用于偏振復(fù)用系統(tǒng)解復(fù)用的兩次固定點(diǎn)實(shí)數(shù)解復(fù)用算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明的技術(shù)方案涉及通信傳輸領(lǐng)域，具體地說是用于偏振復(fù)用系統(tǒng)解復(fù)用的兩 次固定點(diǎn)實(shí)數(shù)解復(fù)用算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于信息技術(shù)的逐漸普及，光纖通信的容量以及傳輸距離必須進(jìn)行提升以滿足越 來越多的用戶數(shù)量需求?，F(xiàn)代高階正交調(diào)制格式替代簡單的幅度調(diào)制格式可以提升光纖通 信系統(tǒng)的傳輸容量。偏振復(fù)用（PolarizationDivisionMultiplexing，PDM)技術(shù)通過在 發(fā)送端將兩路信號(hào)分別調(diào)制到相互正交的兩個(gè)線性偏振態(tài)上，同時(shí)在接收端將這兩種偏振 光分別接收，使得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量提高了一倍，成為了提高密集波分復(fù)用系統(tǒng)容量的新選擇。 然而兩路偏振信號(hào)光在單模光纖中傳輸時(shí)，由于受到光纖隨機(jī)雙折射效應(yīng)導(dǎo)致的偏振模色 散（polarizationmodedispersion，PMD)、光纖鏈路中各種光器件引起的偏振相關(guān)損耗 (polarizationdependentloss，PDL)，以及兩個(gè)偏振模式親合導(dǎo)致的偏振模式之間發(fā)生 的能量交換等因素的影響，產(chǎn)生了信號(hào)間串?dāng)_，大大降低了偏振復(fù)用系統(tǒng)的傳輸可靠性和 有效性。因此，有效消除偏振復(fù)用系統(tǒng)中的信號(hào)串?dāng)_問題急需解決，解復(fù)用技術(shù)成為了目前 偏振復(fù)用系統(tǒng)研究工作的重點(diǎn)。
[0003] 當(dāng)接收端采用偏振分集相干接收機(jī)時(shí)，可應(yīng)用數(shù)字處理算法對(duì)其進(jìn)行解復(fù)用。研 究表明，獨(dú)立成分分析（IndependentComponentAnalysis，ICA)算法可對(duì)接收端的已串 擾信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用分離。ICA是一種盲源分離算法，是在信息源未知并且混合過程（即光 纖信道傳輸矩陣）也未知的情況下，以信號(hào)獨(dú)立性原則從接收的已串?dāng)_信號(hào)中恢復(fù)原始信 號(hào)。當(dāng)PDM系統(tǒng)的發(fā)送端采用了高階正交調(diào)制格式時(shí)，如正交相移鍵控（QuadraturePhase ShiftKeying，QPSK)調(diào)制方式，將導(dǎo)致兩個(gè)偏振方向的信號(hào)變?yōu)閺?fù)數(shù)信號(hào)，各自包含同相 分量及正交分量。這意味著接收端對(duì)接收到的兩路偏振信號(hào)的解復(fù)用過程變?yōu)閷?duì)兩路復(fù)數(shù) 信號(hào)進(jìn)行分離。此情況下，現(xiàn)有已存在的對(duì)復(fù)數(shù)信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用分離的方法有：
[0004] ①《A.Leven，N.Kaneda，Y.Chen.Real-timeCMA-based10Gb/spolarization demultiplexingcoherentreceiverimplementedinanFPGA.inProc.Opt.Fiber Commun.Conf.pp. 1-3, 2008.》介紹了米用恒模算法（constantmodulusalgorithm，CMA)， 使用4個(gè)自適應(yīng)FIR濾波器實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償偏振模色散，達(dá)到解復(fù)用的目的。CM算法雖然簡單， 其缺陷是收斂速度較低，并且當(dāng)奇異性問題出現(xiàn)時(shí)，兩路輸出信號(hào)將會(huì)收斂到相同的偏振 方向上，即偏振解復(fù)用失敗。
[0005] ②《M.S.Faruk，Y.Mori,C.zhang,K.Kikuchi.ProperPolarization demultiplexingincoherentopticalreceiverusingconstantmodulusalgorithm withtrainingmode,inProc. 15thOptoElectron.Commun.Conf.，768-769, 2010》中提出 了一種改進(jìn)的CM算法，采用了訓(xùn)練序列初始化調(diào)整濾波器。與傳統(tǒng)CM算法相比，雖然該 改進(jìn)算法避免了奇異性問題，但是增加了系統(tǒng)傳輸負(fù)荷。
[0006] ③《趙玲，胡貴軍等.PMD和TOL同時(shí)存在下偏振復(fù)用系統(tǒng)的ICA解復(fù)用.通信學(xué) 報(bào)，34 (10)，116-120, 2013》將2008年由M.Novey和T.Adali等人提出的復(fù)數(shù)非高斯性最大 化（ComplexMaximizationofNon-Gaussianity，CMN)算法用于偏振復(fù)用系統(tǒng)中，形成基 于負(fù)熵最大化的不動(dòng)點(diǎn)復(fù)數(shù)ICA(T-CMN)算法，對(duì)因受到PMD和TOL影響而發(fā)生串?dāng)_的兩路 QPSK復(fù)數(shù)偏振信號(hào)解復(fù)用分離。雖然該算法頑健性較強(qiáng)，但由于該分離過程需要對(duì)復(fù)數(shù)信 號(hào)的負(fù)熵進(jìn)行最大化處理，而生成了相對(duì)于實(shí)數(shù)運(yùn)算來說更加復(fù)雜的復(fù)數(shù)運(yùn)算，增加了算 法復(fù)雜度。
