本發(fā)明涉及光通信，尤其是一種相干光通信定時(shí)誤差估計(jì)方法、系統(tǒng)、裝置及存儲(chǔ)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(zhǎng)，光通信系統(tǒng)因其高帶寬、低損耗和抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)，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(hào)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(cè)技術(shù)能夠提供更高的信號(hào)檢測(cè)靈敏度，并且能夠?qū)庑盘?hào)的幅度和相位進(jìn)行精確測(cè)量，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速傳輸和信號(hào)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?hào)進(jìn)行必要的處理，包括符號(hào)率估計(jì)、載波頻率偏移校正、色散補(bǔ)償和信號(hào)的自適應(yīng)均衡。

2、在光通信系統(tǒng)中，定時(shí)誤差估計(jì)對(duì)于信號(hào)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(shí)誤差估計(jì)算法在面對(duì)這些復(fù)雜信道效應(yīng)時(shí)性能受限，對(duì)定時(shí)誤差估計(jì)算法的性能有顯著影響。這些效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的頻譜相關(guān)性降低，從而影響定時(shí)誤差的準(zhǔn)確估計(jì)。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(shí)誤差估計(jì)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(shí)鐘恢復(fù)對(duì)于確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾陵P(guān)重要。現(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(shí)鐘恢復(fù)方法。這些算法通過對(duì)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(shí)鐘成分，從而提高系統(tǒng)對(duì)低滾降系數(shù)(rof)的容忍度。具體來說，lee-power?tped算法針對(duì)非整數(shù)過采樣的nyquist信號(hào)，提出了一種低復(fù)雜度的時(shí)鐘恢復(fù)方法，特別適用于具有小滾降因子的信號(hào)。square-gardner算法則是一種數(shù)字化的時(shí)鐘恢復(fù)算法，專為nyquist信號(hào)設(shè)計(jì)。4ppd算法通過在信號(hào)的功率譜中尋找特定的峰值來實(shí)現(xiàn)時(shí)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(shí)鐘誤差檢測(cè)(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(duì)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(duì)nyquist系統(tǒng)的聯(lián)合算法，它們?cè)跁r(shí)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(shí)延(dgd)和符號(hào)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(hào)，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(shí)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(shí)誤差估計(jì)方法的在處理低滾降因子信號(hào)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(cè)技術(shù)來提高信號(hào)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(hào)會(huì)調(diào)制激光器的光載波，而接收端則使用一個(gè)與發(fā)送端同步的本地激光器進(jìn)行相干混頻，從而檢測(cè)出傳輸信號(hào)的幅度和相位信息。這種技術(shù)顯著提高了信號(hào)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?hào)由于不同波長(zhǎng)的光速不同而導(dǎo)致脈沖展寬的現(xiàn)象。色散會(huì)使得信號(hào)的時(shí)域波形失真，影響信號(hào)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(zhǎng)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(hào)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(hào)的采樣頻率應(yīng)至少為信號(hào)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(hào)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(hào)。

11、定時(shí)誤差估計(jì)(timing?error?estimation)：定時(shí)誤差估計(jì)是指在數(shù)字通信系統(tǒng)中，對(duì)接收信號(hào)的采樣時(shí)鐘與信號(hào)實(shí)際時(shí)鐘之間的偏差進(jìn)行估計(jì)的過程。準(zhǔn)確的定時(shí)誤差估計(jì)對(duì)于信號(hào)的同步解調(diào)至關(guān)重要，它能夠確保信號(hào)在最佳時(shí)刻被采樣，從而提高信號(hào)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(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)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(hào)的調(diào)制、解調(diào)、均衡、色散補(bǔ)償、定時(shí)恢復(fù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過dsp技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)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(hào)頻譜衰減速率的一個(gè)參數(shù)，用于在數(shù)字通信系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波以限制其帶寬。滾降系數(shù)較小的信號(hào)具有較慢的衰減邊緣，意味著信號(hào)的頻譜占用更寬；而滾降系數(shù)較大的信號(hào)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(huì)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(hào)的偏振特性，通過在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)正交偏振態(tài)的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)雙倍的數(shù)據(jù)傳輸速率。每個(gè)偏振態(tài)可以獨(dú)立地?cái)y帶信息，相當(dāng)于兩個(gè)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(hào)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(hào)的偏振態(tài)可能會(huì)在傳輸過程中發(fā)生隨機(jī)旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量和相干檢測(cè)的性能，因此在設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)時(shí)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(shí)延(differential?group?delay,dgd)：差分群時(shí)延是指在偏振復(fù)用系統(tǒng)中，兩個(gè)正交偏振態(tài)的光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)由于雙折射現(xiàn)象而產(chǎn)生的不同路徑長(zhǎng)度所導(dǎo)致的到達(dá)時(shí)間差異。dgd是偏振模色散(polarization?mode?dispersion,pmd)的一個(gè)表現(xiàn)，它是衡量光纖對(duì)不同偏振態(tài)信號(hào)傳輸速度差異的指標(biāo)。dgd會(huì)導(dǎo)致信號(hào)脈沖展寬，影響信號(hào)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(hào)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(gè)目的在于提供一種相干光通信定時(shí)誤差估計(jì)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(shí)降低了相干光通信定時(shí)誤差估計(jì)的復(fù)雜度，提高了光通信系統(tǒng)的魯棒性和對(duì)不同信道條件的適應(yīng)性。

