專利名稱：非線性估計(jì)裝置、方法和接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別涉及一種信道內(nèi)非線性估計(jì)裝置、方法和接收機(jī)。
背景技術(shù)：
光纖中的非線性源于克爾效應(yīng)，即傳輸光的相位會(huì)隨著功率的變化而變化。該非線性與其他線性效應(yīng)(如色散、偏振模色散等)相互耦合，使得接收機(jī)端的光信號(hào)波形發(fā)生畸變。
研究發(fā)現(xiàn)，非線性薛定諤方程可以很好的描述光纖中的這兩類效應(yīng)之間的耦合。 為了便于分析，在波分復(fù)用(WDM, Wavelength Division Multiplexing)光通信系統(tǒng)中，通過(guò)一些數(shù)學(xué)上的變形，非線性的作用可以被看作是兩部分一部分來(lái)自多個(gè)信道(不同波長(zhǎng))之間的相互影響，另一部分來(lái)自本信道(相同補(bǔ)償)之間的相互影響。在長(zhǎng)距離傳輸中，如果發(fā)射信號(hào)是偏振復(fù)用信號(hào)，考慮到光纖中的隨機(jī)雙折射的統(tǒng)計(jì)效果，矢量非線性薛定愕可以由Manakov方程取代。
隨著單信道傳輸速率的提升，源自本信道的信道內(nèi)非線性對(duì)系統(tǒng)性能的影響逐漸成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問(wèn)題。當(dāng)單信道速率達(dá)到40 60Gbits/s甚至更高時(shí)，由于色散的作用，同一個(gè)信道內(nèi)脈沖會(huì)極大的展寬并相互重疊，在非線性的作用下，相互重疊的脈沖之間會(huì)產(chǎn)生能量交換。這種情況下，即使在接收端對(duì)鏈路中的殘余色散進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)依然會(huì)受到嚴(yán)重的非線性損傷。信道內(nèi)非線性對(duì)系統(tǒng)的影響包括定時(shí)抖動(dòng)、信號(hào)幅度波動(dòng)以及影子脈沖的產(chǎn)生。
對(duì)于長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)，如何補(bǔ)償或減弱信道內(nèi)非線性的代價(jià)是一個(gè)重要研究課題。人們分別從鏈路設(shè)計(jì)、 接收機(jī)DSP處理以及發(fā)射信號(hào)編碼等方面進(jìn)行研究?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出一種在發(fā)射機(jī)端減去非線性微擾的方法來(lái)減輕非線性的方法，具體請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)I。該方法基于I倍過(guò)采，其中微擾項(xiàng)等于一系列三項(xiàng)(三個(gè)時(shí)刻的符號(hào)信息數(shù)據(jù))乘積的加權(quán)和，權(quán)值由鏈路的色散、增益/衰減以及非線性系數(shù)決定。該方法的優(yōu)勢(shì)在于復(fù)雜度的降低，尤其是在PSK系統(tǒng)中，預(yù)補(bǔ)償波形可以完全通過(guò)加減法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由于非線性薛定諤方程在通常條件下并沒(méi)有解析解，因此為了能夠得到非線性引入的波形畸變，往往需要利用數(shù)值仿真。最為常用的數(shù)值仿真方法是分步傅立葉法，當(dāng)步長(zhǎng)足夠小時(shí)，該方法可以無(wú)限逼近真實(shí)解。然而，它的缺點(diǎn)是過(guò)于復(fù)雜，仿真一個(gè)鏈路配置往往需要數(shù)小時(shí)。同時(shí)它并不能給出一些物理上的直觀解釋。
在參考文獻(xiàn)2中，Mecozzi等人利用一階微擾模型對(duì)非線性薛定諤方程進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，由于非線性引入的波形畸變可以看作是多個(gè)乘積項(xiàng)的加權(quán)和，其中每一項(xiàng)為三個(gè)時(shí)刻的發(fā)射脈沖幅度的乘積，系數(shù)由鏈路的色散分布決定。同傳統(tǒng)的數(shù)值求解非線性薛定諤方程，Mecozzi等人將信道內(nèi)非線性建模成為一種純加性的效應(yīng)，并且將鏈路的影響以及發(fā)射信號(hào)的影響區(qū)分開(kāi)來(lái)。
在參考文獻(xiàn)3中，Ernesto Ciaramella等人將非線性建模成為一種純乘性的效應(yīng)，同樣也是利用一階微擾理論。同Mecozzi等人的加性模型相比，該模型在某些鏈路配置下可以容忍更大的入纖功率(非線性)，而當(dāng)非線性較小時(shí)，這二者得到的結(jié)果相同。
在參考文獻(xiàn)4中，另外一種非線性噪聲的模型是由Bononi等人提出的基于加性、乘性混合的模型,通過(guò)將加性模型直接修改得到,其中乘性相位對(duì)不同符號(hào)而言是一個(gè)常數(shù)。
但是，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于沒(méi)有考慮到加性微擾量與乘性微擾量均與當(dāng)前符號(hào)以及前后符號(hào)有關(guān)的情況，不能進(jìn)一步提高信號(hào)估計(jì)的準(zhǔn)確性。
下面列出了對(duì)于理解本發(fā)明和常規(guī)技術(shù)有益的文獻(xiàn)，通過(guò)引用將它們并入本文中，如同在本文中完全闡明了一樣。
[參考文獻(xiàn) l]L.Dou, Z. Tao, L. Li, ff. Yan, T. Tanimura, T. Hoshida, and J. C. Rasmussen, “A low complexity pre-distortion method for intra-channel nonlinearity,，，in Proc. 0FC/NF0EC2011 Conf. ,Los Angeles,U. S. A. ,March. 2011,paper 0ThF5.
