本發(fā)明涉及相干光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講是一種用于自適應(yīng)均衡器系數(shù)更新的無(wú)需頻差相差反饋的LMS(Least mean square，最小均方)方法。

背景技術(shù)：

相干光通信的理論和實(shí)驗(yàn)始于80年代。相干光通信系統(tǒng)被公認(rèn)為具有靈敏度高、頻率選擇性好、頻譜效率高的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)有利于通信容量的提高。另外，在相干光通信中，色散與偏振模色散對(duì)信號(hào)的損傷都為線性損傷，此時(shí)通信信道可建模為線性時(shí)不變系統(tǒng)，故通過(guò)適度復(fù)雜的DSP(Digital Signal Processing，數(shù)字信號(hào)處理)技術(shù)就可以補(bǔ)償線性損傷，從而使得困擾業(yè)界的色散問(wèn)題變得相對(duì)容易解決。而在40G、100G光通信時(shí)代，相干光通信與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，并取得巨大商業(yè)成功。綜合考慮譜效率與光信噪比容限的要求，100G商用系統(tǒng)采用的是基于相干光通信的PM-QPSK(Polarization Multiplexed Quadri Phase Shift Keying，偏振復(fù)用四相移鍵控)技術(shù)。

由于電子技術(shù)的進(jìn)步，使得DSP的成本大為降低，新一代的相干光通信系統(tǒng)普遍引入DSP技術(shù)。在使用本征光載波解調(diào)信號(hào)光后，再使用ADC(Analog-Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)采樣解調(diào)后的電子信號(hào)，最后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。參見(jiàn)圖1所示，相干光通信接收機(jī)的數(shù)字信號(hào)處理的流程一般為：色散補(bǔ)償→時(shí)鐘恢復(fù)→自適應(yīng)均衡→載波恢復(fù)(頻差估計(jì)與補(bǔ)償)→載波恢復(fù)(相差估計(jì)與補(bǔ)償)→碼元判決。

自適應(yīng)均衡器為數(shù)字信號(hào)處理的主要組成部分，起到偏振解復(fù)用與殘余色散補(bǔ)償作用，通常由線性均衡器與自適應(yīng)均衡系數(shù)更新算法組成。相干光通信使用的是2×2多入多出自適應(yīng)均衡器，輸出均衡后的兩個(gè)偏振信號(hào)。

目前，較流行的可用于PM-QPSK的自適應(yīng)均衡系數(shù)更新算法為CMA(Constant Modulus Algorithms，恒模算法)。因?yàn)镃MA不需要訓(xùn)練序列，且不需要事先補(bǔ)償頻差，相對(duì)簡(jiǎn)單且具有一定魯棒性，被主流商用系統(tǒng)廣泛采用。恒模算法的誤差定義公式為：

其中，為自適應(yīng)均衡器的X端口輸出，為自適應(yīng)均衡器的Y端口輸出，| |為取模計(jì)算，1為設(shè)定的恒模大小，n為數(shù)據(jù)序列號(hào)。自適應(yīng)均衡器的系數(shù)更新公式根據(jù)公式(1)、(2)所給出的誤差公式由梯度算法得出。

但是，CMA算法利用的是QPSK(Quadri Phase Shift Keying，四相移鍵控)信號(hào)的恒模特點(diǎn)，無(wú)法辨別所跟蹤的偏振態(tài)，所以算法可能會(huì)錯(cuò)誤收斂，使自適應(yīng)均衡器的兩個(gè)輸出都輸出一個(gè)偏振態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)偏振態(tài)快速變化時(shí)，如架空光纜在臺(tái)風(fēng)下劇烈晃動(dòng)時(shí)，CMA可能會(huì)丟失所跟蹤的偏振態(tài)，并錯(cuò)誤收斂到均衡器的兩個(gè)輸出都輸出一個(gè)偏振態(tài)，帶來(lái)系統(tǒng)崩潰。

而作為改進(jìn)的基于訓(xùn)練序列的LMS(Least mean square，最小均方)算法，由于使用的一階統(tǒng)計(jì)量，可以比CMA跟蹤更快的偏振變化。并且，由于訓(xùn)練序列的導(dǎo)引作用，自適應(yīng)均衡器會(huì)輸出所用訓(xùn)練序列所對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)。但是，在相干光通信系統(tǒng)中，由于用于解調(diào)的本地激光器與發(fā)端激光器存在頻差與相差，所以在使用LMS算法時(shí)，必須從其后的頻差與相差補(bǔ)償模塊引入頻差與相差反饋用于誤差信號(hào)的計(jì)算，其具體的誤差計(jì)算公式為：

