本发明专利技术提供一种语义相干光通信方法及系统，在发射端和接收端分别设置预训练的语义编码网络和语义解码网络，在发射端对信源进行语义提取，进行数字信号处理后通过波形发生器转换为发射端电信号，再放大后经双偏振IQ调制器调制为第一光信号进行传输。在接收端将第一光信号连续转换为数字信号后，再由语义解码网络处理并输出信源，以实现语义通信，精准传输信源所携带的含义信息。源所携带的含义信息。源所携带的含义信息。
【技术实现步骤摘要】
一种语义相干光通信方法及系统
[0001]本专利技术涉及光纤通信
，尤其涉及一种语义相干光通信方法及系统。
技术介绍
[0002]通信可以分为三个层次：第一层次为传统通信，致力于精准的传输符号；第二层次为语义通信，致力于精准的传输符号所携带的意义；第三层次为效用通信，致力于将接收到的意义以期望的方式有效地影响行为通信。
[0003]目前的相干光通信还停留在第一层，优化系统时以精准的传输符号为目的。通信系统的质量通常由误比特率（BER）或是误符号率（SER）来衡量。语义通信相比于传统通信更加迈进了一层，其通信目的是更加精准的传输信源，而不是精准传输编码后得到的比特。例如所传输的业务是图片，则衡量通信系统的标准可以是接收到图片与所传输图片的峰值信噪比（PSNR）或结构相似性（SSIM）。
[0004]在传统相干光通信中，信源编码、信道编码、调制是分离设计并优化的，这导致各部分相互连接效率不高，难以实现更高效地语义通信，亟需一种新的通信方案。
技术实现思路
[0005]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种语义相干光通信方法及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有相干光通信中信源编码、信道编码和调制步骤相互分离导致效率低下无法实现语义通信的问题。
[0006]本专利技术的一个方面提供了一种语义相干光通信方法，该方法包括以下步骤：在发射端，将信源输入预训练的语义编码网络并输出语义特征；将所述语义特征经串并转换为设定数量路的发射端数字信号，并经数字信号处理后通过波形发生器转换为所述设定数量路的发射端电信号；将各发射端电信号放大后，经双偏振IQ调制器调制为第一光信号；将所述第一光信号输入光纤链路进行传输；在接收端，通过相干接收机将所述第一光信号转化为所述设定数量路的接收端电信号，将各接收端电信号通过数字采样示波器转换为所述设定数量路的接收端数字信号后转换为一路，并输入预训练的语义解码网络并输出所述信源。
[0007]在一些实施例中，所述数字信号处理包括：依次进行重采样、频域色散补偿、自适应滤波和导频辅助相位恢复。
[0008]在一些实施例中，将所述第一光信号输入光纤链路进行传输之后，还包括：将所述第一光信号通过一个或多个光纤放大器进行信号放大。
[0009]在一些实施例中，所述语义编码网络包括依次连接的：归一化层、第一下采样模块、第一双重注意力网络模块、第一信噪比注意力机制层、第二下采样模块、第二双重注意力网络模块、第二信噪比注意力机制层、第三下采样模块、第一全连接层和幅度归一化层；其中，所述第一下采样模块、所述第二下采样模块和所述第三下采样模块均包括
依次连接的下采样层、批归一化层和激活函数层；所述激活函数层为PReLU激活函数。
[0010]在一些实施例中，所述语义解码网络包括依次连接的：第二全连接层、第一上采样模块、第三双重注意力网络模块、第三信噪比注意力机制层、第二上采样模块、第四双重注意力网络模块、第四信噪比注意力机制层、第三上采样模块和解归一化层；其中，所述第一上采样模块和所述第二上采样模块均包括依次连接的上采样层、批归一化层和激活函数层；所述第三上采样模块包括依次连接的上采样层、批归一化层和双曲正切函数层；所述激活函数层为PReLU激活函数。
[0011]在一些实施例中，所述语义编码网络和所述语义解码网络的训练方法包括：获取训练样本集，所述训练样本集中每个样本包含一个样本信源；获取初始语义编码网络和初始语义解码网络；在训练过程中，将所述训练样本集中的样本信源输入所述初始语义编码网络输出语义符号，对所述语义符号添加高斯白噪声后输入所述初始语义解码网络并输出还原后的输出信源，采用所述样本信源与所述输出信源的均方误差作为损失函数对所述初始语义编码网络和所述初始语义解码网络进行更新迭代，得到所述语义编码网络和所述语义解码网络。
[0012]另一方面，本专利技术还提供一种语义相干光通信系统，该系统包括：发射端模块，所述发射端模块包括语义编码器、发射端数字信号处理模块、波形发生器和放大器；所述语义编码器用于接收信源，并基于预装载的语义编码网络处理输出语义特征对应的发射端数字信号；所述发射端数字信号处理模块用于对所述发射端数字信号进行数字处理，所述波形发生器用于将经预处理后的所述发射端数字信号转换为发射端电信号，所述放大器用于对所述发射端电信号进行放大处理；双偏振IQ调制器，用于将放大处理后的所述发射端电信号调制为第一光信号，并导入光纤链路传输；相干接收机，用于接收所述光纤链路中的第一光信号并转化为接收端电信号；接收端模块，所述接收端模块包括数字采样示波器、接收端数字信号处理模块和语义解码器；所述数字采样示波器用于将所述接收端电信号转换为接收端数字信号，所述接收端数字信号处理模块对所述接收端数字信号进行数字处理，所述语义解码器基于预装载的语义解码网络将数字处理后的所述接收端数字信号恢复为所述信源。
