基于直接检测的自适应光纤通信非线性均衡方法和系统技术方案

一种基于直接检测的自适应光纤通信的非线性均衡数字信号处理方法和装置，该方法包括：通过发送端发送已知预定数据、并在接收端接收发送的数据，以根据发送的已知预定数据和接收的数据，利用伏尔泰拉非线性模型对接收端的非线性均衡数字信号处理模型进行建模，其中，所述伏尔泰拉非线性模型具有N阶伏尔泰拉级数，N是正整数；估计所述伏尔泰拉非线性模型的各个阶的伏尔泰拉核；对于各个阶的伏尔泰拉核设置相应的阈值，以从各个阶的伏尔泰拉核中去掉超出所述相应的阈值的伏尔泰拉核来获得更新后的伏尔泰拉核；针对更新后的伏尔泰拉核进行重新估计以获得最终的伏尔泰拉核；利用最终的伏尔泰拉核生成伏尔泰拉非线性模型以进行数字补偿和恢复。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤通信领域，具体地涉及一种基于强度调制和直接检测的自适应非线性数字信号处理方法和系统。
技术介绍
目前的低成本光纤通信系统通常采用强度调制和直接检测的方式，主要应用于光互联、接入网和城域网等领域。受到光纤通信系统的非线性效应(信号拍频噪声和光纤非线性噪声)的影响，目前基于强度调制和直接检测的系统的传输距离都受到了限制。非线性补偿算法虽然已经应用到了部分光纤通信系统中，但是其复杂度过高，不适用于实际的光纤通信系统。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种基于直接检测的自适应光纤通信的非线性均衡数字信号处理方法，包括如下步骤：通过发送端发送已知预定数据、并在接收端接收发送的数据，以根据发送的已知预定数据和接收的数据，利用伏尔泰拉非线性模型对接收端的非线性均衡数字信号处理模型进行建模，其中，所述伏尔泰拉非线性模型具有N阶伏尔泰拉级数，其中，N是正整数；估计所述伏尔泰拉非线性模型的各个阶的伏尔泰拉核；对于各个阶的伏尔泰拉核设置相应的阈值，以从各个阶的伏尔泰拉核中去掉超出所述相应的阈值的伏尔泰拉核来获得更新后的伏尔泰拉核；针对更新后的伏尔泰拉核进行重新估计以获得最终的伏尔泰拉核；利用最终的伏尔泰拉核生成伏尔泰拉非线性模型以对接收到的数据进行数字补偿和恢复。根据本专利技术的另一个方面，提供一种基于直接检测的自适应光纤通信的非线性均衡数字信号处理接收装置，包括：接收装置，被配置为接收通过发送端发送的已知预定数据，以根据发送的已知预定数据和接收的数据，利用伏尔泰拉非线性模型对接收端的非线性均衡数字信号处理模型进行建模，其中，所述伏尔泰拉非线性模型具有N阶伏尔泰拉级数，其中，N是正整数；数字信号处理装置，被配置为估计所述伏尔泰拉非线性模型的各个阶的伏尔泰拉核；对于各个阶的伏尔泰拉核设置相应的阈值，以从各个阶的伏尔泰拉核中去掉超出所述相应的阈值的伏尔泰拉核来获得更新后的伏尔泰拉核；针对更新后的伏尔泰拉核进行重新估计以获得最终的伏尔泰拉核；利用最终的伏尔泰拉核生成伏尔泰拉非线性模型以对接收到的数据进行数字补偿。本公开首次提出接收端的自适应非线性均衡数字信号处理技术的方法，该数字信号处理的方法主要是针对强度调制的直接检测系统。采用自适应非线性均衡的方法，可以对光纤通信系统中一阶，二阶和三阶的信道损伤都进行数字补偿。而自适应方案可以保证均衡器具有较低的复杂度。因此采用自适应非线性均衡数字信号处理技术，可以有效的提高基于强度调制和直接检测的光纤通信系统性能，并保持较低的运算复杂度。附图说明图1示出应用根据本专利技术的实施例的数字信号处理技术的发送端和接收端的模块图。图2示出根据本专利技术的实施例的数字信号处理技术的方法流程图。图3A示出根据本专利技术的实施例的数字信号处理技术中的设置阈值的过程的一个实施例的流程图。图3B示出根据本专利技术的实施例的数字信号处理技术中的设置阈值的过程的另一个实施例的流程图。图4示出针对DML强度调制和直接检测的光纤通信系统的基于不同伏尔泰拉核的示例实验结果。具体实施方式现在将详细参照本专利技术的具体实施例，在附图中例示了本专利技术的例子。尽管将结合具体实施例描述本专利技术，但将理解，不是想要将本专利技术限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本专利技术的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。注意，接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本专利技术的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本专利技术的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。图1示出应用根据本专利技术的实施例的数字信号处理技术的发送端和接收端的模块图。本专利技术的实施例主要针对一种基于强度调制和直接检测的光纤传输系统，包括发送端和接收端。在发送端处，可以采用传统的强度调制方式，对基带信号进行调制，以生成一个光强度调制信号。例如，用信号发生器101产生要发送的基带信号。然后，用直接调制激光器102对基带信号进行调制，以生成光强度调制信号。在此，调制信号的格式可以包括PAM(Pulse-AmplitudeModulation，脉冲幅度调制)、CAP(Carrier-lessAmplitudeandPhase，无载波幅度和相位调制)、以及DMT(DiscreteMultitone，离散多频调制)等，但不限于这些调制格式。然后经过例如延迟干涉仪103和光放大器104生成要在光纤105上传输的光信号。另外，发送端可以采用内调制或者外调制的方式，例如，采用MZM(Mach-ZhenderModulator，马赫-曾德调制器)或者DML(Directmodulatedlaser，直接调制激光器)。然后，发送光信号以在光纤105上传输，该传输的光纤105可以是例如单模光纤，但不限于此，多模光纤或其他类型的光纤也是可能的。接收端可以包括接收装置111和数字信号处理装置110。接收装置111可以包括光放大器106、光滤波器107、光电探测器108、示波器109、ADC(Analog-DigitalConverter，模数转换器)(图中未示出)等。例如，数字信号处理装置110可以采用直接检测的方式，并结合本专利技术的实施例的自适应非线性数字均衡技术，来对接收到的信号进行判决以恢复信号。图2示出根据本专利技术的实施例的数字信号处理技术的方法流程图。首先，为了在接收端的数字信号处理装置中进行伏尔泰拉(Volterra)非线性模型的建模，可以在发送端发送已知预定数据序列，然后在接收端接收发送的数据序列。由于已知了发送端的预定数据序列，可以利用在经过光纤传输后在接收端处接收的数据和已知的发送的预定数据相比较，来计算伏尔泰拉非线性模型的各个参数以便建立伏尔泰拉非线性模型，以使得对接收端接收到的数据进行该模型的均衡处理(补偿处理)以恢复出与发送端发送的已知预定数据基本一致的数据。伏尔泰拉非线性模型可以包括N阶伏尔泰拉级数，其中，N是正整数。通常，阶数N越高，则估计得到的伏尔泰拉非线性模型越精确，但与此同时计算量也越大。因此，在本申请的公开中，取N＝3来说明各个实施例。具体地，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直接检测的自适应光纤通信的非线性均衡数字信号处理方法，包括如下步骤：建模步骤，通过发送端发送已知预定数据、并在接收端接收发送的数据，以根据发送的已知预定数据和接收的数据，利用伏尔泰拉非线性模型对接收端的非线性均衡数字信号处理模型进行建模，其中，所述伏尔泰拉非线性模型具有N阶伏尔泰拉级数，其中，N是正整数；估计步骤，估计所述伏尔泰拉非线性模型的各个阶的伏尔泰拉核；阈值设置步骤，对于各个阶的伏尔泰拉核设置相应的阈值，以从各个阶的伏尔泰拉核中去掉超出所述相应的阈值的伏尔泰拉核来获得更新后的伏尔泰拉核；重新估计步骤，针对更新后的伏尔泰拉核进行重新估计以获得最终的伏尔泰拉核；数据恢复步骤，利用最终的伏尔泰拉核生成伏尔泰拉非线性模型以对接收到的数据进行数字补偿和恢复。

