本發(fā)明涉及動態(tài)的、大容量的、多業(yè)務交換的傳輸網(wǎng)領域，尤其是一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法。

背景技術(shù)：

隨著云計算、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)等大數(shù)據(jù)時代的來臨，通信容量每年急劇增長。傳統(tǒng)的單模單芯單波長光纖傳輸方式，已經(jīng)無法滿足傳輸容量的要求。通過波分復用、空分復用(多模多芯)、偏振復用、時分復用、軌道角動量復用，以及先進的調(diào)制格式等方式提升光纖通信傳輸容量，已經(jīng)得到廣大科研工作者的密切關(guān)注。

其中，先進的調(diào)制格式已經(jīng)成為實現(xiàn)大容量光傳輸網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前光通信網(wǎng)絡已經(jīng)趨近于更加靈活地自定義網(wǎng)絡，對整個網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)進行自判斷自學習。光傳輸網(wǎng)絡通常會根據(jù)傳輸信道的服務質(zhì)量，權(quán)衡傳輸容量與傳輸信道服務質(zhì)量，進而動態(tài)的調(diào)整傳輸?shù)恼{(diào)試格式以實現(xiàn)最優(yōu)的傳輸性能，對調(diào)制格式的自動識別技術(shù)將是極其重要。只有正確的識別了傳輸?shù)恼{(diào)制格式，后端數(shù)字信號處理算法才能對應實現(xiàn)相應的數(shù)據(jù)解調(diào)操作。

2012年，香港理工大學的研究人員提出使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法實現(xiàn)調(diào)制格式的識別，該方法需要額外添加調(diào)制格式識別模塊，雖然能識別多種調(diào)制格式但很大程度上增加了傳輸系統(tǒng)的復雜度，同時神經(jīng)網(wǎng)絡算法的復雜度也相對較高。2013年，澳大利亞莫納什大學的研究人員提出在斯托克斯空間中實現(xiàn)調(diào)制格式的識別，該方法需要在斯托克斯三維空間中監(jiān)測簇點的個數(shù)。然而該方法具有一定的限制，首先在三維空間中數(shù)據(jù)量相對較大，增加識別的復雜度；同時，該方法也具有一定的限制在高階調(diào)制格式識別中，由于偏振復用的調(diào)制信號進入斯托克斯三維空間中后，呈現(xiàn)的簇點個數(shù)是呈現(xiàn)指數(shù)增長的。2014年，香港理工大學的研究人員提出使用信號功率分布實現(xiàn)調(diào)制格式的識別，該方法需要在偏振解復用以后實現(xiàn)調(diào)制格式的識別，偏振解復用通常跟調(diào)制格式有關(guān)，將會造成該方法具有一定的識別不穩(wěn)定性；同時，該方法僅對正交幅度調(diào)制起作用。2016年，香港中文大學研究人員提出使用圖像處理的方法實現(xiàn)調(diào)制格式的識別，該方法需要對所得到的圖像進行前期的去噪處理，具有一定的復雜度。因此為了進一步提升調(diào)制格式識別的實時性、靈敏性，研究一種復雜度低的調(diào)制格式識別技術(shù)將具有很重要的實際意義和相應的應用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法，通過相干接收機得到傳輸信號的偏振、強度以及相位信息，在數(shù)字信號處理單元里面實現(xiàn)調(diào)制格式識別，提升整個傳輸網(wǎng)絡的系統(tǒng)的靈活性和魯棒性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法，包括以下步驟：

步驟1：接收端接收到x偏振態(tài)信號ex和y偏振態(tài)信號ey，即：

ex＝axexp(jωδt+jθsx+jθn)

ey＝ayexp(jωδt+jθsy+jθn)

其中，ax、ay分別為x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的幅度值，θsx、θsy分別為x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的相位信息，θn為信號的相位噪聲，ωδ為信號的頻偏；

步驟2：將信號轉(zhuǎn)換到斯托克斯空間，斯托克斯空間是一個三維空間，由s1、s2、s3三個相互垂直的方向矢量組成，即：

s0＝|ex|²+|ey|²

s1＝|ex|²-|ey|²

其中，s0、s1、s2、s3分別表示為兩個偏振態(tài)的總功率、矢量s1的具體值、矢量s2的具體值、矢量s3的具體值，為兩個偏振態(tài)的相位差；

步驟3：對齊映射到斯托克斯空間的偏振信號；

步驟4：判斷信號類型

在斯托克斯空間，對齊的偏振復用信號將垂直于矢量s1方向，同時平行于矢量s2和s3組成的平面；在斯托克斯空間不同的調(diào)制信號將出現(xiàn)不同的特征：矢量s1的數(shù)值出現(xiàn)1級時，為相位調(diào)制信號；矢量s1的數(shù)值出現(xiàn)多級時，如果出現(xiàn)正負對稱，則為正交幅度調(diào)制；如果出現(xiàn)正負不對稱，則為混合調(diào)制信號；

