一種光纖通信系統(tǒng)中的色散估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光纖通信系統(tǒng)中的色散估計(jì) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖色散在高速光纖通信系統(tǒng)中對(duì)性能的影響起著舉足輕重的作用。色散會(huì)造 成脈沖展寬，并最終導(dǎo)致碼間干擾、誤碼率增加和系統(tǒng)傳輸性能降低。相較于傳統(tǒng)的基于 光域的色散補(bǔ)償方法，電域的色散補(bǔ)償技術(shù)由于低成本、自適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)引起了廣泛關(guān) 注，成為近幾年研究的熱點(diǎn)。對(duì)于傳輸過程中積累的色散效應(yīng)，其能夠在數(shù)字相干接收端 通過靜態(tài)均衡器進(jìn)行補(bǔ)償，但其前提是確切的累積色散值是已知的。然而，由于光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng) 態(tài)特性，路由路徑會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致在接收端累積的色散不再是一個(gè)固定的 值，那么為了能夠在接收端實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償，需要在此之前對(duì)色散進(jìn)行估計(jì)，以獲知光纖鏈路 的色散參數(shù)。
[0003] 目前已有的色散估計(jì)方法主要包括兩種，分別為嘗試性的掃描方法和信號(hào)功率自 相關(guān)方法。前者即，對(duì)于未知色散的信號(hào)，以一定的步長進(jìn)行掃描，掃描可能的色散值，對(duì)于 每一個(gè)色散值，通過設(shè)計(jì)代價(jià)函數(shù)（算法設(shè)計(jì)）來計(jì)算出對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，通過比較所計(jì)算出 的函數(shù)極值（最大值或最小值），找到實(shí)際的色散值，最終實(shí)現(xiàn)色散的估計(jì)；后者為，計(jì)算目 標(biāo)光信號(hào)的信號(hào)功率的自相關(guān)函數(shù)，并獲取該自相關(guān)函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)序列，根據(jù)該自相 關(guān)函數(shù)序列，確定脈沖位置，該脈沖位置與該自相關(guān)函數(shù)的脈沖峰值的位置相對(duì)應(yīng)，根據(jù)該 脈沖位置，確定該目標(biāo)光信號(hào)的色散值。對(duì)于嘗試性的掃描方法，其由于其需要對(duì)色散進(jìn)行 多次嘗試性的色散補(bǔ)償，而在接收端數(shù)字信號(hào)處理當(dāng)中，色散補(bǔ)償會(huì)耗費(fèi)較多的功耗并且 對(duì)于大的色散補(bǔ)償需要耗費(fèi)較多的時(shí)間；對(duì)于信號(hào)功率自相關(guān)方法，其不需要進(jìn)行嘗試性 的色散補(bǔ)償，但是其需要使用比較多的碼元來實(shí)現(xiàn)相對(duì)準(zhǔn)確的色散估計(jì)值，這樣便消耗了 更多額外的信號(hào)資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種光纖通信系統(tǒng)中的色散估計(jì)方 法，旨在解決傳統(tǒng)色散估計(jì)方法中耗時(shí)多、功耗大和使用碼元數(shù)多的問題。
[0005] 本發(fā)明提供了一種光纖通信系統(tǒng)中的色散估計(jì)方法，包括下述步驟：
[0006] S1 :獲得色散值所對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)傅里葉變換階次Q和間隔；
[0007] S2 :根據(jù)變換階次Q和間隔對(duì)光通信信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)傅里葉變換后獲得分?jǐn)?shù)域信號(hào) X a + JT /2 (U);
[0008] S3 :對(duì)s所述分?jǐn)?shù)域信號(hào)XaW2(u)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域上的自相關(guān)運(yùn)算，獲得對(duì)應(yīng)的自相 關(guān)函數(shù)序列Ra(P);并對(duì)所述自相關(guān)函數(shù)序列Ra(P)的模方進(jìn)行積分，獲得判決值L(p);
[0009] S4 :利用比較大小的方法尋找所述判決值L(p)的最小值，并根據(jù)判決值L(p)的最 小值確定使變換后信號(hào)能量匯聚程度最小時(shí)的變換階次，再根據(jù)變換階次和色散值之間的 關(guān)系獲得所需估計(jì)的色散值。
[0010] 更進(jìn)一步地，步驟S1中，根據(jù)公式