其中，D^x與D^y為期望數(shù)據(jù)，為預(yù)先知道的訓(xùn)練序列數(shù)值，Δf為頻差，T為碼元周期，Φ_x與Φ_y分別為X、Y偏振信號(hào)的相差，n為數(shù)據(jù)序列號(hào)。

但是，現(xiàn)有的LMS方法的問(wèn)題是：在實(shí)際的信號(hào)處理過(guò)程中，頻差估計(jì)與相差估計(jì)都依賴于自適應(yīng)均衡器的正確輸出。在實(shí)際部署的系統(tǒng)中，雖然多數(shù)情況下偏振態(tài)變化緩慢，但瞬時(shí)可能出現(xiàn)極快的偏振變化，此時(shí)不能保證自適應(yīng)均衡器的正確輸出，沒(méi)有正確的頻差與相差反饋，現(xiàn)有的LMS方法將不能正確工作，所以使用現(xiàn)有的LMS方法并不能保證系統(tǒng)在極快的偏振變化下的生存。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種用于自適應(yīng)均衡器系數(shù)更新的無(wú)需頻差相差反饋的LMS方法，能使自適應(yīng)均衡器系數(shù)的更新不再依賴頻差與相差的反饋，即使遇到極端的偏振態(tài)變化，系統(tǒng)也能正確跟蹤，保證了系統(tǒng)的魯棒性。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種用于自適應(yīng)均衡器系數(shù)更新的無(wú)需頻差相差反饋的LMS方法，該LMS方法包括以下步驟：

S1：對(duì)自適應(yīng)均衡器的X偏振接收信號(hào)[Ein^x]和Y偏振接收信號(hào)[Ein^y]進(jìn)行時(shí)域均衡，時(shí)域均衡的公式為：

其中，和分別為自適應(yīng)均衡器X偏振信號(hào)和Y偏振信號(hào)的輸出，F(xiàn)^xx、F^xy、F^yx、F^yy為四個(gè)自適應(yīng)均衡器系數(shù)，n為序列號(hào)，L為自適應(yīng)均衡器級(jí)數(shù)，l為自適應(yīng)均衡器級(jí)數(shù)序號(hào)；

S2：定義上述時(shí)域均衡的誤差公式為：

Error(n)＝|Error_xy1(n)|²+|Error_xy2(n)|²，其中：

式中，D^x、D^y為期望數(shù)據(jù)，是預(yù)先已知的訓(xùn)練序列數(shù)值；為自適應(yīng)均衡器的X端口輸出，為自適應(yīng)均衡器的Y端口輸出；| |為取模計(jì)算，[]^*為取共軛；

S3：根據(jù)上述誤差定義，使用梯度算法更新自適應(yīng)均衡器系數(shù)，以保證自適應(yīng)均衡器持續(xù)跟蹤偏振態(tài)的變化，且無(wú)需頻差與相差的反饋。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S3中所述更新自適應(yīng)均衡器系數(shù)的公式為：

上述公式中，*為共軛符號(hào)，g表示第g次更新，μ₁、μ₂均為根據(jù)需要使用的微小系數(shù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S3中，所述更新自適應(yīng)均衡器系數(shù)的公式中的μ₁和μ₂可相同或不同。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S3中，所述更新自適應(yīng)均衡器系數(shù)的公式中的μ₁和μ₂的取值范圍均為1～10^-9。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S3中，自適應(yīng)均衡器更新自適應(yīng)均衡器系數(shù)時(shí)，會(huì)鎖定X偏振信號(hào)的相差Φ_x和Y偏振信號(hào)的相差Φ_y，使得Φ_x＝Φ_y；并且，當(dāng)自適應(yīng)濾波器正確輸出時(shí)，自適應(yīng)均衡器X偏振信號(hào)的輸出和Y偏振信號(hào)的輸出分別為：

