸入樣本序列的功率進(jìn)行處理，利用額外的平方運(yùn)算來增強(qiáng)時鐘成分，從而提高系統(tǒng)對低滾降系數(shù)(rof)的容忍度。具體來說，lee-power?tped算法針對非整數(shù)過采樣的nyquist信號，提出了一種低復(fù)雜度的時鐘恢復(fù)方法，特別適用于具有小滾降因子的信號。square-gardner算法則是一種數(shù)字化的時鐘恢復(fù)算法，專為nyquist信號設(shè)計。4ppd算法通過在信號的功率譜中尋找特定的峰值來實(shí)現(xiàn)時鐘恢復(fù)。

4、然而，這些算法在色散容忍度方面存在局限性。在執(zhí)行時鐘誤差檢測(ted)之前，通常需要依賴于靜態(tài)電子色散補(bǔ)償(edc)或偏振模色散(pmd)補(bǔ)償器來降低信道損傷對ted性能的影響。這意味著在色散較大的系統(tǒng)中，這些算法可能無法直接應(yīng)用，需要先進(jìn)行信道損傷的預(yù)處理。

5、另一類方法是針對nyquist系統(tǒng)的聯(lián)合算法，它們在時鐘恢復(fù)前增加了自適應(yīng)均衡和極化解復(fù)用(aepd)模塊。這些算法能夠有效地補(bǔ)償信道中的差分群時延(dgd)和符號間干擾(isi)，從而提高系統(tǒng)的整體性能。然而，這些算法通常依賴于訓(xùn)練序列或?qū)ьl符號，且在抵抗dgd損傷方面，ted算法本身并不具備足夠的魯棒性。例如，基于oqam的數(shù)字多頻帶系統(tǒng)的魯棒性時鐘恢復(fù)算法雖然在多頻帶系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，但在單頻帶系統(tǒng)中可能需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

6、綜上所述，現(xiàn)有相干光通信定時誤差估計方法的在處理低滾降因子信號和抵抗信道損傷方面雖然取得了一定的進(jìn)展，但無法有效地容忍色散和偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，在魯棒性、適應(yīng)性和算法復(fù)雜度方面仍有需要改進(jìn)。

7、術(shù)語解釋：

8、相干光通信(coherent?optical?communication)：相干光通信是一種先進(jìn)的光通信技術(shù)，它利用激光器作為光源，并通過相干檢測技術(shù)來提高信號的接收靈敏度和傳輸質(zhì)量。在相干光通信系統(tǒng)中，發(fā)送端的信號會調(diào)制激光器的光載波，而接收端則使用一個與發(fā)送端同步的本地激光器進(jìn)行相干混頻，從而檢測出傳輸信號的幅度和相位信息。這種技術(shù)顯著提高了信號的傳輸距離和系統(tǒng)容量。

9、色散效應(yīng)(chromatic?dispersion,cd)：色散效應(yīng)是指在光纖中傳輸?shù)墓庑盘栍捎诓煌ㄩL的光速不同而導(dǎo)致脈沖展寬的現(xiàn)象。色散會使得信號的時域波形失真，影響信號的完整性，從而降低通信系統(tǒng)的性能。色散效應(yīng)包括材料色散和波導(dǎo)色散，是長距離光纖通信系統(tǒng)中需要重點(diǎn)考慮和補(bǔ)償?shù)膿p傷因素之一。

10、奈奎斯特系統(tǒng)(nyquist?system)：奈奎斯特系統(tǒng)是指滿足奈奎斯特采樣定理的信號采樣系統(tǒng)。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，為了避免混疊現(xiàn)象，信號的采樣頻率應(yīng)至少為信號最高頻率的兩倍。在光纖通信中，奈奎斯特系統(tǒng)通常指的是能夠滿足這一條件的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，它們能夠準(zhǔn)確地從采樣數(shù)據(jù)中重建原始模擬信號。