[參考文獻(xiàn) 2] IEEE PTL Vol. 12，No. 4，2000，Antonio Mecozzi et. al.
[參考文獻(xiàn) 3] IEEE PTL Vol. 17，2005，pp91, Ernesto Ciaramella et. al.
[參考文獻(xiàn) 4] IEEE JLT，2002，ppl 102，Bononi et. al.發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種非線性估計(jì)裝置、方法和接收機(jī)，目的在于進(jìn)一步提高在接收端對(duì)非線性信號(hào)估 計(jì)的準(zhǔn)確性。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種非線性估計(jì)裝置，所述非線性估計(jì)裝置包括
信息序列獲取器，用于獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列；
微擾量生成器，用于計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的加性微擾量和乘性微擾量；其中，所述加性微擾量為不包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，所述乘性微擾量為包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和；
信號(hào)估計(jì)器，用于根據(jù)所述符號(hào)信息序列、所述加性微擾量和所述乘性微擾量，來(lái)估計(jì)在接收端接收到的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一個(gè)方面，提供了一種非線性估計(jì)方法，所述非線性估計(jì)方法包括
信息序列獲取步驟，獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列；
微擾量生成步驟，計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的加性微擾量和乘性微擾量；其中，所述加性微擾量為不包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，所述乘性微擾量為包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和；
信號(hào)估計(jì)步驟，根據(jù)所述符號(hào)信息序列、所述加性微擾量和所述乘性微擾量，來(lái)估計(jì)在接收端接收到的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一個(gè)方面，提供了一種接收機(jī)，其中，所述接收機(jī)包括如前所述的非線性估計(jì)裝置。
本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于通過(guò)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用的加權(quán)和，獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的加性微擾量和乘性微擾量，并通過(guò)該時(shí)變的加性微擾量和乘性微擾量，在接收端對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行估計(jì)；可以進(jìn)一步提高估計(jì)的準(zhǔn)確性， 并且計(jì)算方法簡(jiǎn)單，能夠應(yīng)用于單偏振和偏振復(fù)用系統(tǒng)中，同時(shí)可以兼容任意調(diào)制格式。
參照后文的說(shuō)明和附圖，詳細(xì)公開(kāi)了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本發(fā)明的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。
針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。


圖1是典型的光通信系統(tǒng)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例的非線性估計(jì)裝置的一構(gòu)成示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例的非線性估計(jì)裝置的又一構(gòu)成示意圖；
圖4(A)是信道內(nèi)非線性干擾后直接仿真得到的星座示意圖4(B)是本發(fā)明實(shí)施例的非線性估計(jì)得到的星座示意圖4(C)是現(xiàn)有技術(shù)中由全加性模型得到的星座示意圖4(D)是現(xiàn)有技術(shù)中由加性和常數(shù)旋轉(zhuǎn)得到的星座示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例的非線性估計(jì)方法的流程圖6是本發(fā)明實(shí)施例的微擾量生成步驟的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。這些實(shí)施方式只是示例性的， 不是對(duì)本發(fā)明的限制。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地理解本發(fā)明的原理和實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式以光通信系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。但應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的實(shí)施方式適用于所有存在非線性損失的通信系統(tǒng)。
圖1為典型的光通信系統(tǒng)示意圖，其中，發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸鏈路中不同的器件(光纖、光放大器、色散補(bǔ)償光纖等)到達(dá)接收機(jī)。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)非線性補(bǔ)償裝置在發(fā)射端對(duì)輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列進(jìn)行補(bǔ)償，使得發(fā)射端發(fā)射經(jīng)過(guò)特定形變的信號(hào)，這些信號(hào)在經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)后，在接收機(jī)可獲得理想的無(wú)損信號(hào)。
在圖1所示的系統(tǒng)中，為了在接收端能夠估計(jì)接收到的信號(hào)，發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中首先建立信道內(nèi)非線性模型，然后根據(jù)該非線性模型，通過(guò)輸入端的原始脈沖信號(hào)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行估計(jì)。
通常情況下，為了能夠最大程度的增加譜效率，在發(fā)射機(jī)端往往采用偏振復(fù)用的方式，因此，以下以雙偏振為例對(duì)獲得信道內(nèi)非線性模型的過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
首先，對(duì)于矢量信號(hào)，傳輸光纖可以建模為Manakov方程,如式(I)所不
權(quán)利要求