步驟5：根據(jù)矢量s1的數(shù)值上的特性分別識別不同的調(diào)制格式

對相位調(diào)制信號，在簡化二維平面s2和s3中識別簇點個數(shù)，判斷出相位調(diào)制格式的類型；

對正交幅度調(diào)制信號，在二維平面s1和s3上通過識別調(diào)制格式出現(xiàn)的級數(shù)，判斷出正交幅度調(diào)制格式的類型；

對混合調(diào)制信號，在二維平面s1和s3上通過識別調(diào)制格式出現(xiàn)的級數(shù)，判斷出混合調(diào)制格式的類型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)可以實現(xiàn)多種調(diào)制格式的識別，包括多種相位調(diào)制格式、多種正交幅度調(diào)制格式等。

2)復雜度相對較低，將斯托克斯的三維空間數(shù)據(jù)降低到二維空間。

3)可以不改變現(xiàn)有的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，直接采用相干接收的處理方式實現(xiàn)調(diào)制格式識別。

4)能實現(xiàn)多個信道調(diào)制格式識別，提升了整個傳輸網(wǎng)絡的系統(tǒng)的靈活性和魯棒性，使其更加適應未來動態(tài)的光傳輸網(wǎng)絡，具有一定的研究價值和應用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法流程示意圖。

圖2為一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為偏振復用相位調(diào)制信號mpsk調(diào)制格式識別流程圖。

圖4為偏振復用正交幅度調(diào)制信號mqam調(diào)制格式識別流程圖。

圖5為偏振復用混合調(diào)制格式識別流程圖。

圖6為多種調(diào)制格式識別性能圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

本發(fā)明一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法，主要是在相干接收機的數(shù)字信號處理單元中進行斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別，包括步驟：1)接收端接收到x偏振態(tài)信號ex和y偏振態(tài)信號ey進行相應的色散補償，將色散補償以后的信號從瓊斯空間映射到斯托克斯空間，進行偏振對齊操作。2)在斯托克斯空間，對齊的偏振復用信號將垂直于矢量s1方向，同時平行于矢量s2和s3組成的平面。

在斯托克斯空間中不同的調(diào)制信號將出現(xiàn)不同的特征，如：相位調(diào)制信號(mpsk)的幅度值都是單一恒定的值，而相位是多值的，因此可以直接在簡化二維平面s2和s3中進行識別簇點個數(shù)，最終判斷出相位調(diào)制格式的類型；正交幅度調(diào)制信號mqam的幅度值為不恒定的多值信號，矢量s1的數(shù)值也呈現(xiàn)多個值并且正負對稱，可在二維平面s1和s3上通過識別調(diào)制格式出現(xiàn)的級數(shù)，最終判斷出正交幅度調(diào)制格式的類型；混合調(diào)制信號是由兩種不同調(diào)制格式組成的偏振復用信號，矢量s1的數(shù)值也呈現(xiàn)多個值，然而將會出現(xiàn)不對稱性，也可在二維平面s1和s3上通過識別調(diào)制格式出現(xiàn)的級數(shù)，最終判斷出混合調(diào)制格式的類型。

如圖1所示，本發(fā)明方法由一路或n路波長的偏振復用發(fā)射端(1011～101n)調(diào)制出偏振復用的相位調(diào)制/正交幅度調(diào)制m-psk/m-qam的信號或者兩個偏振態(tài)不相同的混合調(diào)制信號，經(jīng)過波分復用器(102)將多個波長的發(fā)射信號耦合到一起，通過一段或n段光纖(1031～103n)進行傳輸。相應的傳輸損耗由一個或n個光纖光放大器(1041～104n)進行補償。在接收端通過波分解復用器(105)將多個波長的信號分別處理，通過一個或n個相干接收機(1061～106n)對信號進行相干解調(diào)，得到具有偏振、強度、相位等相應信息的電信號；然后將電信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(1071～107n)將連續(xù)的模擬電信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號；最后將接收到的數(shù)字信號放在數(shù)字信號處理單元(1081～108n)進行處理；本發(fā)明一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法就是在數(shù)字信號處理單元(1081～108n)中，對接收到的數(shù)字信號進行調(diào)制格式識別。