【技术特征摘要】
1.一种基于直接检测的自适应光纤通信的非线性均衡数字信号处理方法，
包括如下步骤：
建模步骤，通过发送端发送已知预定数据、并在接收端接收发送的数据，
以根据发送的已知预定数据和接收的数据，利用伏尔泰拉非线性模型对接收
端的非线性均衡数字信号处理模型进行建模，其中，所述伏尔泰拉非线性模
型具有N阶伏尔泰拉级数，其中，N是正整数；
估计步骤，估计所述伏尔泰拉非线性模型的各个阶的伏尔泰拉核；
阈值设置步骤，对于各个阶的伏尔泰拉核设置相应的阈值，以从各个阶
的伏尔泰拉核中去掉超出所述相应的阈值的伏尔泰拉核来获得更新后的伏尔
泰拉核；
重新估计步骤，针对更新后的伏尔泰拉核进行重新估计以获得最终的伏
尔泰拉核；
数据恢复步骤，利用最终的伏尔泰拉核生成伏尔泰拉非线性模型以对接
收到的数据进行数字补偿和恢复。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值设置步骤包括：
设置目标系统性能；
调整各个阶中的第N阶的伏尔泰拉核的相应阈值以使得当前系统性能达
到目标系统性能的第一预定分数；
调整各个阶中的第N-1阶的伏尔泰拉核的相应阈值以使得当前系统性能
达到目标系统性能的第二预定分数；
以此类推直到调整各个阶中的第1阶的伏尔泰拉核的相应阈值以使得当
前系统性能达到目标系统性能。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在N＝3的情况下，所述阈值设
置步骤包括：
设置目标系统性能；
调整第3阶的伏尔泰拉核的相应阈值以从阈值为10开始以1为跨度逐渐
减小直到当前系统性能接近目标系统性能的第一预定分数，然后以0.2为跨
度来逐渐减小以使得当前系统性能到达目标系统性能的第一预定分数；
调整第2阶的伏尔泰拉核的相应阈值以从阈值为10开始以1为跨度逐渐

\t减小，以使得当前系统性能达到目标系统性能的第二预定分数；
调整第1阶的伏尔泰拉核的相应阈值以从阈值为20开始以2为跨度逐渐
减小，以使得当前系统性能达到目标系统性能。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其中，所述阈值设置步骤包括：
在第一次估计出各个阶的伏尔泰拉核之后，找到各个阶的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，杨奇，罗鸣，胡荣，黎偲，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42