[发明专利]基于蝶形线性卡尔曼滤波器的相干光接收机动态均衡方法

说明书

本发明提出一种蝶形结构的线性卡尔曼滤波器算法，用来对相干光通信系统接收机中色散恢复后的接收信号进行动态均衡，即同时实现信号的解复用和对残余色散、带宽限制、偏振模色散等引起的码间串扰的补偿。实现步骤包括：首先预测对信号进行解复用和码间串扰均衡的抽头矩阵，根据预测的抽头矩阵和输入信号计算输出信号，利用半径判决辅助的约束，通过线性卡尔曼滤波器对抽头系数进行更新，更新值作为下一时刻迭代的预测值，使输出信号达到最佳的动态均衡效果。本发明提出的算法具有同时实现解复用和码间串扰补偿，抑制奇异性，相位不依赖，码型无关，收敛速度快，可跟踪偏振态旋转速率快的优点。

技术领域

本发明涉及通信领域，进一步地说，涉及相干光通信系统中动态均衡的方案。

背景技术

随着互联网、物联网通信数据业务的扩展，以及网络电视和高清视频等多媒体业务量的快速增长，基于波分复用、掺铒光纤放大器以及强度调制直接检测等技术的10Gb/s和40Gb/s传统商用光纤通信系统带宽已经逐渐被人们日益增长的信息通信需求所消耗殆尽。由于光纤通信可用波段带宽的限制人们重新将目光转向了具有更高频谱利用率的相干光通信技术，以期使光纤通信传输速率增加到400G/s甚至1Tb/s。相干光通信中由于信号在发射、传输以及接收过程中不可避免的会产生各种的损耗与噪声，因此需要在接收端通过DSP算法对其进行补偿。

提高相干接收机性能的主要手段之一就是改善DSP算法的性能，简单并有效的算法不仅可以在相同的硬件接收环境下降低接收误码率(BER)，改善接收机灵敏度曲线，而且可以极大的节省DSP资源，从而降低成本，减少功耗。同时，为了满足光通信领域测量检测的需求，具有高噪声容忍特性，宽测量范围，高估计精度的相干光通信信号处理算法也是相干光通信信号处理算法领域的研究热点之一。本专利所提出的算法主要基于以上研究背景的考虑，对相干光通信系统中的偏振态旋转、偏振模色散、残余色散、电带宽限制等信号损耗进行补偿、统称为动态均衡。

目前最常用的相干光通信动态恢复方法是20世纪八十年代由Godard提出的恒模算法(CMA)，但是算法存在奇异性的风险，并且收敛速度慢，可跟踪的偏振态旋转速度慢，而且对于高阶调制格式信号，CMA算法的收敛精度不足，其后的改进CMA算法对CMA性能的改善能力有限。在高阶调制格式的信号传输系统中多模算法(简写为MMAs，包括一般的多模算法、半径判决辅助的最小二乘算法、级联多模算法等)确实能够获得比CMA方法更好的接收机灵敏度表现，但是其收敛速度较CMA更慢。

而随着光通信行业的发展，光通信技术不断向着节约性，灵活可调性，软件自定义性，数据传输突发性的特点发展再加上光纤链路铺设环境复杂，寻求能够改善CMA/MMAs及其改进方法收敛速度慢、跟踪性能较差、码型适应性差缺点的解偏振方案是十分必要的。目前斯托克斯空间分析法以及卡尔曼滤波方法是解决CMA/MMAs算法缺陷的主要方案，可以实现信号偏振态的快速跟踪，避免奇异性，算法与信号的码型不相关，卡尔曼方法还具有较强的偏振态跟踪能力，但是二者往往只能用于信号的偏振解复用，不能同时用于信号偏振模色散、剩余色散、电带宽限制等引起的码间串扰，也就是说在码间串扰较大时，二者是几乎不能工作的，或者存在非常大的实现代价。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于蝶形线性卡尔曼滤波器的相干光接收机动态均衡方法，既能解决传统CMA/MMAs及其改进方法收敛速度慢，码型相关，偏振态跟踪性能差，奇异性等缺点，又可以同时对码间串扰进行均衡的算法是十分必要的。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为提供一种基于蝶形线性卡尔曼滤波器的相干光接收机动态均衡方法，该方法实现结构类似于蝶形，主体为四个有限长冲激响应滤波抽头向量，