PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法技术方案

本发明专利技术属于通信技术领域，公开了一种PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法。本发明专利技术的第一个特征在于，使用NPCA技术来对相干接收信号进行偏振解复用。相比传统的偏振解复用算法，NPCA技术能够适用于多种调制格式信号，具有更快的偏振追踪能力，同时能够避免奇异性问题。本发明专利技术的第二个特征在于，基于周期性发射训练序列的方式，进行高速RSOP损伤定位。本发明专利技术能够在不增加额外测量仪器的情况下，在数字域检测偏振解复用系数的变化，从而实现RSOP损伤定位，降低光纤链路性能检测成本，提高检测效率。提高检测效率。提高检测效率。

【技术实现步骤摘要】
PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法


[0001]本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种基于NPCA技术的PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着云计算、大数据、物联网、视频会议、社交媒体等新型信息产业的迅猛发展，互联网数据流量正急剧增长，从而对现代光纤通信系统提出了更高的传输速率要求。传统的强度调制和直接检测技术只利用了光场强度这一维度来调制信息，这将成为通信速率提高的瓶颈。随着工业水平的大大提升和数字信号处理技术的高速发展，为了进一步提高光纤通信系统的容量，相干光通信技术成为高速率的现代光通信系统的必然选择。相干光通信系统能够利用偏振复用(PDM)和高阶调制格式技术实现超高频谱效率的通信传输。但由于光纤制作工艺非理想，光纤介质折射率分布非均匀，光信号在光纤传输中的双折射呈现多重级联随机耦合现象，这种现象随环境温度、振动、应力和压力等因素不断改变。
[0003]在实际光纤传输系统中，光纤会受到外力而振动，从而导致信号光偏振态旋转(RSOP)。早在2004年，德国西门子公司研究团队进行了相关实验测试，实验结果表明机械振动导致光纤中RSOP速度超过了4500转每秒，等效于旋转角速度为283krad/s。并且，在电力通信网中，架空光缆常会受到雷击的影响。电力通信的光缆主要是OPGW缆，一般挂于杆塔之上，每当雷雨季节来临时，OPGW光缆易被雷电击中。雷击会导致光缆外层的螺旋金属保护层产生螺旋电流，螺旋电流再通过电磁感应在光纤传输方向产生磁场，由于法拉第磁致旋光效应，光纤传输的光信号会发生高速RSOP。2017年，美国光纤通信设备制造商Ciena公司的研究团队对北美地区受到雷击影响的架空光缆进行了性能监测，结果显示受雷击影响的架空光缆中RSOP角速度高达5.1Mrad/s。综上，在实际PDM相干光通信系统中，由于受到各种外界环境的影响，信号光偏振态会发生高速旋转，从而要求接收端能够进行高速的偏振追踪解复用。传统偏振解复用算法——CMA，收敛速度慢，动态偏振追踪能力差，难以适用于高速RSOP的传输场景。此外，为了对光纤链路进行性能监测和维护，还需要对发生高速RSOP损伤的光纤链路进行定位。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于NPCA技术的PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法。基于NPCA技术的偏振解复用算法能够避免奇异性问题，适用于多种通信调制格式信号，具有更快的偏振追踪能力，能够适用于高速RSOP的通信传输场景。同时基于本专利技术提出的周期性发射训练序列的方式，发生高速RSOP损伤的光纤链路能够通过接收端数字域算法进行定位。
[0005]本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：
[0006]本专利技术提供的PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法，是一种基于NPCA技术的PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法，包括：基于NPCA技术的偏
振解复用算法，对偏振耦合信号进行偏振解复用处理，实现高速RSOP追踪，同时基于周期性发射训练序列的方式，进行高速RSOP损伤定位。
[0007]所述的方法中，可以采用以下方法对偏振耦合信号进行偏振解复用处理，包括：先设定PDM相干光通信系统接收信号，再对偏振解复用过程进行建模，然后采用NPCA技术对偏振耦合信号进行分离，最后得到发射的两个偏振态信号。
[0008]所述的方法中，典型的PDM相干光通信系统接收信号表示为：
[0009]R(t)＝J(t)
·
S(t)+N(t)，
[0010]式中，t表示当前某一数据进行处理的时刻，S(t)和R(t)分别是发射和接收的两个偏振态信号组成的二维向量，N(t)表示二维的加性高斯白噪声信号，J(t)为二维的琼斯矩阵。
[0011]所述的方法中，在偏振解复用的过程中，采用了以下的偏振解复用模型，表示为：
[0012][0013]式中，t表示当某一数据进行处理的时刻，Z(t)为偏振解复用后二维信号向量，J