其中，j為復(fù)數(shù)，Δf為頻差，T為碼元周期；且上述輸出公式中的頻差Δf將在誤差公式中被消除掉。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在QPSK應(yīng)用場(chǎng)景下，步驟S2中所述預(yù)先已知的訓(xùn)練序列數(shù)值在預(yù)先設(shè)計(jì)時(shí)需滿足以下要求：D^x(n)/D^y(n)均勻地取1，j，-1，-j四個(gè)數(shù)值。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明利用相干光通信系統(tǒng)中解調(diào)的兩路信號(hào)具有相同的頻差與相差的特點(diǎn)，提出了新的改進(jìn)型的X、Y偏振信號(hào)的誤差公式。采用改進(jìn)型的誤差公式，可實(shí)現(xiàn)無(wú)需頻差與相差反饋的LMS算法。相較傳統(tǒng)的LMS算法必須依賴頻差與相差反饋來(lái)說(shuō)，本方法由于自適應(yīng)均衡器的系數(shù)更新不再依賴頻差與相差反饋，即使遇到極端的偏振態(tài)變化，系統(tǒng)也能正確跟蹤，保證了系統(tǒng)的魯棒性，滿足了實(shí)際使用需求。

(2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)用性；且本發(fā)明的使用并不限于相干光通信領(lǐng)域，適用范圍廣。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中相干光通信接收機(jī)的數(shù)字信號(hào)處理流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中用于自適應(yīng)均衡器系數(shù)更新的無(wú)需頻差相差反饋的LMS方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于自適應(yīng)均衡器系數(shù)更新的無(wú)需頻差相差反饋的LMS方法，包括以下步驟：

步驟S1：對(duì)自適應(yīng)均衡器的X偏振接收信號(hào)[Ein^x]和Y偏振接收信號(hào)[Ein^y]進(jìn)行時(shí)域均衡，時(shí)域均衡的公式為：

其中，和分別為自適應(yīng)均衡器X偏振信號(hào)和Y偏振信號(hào)的輸出，F(xiàn)^xx、F^xy、F^yx、F^yy為四個(gè)自適應(yīng)均衡器系數(shù)，n為序列號(hào)，L為自適應(yīng)均衡器級(jí)數(shù)，l為自適應(yīng)均衡器級(jí)數(shù)序號(hào)，轉(zhuǎn)入步驟S2。

步驟S2：定義上述時(shí)域均衡的誤差公式為：

Error(n)＝|Error_xy1(n)|²+|Error_xy2(n)|²， (7)

式中，D^x、D^y為期望數(shù)據(jù)，是預(yù)先已知的訓(xùn)練序列數(shù)值；為自適應(yīng)均衡器的X端口輸出，為自適應(yīng)均衡器的Y端口輸出；| |為取模計(jì)算，[]^*為取共軛，轉(zhuǎn)入步驟S3。

可以理解的是，在預(yù)先設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列數(shù)值時(shí)，D^x(n)與D^y(n)的相差應(yīng)均勻的取所有可能得取值。以QPSK為例，即要求在設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列數(shù)值時(shí)，要滿足D^x(n)/D^y(n)均勻地取1，j，-1，-j四個(gè)數(shù)值，其中，j為復(fù)數(shù)。

步驟S3：根據(jù)上述誤差定義公式(7)～(9)，使用梯度算法更新自適應(yīng)均衡器系數(shù)，以保證自適應(yīng)均衡器持續(xù)跟蹤偏振態(tài)的變化，且無(wú)需頻差與相差的反饋。

其中，自適應(yīng)均衡器的系數(shù)更新公式為：

上述公式中，*為共軛符號(hào)，g表示第g次更新，μ₁、μ₂均為根據(jù)需要使用的微小系數(shù)，兩者可相同或不同，且μ₁和μ₂的取值范圍可以為1～10^-9。

另外，可以理解的是，自適應(yīng)均衡器更新自適應(yīng)均衡器系數(shù)時(shí)，會(huì)鎖定X偏振信號(hào)的相差Φ_x和Y偏振信號(hào)的相差Φ_y，使得Φ_x＝Φ_y，從而使得自適應(yīng)均衡器的系數(shù)更新不再依賴相差的反饋；并且，當(dāng)自適應(yīng)濾波器正確輸出時(shí)，自適應(yīng)均衡器X偏振信號(hào)的輸出和Y偏振信號(hào)的輸出分別為：

其中，j為復(fù)數(shù)，Δf為頻差，T為碼元周期；而上述輸出公式中的頻差Δf將在誤差公式中被消除掉，從而使得自適應(yīng)均衡器的系數(shù)更新不再依賴頻差的反饋。

由上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。由于自適應(yīng)均衡器的系數(shù)更新不再依賴頻差與相差反饋，即使遇到極端的偏振態(tài)變化，系統(tǒng)也能正確跟蹤，保證了系統(tǒng)的魯棒性，滿足了實(shí)際使用需求。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。