[发明专利]基于频域导频信号的偏振快速追踪及相位恢复系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于频域导频信号的偏振快速追踪及相位恢复方法及系统，涉及光通信应用领域,具备完成数十兆赫兹偏振旋转速率的追踪能力。包括在发射端插入三个不同偏振态的频域导频信号；在接收端；利用导频信号进行频偏估计和补偿；提取三个频域导频信号，频域导频信号下变频，利用频域导频信号分块估计偏振旋转矩阵，利用旋转矩阵的逆矩阵对偏振信号分块恢复；利用频域导频信号对信号进行相位恢复。

技术领域

本发明涉及高速偏振旋转和相位恢复技术领域，具体地，涉及一种基于频域导频信号的偏振快速追踪及相位恢复系统及方法。

背景技术

传统的光技术通过点对点的方式连接两地，每一端都需要一个相同速率的收发机。这种方式和点对多点的通信系统不匹配，产生了额外的开销。Infinera公司提出了XR技术，采用点对多点的数字子载波复用系统，将单波长高带宽的信号分成了多个低带宽的子载波，这些子载波被分配到不同的地点。XR技术主要应用场景为点到多点短距接入的系统，如5G中的前传，中传和后传系统，以及下一代接入网等。XR技术本质上是相干光通信技术，利用了强度相位和偏振等调制维度，和传统的强度调制直接检测技术不同，容易受到链路中偏振旋转的影响。

对于偏振旋转，目前在接收端DSP中常用的均衡算法(如恒模算法(constantmodulus algorithm)和最小均方误差算法(least mean square algorithm)偏振旋转追踪能力有限，所能解偏的极限偏振态速率接近1M rad/s，并且实现的代价较大，rad为弧度单位，M为单位兆，s为单位秒。在5G前传场景中，光缆接入基站时，有一段光缆暴露于空中，容易受到外部环境的干扰，当光缆附近发生雷击的时候，光纤中的偏振态会高速变化甚至到数M rad/s，使得传统的算法失效。需要采用其他的高速追踪算法，专利文献CN101931457A公开了卡尔曼滤波算法，但是卡尔曼滤波算法计算复杂度非常高，难以实际部署到芯片中。

传统的相位恢复算法有盲相位搜索算法，超标量锁相环算法，基于时域周期性插入导频信号的算法和基于频域导频信号的算法等。其中频域导频算法恢复相位噪声虽然占据少量的信号频谱，但计算复杂度低，估计精度高，且与具体的信号调制格式无关。频域导频算法位于均衡算法之前。得到的相位包括由于偏振旋转引入的相位噪声，当存在高速偏振旋转时，偏振旋转引入的相位噪声和激光器引入的相位噪声混在一起，传统先利用频域导频算法恢复相位噪声，再利用均衡算法解偏振旋转将失效。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于频域导频信号的偏振快速追踪及相位恢复系统及方法。

根据本发明提供的一种基于频域导频信号的偏振快速追踪及相位恢复方法，包括：

步骤S1：在发射端，在子载波之间的频谱间隔处，插入三个不同偏振态的频域导频信号；

步骤S2：在接收端，对接收到的信号做色散补偿；对收端子载波复用信号做FFT变换，用收端导频信号峰值对应的频点位置减去发端插入导频信号频点位置，得到估计的频偏，并对子载波复用信号频偏补偿；提取导频信号；导频信号下变频到0频点；利用三个导频信号分块计算估计偏振旋转矩阵，求偏振矩阵的逆矩阵，用逆矩阵对子载波复用信号分块恢复；相位恢复：利用偏振旋转矩阵的逆矩阵，对任一频域导频信号分块恢复偏振旋转，提取恢复偏振旋转后频域导频信号的相位信息，对子载波复用信号相位恢复；

步骤S3：获取基于频域导频信号的偏振快速追踪及相位恢复结构信息。

优选地，所述步骤S1包括：

步骤S1.1：在发送端，发送数据先由bit序列映射成正交振幅调制(QAM)信号；进行根升余弦脉冲整形；子载波复用产生子载波复用信号。

优选地，所述步骤S1包括：

步骤S1.2：在子载波复用信号的子载波频谱间隔中，插入三个不同偏振态的频域导频信号，为发端频域导频信号对应的琼斯矢量，频域导频信号的产生方式为：