獲得色散值所對(duì)應(yīng)的分 數(shù)傅里葉變換階次Q;其中，Q為色散值所對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)傅里葉變換階次，A為目標(biāo)光信號(hào)波 長，c為真空中光速，Dz為目標(biāo)光信號(hào)的色散值，dt和dw分別為目標(biāo)光信號(hào)的時(shí)域和頻域 的采樣間隔。
[0011] 更進(jìn)一步地，步驟S1中，所述間隔對(duì)于常見的光纖鏈路通常選為100pS/nm~ 400ps/nm，其具體值則視實(shí)際應(yīng)用中的光纖鏈路而定。
[0012]更進(jìn)一步地，步驟S3中，根據(jù)公式Ra(P)= (F"/2{|Xa +It/2(u)r})(P)得到對(duì)應(yīng) 的自相關(guān)函數(shù)序列Ra(P);其中，Xa + It/2(u)為經(jīng)過分?jǐn)?shù)傅里葉變換的快速算法計(jì)算之后得 到的信號(hào)，F(xiàn) "/2表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行反傅里葉變換。
[0013]更進(jìn)一步地，步驟S3中，根據(jù)公式￡(P) =piUp)|2卻得到判決值L(p);其中， J--CO Ra(P)表示不同變換階次下得到的自相關(guān)函數(shù)，P為自相關(guān)函數(shù)的自變量，dp為自變量 對(duì)應(yīng)的微分量。
[0014]更進(jìn)一步地，步驟S4中，根據(jù)
獲得所需估計(jì)的色散值。
[0015] 本發(fā)明根據(jù)色散本質(zhì)上是一種頻域上的啁嗽的這一種特性，利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變 換善于處理啁嗽信號(hào)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)具有不同色散值的光通信信號(hào)會(huì)在不同階次的分?jǐn)?shù)階傅 里葉變換下呈現(xiàn)出不同的能量匯聚特性，利用信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的積分來表征這種能量匯 聚特性，然后通過尋找出與色散值相關(guān)的特殊的階次來計(jì)算出目標(biāo)的色散值；耗時(shí)少、功耗 小和使用碼元數(shù)少。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明提供的基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換光纖通信信號(hào)色散估計(jì)方法的流程 圖。
[0017]圖2為本發(fā)明提供的基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換光纖通信信號(hào)色散估計(jì)方法的關(guān)鍵 原理圖。
[0018]圖3為本發(fā)明提供的基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換光纖通信信號(hào)色散估計(jì)方法的仿真 結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0020] 在信號(hào)處理領(lǐng)域當(dāng)中，傳統(tǒng)傅里葉變換是一個(gè)研究最為成熟、應(yīng)用最廣泛的數(shù)學(xué) 工具。傅里葉變換是一種線性算子，若將其看作從時(shí)間軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)jt/2到頻率軸，則分 數(shù)階傅里葉變換算子就是可旋轉(zhuǎn)任意角度a的算子，并因此得到信號(hào)新的表示。分?jǐn)?shù)階傅 里葉變換在保留了傳統(tǒng)傅里葉變換原有性質(zhì)和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上有添加了其特有的新優(yōu)勢(shì)，可 以認(rèn)為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換是一種廣義的傅里葉變換。分?jǐn)?shù)階傅里葉變換比較擅長于處理非 平穩(wěn)信號(hào)，特別是chirp (啁嗽）類信號(hào)，并且已經(jīng)在雷達(dá)系統(tǒng)中被用來對(duì)chirp信號(hào)（線 性調(diào)頻信號(hào)）進(jìn)行信號(hào)的探測(cè)和參數(shù)的估計(jì)，其主要是利用線性調(diào)頻（LFM)信號(hào)（也就是 chirp信號(hào)）在不同階數(shù)的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域呈現(xiàn)出不同的能量聚集性的特性。因此同 樣的道理，在光纖通信當(dāng)中，色散可以被看成是一種頻域上的啁嗽，那么帶有色散的光通信 信號(hào)在不同階數(shù)的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域上應(yīng)該也存在著不同的能量聚集性。據(jù)此，本發(fā)明 提出一種基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的方法，實(shí)現(xiàn)光纖通信中的色散估計(jì)。