[0007] ④〈〈JinTang,JiangHe,JiangnanXiao,LinChen.Blindpolarization demultiplexingforquadratureamplitudemodulationcoherentoptical communicationsystemsusinglow-complexityandfast-convergingindependent componentanalysis,Opt.Eng. 53 (5)，2014》提出一種低復(fù)雜度、快速收斂的盲偏振解復(fù)用 算法，用于對(duì)復(fù)數(shù)正交幅度調(diào)制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM)偏振信號(hào)分離。 該算法采用自適應(yīng)梯度優(yōu)化方法和快速收斂的擬牛頓法最大化信號(hào)負(fù)熵以實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離， 但只考慮了PMD而忽略了PDL對(duì)傳輸系統(tǒng)的影響。
[0008] 總之，現(xiàn)有的解復(fù)用算法仍然存在復(fù)雜度高、不能高效地消除兩復(fù)數(shù)信號(hào)間的串 擾以及系統(tǒng)傳輸質(zhì)量較低的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供用于偏振復(fù)用系統(tǒng)解復(fù)用的兩次固定點(diǎn)實(shí)數(shù) 解復(fù)用算法，是在更低的計(jì)算復(fù)雜度下，對(duì)采用了高階正交調(diào)制格式的由PMD和TOL以及偏 振模耦合引起了串?dāng)_的復(fù)數(shù)信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用，實(shí)現(xiàn)源信號(hào)分離的目的，克服了現(xiàn)有直接針 對(duì)復(fù)數(shù)信號(hào)分離的解復(fù)用算法中存在的計(jì)算復(fù)雜度高，不能高效地消除兩復(fù)數(shù)信號(hào)間的串 擾，以及系統(tǒng)傳輸質(zhì)量較低的缺陷。
[0010] 本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：用于偏振復(fù)用系統(tǒng)解復(fù)用的兩次固 定點(diǎn)實(shí)數(shù)解復(fù)用算法，方法如下：
[0011] A.所采用的偏振分集相干接收機(jī)包括：兩個(gè)偏振分束器、兩個(gè)90°光學(xué)混頻器和 四個(gè)平衡探測器；
[0012] 該偏振分集相干接收機(jī)置于QPSK-C0-PDM傳輸系統(tǒng)接收端；
[0013] B?步驟如下：
[0014] 第一步，QPSK-C0-PDM傳輸系統(tǒng)的兩路數(shù)據(jù)的QPSK調(diào)制：
[0015] 在QPSK-C0-PDM傳輸系統(tǒng)發(fā)送端將兩路數(shù)據(jù)先分別進(jìn)行QPSK調(diào)制，生成同相和正 交分量的信號(hào)Ix，Qx，I#Qy，分別設(shè)為(t)，f2 (t)，f3 (t)，f4⑴，將兩路QPSK信號(hào)幅度調(diào) 制到光載波得到光信號(hào)E'x (t)，E'y (t)，如下式（1)和式（2)所示：
[0018] 其中，AJPA,分別為兩個(gè)方向的光載波幅值，w。為光載波頻率；
[0019] 第二步，光信號(hào)表達(dá)式的轉(zhuǎn)換：
為如下的式（3)和式（4)，
[0023] 第三步，計(jì)算出QPSK-C0-PDM傳輸系統(tǒng)接收端的偏振分集相干接收機(jī)輸出的四個(gè) 分量：
[0024] QPSK-C0-PDM傳輸系統(tǒng)接收端的本地光源設(shè)為：
[0026] 其中，Au3為本地光源振幅；
[0027] 經(jīng)過QPSK-C0-PDM傳輸系統(tǒng)接收端的偏振分集相干接收機(jī)輸出的四個(gè)分量分別 是：
[0032] 上式中，R為常量，real()和imag()分別為取實(shí)部運(yùn)算和取虛部運(yùn)算，等式右端的 結(jié)果為經(jīng)過交流耦合和忽略信號(hào)強(qiáng)度項(xiàng)|E"x(t)I2和|E"y(t)I2的結(jié)果，該結(jié)果是在本振 光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)光強(qiáng)度的條件下得到的；
[0033] 第四步，對(duì)同相分量之間與正交分量之間分別進(jìn)行串?dāng)_消除，恢復(fù)原始信號(hào)，提高 系統(tǒng)的傳輸可靠性：
[0034] 根據(jù)上述第三步的式（6)到式（9)，可以得到如下結(jié)論：

[0037] 以上兩式說明：當(dāng)兩路復(fù)數(shù)偏振信號(hào)光在光纖鏈路中傳輸時(shí)，偏振模色散、偏振相 關(guān)損耗以及偏振模耦合引起的兩個(gè)復(fù)數(shù)信號(hào)間發(fā)生的串?dāng)_，可近似認(rèn)為是分別發(fā)生在兩者 的同相分量之間與正交分量之間，因此，采用兩次固定點(diǎn)實(shí)數(shù)解復(fù)用算法對(duì)同相分量之間 與正交分量之間分別進(jìn)行串?dāng)_消除，恢復(fù)原始信號(hào)，提高QPSK-C0-PDM傳輸系統(tǒng)的傳輸可 靠性。
[0038] 上述用于偏振復(fù)用系統(tǒng)解復(fù)用的兩次固定點(diǎn)實(shí)數(shù)解復(fù)用算法，所述所采用的偏振