一种基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法，经过较少符号周期FFT变换处理后的采样数据信号得到待测信号的频谱信息，找到采样点的粗周期数，然后在该周期数的附近区间通过凸优化的黄金分割法实现区间的频谱细化，在更高的频谱分辨率下得到采样点的精确周期，用于精确恢复待测信号的眼图。这种在局部频谱区间提高分辨率的方法，作为一种线性区间收敛的方法，极大地降低了运算的复杂度，而且分辨率更小，能准确地找到数据点的周期信息，同时，在估计精度很小的时候，可以降低几个数量级的计算量，提高了系统的运行效率，更加易于实施。更加易于实施。更加易于实施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法


[0001]本专利技术涉及信号光采样
，尤其涉及一种基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法。

技术介绍

[0002]随着光纤通信的发展以及互联网的大众化普及，人们对带宽的需求也越来越高，长距离、大容量和高速率传输信号的光纤通信系统的应用越来越迫切，传统的电采样技术在日益高速的光信号传输中越来越难以发挥作用。因此，为了解决此问题，研究人员提出了一种全光采样的技术以脱离“电子瓶颈”效应，实现光域上的信号采样。全光采样分为非线性光采样和线性光采样两种。对于非线性光采样，其主要是利用了光的非线性效应实现信号的采样过程，但这样的采样过程对高非线性材料以及高功率脉冲发生源具有较大的依赖性，然而却只能监测强度调制信号，一定程度上限制了对信号传输容量。然而线性光采样技术在脱离高非线性器件的情况下就能实现光采样的过程，其主要是通过利用低重复频率的脉冲和信号在光域上相干混频后，在低速的平衡探测器上实现对待测信号的接收，这样的信号接收方式极大地降低了系统对硬件的要求，从而降低了成本。系统中用于和信号混频的窄脉宽、高时间分辨率的超短脉冲每相隔几个周期对待测信号的不同位置进行采样，从而携带了传输中待测信号的相关信息。这样，通过后续数字信号处理算法即可得到所需的信号时域信息。
[0003]对于利用线性光采样系统采集的信号，在经过平衡探测器后所得电信号在进行数字信号算法处理前需通过采集卡进行周期性采样。因此，如何使采样频率在系统运行中始终和实际频率保持一致是信号采集的一个关键技术。
[0004]解决上述问题常见的时钟恢复方法有同步采样、异步采样和软件同步采样三种。软件同步采样的方法集合了同步采样和异步采样的优势，通过采样点的频谱信息获取其周期，脱离了硬件电路，降低了系统的复杂性。而软件同步算法的关键则是在采集到的信号离散数据中找到精确的周期数，恢复信号的清晰眼图，目前已有多种有效的技术用于对采样点周期的查找，如基于FFT算法的软件同步方法。然而，这些方法计算的复杂度相当高，计算效率严重低下，并不容易实施。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述技术问题，提供一种基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法，在线性光采样的系统中，通过计算所得采样点数据的周期，引入黄金分割法继续进行区间的收敛，极大地降低了运算的复杂度，提高了系统的运行效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法，包括以下步骤：
[0008]S1、待测信号通过线性光采样系统与光脉冲发生相干混频后，在光域上得到了携带待测信号信息的N个离散采样数据信号；
[0009]S2、采样数据信号经过快速傅里叶变换处理后得到待测信号的频谱信息；
[0010]S3、通过计算所得采样点数据的粗周期数S，在粗周期数的附近区间通过凸优化的黄金分割法实现区间的频谱细化，得到采样点数据的精确周期S
′
，用于精确恢复待测信号的眼图。
[0011]进一步地，步骤S1中离散采样数据信号的获取过程为：首先，待测信号和脉冲光经过偏振分束器分别分为两路偏振信号；接着，待测信号和脉冲光通过90
°
混频器进行相干混频后，在光域上得到了携带待测信号信息的采样信号；采样信号经过低带宽的平衡探测器转换为电信号，再通过模数转换接收到用于处理的离散采样数据信号；最后用于处理的离散采样数据信号由峰值提取、正交归一化、偏振解复用以及频偏和相位估计处理后得到N个离散采样数据信号。
[0012]进一步地，步骤S2中傅里叶变换的表达式表示为：
