[发明专利]面向空分/模分复用光纤通信系统的简化卡尔曼滤波器均衡方法

说明书

本发明提供一种面向空分/模分复用光纤通信系统的简化卡尔曼滤波器均衡方法，其包括以下步骤：S1.将相干光接收机接收到的N个模式的复数信号进行实、虚部分离，建立观测矩阵X_k及其子矩阵F_k：S2.对卡尔曼增益进行求解：S3.基于求解的卡尔曼增益进行状态向量更新；S4.利用更新的状态向量进行模式间信号的解复用以及均衡。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，更具体地，涉及一种面向空分/模分复用光纤通信系统的简化卡尔曼滤波器均衡方法。

背景技术

随着人们日益增长的信息需求量，通信系统的容量需求也大大增加。近年来，基于多模光纤的模分复用技术和基于多芯光纤的空分复用技术，由于其可以进一步提高频谱效率而受到广泛关注。然而，此类系统所用的多输入多输出(MIMO)均衡算法的复杂度成为限制系统扩展的主要因素。因为随着系统容量的扩展，复用的模式数(或者耦合的光纤纤芯)增加，需要更高复杂度的MIMO算法才能均衡模式组各个模式(或者耦合纤芯)之间的相互串扰。此外，对于长距离传输，模式色散(或耦合纤芯间的相对时延)对算法复杂度也带来不小的挑战。对于现有的时域均衡算法，以恒模算法(CMA)为例，对于模式色散带来的差分群时延的补偿需要很长抽头数的有限冲激响应(FIR)滤波器对其进行均衡。因此降低MIMO均衡算法的复杂度的依旧是追求的目标。

另一方面，在较长距离模分、空分复用系统传输中，模式或耦合纤芯间的串扰往往呈现出快速地动态变化的特性，因此需要MIMO均衡算法具有较快的追踪和收敛特性。卡尔曼滤波器均衡算法因其具有追踪速度快、收敛速度快等优点，被广泛认为是信道快速变化的通信系统的主要均衡算法之一。但是，其本身也具有较高的复杂度，而且随着模分或空分复用系统中模式数或耦合纤芯数增加，构造的MIMO矩阵维数增加，卡尔曼滤波算法的复杂度可能难以承受。因此，如何利用卡尔曼滤波器快速追踪和收敛特性的优点的同时，降低其复杂度，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有卡尔曼滤波器均衡算法在高维MIMO矩阵下计算复杂度较高的缺点，提供了一种面向空分/模分复用光纤通信系统的简化卡尔曼滤波器均衡方法。相对于常规的卡尔曼滤波方法，其具备相同的快速收敛及追踪特性，相同的MIMO均衡效果，同时具有更低的复杂度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

面向空分/模分复用光纤通信系统的简化卡尔曼滤波器均衡方法，包括有以下步骤：

S1.将相干光接收机接收到的N个模式的复数信号进行实、虚部分离，建立观测矩阵X_k及其子矩阵F_k：

其中X_k的维度为2N×2NN(T+1)，T为均衡时FIR滤波器所需的抽头数；F_k为维度为2×2N(T+1)的子矩阵，其表达式为：

x_i,j表示在第i个模式上收到的第j个符号的复数信号；Re(x_i,j)和Im(x_i,j)分别为复数信号x_i,j的实部和虚部；其中

S2.对卡尔曼增益进行求解：

其中表示卡尔曼增益K_k的子矩阵，表示上一时刻的估计误差协方差矩阵的子矩阵，表示当前估计误差协方差矩阵P_k的子矩阵，

表示F_k的倒置，分别表示系统噪声方差的子矩阵以及测量噪声方差的子矩阵；I表示单位矩阵；

S3.基于求解的卡尔曼增益进行状态向量更新；