一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法及装置，从多芯少模光纤中的串扰理论出发，利用耦合模理论分析芯间串扰与模式耦合矩阵，建立多芯少模光纤通信系统模型，在多芯少模信号经过数字信号处理后，对其进行基于耦合系数的变步长时域最小均方算法的均衡处理，实现对多芯少模信号的解调。本发明专利技术的复杂度低，精确度高，提高了收敛性能以及对多芯少模通信系统的损伤均衡效果，提升了多芯少模通信系统的传输质量。模通信系统的传输质量。模通信系统的传输质量。

【技术实现步骤摘要】
一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法及装置


[0001]本专利技术属于数字通信
，尤其涉及一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法以及装置。

技术介绍

[0002]自20世纪80年代以来，单根光纤传输容量从数十Gbps持续增长到约100Tbps，年复合平均增长率接近40％，一方面由于WDM技术提升了单纤信道数目，另一方面来自于频谱效率提升促进传输速率持续稳定增长。近些年来，随着4K、8K视频，智能家居，万物互联，云存储，云计算等应用的快速发展，用户对光纤的传输容量有了更高的需求。由香农信息理论C＝Wlog(1+SNR)，在仅考虑线性噪声的情况下，信道容量随信噪比的增加而单调递增，然而在现有的放大器噪声条件下，要提高信噪比要求增加入纤功率，随着入纤功率的增加，信号的非线性损伤加重，基于单模光纤的光通信传输系统的信息容量已逐步逼近其香农极限。基于光信号的几个主要物理复用维度中时间、频率、偏振、正交调制技术的潜力已经被充分挖掘，“空间”维度称为唯一没有被充分利用的维度。因此空分复用技术被认为是有望用于下一代大容量光纤通信系统的关键技术。
[0003]对于空分复用系统来说，维度的增加虽然极大提高了传输容量，但由此也带来了更严重的耦合和串扰。目前空分复用系统面临的主要问题是光纤在制造和铺设过程中可能发生弯曲、折射率分布不均等情况，会导致在传输过程中引发模式耦合效应；每个模式在光纤中传播速度不同，因此模式之间还存在模间色散效应，两者都将对传输的信号带来影响。因此需要在接收端进行信号处理，同时对于强耦合多芯、少模及多芯少模系统，接收时需要进行MIMO处理，如何提高MIMO处理的性能及降低其复杂度也是当今的研究热点，使用传统LMS算法对进行MIMO均衡，收敛速度与收敛精度存在相互制约的关系，且多芯少模光纤独有的模式耦合与芯间串扰会对算法效果产生较大影响。