[0013][0014]其中，x
n
为采样数据信号。
[0015]进一步地，步骤S3的粗周期数S为步骤S2得到的频谱信息中基波分量对应的横坐标。
[0016]进一步地，步骤S3在[S
‑
0.5,S+0.5]这个估计区间内利用凸优化的黄金分割法进行区间缩减，找到连续函数f(x)＝X
ω
(ω)在区间上的峰值，根据设置的区间缩减阈值ε，得到最终的最大值所在区间，取当前区间下的中值结果作为采样点数据的精确周期S
′
。
[0017]进一步地，凸优化的黄金分割法按照区间缩减比例β为0.168进行分段收敛，当区间缩小到小于设置的区间缩减阈值ε时区间缩小结束。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术提供的基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法，经过较少符号周期FFT变换处理后的采样数据信号得到待测信号的频谱信息，找到采样点的粗周期数，然后在该周期数的附近区间通过凸优化的黄金分割法实现区间的频谱细化，在更高的频谱分辨率下得到采样点的精确周期，用于精确恢复待测信号的眼图。这种在局部频谱区间提高分辨率的方法，作为一种线性区间收敛的方法，极大地降低了运算的复杂度，而且分辨率更小，能准确地找到数据点的周期信息，同时，在估计精度很小的时候，可以降低几个数量级的计算量，提高了系统的运行效率，更加易于实施。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的线性光采样系统基本框图。
[0022]图2为本专利技术实施例提供的采样点归一化频谱图。
[0023]图3为本专利技术实施例提供的黄金分割法基本原理。
[0024]图4为本专利技术实施例提供的基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法的原理框
图。
具体实施方式
[0025]为了更好地理解本技术方案，下面结合附图对本专利技术的方法做详细的说明。
[0026]本专利技术实施例提供的基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法，在线性相干光采样中，利用黄金分割法软件同步从采样点频谱中提取其周期信息，在利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)算法得到了频谱全局最值的区间后，引入黄金分割法对该区间进行局部频谱细化，求得精确度更高的采样点周期，同时降低了计算的复杂度。
[0027]本专利技术涉及的主要参数有：待测信号采样数据点x
n
，区间缩减比例β，区间缩减阈值ε，粗周期数S，精确周期S
′
。
[0028]本专利技术方法包括以下步骤：
[0029]首先需要搭建出线性全光采样系统，其基本框架如图1所示。所需检测的信号以及低重复频率的脉冲光经过偏振分束器(PBS)分别分为两路偏振信号。接着，待测信号和脉冲光通过90
°
混频器进行相干混频后，在光域上得到了携带待测信号信息的采样信号。用低重复频率的脉冲光得到的采样信号经过低带宽的平衡探测器(BPD)就可以转换为电信号，再通过模数转换(Ana本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、待测信号通过线性光采样系统与光脉冲发生相干混频后，在光域上得到了携带待测信号信息的N个离散采样数据信号；S2、采样数据信号经过快速傅里叶变换处理后得到待测信号的频谱信息；S3、通过计算所得采样点数据的粗周期数S，在粗周期数的附近区间通过凸优化的黄金分割法实现区间的频谱细化，得到采样点数据的精确周期S
′
，用于精确恢复待测信号的眼图。2.根据权利要求1所述的基于凸优化的黄金分割法的软件同步方法，其特征在于，步骤S1中离散采样数据信号的获取过程为：首先，待测信号和脉冲光经过偏振分束器分别分为两路偏振信号；接着，待测信号和脉冲光通过90
°
混频器进行相干混频后，在光域上得到了携带待测信号信息的采样信号；采样信号经过低带宽的平衡探测器转换为电信号，再通过模数转换接收到用于处理的离散采样数据信号；最后用于处理的离散采样数据信号由峰值提取、正交归一化、偏振解复用以及频偏和相位估计处理后得到N个...

【专利技术属性】
技术研发人员：忻向军，田清华，苏日荣，高然，姚海鹏，王光全，王拥军，张琦，杨雷静，李志沛，田凤，王富，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：