‑1(t)为二维的琼斯矩阵J(t)的逆矩阵，R(t)为接收的偏振态信号组成的二维向量，W(t)为偏振解复用算法需要求解的解复用矩阵，其中w
xx
，w
xy
，w
yx
，w
yy
为矩阵W(t)中的四个系数。
[0014]所述的方法中，可以采用NPCA技术对接收的偏振耦合信号进行分离，其代价函数为：
[0015]J(W(t))＝E{|e(t)|2}＝E{R(t)
‑
W(t)
H
·
g(Z(t))}
[0016]式中：t表示当前某一数据进行处理的时刻，e(t)代表误差函数，E{|e(t)|2}指的是误差函数平方的统计期望，R(t)为接收的两个偏振态信号组成的二维向量，W(t)指的是解复用矩阵，Z(t)为偏振解复用后二维信号向量，g(Z(t))表示对Z(t)进行非线性函数处理，上标H所示的复共轭转置运算；
[0017]非线性函数g(
·
)表示为如下形式：
[0018][0019]式中，y表示待处理的数据。
[0020]所述的方法中，可以采用随机梯度下降法进行NPCA代价函数最优化的算法，其解复用矩阵W(t)更新过程表示为：
[0021]W(t)＝W(t
‑
1)+μ
·
[e
*
(t)
·
g
T
(Z(t
‑
1))]T
[0022]式中：t表示当前某一数据进行处理的时刻，μ为收敛步长，W(t)指的是解复用矩阵，e(t)代表误差函数，上标*表示共轭运算，g(Z(t
‑
1))表示对Z(t
‑
1)进行非线性函数处理，上标T表示转置运算。
[0023]所述的方法中，可以采用递归最小二乘法，对NPCA代价函数进行优化，所用算法为RLS
‑
NPCA，其代价函数表示为：
[0024][0025]式中：t表示当前进行某一数据进行处理的时刻，i为处理数据的序号，λ表示可调谐的遗忘因子，R(t)为接收的两个偏振态信号组成的二维向量，W(t)指的是解复用矩阵，Z(t)为偏振解复用后二维信号向量，g(Z(t))表示对Z(t)进行非线性函数处理，上标H所示的复共轭转置运算。
[0026]所述的方法中，基于RLS
‑
NPCA的解复用矩阵W的更新算法表示为：
[0027]h(t)＝P(t
‑
1)
·
g(Z(t)))
[0028]K(t)＝h(t)/(λ+g(Z(t))
H
·
h(t))
[0029]P(t)＝1/λ
·
Tri[P(t
‑
1)
‑
K(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法，其特征是一种基于NPCA技术的PDM相干光通信系统中高速RSOP追踪及损伤定位方法，包括：基于NPCA技术的偏振解复用算法，对偏振耦合信号进行偏振解复用处理，实现高速RSOP追踪，同时基于周期性发射训练序列的方式，进行高速RSOP损伤定位。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下方法对偏振耦合信号进行偏振解复用处理，包括：先设定PDM相干光通信系统接收信号，再对偏振解复用过程进行建模，然后采用NPCA技术对偏振耦合信号进行分离，最后得到发射的两个偏振态信号。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，典型的PDM相干光通信系统接收信号表示为：R(t)＝J(t)
·
S(t)+N(t)，式中，t表示当前某一数据进行处理的时刻，S(t)和R(t)分别是发射和接收的两个偏振态信号组成的二维向量，N(t)表示二维的加性高斯白噪声信号，J(t)为二维的琼斯矩阵。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在偏振解复用的过程中，采用了以下的偏振解复用模型，表示为：式中，t表示当某一数据进行处理的时刻，Z(t)为偏振解复用后二维信号向量，J
‑1(t)为二维的琼斯矩阵J(t)的逆矩阵，R(t)为接收的偏振态信号组成的二维向量，W(t)为偏振解复用算法需要求解的解复用矩阵，其中w
xx
，w
xy
，w
yx
，w
yy
为矩阵W(t)中的四个系数。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用NPCA技术对接收的偏振耦合信号进行分离，其代价函数为：J(W(t))＝E{|e(t)|2}＝E{R(t)
‑
W(t)
H
·
g(Z(t))}式中：t表示当前某一数据进行处理的时刻，e(t)代表误差函数，E{|e(t)|2}指的是误差函数平方的统计期望，R(t)为接收的两个偏振态信号组成的二维向量，W(t)指的是解复用矩阵，Z(t)为偏振解复用后二维信号向量，g(Z(t))表示对Z(t)进行非线性函数处理，上标H所示的复共轭转置运算；非线性函数g(
·
)表示为如下形式：式中，y表示待处理的数据。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，采用随机梯度下降法进行NPCA代价函数最优化的算法，其解复用矩阵W(t)更新过程表示为：W(t)＝W(t
‑
1)+μ
·
[e
*
(t)
·
g
T
(Z(t
‑
1))]
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志峰，邓磊，蒋燕，孙通，周智睿，李熙，易品，宋选安，殷天峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：