[发明专利]基于ICA信号分离算法的MGDM多模光纤通信系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种模式群分集复用(MGDM)多模 光纤通信系统和基于独立成分分析(ICA)的信道解复用方法。

背景技术

近些年来，迅速发展的因特网和多媒体业务等宽带综合业务对通信网提出 了越来赿高的要求，通信网的“最后一公里”问题越发引起业界的关注，多模 光纤(MMF)因其数值孔径大、易于连接、配套器件成本较低等优点，已成为短 距离通信的理想介质。MGDM是通过选择激发不同的模式群，从而开辟相互独 立的并行通信信道以实现多项业务集成，例如：语音业务、数据传输、视频传 输等。该技术在不改变原有多模光纤链路前提下，极大提升多模光纤通信系统 的传输能力，有效地缓解因数据业务的迅猛发展而给通信带宽造成的巨大压力。 是降低光接入网成本，升级现有接入网络以及实现光纤到户的关键技术。然而， 由于多径效应和模式混合效应使得接收端检测到的信号是多个源信号不同程度 的叠加，即存在信道串扰。因此MGDM技术的关键在于消除信道串扰，进而 建立稳定、可靠的MGDM系统。

本发明的目标就是设计低成本易于实现的MGDM系统以实现多业务传输， 同时如何从输出信号中分离源信号也是本发明重点要解决的问题。对MGDM 系统输出信号的分离一般采用迫零算法、最大似然估计等，这些方法需要借助 导频信号测得信道矩阵信息，在接收端利用其逆矩阵进行解复用，运算量大， 硬件实现困难，而且导频信号一般采用频分复用，占用一定的带宽，导致带宽 利用率低，降低了系统的传输效率，而且极有可能放大噪声。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服背景技术的不足，寻找一种不需要导频 信号，仅利用接收信号消除信道串扰的解复用技术。本发明的目的在于建立采 用MGDM技术的多模光纤通信系统以满足多业务传输的需求。

本发明的另一个目的在于提供一种基于盲信号分离的接收信号解复用方 法，利用基于负熵的对称正交化FstICA方法实现信号分离，提高信号解复用效 果，降低复杂度。

本发明所述的采用MGDM技术的多模光纤通信系统如图1所示依次包括：

1、信号产生模块——由信号源和电光转换装置组成，信号源用于产生数字 或视频电信号，并由电光转换装置实现电信号向光信号的转换；

2、模式群复用模块——由模式群复用器和光纤耦合器组成，将二者的尾纤 采用熔接方式连接在一起，用于实现多个模式群信号的产生和复用；

3、模式群传输模块——由多模光纤作为模式群复用信号的传输媒质，用于 对多个模式群的复用信号进行传输；

4、模式群探测模块——由多模分路器和光电探测器组成，二者的尾纤采用 熔接方式连接在一起，用于将多模光纤中传输的复用信号分成多路混合信 号，并分别由光电探测器进行光电变换；

5、信号处理模块——由数据采集单元和信号处理单元组成，对探测到的多 路混合信号进行数据采集，得到混合信号矩阵x_n×T；然后应用基于负熵的对 称正交化FstICA算法进行处理，实现解复用，从而估计得到分离信号Y(t)。

对上面所述的MGDM多模光纤通信系统采用基于负熵的对称正交化 FstICA算法进行处理，其具体步骤如下：

①对混合信号矩阵x_n×T加入辨识矩阵IM₁，得到新的混合信号矩阵x_n×(T+n)¹；

对混合信号矩阵x_n×T加入辨识矩阵IM₂，得到新的混合信号矩阵 x_n×(T+n)²；

②对新的混合信号矩阵x_n×(T+n)¹使用中心化和白化的方法进行预处理，得 到处理后的混合信号矩阵z；

③初始化分离矩阵W＝(w₁，w₂，…w_n)^T，其中每一个w_i(i＝1，…，n)都具有 单位范数，对分离矩阵W进行正交化；