圖2為一種斯托克斯空間二維平面的調(diào)制格式識別方法的結(jié)構(gòu)框圖。接收端的數(shù)字信號進入數(shù)字信號處理單元(1081～108n)進行相應的信號損傷補償。數(shù)字信號首先進行色散補償，將色散補償以后的信號映射到斯托克斯空間中進行偏振對齊操作。對齊的偏振復用信號將垂直于矢量s1方向，同時平行于矢量s2和s3組成的平面。接下來監(jiān)測斯托克斯矢量s1，當出現(xiàn)矢量的值出現(xiàn)一級的時候，判定為相位調(diào)制信號，在通過相位調(diào)制格式識別方法進行相應的識別；當監(jiān)測的斯托克斯矢量s1出現(xiàn)多級時，進一步判斷矢量s1的值是否對稱，如果對稱則為正交幅度調(diào)制格式，如果不對稱則為混合調(diào)制格式。識別結(jié)束以后，將已經(jīng)確定調(diào)制格式的信號進行偏振解復用和載波相位恢復，實現(xiàn)信號的最終解調(diào)。

圖3為偏振復用相位調(diào)制信號mpsk調(diào)制格式識別流程圖。首先監(jiān)測斯托克斯矢量s1，此時矢量s1的值出現(xiàn)一級是被認定為相位調(diào)制格式。接下來監(jiān)測斯托克斯矢量s2與s3組成的二維平面，通過簇點識別技術(shù)監(jiān)測簇點的個數(shù)，當簇點為2是為bpsk調(diào)制格式；當簇點為4是為qpsk調(diào)制格式；簇點為8是為8psk調(diào)制格式；簇點為m個時，調(diào)制格式為mpsk；s2與s3組成的二維平面中出現(xiàn)不同的簇點，最終識別出相位調(diào)制格式的類型。

圖4為偏振復用正交幅度調(diào)制信號mqam調(diào)制格式識別流程圖。首先監(jiān)測斯托克斯矢量s1，此時矢量s1呈現(xiàn)多個值，同時發(fā)現(xiàn)多個值呈現(xiàn)正負對稱性。通過簇點識別技術(shù)監(jiān)測二維平面s1和s3出現(xiàn)的級數(shù)。8qam具有2級幅度值，此時二維平面s1和s3出現(xiàn)3級；16qam具有3級幅度值，此時二維平面s1和s3出現(xiàn)5級；32qam具有5級幅度值，此時二維平面s1和s3出現(xiàn)9級；同理可得，mqam具有n級幅度值，此時二維平面s1和s3出現(xiàn)2n-1級。本發(fā)明中針對正交幅度調(diào)制信號，不需要在三維空間中進行識別，可以直接在二維平面s1和s3上通過識別調(diào)制格式出現(xiàn)的級數(shù)，最終識別出正交幅度調(diào)制格式的類型。

圖5為偏振復用混合調(diào)制格式識別流程圖。首先監(jiān)測斯托克斯矢量s1，此時矢量s1呈現(xiàn)多個值，同時發(fā)現(xiàn)多個值呈現(xiàn)不對稱性。通過簇點識別技術(shù)監(jiān)測二維平面s1和s3出現(xiàn)的級數(shù)。當qpsk與8qam混合調(diào)制時，二維平面s1和s3的數(shù)值出現(xiàn)全部都是非負的2個等級；當qpsk與16qam混合調(diào)制時，二維平面s1和s3出現(xiàn)全部都是非負的3個等級；當8qam與16qam混合調(diào)制時，二維平面s1和s3出現(xiàn)3個非負的等級和1個負的等級；本發(fā)明中針對混合調(diào)制信號，不需要在三維空間中進行識別，可以直接在二維平面s1和s3上通過識別調(diào)制格式出現(xiàn)的不對稱性的級數(shù)，最終識別出混合調(diào)制格式的類型。

圖6為本發(fā)明的多種調(diào)制格式識別性能圖。以相位調(diào)制格式qpsk、8psk、16psk，正交幅度調(diào)制格式8qam、16qam為例。性能測試是在符號率為28gbaud的偏振復用的相干傳輸系統(tǒng)中實現(xiàn)的。通過圖6可知，本發(fā)明能夠有效地實現(xiàn)多種調(diào)制格式的識別，同時在較低性噪比的情況下，仍然可是正確的識別調(diào)制格式，表明本發(fā)明提出的調(diào)制格式識別技術(shù)，能夠適應動態(tài)的、長距離的、大容量的傳輸系統(tǒng)，具有一定的應用前景。