一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法，属于调制识别技术领域。待识别光通信信号和本振信号输入相干接收机中进行相干解调输出模拟基带信号，模拟基带信号转换为数字信号进行色散均衡后再进行幅度偏差分析，最后识别调制格式，具体为：分别计算接收光信号归一化幅度与理想QPSK和16QAM信号的归一化幅度分布的平均偏差值，计算两个偏差值的比值，再对比接收光信号的归一化幅度偏差值的比值大小识别出QPSK、16QAM和64QAM中的哪一种。本方法对激光器线宽引起的相位噪声和发射机激光器与本振激光器之间的频率偏移不敏感，能容忍光纤的非线性；不需要训练数据或额外的硬件，实现简单且成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法
本专利技术涉及一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法，属于调制识别

技术介绍
调制格式识别对未来光网络发展非常重要。下一代光纤通信网络应该是弹性灵活配置的，它将能够根据网络操作需求动态地生成不同调制格式、数据速率和纠错协议的数据信号。因此，在异构弹性光网络中，数字相干接收机能自适应地对光信号的调制格式进行盲识别备受关注，这将为后续的数字信号处理提供必要的调制格式信息。近几年中，已有一些数字相干接收机的调制格式识别技术被提出。已有文献提出了基于信号累积量和信号功率分布的调制格式识别技术，该技术需要假定接收信号的光信噪比(OSNR)已知。基于接收数据峰均功率比的调制格式识别技术，需要滤波器和功率计等额外硬件。基于Stokes空间表示和最大化可变贝叶斯期望的算法，采用迭代框架来优化特定参数集，从而识别调制格式，需要计算时间较长。一种采用数字频率偏移加载用于调制格式识别的技术，在发射端需要附加导频信号。基于机器学习的调制格式识别技术，提取格式相关的敏感特征以识别信号类型，如基于人工神经网络(ANN)、主成分分析(PCA)、卷积神经网络(CNN)和深层神经网络(DNN)的调制格式识别方法；但机器方法需要大量的信号样本进行训练。本申请拟通过分析待识别光信号的归一化幅度与理想QPSK和16QAM信号归一化幅度分布的平均偏差，识别出光相干传输系统中最常用的三种格式：QPSK、16QAM和64QAM。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有光通信信号调制格式识别方法存在的需要额外硬件以及复杂度偏高的技术缺陷，提出了一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法。本方法的核心思想为：待识别的光通信信号和本振激光器输出的本振信号输入相干接收机中进行相干解调后输出模拟基带信号，模拟基带信号经模数转换器变为数字信号，数字信号进行色散均衡后再进行幅度偏差分析，最后识别调制格式，具体为：分别计算接收光信号的归一化幅度与理想QPSK和16QAM信号的归一化幅度的平均偏差值，计算两个平均偏差值的比值，再通过判断此比值的范围，即对比接收光信号的归一化幅度与理想QPSK和16QAM信号的归一化幅度的平均偏差值大小进行区分，识别出QPSK、16QAM和64QAM中的哪一种。一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法所依托的一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别系统的工作过程，包括如下步骤：步骤(1)将经光纤链路输出的将待识别光通信信号输入相干接收机中；其中，待识别光通信信号的调制格式为QPSK、16QAM和64QAM三者中的一种；步骤(2)相干接收机利用本振激光器将步骤(1)待识别光通信信号进行相干解调，变成基带模拟信号；步骤(3)基带模拟信号进入模数转换器变为数字信号；步骤(4)数字信号输入数字信号处理器进行处理；步骤(5)数字信号处理器对步骤(4)输出的信号首先进行色散均衡；步骤(6)色散均衡后的信号被下采样到每个符号一个点；步骤(7)对经过步骤(6)后输出信号的幅度进行分析以识别调制格式；其中，步骤(6)输出的信号的平均功率记为P,其中第k个符号的幅度除以得到归一化幅度，记为rk，幅度偏差分析以识别调制格式的具体步骤为：步骤(7.1)计算eI并根据eI值与阈值A的关系来判断输入待识别光信号的格式是否是QPSK调制，具体为：判断eI值是否大于阈值A，若是则跳入步骤(7.2)继续计算eII，否则待识别光信号的调制格式判定为QPSK，结束本方法；其中，k表示步骤(6)输出的第k个符号；rk表示第k个符号的归一化幅度；E[]表示数学期望；||表示绝对值；其中，表示理想QPSK信号的归一化幅度，即其中，阈值A的取值范围为大于等于0.2且小于等于0.25；步骤(7.2)计算eII并根据eII值与阈值B的关系来判断输入待识别光信号的格式是16QAM调制还是64QAM调制，具体为：其中，表示理想16QAM信号的归一化幅度，有三个可能的值，即表示第k个符号的归一化幅度rk与这三个可能的值的偏差的最小值；判断eII值是否大于阈值B，若是则待识别光信号的调制格式判定为64QAM，否则待识别光信号的调制格式判定为16QAM，结束本方法；其中，阈值B为0.125。有益效果本专利技术提出的一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：1.本方法对激光器线宽引起的相位噪声和发射机激光器与本振激光器之间的频率偏移不敏感，能够容忍光纤的非线性；2.