3、本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)目的在于提供一種相干光通信定時(shí)誤差估計(jì)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(shí)誤差估計(jì)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(hào)和第二離散數(shù)字信號(hào)，對(duì)所述第一離散數(shù)字信號(hào)和所述第二離散數(shù)字信號(hào)進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第一信號(hào)頻譜和第二信號(hào)頻譜；

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

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

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

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

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

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

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

14、根據(jù)所述第三偏振信號(hào)和所述第四偏振信號(hào)確定第一caf矩陣；

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

16、根據(jù)所述最大時(shí)鐘調(diào)對(duì)應(yīng)的所述向量位置估計(jì)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(duì)所述第一信號(hào)頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第一偏振信號(hào)，并根據(jù)所述信道色散參數(shù)對(duì)所述第二信號(hào)頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第二偏振信號(hào)。

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

19、根據(jù)所述第三偏振信號(hào)和所述第四偏振信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)的4個(gè)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(jì)得到對(duì)應(yīng)的4個(gè)第一scf函數(shù)；

20、對(duì)所述第一scf函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換得到對(duì)應(yīng)的4個(gè)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(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)所述第一偏振信號(hào)和所述第二偏振信號(hào)計(jì)算高階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量的目標(biāo)caf矩陣，其具體包括：

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

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

24、確定所述第二目標(biāo)信號(hào)在采樣頻率范圍內(nèi)的4個(gè)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(jì)得到對(duì)應(yīng)的4個(gè)目標(biāo)scf函數(shù)；

25、對(duì)所述目標(biāo)scf函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換得到對(duì)應(yīng)的4個(gè)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(gè)實(shí)施例中，所述確定根據(jù)所述目標(biāo)caf矩陣確定定時(shí)誤差信息，其具體為：

27、根據(jù)所述目標(biāo)caf矩陣的首個(gè)元素的相反數(shù)的虛部確定所述定時(shí)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(shí)誤差估計(jì)系統(tǒng)，包括：

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

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

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

32、進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)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(hào)頻譜和所述第二信號(hào)頻譜的頻域引入預(yù)設(shè)的多個(gè)不同向量位置的色散效應(yīng)，得到對(duì)應(yīng)的第三偏振信號(hào)和第四偏振信號(hào)；

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

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

36、色散參數(shù)確定單元，用于確根據(jù)所述最大時(shí)鐘調(diào)對(duì)應(yīng)的所述向量位置估計(jì)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(duì)所述第一信號(hào)頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第一偏振信號(hào)，并根據(jù)所述信道色散參數(shù)對(duì)所述第二信號(hào)頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到所述第二偏振信號(hào)。

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(shí)誤差估計(jì)裝置，包括：

39、至少一個(gè)處理器；

40、至少一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)至少一個(gè)程序；

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

42、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)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(shí)用于執(zhí)行上述的一種相干光通信定時(shí)誤差估計(jì)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(hào)和第二離散數(shù)字信號(hào)，對(duì)第一離散數(shù)字信號(hào)和第二離散數(shù)字信號(hào)進(jìn)行匹配濾波和重采樣，得到第一信號(hào)頻譜和第二信號(hào)頻譜，對(duì)第一信號(hào)頻譜和第二信號(hào)頻譜進(jìn)行色散掃描，根據(jù)最大時(shí)鐘調(diào)估計(jì)信道色散參數(shù)，并根據(jù)信道色散參數(shù)對(duì)第一信號(hào)頻譜和第二信號(hào)頻譜進(jìn)行色散效應(yīng)補(bǔ)償，得到第一偏振信號(hào)和第二偏振信號(hào)，根據(jù)第一偏振信號(hào)和第二偏振信號(hào)計(jì)算高階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量的目標(biāo)caf矩陣，并根據(jù)目標(biāo)caf矩陣確定定時(shí)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(shí)降低了相干光通信定時(shí)誤差估計(jì)的復(fù)雜度，提高了光通信系統(tǒng)的魯棒性和對(duì)不同信道條件的適應(yīng)性。