一種光信號碼元速率識別方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖通信，光信號識別和數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光信號碼 元速率識別及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展特別是光調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)中可能同時(shí)傳 輸多種調(diào)制格式和速率的光信號。這些光信號具有不同的譜效率，能夠容忍的信道損傷和 噪聲大小也各不相同，因此以滿足不同數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景的需求。在這種條件下不 能夠再預(yù)設(shè)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)或光接收機(jī)處光信號的調(diào)制格式和速率是一定的。為了有效對光網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測管理，對接收到的光信號進(jìn)行正確的解調(diào)，首先需要識別光信號的碼元速率。因 此需要研發(fā)一種適用信號類型廣，對各種信道損傷和噪聲容限大，并且準(zhǔn)確可靠的光信號 碼兀識別技術(shù)與系統(tǒng)。
[0003] 目前提出的碼元速率識別方案中，有一些是基于直接探測的，利用一階自相關(guān)方 程曲線的中心寬度對00K格式信號的碼元速率進(jìn)行識別，原理簡單，但結(jié)果受信號損傷影響 較大。另有一種方案利用二階自相關(guān)方程曲線的周期性實(shí)現(xiàn)對00K信號和NRZ-DPSK信號的 碼元速率識別，這種方法抗損傷性能有所提高，但是使用范圍有限，不能正確識別RZ-DPSK 等信號的碼元速率。也有研究機(jī)構(gòu)提出利用異步采樣強(qiáng)度直方圖采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN) 等方法識別光信號，但是這種方法需要對ANN進(jìn)行大量的訓(xùn)練，并只能針對一些確定的碼元 速率和調(diào)制格式信號，對CD和PMD的容限較低，因此這種方法使用不便，應(yīng)用范圍有限，識別 精度也不夠高。
[0004] 為解決上述方法需要研究一種適用于多種調(diào)制格式信號，對⑶、PMD和0SNR劣化等 損傷有較大容限，具備精度高和抗干擾強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)的碼元速率識別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種基于數(shù)字相干光接收機(jī)的光信號碼元速 率識別方法與系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的識別精度低，對損傷容限小，適用的信號類型少 和使用不便等缺陷。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先提出一種光信號碼元速率識別方法，其特征在 于，包括以下步驟：
[0007] 待識別光信號首先進(jìn)入光放大器，所述光放大器將光信號放大至一定功率后經(jīng)光 濾波器輸入數(shù)字相干光接收機(jī)；
[0008] 所述數(shù)字相干光接收機(jī)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換以大于信號實(shí)際碼元速率的采樣率1分別 獲得信號Χ、γ偏振方向的長度為N的采樣序列，記為r x(n)和ry(n)，并將其輸入數(shù)字信號處理 模塊，所述N的取值為512，1024，2048，4096，…，N越大速率估計(jì)精度越高，但計(jì)算量越大；
[0009] 所述數(shù)字信號處理模塊首先通過快速傅立葉變換計(jì)算采樣序列rx(n)、ry(n)的頻 譜:r x(m)、ry(m)，然后計(jì)算rx(m)的自相關(guān)函數(shù)ACFX( Ω )，Ω代表頻譜位移大小，計(jì)算rx(m)與 ry(m)的互相關(guān)函數(shù)XCFx,y( Ω );將自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)取模相加得到混合相關(guān)函數(shù)HCF (Ω )，該混合相關(guān)函數(shù)在正半軸上存在一個(gè)明顯的脈沖峰值，搜索該混合函數(shù)在正半軸的 脈沖峰值位置Ω CT，計(jì)算得到信號的碼元速率B = RS( 1- Ω CT/N)。
[0010] 作為一種替代方案，所述HCF( Ω )在負(fù)半軸也存在同樣的一個(gè)脈沖峰值，利用這個(gè) 負(fù)半軸的脈沖峰值位置代替碼元速率計(jì)算公式中的Ω CT，計(jì)算得到光信號符號速率。
[0011] 作為又一種替代方案，計(jì)算ry(m)的自相關(guān)函數(shù)ACFy( Ω )，用自相關(guān)函數(shù)ACFy( Ω ) 替代所述ACFX( Ω )計(jì)算混合相關(guān)函數(shù)HCF( Ω )。