11、定時誤差估計(timing?error?estimation)：定時誤差估計是指在數(shù)字通信系統(tǒng)中，對接收信號的采樣時鐘與信號實(shí)際時鐘之間的偏差進(jìn)行估計的過程。準(zhǔn)確的定時誤差估計對于信號的同步解調(diào)至關(guān)重要，它能夠確保信號在最佳時刻被采樣，從而提高信號解調(diào)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的整體性能。

12、dsp技術(shù)(digital?signal?processing?technology)：dsp技術(shù)是指使用數(shù)字電路或計算機(jī)對信號進(jìn)行處理的技術(shù)。在光纖通信系統(tǒng)中，dsp技術(shù)廣泛應(yīng)用于信號的調(diào)制、解調(diào)、均衡、色散補(bǔ)償、定時恢復(fù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過dsp技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對信號的高效處理，優(yōu)化系統(tǒng)性能，提升傳輸質(zhì)量。

13、滾降系數(shù)(roll-off?factor,rof)：滾降系數(shù)是描述信號頻譜衰減速率的一個參數(shù)，用于在數(shù)字通信系統(tǒng)中對信號進(jìn)行濾波以限制其帶寬。滾降系數(shù)較小的信號具有較慢的衰減邊緣，意味著信號的頻譜占用更寬；而滾降系數(shù)較大的信號則具有較快的衰減邊緣，頻譜占用較窄。滾降系數(shù)的選擇會影響系統(tǒng)的傳輸效率和抗干擾能力。

14、偏振復(fù)用(polarization?division?multiplexing,pdm)：偏振復(fù)用是一種提高光纖通信系統(tǒng)容量的技術(shù)。它利用光信號的偏振特性，通過在同一根光纖中同時傳輸兩個正交偏振態(tài)的信號來實(shí)現(xiàn)雙倍的數(shù)據(jù)傳輸速率。每個偏振態(tài)可以獨(dú)立地攜帶信息，相當(dāng)于兩個獨(dú)立的通信信道。偏振復(fù)用技術(shù)可以與其它復(fù)用技術(shù)(如波分復(fù)用wdm)結(jié)合使用，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜效率和傳輸容量。

15、偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)(rotation?of?state?of?polarization,rsop)：偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)描述的是光信號在光纖中傳輸過程中其偏振態(tài)的變化現(xiàn)象。由于光纖的不完美和外部環(huán)境因素(如溫度、應(yīng)力等)，光信號的偏振態(tài)可能會在傳輸過程中發(fā)生隨機(jī)旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)會影響信號的質(zhì)量和相干檢測的性能，因此在設(shè)計光纖通信系統(tǒng)時需要考慮偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的影響，并采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。

16、差分群時延(differential?group?delay,dgd)：差分群時延是指在偏振復(fù)用系統(tǒng)中，兩個正交偏振態(tài)的光信號在光纖中傳輸時由于雙折射現(xiàn)象而產(chǎn)生的不同路徑長度所導(dǎo)致的到達(dá)時間差異。dgd是偏振模色散(polarization?mode?dispersion,pmd)的一個表現(xiàn)，它是衡量光纖對不同偏振態(tài)信號傳輸速度差異的指標(biāo)。dgd會導(dǎo)致信號脈沖展寬，影響信號的完整性和系統(tǒng)的誤碼率性能。在高速光纖通信系統(tǒng)中，dgd的補(bǔ)償是確保信號質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。

2、為此，本發(fā)明實(shí)施例的一個目的在于提供一種相干光通信定時誤差估計方法，該方法能夠有效地容忍色散和偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時降低了相干光通信定時誤差估計的復(fù)雜度，提高了光通信系統(tǒng)的魯棒性和對不同信道條件的適應(yīng)性。

3、本發(fā)明實(shí)施例的另一個目的在于提供一種相干光通信定時誤差估計系統(tǒng)。

4、為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明實(shí)施例所采取的技術(shù)方案包括：