1.一種非線性估計(jì)裝置，所述非線性估計(jì)裝置包括 信息序列獲取器，用于獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列； 微擾量生成器，用于計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的加性微擾量和乘性微擾量；其中，所述加性微擾量為不包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，所述乘性微擾量為包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和； 信號(hào)估計(jì)器，用于根據(jù)所述符號(hào)信息序列、所述加性微擾量和所述乘性微擾量，來(lái)估計(jì)在接收端接收到的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性估計(jì)裝置，其中，所述微擾量生成器具體包括 符號(hào)信息獲取器，用于獲取多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)中的每一項(xiàng)相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻的脈沖的符號(hào)信息； 加權(quán)和計(jì)算器，用于利用每一項(xiàng)的相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的符號(hào)信息、以及預(yù)先獲得的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算每一項(xiàng)中相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的相互作用的加權(quán)值，并根據(jù)每一項(xiàng)的加權(quán)值計(jì)算所述多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)值之和； 微擾量獲取器，用于根據(jù)所述多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)值之和，獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的所述加性微擾量和所述乘性微擾量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性估計(jì)裝置，其中，所述信號(hào)估計(jì)器對(duì)所述符號(hào)信息序列和所述加性微擾量進(jìn)行加性運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果和所述乘性微擾量進(jìn)行乘性運(yùn)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非線性估計(jì)裝置，其中，所述非線性估計(jì)裝置還包括 系數(shù)獲取器，用于通過(guò)仿真方式獲取所述加權(quán)系數(shù)、或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式獲取所述加權(quán)系數(shù)；或者根據(jù)傳輸鏈路配置、以及一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上相互作用的脈沖與當(dāng)前時(shí)刻的脈沖的相對(duì)位置獲取所述加權(quán)系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線性估計(jì)裝置，其中，所述輸入的脈沖信號(hào)為單偏振信號(hào)；所述信號(hào)估計(jì)器采用如下公式
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線性估計(jì)裝置，其中，所述輸入的脈沖信號(hào)為雙偏振信號(hào)；所述信號(hào)估計(jì)器采用如下公式
7.一種非線性估計(jì)方法，所述非線性估計(jì)方法包括 信息序列獲取步驟，獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列； 微擾量生成步驟，計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的加性微擾量和乘性微擾量；其中，所述加性微擾量為不包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，所述乘性微擾量為包含當(dāng)前時(shí)刻當(dāng)前偏振態(tài)的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和； 信號(hào)估計(jì)步驟，根據(jù)所述符號(hào)信息序列、所述加性微擾量和所述乘性微擾量，來(lái)估計(jì)在接收端接收到的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非線性估計(jì)方法，其中，所述微擾量生成步驟具體包括符號(hào)信息獲取步驟，獲取多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)中的每一項(xiàng)相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻的脈沖的符號(hào)信息； 加權(quán)和計(jì)算步驟，利用每一項(xiàng)的相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的符號(hào)信息、以及預(yù)先獲得的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算每一項(xiàng)中相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖的相互作用的加權(quán)值，并根據(jù)每一項(xiàng)的加權(quán)值計(jì)算所述多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)值之和； 微擾量獲取步驟，根據(jù)所述多個(gè)脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)值之和，獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的所述加性微擾量和所述乘性微擾量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非線性估計(jì)方法，其中，所述信號(hào)估計(jì)步驟對(duì)所述符號(hào)信息序列和所述加性微擾量進(jìn)行加性運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果和所述乘性微擾量進(jìn)行乘性運(yùn)算。
10.一種接收機(jī)，其中，所述接收機(jī)包括如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的非線性估計(jì)裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非線性估計(jì)裝置、方法和接收機(jī)，所述非線性估計(jì)裝置包括信息序列獲取器，用于獲取發(fā)射端輸入的脈沖信號(hào)的符號(hào)信息序列；微擾量生成器，用于計(jì)算相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻上的脈沖相互作用項(xiàng)的加權(quán)和，以獲得在一定長(zhǎng)度的傳輸鏈路上產(chǎn)生的加性微擾量和乘性微擾量；信號(hào)估計(jì)器，用于根據(jù)符號(hào)信息序列、加性微擾量和乘性微擾量，來(lái)估計(jì)在接收端接收到的信號(hào)。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例，可以進(jìn)一步提高非線性信號(hào)估計(jì)的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)H04L25/02GK103023828SQ20111028785
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者竇亮, 陶振寧 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社