[0021] 本發(fā)明根據(jù)色散本質(zhì)上是一種頻域上的啁嗽的這一種特性，利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變 換善于處理啁嗽信號(hào)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)具有不同色散值的光通信信號(hào)會(huì)在不同階次的分?jǐn)?shù)階傅 里葉變換下呈現(xiàn)出不同的能量匯聚特性，利用信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的積分來表征這種能量匯 聚特性，然后通過尋找出與色散值相關(guān)的特殊的階次來計(jì)算出目標(biāo)的色散值；本發(fā)明所使 用的為成熟的快速分?jǐn)?shù)階傅里葉算法，其復(fù)雜度較低耗時(shí)少，與傳統(tǒng)的色散估計(jì)方法相比， 不需要對(duì)色散進(jìn)行事先的補(bǔ)償因此所消耗功耗小，經(jīng)過驗(yàn)證僅僅需要1024個(gè)碼元便能夠 得到相對(duì)準(zhǔn)確的色散估計(jì)值。
[0022] 本發(fā)明提供一種利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換來對(duì)光通信信號(hào)色散進(jìn)行估計(jì)的方法。
[0023] 對(duì)相干通信系統(tǒng)或者強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)（頂-DD)系統(tǒng)的接收端探測(cè)和采樣之后 的數(shù)字域信號(hào)進(jìn)行此方法的色散估計(jì)。
[0024] 該方法包括：計(jì)算目標(biāo)光信號(hào)的不同階次的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，得到變換后的信 號(hào)序列；計(jì)算變換后的信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)序列，之后對(duì)其進(jìn)行積分，得到不同階次下的判決 值；確定判決值的脈沖位置，根據(jù)脈沖位置確定目標(biāo)的變換階次，從而得到目標(biāo)的色散值。
[0025] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在計(jì)算目標(biāo)光信號(hào)的不同階次的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，得到變 換后的信號(hào)序列之前，要先利用所需估計(jì)色散值的范圍和所需色散估計(jì)精度來確定所需進(jìn) 行的分?jǐn)?shù)傅里葉變換的階次的范圍以及各個(gè)變換之間的階次的間隔。
[0026] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在利用所需估計(jì)色散值的范圍和所需色散估計(jì)精度來確定所 需進(jìn)行的分?jǐn)?shù)傅里葉變換的階次的范圍以及各個(gè)變換之間的階次的間隔，包括：根據(jù)以下 公式來計(jì)算色散值對(duì)應(yīng)的階次，
[0029] 其中為一階群速度時(shí)延，其可以通過色散系數(shù)D、目標(biāo)光信號(hào)波長A和真空中 光速c來求得，dt和dw分別為目標(biāo)光信號(hào)的時(shí)域和頻域的采樣間隔，Dz為目標(biāo)光信號(hào)的色 散值，Q為色散值所對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)傅里葉變換階次。
[0030] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在計(jì)算不同階次的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換包括：利用數(shù)據(jù)補(bǔ)零或 截取的方法先將時(shí)域量綱和頻域量綱轉(zhuǎn)換為同一無量綱，再利用公式分解方法得到的快速 算法來求得不同階次的分?jǐn)?shù)傅里葉變換。
[0031] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在計(jì)算變換后的信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)序列，之后對(duì)其進(jìn)行積分， 得到不同階次下的判決值包括：利用以下公式來實(shí)現(xiàn)對(duì)變換后信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和判決值 的求解
(5);其中Xa + It/2(u)為經(jīng)過分?jǐn)?shù)傅里葉變換的快速算法計(jì)算之后得到的信號(hào)，所使用的快 速算法是由Ozaktas H M提出一種采樣型分?jǐn)?shù)傅里葉變換算法，