5、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種相干光通信定時誤差估計方法，包括以下步驟：

6、獲取正交偏振的第一離散數(shù)字信號和第二離散數(shù)字信號，對所述第一離散數(shù)字信號和所述第二離散數(shù)字信號進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第一信號頻譜和第二信號頻譜；

7、對所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜進(jìn)行色散掃描，根據(jù)最大時鐘調(diào)估計信道色散參數(shù)，并根據(jù)所述信道色散參數(shù)對所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到第一偏振信號和第二偏振信號；

8、根據(jù)所述第一偏振信號和所述第二偏振信號計算高階循環(huán)統(tǒng)計量的目標(biāo)caf矩陣，并根據(jù)所述目標(biāo)caf矩陣確定定時誤差信息。

9、進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述對所述第一離散數(shù)字信號和所述第二離散數(shù)字信號進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第一信號頻譜和第二信號頻譜，其具體包括：

10、對所述第一離散數(shù)字信號進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第三離散數(shù)字信號，進(jìn)而根據(jù)預(yù)設(shè)的時間長度對所述第三離散數(shù)字信號進(jìn)行截取，得到所述第一信號頻譜；

11、對所述第二離散數(shù)字信號進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第四離散數(shù)字信號，進(jìn)而根據(jù)所述時間長度對所述第四離散數(shù)字信號進(jìn)行截取，得到所述第二信號頻譜。

12、進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述對所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜進(jìn)行色散掃描，根據(jù)最大時鐘調(diào)估計信道色散參數(shù)，并根據(jù)所述信道色散參數(shù)對所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到第一偏振信號和第二偏振信號，具體包括：

13、在所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜的頻域引入預(yù)設(shè)的多個不同向量位置的色散效應(yīng)，得到對應(yīng)的第三偏振信號和第四偏振信號；

14、根據(jù)所述第三偏振信號和所述第四偏振信號確定第一caf矩陣；

15、根據(jù)所述第一caf矩陣計算多個不同程度的色散效應(yīng)對應(yīng)的第一時鐘調(diào)，進(jìn)而選取所述第一時鐘調(diào)的最大值作為所述最大時鐘調(diào)；

16、根據(jù)所述最大時鐘調(diào)對應(yīng)的所述向量位置估計得到所述信道色散參數(shù)；

17、根據(jù)所述信道色散參數(shù)對所述第一信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第一偏振信號，并根據(jù)所述信道色散參數(shù)對所述第二信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第二偏振信號。

18、進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述根據(jù)所述第三偏振信號和所述第四偏振信號確定第一caf矩陣，其具體包括：

19、根據(jù)所述第三偏振信號和所述第四偏振信號計算對應(yīng)的4個第一循環(huán)周期圖函數(shù)，并根據(jù)所述第一循環(huán)周期圖函數(shù)估計得到對應(yīng)的4個第一scf函數(shù)；

20、對所述第一scf函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換得到對應(yīng)的4個第一caf函數(shù)，進(jìn)而根據(jù)所述第一caf函數(shù)生成所述第一caf矩陣。

21、進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述根據(jù)所述第一偏振信號和所述第二偏振信號計算高階循環(huán)統(tǒng)計量的目標(biāo)caf矩陣，其具體包括：

22、計算所述第一偏振信號的模與所述第二偏振信號的模的平方和，得到第一目標(biāo)信號；

23、計算所述第一目標(biāo)信號的均值，根據(jù)所述第一目標(biāo)信號和所述均值的差確定第二目標(biāo)信號；

24、確定所述第二目標(biāo)信號在采樣頻率范圍內(nèi)的4個目標(biāo)循環(huán)周期圖函數(shù)，并根據(jù)所述目標(biāo)循環(huán)周期圖函數(shù)估計得到對應(yīng)的4個目標(biāo)scf函數(shù)；