技术实现思路

[0004]为解决现有问题，本专利技术提出了一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法及系统，利用基于耦合系数的变步长时域最小均方算法，提高收敛效果和损伤均衡效果。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法，所述方法包括：
[0007]将多芯少模传输信号通过空分复用耦合器转换为单路解复用信号；
[0008]对所述单路解复用信号进行数字信号处理，其中，所述数字信号处理包括对所述单路解复用信号进行下采样信号处理；
[0009]通过色散均衡器对所述下采样后的信号进行色散均衡；
[0010]对经过所述色散均衡后的信号进行相位恢复；
[0011]对经过所述相位恢复后的信号进行频偏估计；
[0012]将经过所述频偏估计后的信号进行基于耦合系数的变步长时域最小均方算法的
均衡处理，其中，在所述基于耦合系数的变步长时域最小均方算法中引入步长调整因子，所述步长调整因子与耦合系数相关。
[0013]可选地，在对所述多芯少模光纤信号进行均衡处理之前，构建多芯少模光纤通信系统模型，获取所述耦合系数，所述耦合系数包括模式之间的耦合系数和芯间耦合系数；
[0014]可选地，所述基于耦合系数的变步长时域最小均方算法的数学模型如下：
[0015]在自适应滤波器中，假设输入信号为X(n)，抽头权向量为W(n)，输出信号为Y(n)，则有：
[0016]Y(n)＝W(n)
T
X(n)
[0017]假设期望输出信号为d(n)，误差信号为e(n)，则有：
[0018]e(n)＝d(n)
‑
Y(n)
[0019]假设更新抽头权向量为W(n+1)，步长因子为μ(n)，则有：
[0020]W(n+1)＝W(n)+2μ(n)
·
e(n)
·
X(n)
[0021]其中，μ(n)＝λtanh(b|e(n)|2)，
[0022]λ为步长调整因子，Cm、Cx为耦合系数，k、b为自适应均衡因子，k用来控制曲线变化速度，b用来控制收敛速度，取0.0001
‑
0.001之间。
[0023]可选地，在所述自适应滤波器中，获取所述更新抽头权向量W(n+1)还包括：
[0024]假设输入信号为X(n)，n＝1，2，
…
，N，滤波器抽头权向量为W(n)，滤波器抽头长度为L，输出信号为Y(n)，期望输出信号为d(n)，误差函数为e(n)。
[0025]初始化滤波器抽头权向量，在滤波器抽头长度中心的权值取1，其他置零，设输入信号X(n)长度为L；
[0026]计算输出信号Y(n)，输出信号为输入信号X(n)与滤波器抽头权向量W(n)之积；
[0027]产生期望输出信号d(n)；
[0028]计算误差信号e(n)；
[0029]获取所述更新抽头权向量W(n+1)，直至n＝N。
[0030]可选地，所述多芯少模光纤是七芯六模光纤，所述多芯少模传输信号为七芯六模的空分复用16QAM信号，传输长度为100km，传输速率为20GBaud，信噪比为25dB，数据长度为16384。
[0031]本专利技术还提出了一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡装置，所述装置包括：
[0032]传输信号转换模块，用于将多芯少模传输信号通过空分复用耦合器转换为单路解复用信号；
[0033]数字信号处理模块，用于对所述单路解复用信号进行数字信号处理，其中，所述数字信号处理包括依次进行下采样、色散均衡、频偏估计和相位恢复；
[0034]多芯少模信道损伤恢复模块，其基于耦合系数的变步长时域最小均方算法对经过数字信号处理后的信号进行均衡，在所述基于耦合系数的变步长时域最小均方算法中引入步长调整因子，所述步长调整因子与耦合系数相关。
[0035]可选地，所述自适应损伤均衡装置还包括建立模型模块，用于在对所述多芯少模光纤信号进行均衡处理之前，构建多芯少模光纤通信系统模型，获取所述耦合系数，所述耦合系数包括模式之间的耦合系数和芯间耦合系数。
[0036]可选地，所述基于耦合系数的变步长时域最小均方算法的数学模型如下：
[0037]在自适应滤波器中，假设输入信号为X(n)，抽头权向量为W(n)，输出信号为Y(n)，则有：
[0038]Y(n)＝W(n)
T
X(n)
[0039]假设期望输出信号为d(n)，误差信号为e(n)，则有：
[0040]e(n)＝d(n)
‑
Y(n)
[0041]假设更新抽头权向量为W(n+1)，步长因子为μ(n)，则有：
[0042]W(n+1)＝W(n)+2μ(n)
·
e(n)
·
X(n)
[0043]其中，μ(n)＝λtanh(b|e(n)|2)，
[0044]λ为步长调整因子，Cm、Cx为耦合系数，k、b为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法，其特征在于，所述方法包括：将多芯少模传输信号通过空分复用耦合器转换为单路解复用信号；对所述单路解复用信号进行数字信号处理，其中，所述数字信号处理包括对所述单路解复用信号进行下采样信号处理；通过色散均衡器对所述下采样后的信号进行色散均衡；对经过所述色散均衡后的信号进行相位恢复；对经过所述相位恢复后的信号进行频偏估计；将经过所述频偏估计后的信号进行基于耦合系数的变步长时域最小均方算法的均衡处理，其中，在所述基于耦合系数的变步长时域最小均方算法中引入步长调整因子，所述步长调整因子与所述耦合系数相关。2.根据权利要求1所述的多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法，其特征在于，在对所述多芯少模光纤信号进行均衡处理之前，构建多芯少模光纤通信系统模型，获取所述耦合系数，所述耦合系数包括模式之间的耦合系数和芯间耦合系数。3.根据权利要求1所述的多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法，其特征在于，所述基于耦合系数的变步长时域最小均方算法的数学模型如下：在自适应滤波器中，假设输入信号为X(n)，抽头权向量为W(n)，输出信号为Y(n)，期望输出信号为d(n)，误差信号为e(n)，更新抽头权向量为W(n+1)，步长因子为μ(n)，则有：Y(n)＝W(n)
T
X(n)；e(n)＝d(n)
‑
Y(n)；W(n+1)＝W(n)+2μ(n)
·
e(n)
·
X(n)，其中，μ(n)＝λtanh(b|e(n)|2)，λ为步长调整因子，Cm、Cx为耦合系数，k、b为自适应均衡因子，k用来控制曲线变化速度，b用来控制收敛速度，取0.0001
‑
0.001之间。4.根据权利要求3所述的多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法，其特征在于，在所述自适应滤波器中，获取所述更新抽头权向量W(n+1)还包括：假设输入信号为X(n)，n＝1，2，
…
，N，滤波器抽头权向量为W(n)，滤波器抽头长度为L，输出信号为Y(n)，期望输出信号为d(n)，误差函数为e(n)，初始化滤波器抽头权向量，在滤波器抽头长度中心的权值取1，其他置零，设输入信号X(n)长度为L；计算输出信号Y(n)，输出信号为输入信号X(n)与滤波器抽头权向量W(n)之积；产生期望输出信号d(n)；计算误差信号e(n)；获取所述更新抽头权向量W(n+1)，直至n＝N。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的多芯少模光纤信号的自适应损伤均衡方法，其特征在于，所述多芯少模光纤是七芯六模光纤，所述多芯少模传输信号为七芯六模的空分复用16QAM信号。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：田凤，忻向军，秦健珂，张琦，王瑞春，姚海鹏，刘博，高然，田清华，王光全，王拥军，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：