本方法不需要训练数据或额外的硬件，具有实现简单且成本低的优势。附图说明图1为本专利技术一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法所基于的系统框图；图2为本专利技术一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法具体实施的流程图；图3为依据图2本专利技术一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法的仿真结果1；图4为依据图2本专利技术一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法的仿真结果2；图5为依据图2本专利技术一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法的仿真结果3。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步说明。实施例1本实施例叙述了采用本专利技术所述的一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法的具体实施。图1为本专利技术一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法所基于的系统框图。其中，具体实施时，步骤如下：步骤I)经过光纤链路输出的待识别光通信信号输入相干接收机中；其中，光纤链路主要包括标准单模光纤、掺铒光纤放大器A和3dB耦合器；本振激光器受掺铒光纤放大器和可变光衰减器调节；待识别光通信信号的调制格式为QPSK、16QAM和64QAM三者中的一种；其中，本振激光器的线宽为5kHz；待识别的光信号中心波长为1553.6nm；步骤II)相干接收机基于本振激光器输出的本振信号对步骤I)中的待识别光通信信号进行相干解调后输出模拟基带信号；步骤III)模拟基带信号经模数转换器变为数字信号；步骤IV)将步骤III)输出的数字信号进行色散均衡；其中，色散均衡后的信号为一个采样周期两个采样点，即采样速率是符号速率的两倍；步骤V)将步骤IV)色散均衡后的数字信号进行下采样到每个符号一个点，即采样速率等于符号速率；步骤VI)对色散均衡后的信号进行幅度偏差分析；步骤VII)基于幅度偏差分析的结果识别调制格式。将10G波特每秒符号速率的光通信信号接收信号经过100km、500km和1000km标准单模光纤传输后，QPSK、16QAM和64QAM接收信号的平均偏差和OSNR的变化进行仿真。若接收信号是QPSK格式，则eI值小于0.20，这明显小于16QAM或64QAM格式。如果接收信号是16QAM或64QAM格式，eI的值大于0.25。也就是说，接收信号的QPSK格式可以用eI值来区分。如果接收信号的调制格式不是QPSK，则计算接收信号的eII值。经过仿真，不同传输距离的16QAM调制信号，随着OSNR的增加，其eII值明显降低；而对于64QAM调制格式，eII值则稳定的位于0.125以上。64QAM格式的eII值大于16QAM的eII值，因此可以区分，这可以解释为64QAM格式的幅度分布比16QAM更分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法，其特征在于：步骤如下：步骤I)经过光纤链路输出的待识别光通信信号输入相干接收机中；步骤II)相干接收机基于本振激光器输出的本振信号对步骤I)中的待识别光通信信号进行相干解调后输出模拟基带信号；步骤III)模拟基带信号经模数转换器变为数字信号；步骤IV)将步骤III)输出的数字信号进行色散均衡；其中，色散均衡后的信号为一个采样周期两个采样点，即采样速率是符号速率的两倍；步骤V)将步骤IV)色散均衡后的数字信号进行下采样到每个符号一个点，即采样速率等于符号速率；步骤VI)对色散均衡后的信号进行幅度偏差分析；步骤VII)基于幅度偏差分析的结果识别调制格式。

【技术特征摘要】
1.一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法，其特征在于：步骤如下：步骤I)经过光纤链路输出的待识别光通信信号输入相干接收机中；步骤II)相干接收机基于本振激光器输出的本振信号对步骤I)中的待识别光通信信号进行相干解调后输出模拟基带信号；步骤III)模拟基带信号经模数转换器变为数字信号；步骤IV)将步骤III)输出的数字信号进行色散均衡；其中，色散均衡后的信号为一个采样周期两个采样点，即采样速率是符号速率的两倍；步骤V)将步骤IV)色散均衡后的数字信号进行下采样到每个符号一个点，即采样速率等于符号速率；步骤VI)对色散均衡后的信号进行幅度偏差分析；步骤VII)基于幅度偏差分析的结果识别调制格式。2.如权利要求1所述的一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法，其特征在于：步骤VI)中的幅度偏差分析具体为：分别计算eI值和eII值；其中，eI值和eII值的表达式分别为：和其中，k表示步骤V)输出的第k个符号；rk表示第k个符号的归一化幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤文宇，杨爱英，
申请(专利权)人：汤文宇，南京光智互联网科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32