25、對所述目標(biāo)scf函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換得到對應(yīng)的4個目標(biāo)caf函數(shù)，進(jìn)而根據(jù)所述目標(biāo)caf函數(shù)生成所述目標(biāo)caf矩陣。

26、進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述確定根據(jù)所述目標(biāo)caf矩陣確定定時誤差信息，其具體為：

27、根據(jù)所述目標(biāo)caf矩陣的首個元素的相反數(shù)的虛部確定所述定時誤差信息。

28、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種相干光通信定時誤差估計系統(tǒng)，包括：

29、信號處理模塊，用于獲取正交偏振的第一離散數(shù)字信號和第二離散數(shù)字信號，對所述第一離散數(shù)字信號和所述第二離散數(shù)字信號進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第一信號頻譜和第二信號頻譜；

30、色散掃描模塊，用于對所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜進(jìn)行色散掃描，根據(jù)最大時鐘調(diào)估計信道色散參數(shù)，并根據(jù)所述信道色散參數(shù)對所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到第一偏振信號和第二偏振信號；

31、定時誤差確定模塊，用于根據(jù)所述第一偏振信號和所述第二偏振信號計算高階循環(huán)統(tǒng)計量的目標(biāo)caf矩陣，并根據(jù)所述目標(biāo)caf矩陣確定定時誤差信息。

32、進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述色散掃描模塊包括：

33、色散效應(yīng)引入單元，用于在所述第一信號頻譜和所述第二信號頻譜的頻域引入預(yù)設(shè)的多個不同向量位置的色散效應(yīng)，得到對應(yīng)的第三偏振信號和第四偏振信號；

34、caf矩陣計算單元，用于根據(jù)所述第三偏振信號和所述第四偏振信號確定第一caf矩陣；

35、最大時鐘調(diào)確定單元，用于根據(jù)所述第一caf矩陣計算多個不同程度的色散效應(yīng)對應(yīng)的第一時鐘調(diào)，進(jìn)而選取所述第一時鐘調(diào)的最大值作為所述最大時鐘調(diào)；

36、色散參數(shù)確定單元，用于確根據(jù)所述最大時鐘調(diào)對應(yīng)的所述向量位置估計得到所述信道色散參數(shù)；

37、色散效應(yīng)補(bǔ)償單元，用于根據(jù)所述信道色散參數(shù)對所述第一信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第一偏振信號，并根據(jù)所述信道色散參數(shù)對所述第二信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第二偏振信號。

38、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種相干光通信定時誤差估計裝置，包括：

39、至少一個處理器；

40、至少一個存儲器，用于存儲至少一個程序；

41、當(dāng)所述至少一個程序被所述至少一個處理器執(zhí)行時，使得所述至少一個處理器實(shí)現(xiàn)上述的一種相干光通信定時誤差估計方法。

42、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中存儲有處理器可執(zhí)行的程序，所述處理器可執(zhí)行的程序在由處理器執(zhí)行時用于執(zhí)行上述的一種相干光通信定時誤差估計方法。

43、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到：

44、本發(fā)明實(shí)施例獲取正交偏振的第一離散數(shù)字信號和第二離散數(shù)字信號，對第一離散數(shù)字信號和第二離散數(shù)字信號進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第一信號頻譜和第二信號頻譜，對第一信號頻譜和第二信號頻譜進(jìn)行色散掃描，根據(jù)最大時鐘調(diào)估計信道色散參數(shù)，并根據(jù)信道色散參數(shù)對第一信號頻譜和第二信號頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到第一偏振信號和第二偏振信號，根據(jù)第一偏振信號和第二偏振信號計算高階循環(huán)統(tǒng)計量的目標(biāo)caf矩陣，并根據(jù)目標(biāo)caf矩陣確定定時誤差信息。本發(fā)明實(shí)施例能夠有效地容忍色散和偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時降低了相干光通信定時誤差估計的復(fù)雜度，提高了光通信系統(tǒng)的魯棒性和對不同信道條件的適應(yīng)性。