[0013]在一些实施例中，所述发射端模块还包括一路到四路串并变换模块，用于将所述语义特征对应的所述发射端数字信号转换为四路；所述接收端模块还包括四路到一路串并变换模块，用于将四路所述接收端数字信号转换为一路。
[0014]在一些实施例中，所述系统还包括：光纤放大器，用于将所述第一光信号放大后输入光纤链路进行传输，所述光纤链路上按照设定间隔设有多个光纤放大器。
[0015]在一些实施例中，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。
[0016]本专利技术的有益效果至少是：本专利技术所述语义相干光通信方法及系统，在发射端和接收端分别设置预训练的语义编码网络和语义解码网络，在发射端对信源进行语义提取，进行数字信号处理后通过波形发生器转换为发射端电信号，再放大后经双偏振IQ调制器调制为第一光信号进行传输。在接收端将第一光信号连续转换为数字信号后，再由语义解码网络处理并输出信源，以实
现语义通信，精准传输信源所携带的含义信息。
[0017]进一步的，通过对语义编码网络和语义解码网络进行协同预训练，能够对信源进行高效的语义字符化并在传输后进行恢复，保证数据传输的精确性。
[0018]进一步的，通过在发射端模块设置一路到四路串并变换模块，将发射端数字信号转换为四路，对应双偏振IQ调制器两个偏振态上的I、Q维度，提高传输效率，实现数据的高速传递。
[0019]进一步的，在传输过程中，通过在光纤链路上设置多级光纤放大器，保证光信号强度，防止远距离传输过程中的衰减。
[0020]本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
[0021]本领域技术人员将会理解的是，能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本专利技术能够实现的上述和其他目的。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种语义相干光通信方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：在发射端，将信源输入预训练的语义编码网络并输出语义特征；将所述语义特征经串并转换为设定数量路的发射端数字信号，并经数字信号处理后通过波形发生器转换为所述设定数量路的发射端电信号；将各发射端电信号放大后，经双偏振IQ调制器调制为第一光信号；将所述第一光信号输入光纤链路进行传输；在接收端，通过相干接收机将所述第一光信号转化为所述设定数量路的接收端电信号，将各接收端电信号通过数字采样示波器转换为所述设定数量路的接收端数字信号后转换为一路，并输入预训练的语义解码网络并输出所述信源。2.根据权利要求1所述的语义相干光通信方法，其特征在于，所述数字信号处理包括：依次进行重采样、频域色散补偿、自适应滤波和导频辅助相位恢复。3.根据权利要求1所述的语义相干光通信方法，其特征在于，将所述第一光信号输入光纤链路进行传输之后，还包括：将所述第一光信号通过一个或多个光纤放大器进行信号放大。4.根据权利要求1所述的语义相干光通信方法，其特征在于，所述语义编码网络包括依次连接的：归一化层、第一下采样模块、第一双重注意力网络模块、第一信噪比注意力机制层、第二下采样模块、第二双重注意力网络模块、第二信噪比注意力机制层、第三下采样模块、第一全连接层和幅度归一化层；其中，所述第一下采样模块、所述第二下采样模块和所述第三下采样模块均包括依次连接的下采样层、批归一化层和激活函数层；所述激活函数层为PReLU激活函数。5.根据权利要求4所述的语义相干光通信方法，其特征在于，所述语义解码网络包括依次连接的：第二全连接层、第一上采样模块、第三双重注意力网络模块、第三信噪比注意力机制层、第二上采样模块、第四双重注意力网络模块、第四信噪比注意力机制层、第三上采样模块和解归一化层；其中，所述第一上采样模块和所述第二上采样模块均包括依次连接的上采样层、批归一化层和激活函数层；所述第三上采样模块包括依次连接的上采样层、批归一化层和双曲正切函数层；所述激活函数层为PReLU激活函数。6.根据权利要求5所述的语义相干光通信方法，其特征在于，所述语义编码网络和所述语义解码网络的...
【专利技术属性】
技术研发人员：于振明，黄宏宇，程黎明，张威，穆月秋，徐坤，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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