[0012]在偏振模色散PMD損傷不大的情況下，所述HCF( Ω )能夠用ACFX( Ω )或ACFy( Ω )的 模值取代。
[0013] 本發(fā)明同時(shí)還提出了一種實(shí)現(xiàn)所述光信號碼元速率識別方法的系統(tǒng)，其特征在 于，包括光放大器0A，光濾波器，數(shù)字相干光接收機(jī)和數(shù)字信號處理模塊；
[0014] 所述0A，用于放大光信號至一定功率，然后將光信號輸入所述光濾波器；
[0015] 所述光濾波器，用于濾除輸入光信號中的信道外噪聲；
[0016] 所述數(shù)字相干接收機(jī)，用于接收所述光濾波器的輸出信號，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所 述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于獲得待測光信號在X、Y偏振方向的N個(gè)采樣點(diǎn)序列r x(n)和ry(n);
[0017] 所述數(shù)字信號處理模塊，用于計(jì)算所述采樣序列rx(n)、ry(n)的FFT頻譜rx(m)、r y (m)，然后計(jì)算^化)的自相關(guān)函數(shù)，rx(m)和ry(m)的互相關(guān)函數(shù);將兩相關(guān)函數(shù)取模相加得 到混合相關(guān)函數(shù)，最后通過搜索混合相關(guān)函數(shù)的脈沖峰值位置計(jì)算出信號的碼元速率。 [0018]優(yōu)選的，所述數(shù)字信號處理模塊集成在所述數(shù)字相干光接收機(jī)內(nèi)部。
[0019] 本發(fā)明無需任何先驗(yàn)信息，適用于多種調(diào)制格式信號，對⑶、PMD和0SNR劣化等損 傷有較大容限，具備精度高和抗干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。
[0021 ]圖1為本發(fā)明具體實(shí)施的碼元速率識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為10 GBaud偏振復(fù)用正交相移鍵控(DP-QPSK)信號的HCF( Ω )曲線圖。
[0023] 圖3分別為10 GBaud NRZ(非歸零)DP-QPSK信號在PMD造成的差分群速延遲(D⑶） 和偏振角變化時(shí)位于Ω ct處歸一化脈沖峰值強(qiáng)度的仿真結(jié)果。
[0024] 圖4為10 GBaud NRZ-DP-QPSK信號在不同損傷下HCF( Ω )脈沖峰值相對于其均值 的峰均值比(PAR)變化圖。
[0025] 圖5為10 GBaud NRZ-DP-QPSK信號的HCF( Ω )在不同采樣速率和參數(shù)運(yùn)算點(diǎn)數(shù)N時(shí) 的Ω CT處歸一化脈沖峰值強(qiáng)度的變化圖。
[0026] 圖6左圖為NRZ、33%-RZ和67%-RZ的10 GBaud DP-QPSK信號的碼元速率識別誤差 分布直方圖；右圖為上述樣本的碼元速率識別結(jié)果誤差的標(biāo)準(zhǔn)差隨著運(yùn)算點(diǎn)數(shù)N的變化圖。
[0027] 圖7左圖為NRZ、33%-RZ和67%-RZ的10 GBaud DP-16QAM信號的碼元速率識別誤 差分布直方圖，右圖為碼元速率識別結(jié)果誤差的標(biāo)準(zhǔn)差隨著運(yùn)算點(diǎn)數(shù)N的變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所示的碼元速率識別系統(tǒng)包括:光放大器(0A)1，光濾波器2,數(shù)字相干光接 收機(jī)3。數(shù)字相干光接收機(jī)3內(nèi)部組成包括光學(xué)前端4，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 5和數(shù)字信號處理器 (DSP)6。
[0029] 下面進(jìn)一步描述光信號碼元速率識別的【具體實(shí)施方式】和系統(tǒng)的工作流程如下：
[0030] 待識別光信號首先進(jìn)入光放大器1，光放大器1將光信號放大至一定功率后經(jīng)光濾 波器2輸入數(shù)字相干光接收機(jī)3的光學(xué)前端4;
[0031] 數(shù)字相干光接收機(jī)通過其內(nèi)部的采樣速率為RJ^ADC模塊5以大于信號實(shí)際碼元 速率的采樣率分別獲得信號X、Y偏振方向的長度為N的采樣序列，記為r x(n)和ry(n)，并將其 輸入到其內(nèi)部的DSP模塊6;
[0032] DSP模塊首先計(jì)算兩路采樣序列rx(n)和ry(n)的FFT頻譜rx(m)和r y(m)
[0033] (1)
[0034]其中p = x，y代表X和Y偏振方向信號。然后分別計(jì)算rx(m)的自相關(guān)函數(shù)ACFx，rx(m) 和ry(m)的互相關(guān)函數(shù)XCFx,y
[0035] ACFX( Ω ) = Σrx*(n)rx(n+ Ω ), (2)
[0036] XCFx,y( Ω